开题报告-10kv进线钢铁厂供配电系统设计

1、目录 TOC o 1-3 u 一、研究背景、目的和意义 PAGEREF _Toc295164318 h 1二、国内外同类研究现状 PAGEREF _Toc295164319 h 1三、课题内容与设计方案 PAGEREF _Toc295164320 h 31、课题内容 PAGEREF _Toc295164321 h 32、原始资料 PAGEREF _Toc295164322 h 33、主接线方案的设计原则及一般要求 PAGEREF _Toc295164323 h 44、主接线方案选择 PAGEREF _Toc295164325 h 5四、设计进度 PAGEREF _Toc295164326 h

2、6五、阶段性设计步骤及进度 PAGEREF _Toc295164327 h 71.1计算负荷确定的方法 PAGEREF _Toc295164328 h 71.2变压器以及电力线路功率损耗的计算 PAGEREF _Toc295164329 h 81.3工厂的计算负荷和年电能消耗量 PAGEREF _Toc295164330 h 9六、参考文献 PAGEREF _Toc295164331 h 1210kV进线钢铁厂供配电系统设计 一、研究背景、目的和意义众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，

3、又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化等工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而是在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂供电突然

4、中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂供电工作对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。二、国内外同类研究现状工厂变配电站是工厂供配电系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的重要连接部分，其作用是变换电压、汇集和分配电能。工厂变配电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全，因此，对工厂变电站进行监控和管理具有重要意义。计算机信息网络是电力工业信息化的基础。计算机技术引入电力领域，一方面使许多输配电装置

5、有了智能功能，另一方面也使各保护监测、智能电器装置及系统之间实现与中央监控系统双向通信、联网，形成完整的智能化监控、保护与信息网络系统，提高了供配电系统自动化程度。变配电站计算机监控管理系统是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起。由此，变配电管理系统（DMS）的应用日趋重要。变配电站计算机监控管理系统能对系统各种运行开关量状态和电量参数进行实时采集和显示，改进供电质量，力求供电最为安全、可靠、方便、灵活，经济性好，使变配电管理更为有效，从而改善供电质量，提高服务水平，减少运行费用。变配电计

6、算机监控管理系统由带有通讯接口的采集控制模块：多功能电力综合仪表、开关量采集模块、电流量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制输出模块、现场管理机、24V直流电源以及中央管理机等组成。中央管理机是本系统的集中管理中心。一般安置在有人值班的总值班室内，用于整个变配电系统的实时状态显示、参数统计、数据分析、历史记录、故障报警、控制、报表打印等。通常变配电计算机监控管理系统采用分布式结构，其保护监测装置分散就地安装于开关柜上或直接是智能化型开关电器，通过标准通信接口进入监控系统。这种保护监测装置或智能开关电器在就地能独立完成其保护和测量功能而不依赖于通信网络，计算机可以通过通信网络采集各种保护、监测装

7、置或智能化电器的数据，实现实时处理功能。变配电计算机监控管理系统通常由如下部分组成： 远程数据终端（RTU）：在监控系统中作为现场设备与系统的通信接口，智能化的RTU还可用于存储与处理数据，执行计算，分析配电网的性能以及监视电能质量。系统监控站：主要负责对远程数据终端通过网络上传来的数据进行实时计算处理、保存、并根据用户需要生成各类报表。同时监控站还能根据授权处理操作人员的请求，远程起、停现场设备等。 管理中心：如果在一个大型的建筑群体中，那么分布在各个区域的系统监控站可以通过专用通信网络，将信息数据进行集中监控、处理。系统可以对采集的数据进行分类保存、归档、统计、调用等数据操作。系统具有实时

8、数据采集、一次接线图（高、低压系统）显示与操作、参数设置、遥控闭锁操作、事件报警/记录、报表打印、电能分类管理、故障智能分析、智能声光报警、负荷分析、用电质量分析、信息管理等功能。 变配电站计算机监控系统，促进了无人值班变电站的实现，可以利用远动技术使电网调度迅速而准确地获得变电站运行的实时信息，完整地掌握变电站的实时运行状态，及时发现变电站运行的故障并做出相应的决策和处理，同时可以使值班管理人员根据变配电系统的运行情况进行负荷分析、合理调度、远控合分闸、躲峰填谷，把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作、误判断，缩短事故停电时间，实现对变配电系统的现代化运行管理。总之，变配电站计算机

9、监控系统具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好及维护简单等特点。随着计算机技术的迅速发展，变配电站的计算机化进程越来越快，变配电站计算机监控及无人值守已成为当今电气自动化领域的发展趋势其发展势头方兴未艾。三、课题内容与设计方案1、课题内容本课题以郑州市一家10KV进线钢铁厂供配电系统的设计需求为原始资料，对该厂供电系统进行全面综合分析与设计。具体的设计任务为：（1）原始资料分析；（2）电力负荷及其计算，短路电流计算；（3）变配电所布置设计；（4）电气主接线设计；（5）电力线路的敷设方式选择；（6）高压供电线路导线截面及型号的计算与选择；（7）电气设备的选择；（8）防雷与接地设计。2、原始资料中原

10、三山钢铁厂主要是由5公里处A变电站的35KV系统进行供电的，拟由距本厂5公里处B变电站接一回35KV架空线路作为保安电源，系统要求只有在工作电源停电时才允许保安电源供电。气象条件 该钢铁厂位于平原地带，交通方便，无特殊环境污染。该地区最热月平均气温30，年最高气温为40，年最低气温为-10，年平均气温15，土壤温度20，最热月平均地下温度为30，雷暴日数为30日/年。钢铁厂各车间的设备情况如下：各车间的设备情况序号用电单位名称设备容量(kW)Kd1高炉车间20000.40.80.752炼钢车间11700.80.80.753轧钢车间8000.250.61.334线材车间12000.550.870

11、.575机电修车间3000.30.651.206水泵站5000.60.80.757氧气站3000.80.80.753、主接线方案的设计原则及一般要求变电站的主接线是由电力变压器、断路器、隔离开关、母线、电流互感器及电压互感器等主要电气设备以及连接导线所组成的电路，用以接受和分配电能。由于系统电压和负荷等级不同，变电站的主接线有多种形式。确定变电站主接线形式方案对变电站电气设备选择、变电站配电装置以及变电站运行的可靠性、灵活性与经济性等均有密切关系。确定变电站主接线形式方案是工业供电设计中的重要部分之一。（1）安全性主接方案应符合有关技术规范标准的要求，能充分保证人身和设备的安全。1）在高压断路

12、器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装高压隔离开关。2）在低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压开关。3）在装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。4）35kv及以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸。5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上不必装隔离开关。（2）可靠性 主接线方案应满足电力负荷对供电可靠性的要求，亦即主接线方案应与电力负荷的级别相适应。1）变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电；对二级负荷，应由两回路或者一回路专

13、用架空线路供电。2）接于公共干线上的（即采用树干式配电的）变配电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设备。3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性；但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。4）变电所低压侧（电压380V）的总开关，宜采用低压断路器。当有继电或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关均应采用低压断路器。（3）灵活性 能适应电力系统所需的各种运行方式，操作维护简便，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能。1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。2）两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同

14、时供电时，两台主变压器一般分列运行，当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行。3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。4）主接线方案应用与主变压器经济运行的要求相适应。5）主接线方案要考虑到今后可能的扩展。（4）经济性在满足上面要求的前提下，尽量使主接线简单、投资少、运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。1）主接线方案力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器少，而且应选用技术先进、经济适用的节能产品。2）由于工厂变配电所一般选用安全可靠且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致。柜型一般宜采用固定

15、式；只在供电可靠性要求较高时，才采用手车式和抽屉式。3）中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。断路器一般采用就地控制，操作多用手力操动机构，但这只适于三相短路电流不超过6kV的电路中。如短路电流较大或有远控、自控要求时，则应采用电磁操动机构或弹簧操动机构。4、主接线方案选择对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为610KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。 1）一次侧采

16、用内桥式接线，二次侧采用单母线分段接线的总降压变电所。这种主接线，其一次侧的断路器跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，处在两线路断路器内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。2）一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所。这种主接线，其一次侧的高压断路器也跨接在两路电源进线之间，但处在两线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负

17、荷的工厂。但与内桥式接线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3）一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图。这种主接线图兼有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。其中的单母线分段接线由于其接线简单清晰，经济性好，而且有一定的灵活性和可靠性，应用较为广泛，基本能满足工厂对电能的供应要求。采用桥式接线

18、，最大的特点就是使用断路器数量较少，一般采用断路器的数量都等于或少于出线回路数，从而结构简单，投资较少。根据本钢铁厂的实际情况，工厂总降压变电所距35KV变电所（地区变电所）5公里，距离较远；而变电所负荷变动不大，故采用方案1（一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线）。方案2更适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大,适于经济运行需经常切换的总降压变电所；而方案3所用的高压设备较多，增加了初期投资，故不采用方案2和方案3。四、设计进度五、阶段性设计步骤及进度电力负荷及其计算1.1计算负荷确定的方法（1）需要系数法利用一个需要系数乘以设备容量即可求得设备的有功计算负荷的一种

19、方法。该方法计算十分简便，它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法。但由于需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。需要系数法的基本公式为：1）有功计算负荷（kW）： （1）式中：车间或工厂用电设备总容量（不含备用设备，单位为kW）；车间或工厂的需用系数。2）无功计算负荷(kvar)： （2）式中：对应于车间或工厂平均功率因数的正切值；3）视在计算负荷(kVA)： （3）4）计算电流(A)： （4）式中：车间或工厂的用电设备配电电压（单位为kV）（2

20、）二项式系数法二项式法将用电设备组的计算负荷分为两项：第一项是用电设备组的平均最大负荷值，该项为基本负荷值；第二项是考虑数台大容量用电设备对总计算负荷的影响而计入的附加功率值，故称二项式法。 = 1 * ROMAN I 单组用电设备计算负荷的计算1）有功计算负荷（kW）： （5）式中：该用电设备组的设备容量总和（kW）； 为该组中，x台大容量用电设备的设备容量之和（kW）； x为该组取用大容量用电设备的台数； b、c为二项式系数。2）无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流公式分别同式（2）、（3）、（4）。 = 2 * ROMAN II 多组用电设备计算负荷的计算1）有功计算负荷（kW）： （6

21、）式中：各组有功负荷平均值之和； 各组中最大的一个有功负荷附加值。2）无功计算负荷（kvar）： （7）式中：各组无功负荷平均值之和； 的那一组设备的功率因数对应的正切值。3）视在计算负荷、计算电流公式分别同式（3）、（4）。（3）单位产品耗电量法1）有功计算负荷（kW）： （8）式中：a单位产品耗电量，单位为；年产量；年最大有功负荷利用小时。2）无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流公式分别同式（2）、（3）、（4）。（4）单位面积耗电量法（负荷密度法）1）有功计算负荷（kW）： （9）式中：b单位面积耗电量（负荷密度，单位为）；建筑面积，单位为。2）无功计算负荷、视在计算负荷、计算电流公式分

22、别同式（2）、（3）、（4）。此方法主要适用于住宅建筑及其他民用建筑的计算负荷估算。1.2变压器以及电力线路功率损耗的计算 （1）电力变压器功率损耗的计算 1）有功功率损耗（kW）的计算： （10） 式中：变压器的空载损耗； 变压器的短路损耗（负载损耗）； 变压器的负荷率，这里的为变压器的额定容量 （kVA），为变压器的计算负荷（kVA）。 2）无功功率损耗（kvar）的计算： （11） 式中：变压器空载电流百分值； 变压器短路电压（阻抗电压）百分值。 （2）电力线路功率损耗的计算 1）有功功率损耗（kW）的计算： （12） 式中：线路的计算电流（A）； 线路每相的电阻（）。 2）无功功率损耗

23、（kvar）的计算： （13） 式中：线路每相的电抗（）。 对于中小工厂来说，由于其高、低压配电线路一般都不长，其功率损耗相对较小，因此一般略去不计。1.3工厂的计算负荷和年电能消耗量工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备（包括导线、电缆）的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电量的基本依据。按逐级计算法确定工厂计算负荷图1 工厂供电系统中各部分的计算负荷和功率损耗如图1所示，低压配电线WL2首端的计算负荷（以有功负荷为例），应为WL2末端即用电设备组的计算负荷加上该线路的功率损耗。高压配电线WL1首端的计算负荷，应为车间变电器T低压侧的计算负荷加上车间变压器T的功率损耗和高压配电线W

24、L1的功率损耗。而工厂总的计算负荷，则应为所有高压配电出线首端计算负荷之和，再乘上一个同时系数。一般来说：， （2）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1）工厂的功率因数 = 1 * ROMAN I 瞬时功率因数 瞬时功率因数可由功率因数表（相位表）直接测量，亦可以由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出（间接测量）： （14） 式中：P功率表测出的三相功率读数（kW）； I电流表测出的线电流读数（A）； U电压表测出的线电压读数（kV）。 瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。 = 2 * ROMAN II 平均功率因数 平

25、均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算： （15） 式中：某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； 某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。 = 3 * ROMAN III 最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算： （16） 我国电力工业部于1996年制定的供电营业规则规定：用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上

26、。并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功功率的人工补偿装置。 这里所指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。 2）无功功率补偿 工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感应负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿。要使功率因数由提高到，必须装设的无功功率补偿装置。容量为： （17） 或 （18） 式中： ，称为无功补偿率或比补偿容量。无功补偿率是表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量来确定电容器的个数，即： （19） 由上式计算所得的电容器个数n，对于单相电容器来说，应取3的整数倍，以便三相均衡分配。 3）无功补偿后的工厂计算负荷 工厂装设了无功补偿装置后，在确定补偿装置装设地点以前的的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷： （20） 补偿后总的视在计算负荷： （21） 由上式可以看出，在变电所