供电课程设计-10KV供配电系统设计

1、供电技术设计10KV供配电系统设计摘要：电能是现代工业生产的主要能源和动力；电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化；电能在工业生产中的重要性，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。因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生

2、产中来，为经济的发展做出最好的服务。关键词：配电所电力负荷功率补偿短路电流1工厂供电概述1.1工厂供电的意义和要求电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。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。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。因此，做好

3、工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：1、安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故；2、可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求；3、优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求；4、经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应

4、合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素

5、，接合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。工厂总降压变电所主接线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济、安装容易、维修方便。厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，由不同方案的可靠性、电压损失、基建投资、年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。工厂供、配电系统短

6、路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷接地

7、装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。对接地和接地体做具体的理解。负荷计算及功率补偿负荷计算的内容计算负荷计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。平均负荷平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电

8、能消耗量。负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。主要计算公式有：有功功率：P30=PeKd无功功率：Q30=P30tg视在功率：S30=P30/COS计算电流：I30=S30/3UN下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：序号车间名称设备用量（KW）计算负荷变压器容量P30(KW)Q30(Kvar)S30(KV.A)1空调机房（一）246.5172.6129.4215.82厂务公用站房338.2236.8177.62961*4003TG车间3704.62963.71837.53486.74锅炉房142.610

9、780.2133.85水泵房320.9208.6156.5278.11*4006污水处理厂6753.647.268.77TA车间2377.4951190.29708空压站607534.2470.1712.39空调机房（二）368257.6193.23221*40010冷冻机（1）561392.7345.6523.611冷冻机（2,3）1122785.4691.11047.212制冷站450315236.2393.81*40013照明用电634.4507.5243.6243.62.2.1全厂负荷计算取KEp=0.95;KEq=0.97根据上表可算出：EP30i=7485.7kW;EQ30i=47

10、98kvar贝VP30=KEPEP30i=0.95X7485.7kW=7111kWQ30=KEqEQ30i=0.97X4798.4kvar=4654kvarS30=223030pQ+8499KVAI30=S30/3UN140ACos二P30/S30=7111/84990.84功率补偿功率补偿功率补偿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性负荷,还有感性的电力变压器，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,则需考虑增设无功功率补偿装置。上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系

11、。假设功率因数有cos提高到cos,这时在用户需用的有功功率30P不变的条件下，无功功率将由30Q减小到30Q,视在功率将由30S减小到30S。相应地负荷电流30I也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。由上图可知，要使功率因数由cos提高到cos，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为：?.=觀一给=（UDfk-tan2Wg山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qc来确定电容器的个数，即：qc由于本设计中要求Cos20.9,而由上面计算可知Cos=0

12、.84QS02QF21TT单母线分段按线图QS23QF22x内曲武按线图5短路计算5.1短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电

13、系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。短路电流计算5.2.1本设计采用标幺值法进行短路计算6.2.1在最小运行方式下：绘制等效电路如图6-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。、确定基准值取Sd=100MVA,UC1=60KV,UC2=10.5KV而Id1=Sd/3UC1=100MVA/(3X60KV)=0.96KAId2=Sd/3UC2=100MVA/(3X10.5

14、KV)=505KA、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统(SOC=310MVA)X1*=100KVA/310=0.32架空线路(XO=0.4Q/km)X2*=0.4X4X100/10.52=1.52电力变压器(UK%=7.5)X3*=UK%Sd/100SN=7.5X100X103/(100X5700)=1.32、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*工(K-1)=X1*+X2*=0.32+1.52=1.84三相短路电流周期分量有效值IK-1(3)=Id1/X*工(K-1)=0.96/1.84=0.52其他三相短路电流1(3)=1(3)=Ik-1(3)=

15、0.52KAish(3)=2.55X0.52KA=1.33KAIsh(3)=1.51X0.52KA=0.79KA三相短路容量Sk-1(3)=Sd/X*S(k-1)=100MVA/1.84=54.3、求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*S(K-2)=X1*+X2*+X3*/X4*=0.32+1.52+1.32/2=2.5三相短路电流周期分量有效值IK-2(3)=Id2/X*S(K-2)=505KA/2.5=202KA其他三相短路电流I(3)=1(3)=Ik2(3)=202KAish(3)=1.84X202KA=372KAIsh(3)=1.09X202KA=22

16、0KA三相短路容量Sk-2(3)=Sd/X*(kl)=100MVA/2.5=40MVA5.2.2在最大运行方式下：绘制等效电路如图6-2，图上标出短路计算点。K-1需K-2-I、确定基准值取Sd=1000MVA,UC1=6OKV,UC2二0.5KV而Idl=Sd/3UCl=1000MVA/(3X60KV)=9.6Id2=Sd/3UC2=1000MVA/(3X10.5KV)=55KAII、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统(SOC=1338MVA)X1*=1000/1338=0.752)架空线路(XO=0.4Q/km)X2*=0.4X4X1000/602=0.453)电力变压器(UK%

17、=4.5)X3*=X4*=UK%Sd/100SN=4.5X1000X103/(100X5700)=13.2III、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*工(K-1)=X1*+X2*二0.75+0.45=1.2三相短路电流周期分量有效值IK-1(3)=Id1/X*工(K-1)=9.6KA/1.2=8KA其它三相短路电流I(3)=I(3)=Ik1(3)=8KAsh(3)=2.55X8KA=20.4KAIsh(3)=1.51XX*(K-1)8KA=12.1KA三相短路容量Sk-1(3)=Sd/X*工(k-1)=1000/1.2=833MVAIV、求k-2点的短路电路

18、总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*工(K-2)=X1*+X2*+X3*X4*=0.75+0.45+13.2/2=7.8三相短路电流周期分量有效值IK-2(3)=Id2/X*S(K-2)=55KA/7.8=7.05KA其他三相短路电流I(3)=1(3)=Ik2(3)=7.05KAish(3)=2.55X7.05KA=17.98KAIsh(3)=1.51X7.05KA二10.65KA三相短路容量Sk2(3)=Sd/X*工(k2)=1000/7.05=141.8MVA主要电气设备选择电气设备选择的条件为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列

19、条件。发热条件导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。机械强度导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校

20、验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。补偿功率因素后的线路计算电流。6.2高压设备的选择要求高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经比较优选出开关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规

21、格。配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN-12型。电测量仪表与绝缘监视装置电测量仪表这里的“电测量仪表”是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。”为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安

22、全、可靠、优质和经济地运行，工厂供电系统的装置必须装设一定数量的电测量仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。绝缘监视装置绝缘监视装置用于小电流接地的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。635KV系统的绝缘监视装置,可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相

23、的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零，其它两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。防雷与接地8.1防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击