工厂供配电系统设计

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！工厂供配电系统设计1高压供电线路设计1.1配电室选址一、配电所的设计要求:1、供电可靠，技术先进，保障人身安全，经济合理，维修方便。2、根据工程特点，规模和发展规划，以近期为主，适当考虑发展，正确处理近期建设和原期发展的关系，进行远近结合。3、结合负荷性质，用电容量，工程特点，所址环境，地区供电条件和节约电能等因素，并征求建设单位的意见，综合考虑，合理确定设计方案。4、变配电所采用的设备和元件，应符合国家或行业的产品技术标准，并优先选用技术先进，经济适用和节能的成套设备及定型产品。5、地震基本强度为7度及以上的地区，变配电所的设计和电气设备的安装应采取必要的抗震措施。二、变配电所选址：变配电所地址选择应根据下列要求综合考虑确定：1、接近负荷中心；2、接近电源侧；3、进出线方便；4、运输设备方便；5、不应设在有剧烈震动或高温的地方；6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；7、相贴邻；8、不应设在地势低洼和可能积水的场所；9、不应设在有爆炸危险的区域里；10、不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方。1.2负荷等级的划分一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：1、中断供电将造成人身伤亡时。程被打乱需要长时间才能恢复等。要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大的负荷，应视为特别重要的负荷。二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。用电负荷划分为二级负荷。1.3对接线方案的选择一、主接线方案设计原则与要求特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。安全。2、可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。展。（4、经济在满足上述要求的前提下，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。二、常见主接线方案1、只装有一台主变压器的变电所主接线方案侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：（1）高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；（2）高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；（3）高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。2、装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：（1）高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；（2）高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；（3）高低压侧均为单母线分段的主接线方案。三、主接线方案确定1、10kV侧主接线方案的拟定由工厂负荷计算表（见附录三）可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。2、380V侧主接线方案的拟定便地获得电能。3、方案确定S11提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，低压侧采用单母线形式，其系统图见图1。若主变采用两台S11列运行。低压侧采用也单母线分段形式，其系统图见图2。图1采用一台主变时的系统图图2采用两台主变时的系统图技术指标大为经济资指标6台为表1修7按元/kVA万费元上表1是两种主接线方案的比较，从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于集中负荷较大，已经大1250kVA,低压侧出线回路数较多，且有一定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的适应性，从技术指标考虑，采用于装设两台主变的方案。1.4配电柜选择对于配电柜选择的选择，应满足下列要求:一、高压开关柜的结构应保证工作人员的安全和便于运行、维护、检查、检修和试验。次设备不会产生永久性变形和影响性能的弹性变形。三、开关柜内必须有工作位置、试验位置、以保证手车处于以上位置时，不能随意移动。车应具有互换性。五、沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。●断路器手车只能在试验或工作位置时，断路器才能进行合、分阐操作。●当接地开关处于分闸状态时，手车才能从试验或断开位置移到工作位置。●手车处于工作位置时，接地开关操作轴被锁定，接地开关不能合闸。●当断路器处于合闸状态时，丝杆被锁定，不能移动手车。●只有当接地开关合上，电缆室门才能打开检修电缆。●断路器在工作位置，二次插头不能拨下。导线，其截面电流回路采用不小于2.5mm、电压回路不小于1.5mm.22八、开关柜电缆室门要求做成带绞链，并与断路器联锁，满足五防功能。九、电流互感器的安装要求便于拆装和做试验。小室，中间加隔板完全分开。操作复杂，稳定性差，制约生产因素多，属于落后产品，且防护等级已经达不到KYN50%的空间，更有利于电缆的安装，且技术含量高，容量大，结构设计合理，牢固，外型美观，安全可靠，防护等级高，维修量小等特点，还可以与微机接口，实现配电站的自动化。2无功补偿工厂供配电系统中，功率因数的高低是衡量一个工厂电能质量的重要指标，月平均功率因素达到0.9厂的功率因数。本工厂中，采用电力电容器进行无功功率补偿。补偿方式有两类：一、高压集中补偿率得不到补偿，这种补偿方式只适合于大中型企业。二、低压集中补偿小型企业用此补偿方式比较经济。并联电容器量Q的确定如下公式所示:（1）P1/(cos1/(cos)1QP1/(cos1/(cos1213公式中：P--总平均最大功率kW；m--最大使用时平均功率因数；coscos1，cos--目标功率因数，取0.97~0.98。23三、低压分散补偿比较分散，补偿容量小的企业比较适宜。补偿容量Q计算如下公式所示:（2）QP(tgtg)P(tgtg)qP12c12ccqtgtgc12公式中：tg--补偿前企业自然平均功率角的正切值；1--补偿后企业功率因数角的正切值；tg2--年平均有功负荷系数，一般取0.7~0.75；q--无功功率补偿率，kvar/kW。c小，采用的是电容器自动投补的方式。3高压侧短路电流，短路容量的确定流通过。出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，流和短路容量。中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因本设计采用标幺制法计算一、标幺制法计算步骤和方法1、绘计算电路图，选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。2、设定基准容量S和基准电压U，计算短路点基准电流I。一般设Sdddd=100MVA，设U=UcdSdUId(3)d3、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。电力系统的电抗标幺值SX*dSs(4)oc式中：S——电力系统出口断路器的断流容量（单位为oc电力线路的电抗标幺值SdU2XXlWL0(5)c式中U——线路所在电网的短路计算电压（单位为c电力变压器的电抗标幺值U%SX*k100SdT(6)N式中：U%——变压器的短路电压（阻抗电压）百分值；kS——变压器的额定容量（单位为kVA,计算时化为与SdN4、绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。5、计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期分量I、短路次暂态短路电流I、短路稳态电流*(3)、短路冲击电流(3)I(3)k。I(3)i(3)kIIdXk*(7)(8)在无限大容量系统中，存在下列关系：I=I=I(3)(3)*(3)k高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：=2.55I(9)i(3)*(3)*(3)=1.51I(10)I(3)低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：=1.84I(11)(12)i(3)*(3)*(3)=1.09II(3)6、计算短路容量SSdXk(3-13)图3并列运行时短路计算电路二、两台变压器并列运行计算（由以上公式进行计算，计算过程此处略）三、两台变压器分裂运行计算（由以上公式进行计算，计算过程此处略）四、短路电流计算结果短路电流计算结果见表1、表2：表1并列运行时短路电流计算结果点IIi(3)IIkk表2并列运行时短路电流计算结果点IIII(3)i(3)''(3)kk电站通常情况下应分裂运行。4设备的选择与校验可靠工作的前提下，力争做到运行维护方便，技术先进，投资经济合理。境温度，海拔高度以及有无防尘，防腐，防火，防爆等要求;电气要求是指电气设备对电压，电流，频率等方面的要求；对开关电器及保护用设备，如开关，熔断器等，还应考虑其断流能力。电气设备短路情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障(通常为三相短压互感器等)，以及架空线路，一般不必考虑动稳定度，热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定度的校验。额定电压和额定电流选择，并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。4.1一次设备选择与校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：一、按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。二、按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。防火、防爆等要求。4.2按正常工作条件选择一、按工作电压选择设备的额定电压U不应小于所在线路的额定电压U，即NeNUUNe(14)(15)N二、按工作电流选择设备的额定电流I不应小于所在电路的计算电流I，即II三、按断流能力选择设备的额定开断电流I或断流容量S不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值I或短路容量S，即kkIIoc(16)(17)k或SSock4.3按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。一、隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验1、动稳定校验条件ii(3)(18)(19)maxsh或IImax(3)shi、Imax、——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为I(3)shi(3)sh2、热稳定校验条件ItIt2(3)2(20)tima式中：I——开关的热稳定电流有效值（单位为tt——开关的热稳定试验时间（单位为I——开关所在处的三相短路稳态电流（单位为(3)t——短路发热假想时间（单位为二、电流互感器的短路稳定度校验1、动稳定校验条件ii(3)(21)maxsh或2KI10i3(22)1N式中：i——电流互感器的动稳定电流（单位为K——电流互感器的动稳定倍数（对I1NI——电流互感器的额定一次电流（单位为1N2、热稳定校验条件tIItt(23)(24)或tKIIt1Nt式中：I——电流互感器的热稳定电流（单位为tt——电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；K——电流互感器的热稳定倍数（对It1N4.4高低压母线的选择按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为IHmax大电流I10kV及以下变电所设计规Dmax范》中的规定，高压母线选择TMY-3×(60×6)型母线，相母线尺寸均为60mm×6mm，其载流量为2240A；低压母线选择TMY-3×(80×10)+60×6型母线，即相母线尺寸为80mm×10mm,中性母线尺寸为60mm×6mm，其载流量为3232A。4.5高压侧断路器的选择与校验II10kV少油断路器运行中存在检修次数频繁、检修工作量大，渗漏问题较难处理过种中，这种断路器越来越不能满足社会发展的需要。由于放置在室内，且其开断能力较大，故使用真空断路器。研究发现，真空断路器与少油断路器相比较有着明显的优势:一、真空断路器维护简单，无爆炸危险，无污染，噪音低，检修费用低，故障率低。二、灭弧室开断后介质恢复快，不需要冷却和更换，熄弧能力底，无损耗，触头压力小。条件。四、真空断路器使用寿命长，一般可达20年左右，可靠性高。的机械传动设计的比较好，可靠性高，选择型号为VS1-12的真空断路器，且与配电柜为成套产品。套产品，查产品样本，断路器的选择均满足要求。而断路器的速断保护、过电流保护、零序保护、高温报警等，均与二次回路有关。4.6互感器的选择与校验有重要的作用，其主要功能为：电压和小电流。隔离和保护功能：互感器作为一，二次电路之间的中间元件，不仅使仪表，有利于人身安全。压额定值统一规定为5A（1A）及100V，通过改变互感器的变比，可以反映任意大小的主电路电压和电流值，而且便于二次设备制造规格统一和批量生产。一、电流互感器的选择与校验1、电流互感器的选择变值。同时尚应能承受短时短路电流的作用。（1）满足工作电压要求，即：UUrNUUmW式中：U为电流互感器最高工作电压；mU为电流互感器最装设处的最高工作电压；W为电流互感器额定电压；UrU为系统的标称电压。n（2）满足工作电流要求应对一，二次侧分别考虑。1)一次侧额定电流：Ir1IIr1c式中，I为线路计算短路电流。c2)二次额定电流：Ir2I5Ar23)准确度等级已知电流互感器的准确度与一次侧电流大小和二次侧负荷大小有关。2、电流互感器的校验定校验。以高压侧任一电流互感器为例：查出其动稳定倍数为215，热稳定倍数为120（1）动稳定性校验由公式：2KI10i（25）31N计算：2kI10221510010kAikA331N满足动稳定要求。式中K为电流互感器的动稳定倍数(对I)；1N（2）热稳定性校验由公式：计算：tKIIt1N(3)t（26）tkI12010012It111.720.13(3)tk满足热稳定要求。式中：K为电流互感器的热稳定倍数(对I)；t1N为电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s。tt为短度发热假想时间，高速断路器取0.1s。可知，电流互感器的选择满足要求。其他电流互感器的选择类似。二、电压互感器的选择1、对一次侧电压要求：UUr1NUU1W式中：U为电压互感器最高工作电压；1U为电压互感器装设处的最高工作电压W为电压互感器额定电压Ur1U为系统的标称电压N2、二次侧电压：Ur2电压互感器二次侧额定电压应满足仪表额定电压为100V的要求。本题采用完全星型接法。本题中用在高压侧的电压互感器，考虑以上条件，选择型号均为JDZ-1010/0.1KV的电压互感器。4.7避雷器的选择作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘;电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。路绝缘弱点的保护。碳化硅避雷器广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。氧化锌避雷器由于保护性能优于碳化硅避雷器，正在逐步取代后者，广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适用于中性点有效接地的110千伏及以上电网。这里，我们选用ZnO避雷器，是因为:氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性。普通的阀型避雷器的阀片是金刚砂SiC,试验中发现ZnO、SiC电阻阀片在10KAZnO对应的电流一般在10-5A以下，可近似的认为其续流为零，而SiC的续流却是100A左右。也就是说在工作电压下，氧化锌阀片实际上相当一绝缘体。ZnO避雷器除了有效理想的非线性伏安特性外，其主要优点是:实际上相当于一绝缘体，因而工作电压不会使ZnO阀片烧坏，所以不用串联间隙来隔离工作电压(SiC阀片在正常工作电压下有几十安电流，会烧坏阀片，因此，不得不串联间隙)。由于无间隙，当然也就没有传统的SiC避雷器那样因串联间隙而带来的一系列问题，如污秽，波下的响应特性。二、无续流。当作用在ZnO阀片上的电压超过某一值(此值称为起始动作电阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，避雷器的“导通”状态终止，有相当SiCZnO避雷器的热容量的要求就比SiC低的多。三、电气设备所受过电压可以降低。虽然10KA雷电流下的残压值ZnO避雷器与SiC电压过程中都有电流流过，因此降低了作用在变电站电气设备上的过电压。避雷器的通容流量较大可以用来限制内部过电压。此外，由于无间隙和通流容量大，故ZnO避雷器体积小、重量小、结构简单、运行维护方便、使用寿命也长。由于无续流，故也可使用于直流输电系统。ZnOa将迅速进入0.02——0.051mA的最大允许工作电压峰值的105%——115%。压比是指氧化锌避雷器通过大电流是的残压与通过一毫安直流电流时的电压之比，例如10kA压比是指通过冲击电流10kA时的残压与1mA(直流)时电压的保护性能越好，目前，此值约为1.6——2.0。110KV以下)大部分担以减轻氧化锌阀片的老化，往往也才用并联或串联间隙的方法。SiC避雷器已是大势所趋。目前已有额定电压750KV以下的系列产品，我国也己生产10KV及以下电压等级的氧化锌避雷器。选择的氧化锌避雷器型号为表表示标称放电电流为5kA,W表示配电，17表示避雷器的额定电压为17kV,45表示标称放电电流下最大残压为45kV。4.8接地装置的选择金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。二、确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢1、确定接地电阻按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：RE≤250V/IERE≤10Ω式中IE的计算为IE=IC=60×(60＋35×4)A/350=34.3A故RE≤350V/34.3A=10.2Ω综上可知，此配电所总的接地电阻应为RE≤10Ω2、接地装置初步方案2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40×4mm的扁钢焊接。23、计算单根钢管接地电阻查相关资料得土质的ρ=100Ω·m则单根钢管接地电阻RE(1)≈100Ω·m/2.5m=40Ω4、确定接地钢管数和最后的接地方案根据RE(1)/RE=40/4=10。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n=15和a/l=2再查有关资料可得ηE≈0.66。因此可得n=RE(1)/(ηERE)=40Ω/(0.66×4)Ω≈15考虑到接地体的均匀对称布置，选16mm根直径50mm、长2.5m的钢管作地体，用40×4mm的扁钢连接，环形布置。25工厂供配电二次回路的设计电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。行系统。路平面布置图。二次回路可划分为下列几部分；电压回路：由电压互感器与仪表、继电器等的电压线圈组成。电流回路：由电流互感器与仪表、继电器等的电压线圈组成。操作回路：由操作电源与断路器的掉闸、合闸线圈等组成。信号回路：由信号电源与光字牌、警铃、电笛等组成。25究设计出了能满足本厂供配电系统安全可靠供电的二次回路。各种测量二次回路如下图所示(以3号HM压缩机为例):A电流测量cosΦ图4电流测量装置图B过流保护测量TA2aFS1A421TA2cC421FS2图5过流保护测量装置图C接地保护测