工厂供电的设计

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一、工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分派，亦称工厂配电。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；电能的输送的分派既简单经济，又便于控制、调理和测量，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。

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（除电化工业外）。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。从另一方面来说，假使工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好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。由于能源俭约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源俭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，对于俭约能源、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，就必需达到以下基本要求：

（1）安全在电能的供应、分派和使用中，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，并尽可能地俭约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照料局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。二、工厂供电设计的一般原则

依照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必需遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策；

必需遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括俭约能源，俭约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和把握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

三、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，结合国家供电状况。解决对各部门的安全可靠，经济的分派电能问题。其基本内容有以下几方面。

1、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。

2、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，结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。

3、工厂总降压变电所主结线设计

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数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装简单维修便利。

4、厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷状况，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放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，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结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

5、工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，寻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。

6、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。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用适合的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。

7、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、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

8、继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。

9、变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反攻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。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

10、专题设计

11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。其次章负荷计算及功率补偿

一、负荷计算的内容和目的

（1）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，寻常采用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。

（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3）平均负荷为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能消耗量。

二、负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。

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。最终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）和标幺制法（又称相对单位制法）。

二、本设计采用标幺制法进行短路计算1.在最小运行方式下：（1）确定基准值

取Sd=100MV?A,UC1=60KV,UC2=10.5KV

而Id1=Sd/√3UC1=100MV?A/(√3×60KV)=0.96KAId2=Sd/√3UC2=100MV?A/(√3×10.5KV)=505KA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（SOC=310MV?A）X1*=100KVA/310=0.322）架空线路（XO=0.4Ω/km）X2*=0.4×4×100/10.52=1.52

3）电力变压器（UK%=7.5）

X3*=UK%Sd/100SN=7.5×100×103/(100×5700)=1.32

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。

(3)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*Σ(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*Σ(K-1)=0.96/1.84=0.523)其他三相短路电流

I\∞(3)=Ik-1(3)=0.52KAish(3)=2.55×0.52KA=1.33KAIsh(3)=1.51×0.52KA=0.79KA4)三相短路容量

Sk-1(3)=Sd/X*Σ(k-1)=100MVA/1.84=54.3

(4)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1)总电抗标幺值

X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*//X4*=0.32+1.52+1.32/2=2.52)三相短路电流周期分量有效值

IK-2(3)=Id2/X*Σ(K-2)=505KA/2.5=202KA3)其他三相短路电流

I\∞(3)=Ik-23)=202KAish(3)=1.84×202KA=372KA

Ish(3)=1.09×202KA=220KA4)三相短路容量

Sk-2(3)=Sd/X*Σ(k-1)=100MVA/2.5=40MV?A在最大运行方式下：（1）确定基准值

取Sd=1000MV?A,UC1=60KV,UC2=10.5KV而Id1=Sd/√3UC1=1000MV?A/(√3×60KV)=9.6Id2=Sd/√3UC2=1000MV?A/(√3×10.5KV)=55KA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（SOC=1338MV?A）X1*=1000/1338=0.75

2）架空线路（XO=0.4Ω/km）X2*=0.4×4×1000/602=0.453）电力变压器（UK%=4.5）

X3*=X4*=UK%Sd/100SN=7.5×1000×103/(100×5700)=13.2

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。

(3)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1)总电抗标幺值

X*Σ(K-1)=X1*＋X2*=0.75+0.45=1.22)三相短路电流周期分量有效值

IK-1(3)=Id1/X*Σ(K-1)=9.6KA/1.2=8KA3)其他三相短路电流

I\∞(3)=Ik-1(3)=8KAish(3)=2.55×8KA=20.4KAIsh(3)=1.51×X*Σ(K-1)8KA=12.1KA4)三相短路容量

Sk-1(3)=Sd/X*Σ(k-1)=1000/1.2=833MVA

(4)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K1)总电抗标幺值

X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*∥X4*=0.75＋0.45＋13.2/2=7.82)三相短路电流周期分量有效值

IK-2(3)=Id2/X*Σ(K-2)=55KA/7.8=7.05KA3)其他三相短路电流

I\∞(3)=Ik-2（3）=7.05KAish(3)=2.55×7.05KA=17.98KAIsh(3)=1.51×7.05KA=10.65KA4)三相短路容量

Sk-2(3)=Sd/X*Σ(k-2)=1000/7.05=141.8MV?A三.短路电流计算结果：1.最大运行方式2.最小运行方式

第六章导线、电缆的选择概述

为了保证供电系统安全、可靠、优