【某工厂10kv供配电系统设计6700字（论文）】

XX1.绪论在整个电力系统中，10kV配电网主要担负着供配电的任务。10kV配电网的核心是10kV变电站，该系统的主要功能是：接受、变换和分配电能。因此，关于变电站的设计至关重要.自改革开放以来，我国经济快速发展，工业与生活中的用电量大大增加。为了满足用电负荷增加的需求，我国在最近的20年里，不断扩大电网的规模与提高供电质量。目前，国家电网公司正在致力于特高压电网的建设，其输送电压等级已经达到交流1000kV和直流式800kV，其电压质量和输送电能的容量大大增加，而电能的损耗大大降低。目前我国大部分地区的变电站等级仍以500kV，220kV，110kV变电站为主。500kV和220kV变电站在整个电网中起着枢纽的作用，110kV变电站是区域电网的核心。10kV供配电系统是连接高压输送电网与低压用电设备的关键环节[1]。在以往的10kV变电站设计中，存在着电能质量不佳、成本高、土地占用大、易造成噪声污染、设备容易受到环境的影响等问题，特别是在污染严重的重工业区、湿度较大的沿海和沿江地区；在这些地区，变电站设备的污闪事故时常发生。供配电系统在建设的过程中需要考虑到多个方面，包括工业应用、技术、自然环境、标准规范等。通过前期的设计以达到最优化。目前，系统的设计标准有以下几点：1）减少投资成本；2）降低运行和维护费用；3）元器件使用数量最少化；4）设备布局紧凑；5）减少影响环境的因素；6）更加注重人身安全；在设计方案中优先考虑资源利用最优化，减少变电站对周边环境的噪声污染和无线电信号的干扰，在满足供电要求和安全的前提下，还要考虑到变电站在今后工作中的升级改造与维护等要求。10kV供配电系统的电气主接线应简单清晰、布局合理、不同电气间隔之间无干扰、接地网设计应合理可靠、保护装置高效灵敏。总而言之，l0kV供配电系统的设计应实现自动化、智能化、标准化[2]。2.系统总体设计2.1变电站的基本资料此次变电站设计为10kV终端供配电系统，以供给某大学工厂的图书馆、教学楼、食堂以及宿舍楼的用电，还包括工厂内部照明、消防以及公共设施的用电。该变电站由于工厂内部所需用电设施较多，故采用以开闭站的形式来进行供配电。该工厂由昆河变911线以及和平变924线两条10kV进线供电，经开闭站分配10kV高压侧再经电力电缆向各个供电设施经变压器提供380V电源线。由于该工厂供电设施较多，故取开闭站、23#员工公寓楼来具体的设计和说明10kV变电站的供配电系统的电气设计包括一次接线图以及二次保护控制原理图。2.2变电站的基本数据2.2.1开闭站的基本数据开闭站的负荷容量、功率因数、出线方式如表2-1所示。表2-1开闭站基本数据负荷名称负荷容量(kVA功率因数出线方式模具生产车间879+7690.85电力电缆加工车间803+7330.85电力电缆厂区办公楼549+5980.85电力电缆配电室524+489+587+4720.85电力电缆23#员工公寓楼11430.85电力电缆食堂8670.85电力电缆站用电26.80.85电力电缆2.2.223#员工公寓楼的基本数据23#员工公寓楼的设备容量、功率因数、出线方式如表2-2所示。表2.223#员工公寓楼基本数据设备用途设备容量（kW）功率因数出线方式总计14710.9照明(B1AL-1123层)1350.85电力电缆照明(B1AL-145层)920.85电力电缆照明(B1AL-167层)920.85电力电缆照明(B1AL-189层)920.85电力电缆照明(B1AL-11011层)920.85电力电缆照明(B1AL-11213层)930.85电力电缆照明(B1AL-2123层)1350.85电力电缆照明(B1AL-245层)920.85电力电缆照明(B1AL-267层）920.85电力电缆照明(B1AL-289层）920.85电力电缆照明(B1AL-21011层）920.85电力电缆照明(BAL-21213层）930.85电力电缆1层一5层(a)电热水器电源301电力电缆6层一10层(a)电热水器电源241电力电缆11层一14层(a)电热水器电源241电力电缆1层一5层(b）电热水器电源301电力电缆6层一10层(b）电热水器电源241电力电缆11层一14层(b）电热水器电源241电力电缆采暖循环泵7.50.8电力电缆生活给水泵190.8电力电缆备用(总计)1000.8电力电缆竖井一应急照明120.85电力电缆竖井二应急照明120.85电力电缆变电站配电100.85电力电缆电梯150.6电力电缆消防排风机补水机5.50.8电力电缆消防潜污泵4.50.8电力电缆消防稳压泵30.8电力电缆消防电梯270.6电力电缆消防控制室50.85电力电缆3.负荷计算与变压器的选择3.1负荷计算负荷计算是变电站设计的重要工作之一，负荷计算是变压器容量和出线侧最大持续工作电流的重要依据。由于此次设计为10kV变电站供配电系统的电气设计，其内部用电设施以工业用电为主，故负荷计算采用需要系数法进行计算。3.1.1单台用电设备的计算用电设备的负荷计算和负荷容量在额定工作状态下满足以下要求：(3-1)式中：一一用电设备的安装容量(kW)——介质损耗因数正切值一一设备的额定电压(kV)一一有功计算负荷(kW)Qc一一无功计算负荷(kVAr)Sc一一视在计算负荷(kVA）Ic一一计算电流(A)3.1.2用电设备组的计算负荷如果是计算配电干线的负荷时，应该进行分组，计算各组的总安装容量，在根据各组的需要系数、功率因数以及功率因数正切值，那么(3-2)3.2变电站负荷计算根据已经得知的负荷计算，由式(3.1)、(3.2)可得：3.2.123#员工公寓楼负荷计算23#公寓楼的具体设备分类、设备容量、需要系数、计算容量、功率因数、计算电流如下表所示。表3-123#员工公寓楼基本数据设备用途设备容量（kW）功率因数需要系数kX计算电流总计14710.90.71739照明(B1AL-1123层)1350.850.85205照明(B1AL-145层)920.850.85140照明(B1AL-167层)920.850.85140照明(B1AL-189层)920.850.85140照明(B1AL-11011层)920.850.85140照明(B1AL-11213层)930.850.7142照明(B1AL-2123层)1350.850.85205照明(B1AL-245层)920.850.85140照明(B1AL-267层）920.850.85140照明(B1AL-289层）920.850.85140照明(B1AL-21011层）920.850.85140照明(BAL-21213层）930.850.851421层一5层(a)电热水器电源3010.7326层一10层(a)电热水器电源2410.72611层一14层(a)电热水器电源2410.7321层一5层(b）电热水器电源3010.7266层一10层(b）电热水器电源2410.71511层一14层(b）电热器电源2410.736采暖循环泵7.50.81146生活给水泵190.8122备用(总计)1000.80.836竖井一应急照明120.85122竖井二应急照明120.85122变电站配电100.85118电梯150.6138消防排风机补水机5.50.8111消防潜污泵4.50.819消防稳压泵30.816消防电梯270.6169消防控制室50.85193.2.2开闭站的负荷计算开闭站的具体负荷名称、低压侧负荷容量、变压器功率损耗、高压侧负荷容量、功率因数如下变所示。表3-2开闭站的负荷计算表负荷名称低压侧负荷容量(kVA）功率因数变压器功率损耗(kVA)高压侧负荷容量(kVA)模具生产车间879+7690.8525+22904+791加工车间803+7330.8523+21826+754厂区办公楼549+5980.8514+15563+613配电室524+489+587+4720.8515+14+17+13539+503+604+48523#员工公寓楼11430.85291172食堂8670.8524891站用电26.80.850.7427.54总计50000.8551003.3无功功率平衡及无功补偿3.3.1无功功率的基本要求在电力系统中，无功补偿一般都采用分层分区、就地平衡的原则。要求无功电源具有一定的灵活性以及适量的备用容量[6]。一般选用并联电容器或并联电抗器作为主要的无功补偿装置。3.3.2无功功率平衡及补偿低压配电装置中的无功补偿装置1）在低压配电装置中一般选用并联电容器作为补偿装置。2)并联电容器的容量与主变压器的容量有关，在实际中一般取变压器容量5%~10%，其即可装设在高压侧，也可在低压侧装设。3)对于低压配电装置，要求其功率因数在0.9左右。3.4变压器的选择变压器作为配电系统的连接装置对电力系统的运行和电压等级的变换起着至关重要的作用，对其选择必须谨慎合理，不然将带来一系列的不便。变压器的容量、型号的确定除了根据负荷计算、变压器所在环境等，还应该考虑所在区域3~5年的发展规划，留有一定的余量。变压器的选用还应考虑进出线回路数、所需电压等级等，要进行全面分析和考虑[7]。由于此次设计的变电站所需的变压器均在室内，故采用干式变压器，选用SCB9等系列变压器。3.4.1变压器的容量及型号选择本次设计为10/0.4kV电压等级的电气设计，其计算容量都不大于2000kVA，对于这种情况一般都应选择三相变压器而不是单相变压器。对于模具生产车间、加工车间、厂区办公楼、配电室变压器的选择，变压器的容量应当大于其计算负荷并留有一定的余量，由于模具生产车间、加工车间、厂区办公楼为重要负荷故其变压器的台数采用两台。对于23#员工公寓楼、食堂、配电室其变压器的选择，其容量也应大于其计算负荷，而其台数选择一台即可(对于不重要的负荷)。对于开闭站的站用电，由于必须确保开闭站的正常工作故选择两台变压器，其容量的选择与上述相同。其具体型号的选择见下表：表3-3变压器型号表负荷名称低压侧负荷容量(kVA）功率因数变压器型号台数模具生产车间879+7690.85SCB9-1250/10UK%=62加工车间803+7330.85SCB9-1000/10UK%=62厂区办公楼549+5980.85SCB9-630/10UK%=62配电室524+489+587+4720.85SCB9-630/10UK%=6423#员工公寓楼11430.85SCB9-1250/10UK%=61食堂8670.85SCB9-1000/10UK%=61站用电26.80.85SCB9-30/10UK%=413.4.2无功补偿装置的选择本次设计在变压器的低压侧安装并联电容器作为无功补偿。以厂区办公楼和23#员工公寓楼为例，选择低压侧装设并联电容器，根据负荷以及功率因数的要求，并联电容器的容量如下：厂区办公楼侧：200kVAr23#员工公寓楼：300kVAr4.变电站短路电流的计算4.1短路电流计算4.1.1短路电流计算的基本步骤1)选定基准值，计算各个元件的等值电抗(标幺值)；2)给系统制订等值网络图；3)选择短路点；4)简化等值网络图，不考虑短路电流的非周期分量，计算发生短路时，短路总阻抗的值，求出短路电流的标幺值和有名值；5)计算短路电流冲击值、最大全电流有效值以及短路容量；6)绘制短路电流计算结果表[8]。4.1.2各元件标幺值的归算1)各元件参数计算的公式说明(1)线路参数计算(忽略电容)对于一般的输电线路一般为铝导线，故其单位阻抗有：（4-1）则线路阻抗为：（4-2）符号说明：x表示线路的单位阻抗l表示输电线路的长度kmX表示输电线路的阻抗(2）变压器参数计算(4-3)符号说明：XT表示变压器的等值阻抗uk%表示变压器阻抗电压百分值表示额定电压(线电压)kV表示变压器的额定容量MVA(3)电抗器参数计算(4-4)符号说明：Xk表示电抗器的等值阻抗uk%表示电抗器的电抗百分值表示额定电压(线电压)kV表示变压器的额定容量KA4.2变电站的短路电流计算4.2.1变电站各元器件的有名值和标幺值计算根据上述的公式，计算各元器件的有名值及标幺值。取基准容量、基准电压分别为10MVA，10kV，则其基准电流=0.557KA，其计算结果估下表所示：表4-1变压器参数负荷名称变压器型号功率因数台数有名值()标幺值模具生产车间SCB9-1250/10UK%=60.8524.80.48加工车间SCB9-1000/10UK%=60.8526.00.60厂区办公楼SCB9-630/10UK%=60.8529.50.95配电室SCB9-630/10UK%=60.8549.50.9523#员工公寓楼SCB9-1250/10UK%=60.8514.80.48食堂SCB9-1000/10UK%=60.8516.00.60站用电SCB9-30/10UK%=40.85120020已知系统的短路容量：昆河变911线为143.9MVA、和平变924线为267.8MVA，则其标么值为：4.2.2系统短路电流的计算由表4-1分析可得则其简化等值电路图，如图所示：图4-1系统简化等值电路图所以（4-5）则其有名值为：（4-6）短路冲击电流：（4-7）最大电流有效值：（4-8）短路容量：（4-9）5.主要电气设备的选择电气设备是电力系统安全运行不可或缺的一部分，电气设备的选择是变电站设计的主要内容之一。变电站的不同电压等级、不同间隔的电气设备的工作条件均不同，所以选择的电气设备也有所不同，但电气安全性能方面的要求是一样的，电气设备工作时的可靠性应能保障[9]。5.1电气设备选择的条件5.1.1电气设备选择的原则电气设备选择的一般原则是：1)应满足在不同情况下的要求，并考虑负荷增加的裕量；2)应按当地环境条件校验；3)经济资源配置最优化，选择先进的、新型的电气设备；4)选择导体时应尽量选择相同种类；5)在工程扩建时，应选用与旧电气设备型号‘相同的新电器；6)在选用新型的电气设备时，必须进行可靠的试验获得数据，并且经权威机构鉴定合格，来确保设备的可靠性[10]。5.1.2电气设备选择的技术条件1)额定条件下电气设备的选择(1)额定电压选择的电气设备和电缆额定工作电压应超过相应电力系统等级的额定电压即：(5-1)(2)额定电流电气设备和电缆的额定电流，是指在一定温度下电气设备的长期允许通过的电流，应超过设备所处回路的最大持续工作电流Imax。即（5-2）考虑到输电线路和变压器因损耗而造成电压降低的因素，考虑5%的裕量因此相应回路的最大持续工作电流Imax=1.05（为电气设备和电缆的额定电流)。5.2高压侧电气设备的选择5.2.1电压、电流互感器的选择1)电压互感器的选择条件应根据使用条件和装设地点来选择电压互感器。（1）电压互感器的种类和形式。油浸式电压互感器与浇注式电压互感器广泛应用于6~35kV屋内配电系统中[11]。（2）电压互感器一次侧电压与二次侧电压的确定。一次侧额定电压由该侧的接线方式确定；二次侧额定电压一般为100V。（3）容量和准确级的选择。其容量与准确级由所接仪表决定。2)电压互感器的选择对上述条件的设计分析，选择的电压互感器的如下所示：表5-1电压互感器数据名称电压互感器型号具体参数昆河变911线JDZ一10PTJDZXF14一10一0.2一次额定电压l0kVPTJDZXF14一10一0.2二次额定电压100V计量JDZXF14一10一0.2最大容量500VA和平变924线JDZ一10电流互感器的选择条件（1）种类和形式的选择。瓷绝缘电流互感器或树脂浇注绝缘结构的电流互感器广泛应用于3~20kV的屋内配电系统中。（2）高压侧额定电流和额定电压的确定。高压侧额定电压和电流应满足：(3)准确级和容量的选择。4)电流互感器的选择对上述条件的设计分析，其容量与准确级由所接仪表决定。选择的电流互感器如下所示：表5-2电流互感器选择负荷名称最大持续工作电流(A)电流互感器型号模具生产车间102.8LZZBJ9-10200/5加工车间95.8LZZBJ9-10150/5厂区办公楼71.3LZZBJ9-10100/5配电室129.2LZZBJ9-10200/523#员工公寓楼71.0LZZBJ9-10100/5食堂54.01LZZBJ9-1075/5站用电1.67LMK3一0.66总计309.2LZZBJ9-10600/55.2.2母线及电力电缆的选择1)母线的选择条件(1)导体材料的选择导体材料一般为铜、铝、铝合金。其材料的选择一般需要综合考虑环境、安全、经济等因素。(2)导体截面的选择导体截面大小的选择与其长时间发热允许通过的电流大小或流经导体截面的电流密度有关。按长时间发热允许通过的电流大小确定：（5-3）式中：为允许流过导体的最大持续工作电流（A）为一定温度=25℃时导体工作电流(A)K是修正系数；由导体所处的环境温度和海拔高度决定。2)母线的选择经分析初步选用矩形铜母线TMY，其部分参数见下表：表5.3母线参数矩形铜母线(TMY)母线截面和重量(cm2)最大允许持续电流(A)25℃35℃40℃规格重量Kg平放竖放平放竖放平放竖放铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线6铜0.251720021017618516217115X30.400526127523324521422520X30.53432334028530027128525X30.667545147539441536638530X41.06859362552255048451040X41.42466570058855155158040X51.7881686072176066970550X52.22590695579784073577550X62.671069112594099087392060X63.20412511320110111601016107060X84.27213951475123012951133119560X105.3413601480119513001110120580X64.27215531690136114801260137080X85.69617471900153116651417154080X107.12166518101557159213561475100X65.34191120801674182015461635100X87.1221212310186520251720187010X108.920024001940211018001955注：15X4、20X6、20X8、20X10，25X4，25X6，30X3、30X6，30X8、32X8、40X8、40X10，50X10母排规格亦可选用。故母线选择详情如下：主母线型号：TMY一100×10分支母线：昆河变991线、PT线、计量线以及和平变924线为：TMY-100×10其他各回路线为：TMY-80×103)电力电缆的选择条件（1）电缆芯线材料和型号的选择。电缆芯线通常由铜芯、铝芯材料制成。其材料的选择一般需要综合考虑环境、安全、经济等因素；型号的选择一般要可靠实际的用途、拍摄方式和使用条件[12]。（2）电压选择电缆芯线的相间额定电压应高于电缆所处电力系统的额定电压。即：。截面选择电力电缆截面选择的方法与母线类似。5.2.3其他电气设备的选择1）高压开关柜的选择对上述选择的总结归纳，高压