【工厂供电系统运行管理设计8300字（论文）】

工厂供电系统运行管理设计目录第1章绪论 31.1研究背景 31.2供电的注意事项及基本特点 31.3供电设计的基本要求及原则 41.4本文的主要工作 4第2章负荷计算和功率补偿 62.1负荷计算的内容和目的 62.2负荷计算的概念 62.3负荷计算的方法 62.4无功补偿的方式 7第3章主变压器的选择和主接线方案的选择 93.1变压器台数确定原则 93.2变压器选择的计算 93.3主接线方案 93.3.1主接线的分类 103.3.2主接线的要求和选择原则 103.4主接线的类型 103.4.1单母不分段接线 103.4.2单母分段接线 113.4.3桥形接线 133.5主接线方案的确定 14第4章电气设备的选择 164.1按额定电压选择 164.2按额定电流选择 164.3短路电流的计算条件 16第5章继电保护的配置 185.1对继电保护的基本要求 185.1.1可靠性 185.1.2选择性 185.1.3速动型 185.1.4灵敏性 185.2继电保护的配置 185.2.1电流速断保护 185.2.2过电流保护 195.2.3瓦斯保护 19第6章结论与展望 21参考文献 22PAGE\*Arabic9摘要本次毕业设计为某工厂的供电系统运行及管理设计，针对性的讨论了几个具体的需要注意的问题：负荷的计算以及有功和无功的补偿，主变压器如何去合适的进行选择和使用，还讨论了两种不同的接线方案以及针对这两种接线方案如何去选择更合适，以及对使用的设备进行了讨论，还介绍了对保护装置的选择。并针对性的进行了具体的设计和研究。本文在第三章对主变压器的选择时进行了具体的讨论和计算。该厂在35KV侧主接线采用的是内桥接线，6KV侧采用的是单母分段接线，该问题在第四章对主接线方案的选择时进行了讨论和研究。本文在第5章对该厂的继电保护也进行了具体选择，采用的是电流速断保护，过电流保护和气体瓦斯保护。结合实际情况，通过相关计算和分析，选定了合适的方案以达到高效节能的目的。关键词：负荷计算；主变压器选择；主接线方案的选择；保护装置的选择

第1章绪论1.1研究背景随着国家的经济发展，各种领域的用电量也逐渐增多，当今社会发展和生产的基础和关键能源就是电，其他能源不但可以通过不同方式变成电能，如核能，太阳能，动能等，而且电能也可以变化成其他能量REF_Ref17054\w\h[1]，因此电能不仅在平时日常生活中有不可或缺的地位，而且也在工厂的制造和生产方面有关键的作用。为了满足日益增生长的电力需求，加上现在电力行业各方面的进步，各电厂的规模和机组容量都在不断扩大，但是在规模和机组容量扩大的同时，安全管理设备及各种辅助设施的需求也在不断增加。600MW,1000MW的单机容量已经逐渐成为新型改建的主要选择。在需求不断增加的同时，管理人员及管理技术的缺陷和不足也逐渐显露出来。电厂的各大设备都需要人员进行管理，监视以及操作，设备信息的传递尤为重要，电厂的供电系统运行及管理水平需要及时加强和提高。我国存在很多大中小型电厂，但是有些电厂由于供电系统的管理不当以及基础落后，严重阻碍了企业的发展甚至造成各种安全及运行隐患，这种电厂也已经逐渐被淘汰。老式的电厂主要是靠运行人员手抄数据的方式来对电厂进行管理，运行以及检测，随着现代科技发展不断进步，加之各种有关软件的不断发展，各个电力企业都逐步采用了信息化管理。但是由于管理软件的水平各不相同，尽管有各种管理软件，但是在各个企业的运行及实际应用当中，其实出现了许多大小不一的问题。1.2供电的注意事项及基本特点电厂供电系统中必需保持安全可靠的供电，即能适应实时变化的负合有功和无功需求，满足短路，断线故障，负荷剧烈波动等快速性要求，供出的电能质量也一定要符合要求。除了需要保证安全可靠供电以及电能质量的同时，还需要良好的经济性以及对环境友好的要求。现代电力系统中，衡量电能质量的技术指标有频率允许偏差，电压允许偏差和波形质量。频率允许偏差为：目前供电系统的标准频率是50HZ ，正常运行条件下频率允许与标准频率相差限制±0.2HZ；当供电系统的供电量不大时，相差的最大值可以为±0.5HZREF_Ref19621\w\h[2]。电压允许的偏差为：35KV以上的偏差为10%之内，10KV及以下三相电压偏差为标称的±7%；220KV单相供电电压，允许偏移范围为+7%到-10%REF_Ref20369\w\h[3]。电压偏差（%）=波形质量：公用电网谐波，三相电压不平衡，电压波动和闪变等。其中，国标《电能质量公用电网谐波》明确指出：6~12KV的每个电压等级的公共使用电力网的电压（注意此处的电压指的是相电压）总谐波畸变率分别为0.38KV≤5.0%，6-10KV≤4.0%，35-66KV≤3.0%，110≤2.0%REF_Ref21061\w\h[4]。谐波畸变率（%）=1.3供电设计的要求及原则电能在现代生产和科技发展中起到关键性作用，工厂供电系统的基本要求有：1.同时性：电能的生产，运送，分配和消费的环节在生活中是一起发生的。2.整体性：发电，变电，输配电线路，用电在供电系统中缺一不可。3.快速性：电能的传播形式是电磁波，电力系统的暂态过程十分短暂。4.需求连续性，监控实时性，负荷随机性等。5.从全面性考虑，统筹兼顾。从负荷使用情况，各个地区的供电和用电情况以及用电的时间等各方面考虑，拟定正确的供电方案，保证整个电厂的供电可靠。正确分配电能以及运行人员的调度，考虑各方面因素，在设计过程中保证供电的安全可靠。1.4本文的主要工作随着发电规模不断的扩大，设备的运行数量也在不断增加，随之而来的就是对管理要求的提高，面对扑面而来的庞大的管理和运行需求，与之相对应的管理运行水平就需要随之提高。环保和智能化的发展理念推动着各行各业积极地进行产业结构调整。建筑电气行业也以设计出更环保、更节能、更智能的电气方案为主要发展方向[5]本设计中，该厂采用的是10KV单电源进线，一台1500KV的变压器最大设备容量为1522KV。本次设计通过对负荷的实际的计算并结合计算后的结果进行分析，结合实际情况选择合适的电气设备以及接线方式，最终得出了合适的设计方案，并严格按照当地的相关要求进行设计，避免了设计考虑不全面和能源的浪费以及对环境的污染的各种问题。达到了节能高效环保的效果。第2章负荷计算和功率补偿2.1负荷计算的内容和目的计算负荷是一个假象的量，计算负荷是所有数据统计过后经过计算而得来的不是实际存在的。计算负荷是供电管理中计算的第一步，在供电设计中占不可或缺的地位，他直接关系到设备的选择是否合理以及是否负荷运行要求及经济要求。通常选用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REF_Ref722\w\h[6]。2.2负荷计算的概念负荷是一个不停变化的量，负合的变化和时间有关。负荷可以分为一级负荷，二级负荷和三级负荷三个等级[7]在实际运行中，各用电设备不是同时运行的，而且运行时间，运行参数也各不相同，有的运行时间长，有的运行时间短。容量有的大有的小。所以，在设计时，如果直接把所有用电设备加在一起计算明显是不合理的。为了避免用电的浪费或供电量不足，设计供电系统时所用的总负荷是一个假想的负荷，这个假想的符合就是计算负荷。2.3负荷计算的方法负荷的计算主要有：需要系数法：能直接求出计算负荷，这种方法相对简单，应用相对广泛。利用系数法：计算数据和实际数据基本一致，适合用于各种范围相关的负荷计算，但是计算的过程相对麻烦。单位面积功率法：单位面积功率法又分为两种方法，分别是单位指标法和单位产品耗电量法。前者适合用于民用建筑，后者多用于工业建筑。在用电设备的功率以及台数不确定时。确定设备负荷的主要方法是单位面积功率法。本次设计主要采用的事需要系数法运用的公式主要有：有功功率：（1）无功功率：（2）视在功率：（3）计算电流：（4）其中表示有功功率的计算负荷，表示无功功率的计算负荷，表示视在功率的计算负荷。将该厂的已知参数代入上述公式中可得下表1表1用电负荷明细表序号用电单位名称设备容量（KW）需要系数cosΦtanΦ计算负荷P30（KW）Q30（KVAR）1车间动力17000.350.651.172452862车间动力26000.450.90.482701303车间动力35000.550.80.752752064照明10010.51.731001735共计19000.460.730.94890795从经济环保的角度出发，我们不能把计算负荷的容量确定的太大，避免电气设备长期处于低负荷状态，造成经济和资源上的浪费[8]。因此，精准地确定计算负荷是供配电系统设计中的重中之重。2.4无功补偿的方式为了改善企业用电的功率因数，防止无功不足或过量，应该在供电系统中设计和安装有无功补偿设备。根据安装地点的不同，无功补偿可分为分单元补偿、集中补偿与就地补偿三种。无功补偿的方法也有很多，本次设计主要采用并联电容器的补偿方法。并联电容器有三种补偿方法，分别是：高压集中补偿，低压集中补偿，低压分散补偿REF_Ref4236\w\h[9]。本次设计的无功补偿措施采用6KV高压集中补以低压集中补偿的方式相结合。无功补偿的主要涉及公式：功率因数角的余弦：（5）无功功率补偿容量：（6）补偿后视在计算负荷：(7)其中cos为功率因数角的余弦值，为无功功率补偿容量，为补偿前后的功率因数角，为补偿后的视在计算负荷。

第3章主变压器和主接线方案的选择变压器台数确定原则变压器台数确定原则应满足以下要求：可靠性和安全性是供电系统必须满足的两个要求，在一级负荷中，必须可靠不停电，二级负荷应尽量保证不停电。对于用电量变动较大的场所，应选用经济运行方式。选择一台主变压器的情况一般用于三级负荷，特殊情况下，如负荷相对较大，也可以采用两台变压器运行的运行方式。3.2变压器的选择在确定变压器时，变压器的额定容量必须满足全部用电设备的计算负荷，考虑经济运行条件以及负荷以后的发展，应该留有一定的容量裕度即：（8）当一个变电站中存在两台主变压器时，变压器的容量必需同时满足以下两个条件，并且两者缺一不可：任意一台主变压器单独运行时（9）任意一台主变压器单独运行时（10）本次设计中，该电厂属于三级负荷，故应选择单台主变压器单独运行，由以上公式计算可得：根据以上计算结果，应选择1500KVA的变压器一台，负载率为84%。3.3主接线方案3.3.1主接线的分类接线方案包括两类，一类是有汇流母线，一类是无汇流母线。有汇流母线还可以分成单母线接线和双母线接线。单母接线包括不分段接线，分段接线和分段带旁路母线接线三种。双母线接线包括一般双母线接线，双母分段接线，双母带旁路母线接线。其它有母线类接线有一台半断路器接线等。一台半断路器接线目前在国内已经比较广泛的用于大型发电厂和变电站的超高压配电装置中，一般进出线在6回及以上时采用。无汇流母线分为单元界线，角形接线和桥形接线。单元接线又分为一般单元界线，扩大单元接线。桥形接线又分为内桥接线，外桥接线。角形接线包括三角形接线，四角形接线，五角形接线，六角形接线。3.3.2主接线的要求和选择原则主接线的基本要求有:安全性，可靠性，灵活性，经济性1.安全性：主接线的安全性包括两个方面：1.设备安全2.人身安全。所以在设计和选择的时候要严格按照国家标准来进行选择和设计。使设备的选择和接线合理。2.可靠性：可靠性指的就是变电站主接线需要满足各种负荷对供电可靠性的要求，提高供电可靠性可以进一步保障供电质量以及供电效率。提高可靠性的措施和方法也有很多，例如采用多母线供电，设置自动投切装置等等。为了使供电可靠，接线方式不应过于复杂，设备数量也尽量减少。3.灵活性：灵活性指在保证了安全性和可靠性的同时，尽量考虑负荷的各种运行方式，让主接线能够尽量适应各种不同的运行方式。4.经济性：变电站或发电厂在运行当中，经济性是必须要考虑的一个重要方面。在满足以上三个要求时，也应当尽量降低损耗，投资以及提高运行效率来提高经济性。但是在提高经济性的同时，必需满足可靠性和安全性。3.4主接线的类型3.4.1单母不分段接线单母不分段接线如图1所示：图1单母线不分段接线单母不分段接线的特点：电源在发电厂是发电机，在变电站是变压器。获得电能的方向不唯一，每个电源都可以给出线供电，母线上的出线均匀分布。隔离开关和断路器在每条回路都需要装设，以保证供电的安全可靠。优点：接线简单，断路器和隔离开关用的少，所以相对比较经济，便于启动运行和工作人员进行操作，有利于以后有需要时对系统进行扩充。缺点：1.任意回路断路器检修时，这条回路必须停电。2.母线侧连接的元件检修或故障时，所有回路都要停电。3.4.2单母线分段接线单母线分段接线如图2所示：图2单母线分段接线分段断路器的运行方式：接通运行：当有一条母线发生短路故障时，需要继电保护设备发挥作用使分段断路器或安装在故障线路的电源回路的断路器会自动跳闸，而正常工作部分的母线不受影响，保持正常工作状态。断开运行：指分段断路器不仅仅需要装设普通的继电保护设备，还需要装有备用的电源自动投入设备，就是当电源发生故障时，电源回路的断路器有自动切断故障的能力，这时分段断路器就自动投入工作，来确保安全可靠的供电。优点：1.当母线发生故障，只需要故障母线停电，非故障段母线可以持续供电，从而减小了母线故障时的停电范围。2.对于用双回路供电的重要供电对象，可以把双回路接在不同分段上，从而保证重要供电对象的可靠用电。缺点：1.当任意一段母线故障和检修时，必须断开接在该段上的所有电源和全部引出线，这样一来就减少了系统的发电量。3.任意出线的断路器检修，该段线路必需停止供电。注意：6~10KV配电装置，出线回路为6回及以上时，发电机电压配电装置，每段母线上的发电机容量为12MW及以下[10]。3.4.3桥形接线现在大部分火电厂厂用电都使用桥形接线，大型火电厂也使用单元接线。内桥接线，内桥接线如图3：图3内桥接线内桥接线的特点：内桥接线的桥靠近T侧，T1T2投切复杂，WL1，WL2投切方便。T投切较少，且线路较长的电站适用内桥接线。外桥接线外桥接线如图4所示：图4外桥接线外桥接线的桥靠近WL1侧，T1,T2投切方便，WL1,WL2 投切不便。外桥接线适用于T需要频繁操作，有穿越功率且线路较短的场合。3.5主接线方案的确定方案1：两侧均采用单母分段接线方案2：35KV侧采用内桥接线，6KV侧采用单母分段接线当采用方案1时，供电可靠性较高，灵活性也比方案2更高，但设备数量较多，接线也较为复杂，从经济性方面考虑不适用。当采用方案2时，35KV,10KV侧采用单母分段接线，当有一部分母线出线短路或不正常运行时，分段断路器动作，可以自动把故障所在那一段的线路断开，正常工作段线路不受影响，从而确保了母线的可靠和安全供电。由此可见，当采用方案2时，系统可以安全可靠的运行，并且兼顾了经济性和灵活性。所以本次设计时采用方案2，即35KV,10KV侧使用内桥接线，6KV侧使用单母分段接线。主接线图如图5所示：图5本次设计采用的主接线第4章电气设备的选择4.1按额定电压选择装设设备的那一段线路设备的最大允许的电压大于或等于最大运行时的电压，即：一般的电气设备或线路：（11）电网：：（12）所以只要大于等于就能满足条件，即可按以下公式选择：（13）注意事项：1.其中绝缘子和安全净距确保裸导体所承受的电压能力，并且这种方法不需要选择额定电压这一问题。2.海拔的影响。4.2按额定电流选择额定环境条件：如地形，环境，海拔等自然条件。在不同的环境下，长期允许的运行电流也不一样，这时就需要进行调整。选择设备的形式和种类的依据是：按照装设地点选择，按照运行要求选择，按照运行方式选择。4.3短路电流的计算条件容量和接线：容量应该按本工程的最终容量计算，考虑到系统的远景发展，一般为本工程建成5~10年，用最可能发生的最大短路电流进行接线是正常工作时的接线方式REF_Ref18108\w\h[11]。短路种类：无特殊情况下都要按照出线的最恶劣的短路种类进行校验。结合以上讨论得出以下35KV高压侧用到的所有设备的选择以及校验汇总得出表2。表235KV高压侧用到的所有设备选择及校验表参数电压电流断开能力动稳热稳单位KVAKAKA无设备名称电流互感器35250/10无150×0.25=37.5（75×0.15）2=126.5断路器351350305017×17×2=578电压互感器35/0.2无无无无避雷器35无无无无第5章继电保护的配置5.1对继电保护的基本要求继电保护装置也分为反应故障而动作和反应异常而发出信号，继电保护应满足四个基本特性：可靠性，选择性，速动性，灵敏性。即继电保护的“四性”REF_Ref19071\w\h[12]。5.1.1可靠性可靠性是指故障时需要继电保护动作继电保护装置要保证一定会动作，不需要继电保护动作时继电保护装置不误动。可靠性又分为安全性和可信赖性。安全性是指在不需要继电保护动作时继电保护装置不误动作。可信赖性是指在继电保护所规定的动作范围内发生故障时，继电保护装置能可靠，准确的动作。供电方式越复杂，元件越多，反而供电可靠性会越低。5.1.2选择性选择性是指当供电过程中出现短路或其他不正常工作情况时，由出现不正常运行的设备或发生故障的线路那一段的主保护把故障断开。如果线路本身的主保护拒动，则由本线路的后备保护或下一段线路的主保护断开故障。不过继电保护只断开故障线路或异常工作元件，而使正常运行的部分继续正常工作，这样一来可以让停电的范围尽可能的缩小，保证了供电的经济性。5.1.3速动性速动性是指需要动作于跳闸时，继电保护装置需要快速把故障断开。速动性可以提高系统的暂稳，尽量降低线路损坏和设备损坏，减小故障波及范围，提高自动重合闸和备自投的效果。5.1.4灵敏性指在继电保护装置要求的正常工作的线路中，继电保护装置不出现误动作。在保护范围内部发生故障时，不管什么运行方式或是故障的种类和短路的线路，都能迅速地反映出故障类型来。一般要求灵敏系数在1.2-2之间，用ksen表示。灵敏系数都大于1。5.2继电保护的配置5.2.1电流速断保护电流增大时会动作的保护，称为电流速断保护。它是三段式电流保护的1段保护REF_Ref22360\w\h[12]，具有瞬时动作的特点。由于三段式电流保护无法区分本线路末端与下一线路首端相重叠的部分，为了保证选择性，线路只有一部分可以被电流速断保护的1段所保护，而不能把整条线路全部保护进去。整定原则是按照线路尾端（末端母线处，下一线路出口处）最大的短路电流整定并且不小于该短路电流。电流保护1段整定时，可靠系数必须大于1，一般取1.2-1.3。继电器本身的动作时间对电流保护1段的动作时间起到了决定性的作用，动作时间一般不能大于10ms为了躲过避雷器的放电时间40-60ms，一般加装出口继电器。电流速断保护的最小保护范围是：大于线路全长的15-20%5.2.2过电流保护过电流保护是按照躲过最大负荷电流来整定的。作为三段式电流保护的第3段，也称作定时限过电流保护，能保护本条线路的全长甚至包括下一段线路的总长。可以作为本条线路和相邻线路的保护REF_Ref23437\w\h[13]。电路正常运行时需要使过电流保护不动作，所以要求过电流保护整定值不小于正常运行时的最大电流（最大负荷电流），并且为了保证继电保护装置的选择性，要求保护所在的那一段的第三段保护的动作值以及动作的时限都与相邻线路的第三段保护互相配合。过电流保护作为近后备时：应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流来校验，要求Ksen=1.3-1.5。作远后备时：采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流来校验，要求Ksen=1.2。5.2.3瓦斯保护瓦斯保护是当变压器发生匝间，相间，以及短路这种不正常运行状态时，不正常部分产生的有害电弧会让变压器油或变压器中的与绝缘有关的元件失去作用，这时就会有可以让瓦斯继电器动作的的气体出线，从而利用产生的这些气体和形成的油来回流动实现的保护REF_Ref24427\w\h[14]。气体继电器是瓦斯保护不可或缺的部分，一般安装在变压器的油箱和油枕的连接管上。瓦斯保护结构简单，灵敏性高，能反映变压器油箱内部的各种故障（包括轻微的匝间短路故障）。但是不能反应变压器套管和引出线的故障REF_Ref24427\w\h[15]。遇到严重故障时，瓦斯保护的动作速度不够快。第6章