工廠供配電系統(tǒng)設計

1、工廠供配電系統(tǒng)設計高壓供電線路設計配電室選址一、配電所的設計要求:1、供電可靠，技術先進，保障人身安全，經(jīng)濟合理，維修方便。2、根據(jù)工程特點，規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，以近期為主，適當考慮發(fā)展，正確處理近期建設和原期發(fā)展的關系，進行遠近結合。3、結合負荷性質(zhì)，用電容量，工程特點，所址環(huán)境，地區(qū)供電條件和節(jié)約電能等因素，并征求建設單位的意見，綜合考慮，合理確定設計方案。4、變配電所采用的設備和元件，應符合國家或行業(yè)的產(chǎn)品技術標準，并優(yōu)先選用技術先進，經(jīng)濟適用和節(jié)能的成套設備及定型產(chǎn)品。57應采取必要的抗震措施。二、變配電所選址：變配電所地址選擇應根據(jù)下列要求綜合考慮確定： 1、 接近負荷中心；2、 接近電

2、源側；3、 進出線方便；4、 運輸設備方便；5、 不應設在有劇烈震動或高溫的地方；6、 不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所；7相貼鄰；8、 不應設在地勢低洼和可能積水的場所；9、 不應設在有爆炸危險的區(qū)域里；10、不宜設在有火災危險區(qū)域的正上方或正下方。負荷等級的劃分一、符合下列情況之一時，應為一級負荷： 1、中斷供電將造成人身傷亡時。23二、符合下列情況之一時，應為二級負荷：1產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。2、中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如:交通樞紐、通信樞紐等用電負荷劃分為二級負荷。對接線方案的選擇一、主接線方案設計原則與要求特點及負荷性質(zhì)等

3、條件確定，并應滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。1安全。2、可靠 應滿足電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。3展。（4、經(jīng)濟 在滿足上述要求的前提下，盡量使主接線簡單，投資少，運行費用低，并節(jié)約電能和有色金屬消耗量。二、常見主接線方案1、只裝有一臺主變壓器的變電所主接線方案側采用的開關電器不同，有三種比較典型的主接線方案：高壓側采用隔離開關-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案；高壓側采用負荷開關-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案；2、裝有兩臺主變壓器的變電所主接線方案裝有兩臺主變壓器的變電所的典型主接線方案有：高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案；高壓采用單母線、低壓單

4、母線分段的主接線方案；三、主接線方案確定1、10kV 側主接線方案的擬定由工廠負荷計算表（見附錄三）10kV10kV2、380V 側主接線方案的擬定便地獲得電能。3、方案確定S111。圖1采用一臺主變時的系統(tǒng)圖S112。圖1采用一臺主變時的系統(tǒng)圖圖2采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖比較項目比較項目裝設一臺主變的方案裝設兩臺主變的方案供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求技由于一臺主變，電壓損耗略由于兩臺主變并列，電壓損耗術供電質(zhì)量大略小指靈活方便性只有一臺主變，靈活性不好由于有兩臺主變，靈活性較好標擴建適應性差一些更好22.59815.217電力變壓器的經(jīng)投資綜合投資額濟為222.59

5、8=45.196萬元為415.217=60.868萬元指高壓開關柜（含 按每臺4.2 萬元計,綜合投資6 臺型柜綜合投資約標計量柜的綜合約為61.54.2=37.8投資額51.54.2=31.5電力變壓器和主變和高壓開關柜的折舊和電力變壓器和主變和高壓開關柜的折舊和主變和高壓開關柜的折舊和維高壓開關柜的年運行費交供電部門的維修管理費約 7 萬元按 800 元/kVA 計，貼費為修管理費約 10 萬元貼費為 210000.08=160 萬一次性供電貼1600元費0.08 萬元=128 萬元上表1是兩種主接線方案的比較，從上表可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案優(yōu)于裝設一臺主變的方案。從

6、經(jīng)濟指標來看，裝設一臺主變的方案優(yōu)于裝設兩臺主變的方案。由于集中負荷較大，已經(jīng)大1250kVA,低壓側出線回路數(shù)較多，且有一定量的二級負荷，考慮今后增容擴建的適應性，從技術指標考慮，采用于裝設兩臺主變的方案。配電柜選擇對于配電柜選擇的選擇，應滿足下列要求:一、高壓開關柜的結構應保證工作人員的安全和便于運行、維護、檢查、檢修和試驗。次設備不會產(chǎn)生永久性變形和影響性能的彈性變形。三、開關柜內(nèi)必須有工作位置、試驗位置、以保證手車處于以上位置時，不能隨意移動。車應具有互換性。五、沿所有開關柜整個長度延伸方向應設有專用的接地導體。六、“五防”聯(lián)鎖要求:斷路器手車只能在試驗或工作位置時，斷路器才能進行合、

7、分闡操作。當接地開關處于分閘狀態(tài)時，手車才能從試驗或斷開位置移到工作位置。手車處于工作位置時，接地開關操作軸被鎖定，接地開關不能合閘。當斷路器處于合閘狀態(tài)時，絲桿被鎖定，不能移動手車。只有當接地開關合上，電纜室門才能打開檢修電纜。斷路器在工作位置，二次插頭不能撥下。2.5mm2 1.5 mm2 .八、開關柜電纜室門要求做成帶絞鏈，并與斷路器聯(lián)鎖，滿足五防功能。九、電流互感器的安裝要求便于拆裝和做試驗。小室，中間加隔板完全分開。操作復雜，穩(wěn)定性差，制約生產(chǎn)因素多，屬于落后產(chǎn)品，且防護等級已經(jīng)達不到KYN無功補償0.9本工廠中，采用電力電容器進行無功功率補償。補償方式有兩類：一、高壓集中補償率得不

8、到補償，這種補償方式只適合于大中型企業(yè)。二、低壓集中補償小型企業(yè)用此補償方式比較經(jīng)濟。并聯(lián)電容器量Qcc的確定如下公式所示:PmaxQ1/(cos 1/(cos 1)11/(cos ) 12 P1/(cos1/(cos 1)1（1）1/(cos1/(cos3max-總平均最大功率 kW；cos -最大使用時平均功率因數(shù)；1cos cos 0.970.98。23三、低壓分散補償補償容量Qcc計算如下公式所示:Q Pccav(tg1tg2) c(tg1tg2) q Pcc（2）qtgc1tg2tg-補償前企業(yè)自然平均功率角的正切值；1-補償后企業(yè)功率因數(shù)角的正切值；2 -年平均有功負荷系數(shù)，一般取

9、 0.70.75；q -無功功率補償率，kvar/kW 。c小，采用的是電容器自動投補的方式。高壓側短路電流，短路容量的確定流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算出電路中各主要元件（其短路計算中的有關物理量采用標幺值即相對單位而得名。本設計采用標幺制法計算一、標幺制法計算步驟和方法1、繪計算電路圖，選擇短路計算點。計算電路圖上應將短路計算中需計入的所以電路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個元件依次編號。2、設定基準容量 Sd和基準電壓Ud，計算短路點基準電流 Id。一般設 Sd=100MVA，設 Ud=U （短路計算電壓cddIddd(3)3、計算短路回路中各主要元件的阻抗標

10、幺值。一般只計算電抗。電力系統(tǒng)的電抗標幺值X * sSdocS(4)ocSoc電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量（MVA電力線路的電抗標幺值SX X ldcWL0 U2(5)c式中 Uc線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓（kV。電力變壓器的電抗標幺值X * U % SkdT100 SN(6)式中：Uk%變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值；S 變壓器的額定容量（單位為 kVA,計算時化為與 SN同單位。4、繪短路回路等效電路，并計算總阻抗。用標幺制法進行短路計算時，無論有幾個短路計算點，其短路等效電路只有一個。5、計算短路電流。分別對短路計算點計算其各種短路電流：三相短路電流周期分量I (3)、短路次暫態(tài)短路

11、電流I*(3) 、短路穩(wěn)態(tài)電流I (3) 、短路沖擊電流ki (3) 及短路后第一個周期的短路全電流有效值（又稱短路沖擊電流有效值）I (3) 。shkII(3) d kX(7)在無限大容量系統(tǒng)中，存在下列關系：I*(3) =I (3) =I (3)(8)k高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：i (3) =2.55I*(3)(9)shI(3) =1.51I*(3)(10)sh低壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：i (3) =1.84I*(3)(11)shI(3) =1.09I*(3)(12)sh6、計算短路容量SS(3) dkX(3-13)(1)500MVAS9

12、-1000系統(tǒng)LGJ-150,8km10.5kV(4)0.4kV圖3 并列運行時短路計算電路二、兩臺變壓器并列運行計算（由以上公式進行計算，計算過程此處略） 三、兩臺變壓器分裂運行計算（由以上公式進行計算，計算過程此處略） 四、短路電流計算結果短路電流計算結果見表 1、表 2：表1并列運行時短路電流計算結果短 路三相短路電計 算三相短路容量/MVA點I kI (3)I (3)i shI shS ( 3)kK11.961.961.965.02.9635.7K219.719.719.736.2521.4717K319.719.719.736.2521.4717短路三相短路電流/kA短路三相短路電流

13、/kA三相短路容量/MVA計算I (3)I (3)I (3)i (3)I(3)S ( 3)點kshshkK11.961.961.965.02.9635.7K225.825.825.852.531.119.8電站通常情況下應分裂運行。設備的選擇與校驗可靠工作的前提下，力爭做到運行維護方便，技術先進，投資經(jīng)濟合理。境溫度，海拔高度以及有無防塵，防腐，防火，防爆等要求;電氣要求是指電氣設備對電壓，電流，頻率等方面的要求；對開關電器及保護用設備，如開關，熔斷器等，還應考慮其斷流能力。電氣設備短路情況進行校驗，就是要按最大可能的短路故障(通常為三相短壓互感器等)，以及架空線路，一般不必考慮動穩(wěn)定度，熱穩(wěn)

14、定度的校驗，對電纜，也不必進行動穩(wěn)定度的校驗。額定電壓和額定電流選擇，并按短路故障條件校驗其動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。一次設備選擇與校驗的條件為了保證一次設備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：一、按正常工作條件，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇。二、按短路條件，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定來校驗。防火、防爆等要求。按正常工作條件選擇一、按工作電壓選擇設備的額定電壓U不應小于所在線路的額定電壓U，即NeNNeUUNe二、按工作電流選擇設備的額定電流 INe不應小于所在電路的計算電流I，即30I I(15)Ne30三、按斷流能力選擇設備的額定開斷電流 Ioc或斷流容量 Soc不應小于設備分斷瞬間的短路

15、電流有效值 Ik或短路容量 Sk，即ocI Ioc或ocSSoc按短路條件校驗短路條件校驗，就是校驗電器和導體在短路時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。一、隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗1、動穩(wěn)定校驗條件imax i(3)sh(18)或Imax I(3)sh(19)式中：imax、Imax（動穩(wěn)定電流（單位為k；i (3) I (3) 開關所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為shshk。2、熱穩(wěn)定校驗條件I 2t I (3)2 ttima(20)It 開關的熱穩(wěn)定電流有效值（kA；t 開關的熱穩(wěn)定試驗時間（s；I(3) 開關所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（kA；tima 短路發(fā)熱假想時間（s。

16、二、電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗1、動穩(wěn)定校驗條件imax i(3)sh(21)或2KI103 i(3)(22)es 1Nsh式中： imax電流互感器的動穩(wěn)定電流（kA；K電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)（對I；es1NI電流互感器的額定一次電流（A。1N2、熱穩(wěn)定校驗條件timatI timatt(23)timatimatK It 1N I (24)It 電流互感器的熱穩(wěn)定電流（kA；t 電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取 1s；K 電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)（對I。t1N高低壓母線的選擇H m =115.5A，低壓母線上的最大電流 IDmax=3039A。根據(jù)計算電流和GB5005394 10kV 及以

17、下變電所設計規(guī)TMY-3(606)60mm 6mm2240A；低壓母線選擇TMY-3(8010)+60680mm10mm,60mm6mm，3232A。高壓側斷路器的選擇與校驗II10kV過種中，這種斷路器越來越不能滿足社會發(fā)展的需要。由于放置在室內(nèi)，且其開斷能力較大，故使用真空斷路器。研究發(fā)現(xiàn)，真空斷路器與少油斷路器相比較有著明顯的優(yōu)勢:一、真空斷路器維護簡單，無爆炸危險，無污染，噪音低，檢修費用低，故障率低。二、滅弧室開斷后介質(zhì)恢復快，不需要冷卻和更換，熄弧能力底，無損耗， 觸頭壓力小。條件。四、真空斷路器使用壽命長，一般可達 20 年左右，可靠性高。VS1-12保護、零序保護、高溫報警等，

18、均與二次回路有關?；ジ衅鞯倪x擇與校驗電壓和小電流。隔離和保護功能：互感器作為一，二次電路之間的中間元件，不僅使儀表， 繼電器等二次設備與一次主電路隔離，提高了電路工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。擴大儀表、繼電器等二次設備的應用范圍：由于互感器的二次側的電流或電5A（1A）100V，大小的主電路電壓和電流值，而且便于二次設備制造規(guī)格統(tǒng)一和批量生產(chǎn)。一、電流互感器的選擇與校驗1、電流互感器的選擇變值。同時尚應能承受短時短路電流的作用。滿足工作電壓要求，即：UUrNUUmW式中 ：UmUW為電流互感器最高工作電壓；為電流互感器最裝設處的最高工作電壓；U 為電流互感器額定電壓；rU 為系統(tǒng)的

19、標稱電壓。n滿足工作電流要求應對一，二次側分別考慮。一次側額定電流I：r1I Ir1c式中， Ic為線路計算短路電流。二次額定電流I：r 2I5Ar 2準確度等級已知電流互感器的準確度與一次側電流大小和二次側負大小有關。2、電流互感器的校驗定校驗。以高壓側任一電流互感器為例：查出其動穩(wěn)定倍數(shù)為 215，熱穩(wěn)定倍數(shù)為 120動穩(wěn)定性校驗由公式：2KI103 i（25）es 1Nsh計算：2kI103 es 1N 215100103 i2sh2滿足動穩(wěn)定要求。式中 Kes為電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)(對I)；1N由公式：K It 1NI (3)timatimat0.1計算：0.1k It 1Nt 12

20、0 100 103 12kA Ik(3) 11.72 3.71kAtimatimatKt為電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)(對I)；1Nt 為電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取 1s。tima為短度發(fā)熱假想時間，高速斷路器取 0.1s?？芍?，電流互感器的選擇滿足要求。其他電流互感器的選擇類似。二、電壓互感器的選擇1、對一次側電壓要求：UUr1NUUm1W式中：U為電壓互感器最高工作電壓；m1U為電壓互感器裝設處的最高工作電壓WU為電壓互感器額定電壓r1U為系統(tǒng)的標稱電壓N2、二次側電壓U：r 2100V本題采用完全星型接法。本題中用在高壓側的電壓互感器，考慮以上條件，選擇型號均為 1010/0.1 KV

21、避雷器的選擇值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。路絕緣弱點的保護。碳化硅避雷器廣泛應用于交、直流系統(tǒng)，保護發(fā)電、變電設備的絕緣。氧化鋅避雷器由于保護性能優(yōu)于碳化硅避雷器，正在逐步取代后者， 廣泛應用于交、直流系統(tǒng)，保護發(fā)電、變電設備的絕緣，尤其適用于中性點有效接地的 110 千伏及以上電網(wǎng)。ZnOSiC,ZnO、 SiC10KAZnO10-5ASiC100A下，氧化鋅閥片實際上相當一絕緣體。ZnO 避雷器除了有效理想的非線性伏安特性外，其主要優(yōu)點是:ZnO(SiCSiCZnOSiCZnO10KAZnOSiC電壓過程中都有電流流過，因此降低了作用在變電站電氣設備上的過電壓。ZnO

22、ZnO維護方便、使用壽命也長。由于無續(xù)流，故也可使用于直流輸電系統(tǒng)。ZnOa0.020.051 mA105%115%。壓比是指氧化鋅避雷器通過大電流是的殘壓與通過一毫安直流電流時的電10kA10kA1 mA(直流)時電壓ZnO1.62.0。110KV擔以減輕氧化鋅閥片的老化，往往也才用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。SiC750KV及以下電壓等級的氧化鋅避雷器。選擇的氧化鋅避雷器型號為 HY5WS-17/45。其中，H 表示復合有機外套，Y 表示金屬氧化物避雷器5表示標稱放電電流為5kA,W表示無間隙S表示配電， 17表示避雷器的額定電壓為17kV , 45表示標稱放電電流下最大殘壓為45kV 接地裝置

23、的選擇金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎等，稱為自然接地體。連接接地體與設備、線一般應采用不少于兩根導體在不同地點與接地網(wǎng)連接。二、確定此配電所公共接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼1、確定接地電阻按相關資料可確定此配電所公共接地裝置的接地電阻應滿足以下兩個條件： RE 250V/IERE 10式中 IE 的計算為IE = IC = 60(60354)A/350 = 34.3A 故 RE 350V/34.3A = 10.22、接地裝置初步方案50mm2.5m5m404mm2 的扁鋼焊接。3、計算單根鋼管接地電阻查相關資料得土質(zhì)的 = 100mRE(1) 100m/2.5m = 4、確定接地鋼管數(shù)和

24、最后的接地方案RE(1)/RE = 40/4 = 101550mm2.5mn15a/l2E0.66。 因此可得n = RE(1)/(ERE) = 40/(0.664) 1516mm50mm2.5m404mm2 的扁鋼連接，環(huán)形布置。工廠供配電二次回路的設計規(guī)則連接起來以實現(xiàn)某種技術要求的電氣回路稱為二次回路。行系統(tǒng)。路平面布置圖。二次回路可劃分為下列幾部分；操作回路：由操作電源與斷路器的掉閘、合閘線圈等組成。 信號回路：由信號電源與光字牌、警鈴、電笛等組成。究設計出了能滿足本廠供配電系統(tǒng)安全可靠供電的二次回路。3HMA 電流測量TA1aTA1aA411PJA412cosA413A4TA1cC411PJC412A1C413A2C414A5N411A