某機(jī)械廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

某機(jī)械廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)'ITI班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師：摘要:電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力；電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化；電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。因此，所以工廠企業(yè)供配電的電路設(shè)計(jì)要聯(lián)系到各個(gè)方面，負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功補(bǔ)償，變壓器的型號(hào)、容量和數(shù)量的分配；短路的計(jì)算、設(shè)備的選擇、線路的分配和設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，把最好的供配電設(shè)計(jì)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中來(lái)，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出最好的服務(wù)。關(guān)鍵詞：變配電計(jì)算負(fù)荷短路電流線路設(shè)計(jì)1工廠供電系統(tǒng)概敘1.1工廠供電的意義和要求電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送和分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個(gè)重要方面，而能源節(jié)約對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對(duì)于節(jié)約能源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：1、 安全在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故；2、 可靠應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求；3、 優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求；4、 經(jīng)濟(jì)供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對(duì)負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，接合國(guó)家供電情況，解決對(duì)各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問(wèn)題，以本次設(shè)計(jì)為例，其基本內(nèi)容有以下幾方面。負(fù)荷計(jì)算全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇參考電源進(jìn)線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，接合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。工廠總降壓變電所主接線設(shè)計(jì)根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，即要安全可靠又要靈活經(jīng)濟(jì)、安裝容易、維修方便。廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置方案，由不同方案的可靠性、電壓損失、基建投資、年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路接構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位。工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算工廠用電，通常為國(guó)家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無(wú)限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇參照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對(duì)應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備。備用電源與自動(dòng)投入裝置的引入2全廠負(fù)荷計(jì)算及功率補(bǔ)償2.1計(jì)算負(fù)荷的內(nèi)容計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用30分鐘的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。2.2負(fù)荷計(jì)算的方法負(fù)荷計(jì)算的方法有需要系數(shù)法、二項(xiàng)式等幾種。本設(shè)計(jì)由于設(shè)備臺(tái)數(shù)比較多，而單臺(tái)設(shè)備容量相差不大所以采用需要系數(shù)法確定。

下表為該機(jī)械廠各車間的負(fù)荷情況:序號(hào)車間名稱負(fù)荷類型計(jì)算負(fù)荷P(kW)Q(kvar)S(KVA)1空氣壓縮車間I780180800.52熔制成型（模具）車間I580150599.13熔制成型（熔制）車間I5901706144后加工（磨刨）車間I650220686.25后加工（封接）車間I680180703.46配料車間I360100373.67鍋爐房I420110434.28廠區(qū)其他負(fù)荷（一）II?III600268657.19廠區(qū)其他負(fù)荷（一）II?III550200585.2共計(jì)521015785453.3同時(shí)系數(shù)0.950.97全場(chǎng)計(jì)算負(fù)荷4949.51530.75180.8*公式及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附12.3功率因數(shù)的內(nèi)容及計(jì)算功率因數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。工廠中由于有大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等感性負(fù)荷，還有感性的電力變壓器，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時(shí)，則需考慮增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3485-1998《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備?！北驹O(shè)計(jì)中，經(jīng)計(jì)算該工廠最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)cos%=0.96,,滿足供電部門對(duì)本場(chǎng)功率因數(shù)的要求。因此，無(wú)需加裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。*公式及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附23變配電所選型及總體布置3.1供電電壓的確定供電電壓是指供配電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)所取得的電源電壓。供電電壓的選取，主要決定于以下3個(gè)方面的因素。電力部分所能提供的電源電壓；企業(yè)負(fù)荷大小及距離電源線路遠(yuǎn)近；企業(yè)大型設(shè)備的額定電壓。在本設(shè)計(jì)中，已知該機(jī)械廠由距其5公里處的A變電站接一回架空線路供電；供電電壓等級(jí)可選擇10kV或35kV;機(jī)械廠內(nèi)大型設(shè)備額定電壓不詳。通過(guò)計(jì)算得知，該廠計(jì)算負(fù)荷為5180.8kVA。因此，選擇35kV作為供電電壓較合適。3.2總降壓變電所的設(shè)計(jì)大中型企業(yè)，由于負(fù)荷較大往往采用35-110kV電源進(jìn)線，降壓至10kV或6kV,再向各車間變電所和高壓用電設(shè)備配電，這種降壓變電所稱為總降壓變電所。本設(shè)計(jì)中，車間比較集中可設(shè)一個(gè)總降壓變電所，這樣既節(jié)省投資，又便于運(yùn)行維護(hù)。3.3配電電壓的確定配電電壓是指用戶內(nèi)部向用電設(shè)備配電的電壓等級(jí)。由用戶總降壓變電所向高壓用電設(shè)備配電的電壓稱為高壓配電電壓，由用戶車間變電所或建筑物變電所向低壓用電設(shè)備配電的電壓稱為低壓配電電壓。本設(shè)計(jì)中，對(duì)各車間需要的電壓等級(jí)不詳，擬采用低壓配電，配電電壓為0.4kV。3.4車間變電所的設(shè)計(jì)車間變電所是指設(shè)在車間的10/0.4kV變電所。車間負(fù)荷較大時(shí)，一般應(yīng)設(shè)車間變電所，還可以向鄰近負(fù)荷較小的車間供電。車間變電所分為車間附設(shè)變電所和車間內(nèi)變電所。由于需要給多個(gè)車間供電及車間內(nèi)變電所安全性較差，故本設(shè)計(jì)采用的類型為車間附設(shè)變電所。通過(guò)分析廠區(qū)平面布置圖和廠區(qū)各車間負(fù)荷大小及負(fù)荷要求，本配電系統(tǒng)將建設(shè)3間車間變電所，用以滿足各車間的負(fù)荷需求。3.5變配電所的位置的選擇通常，變配電所所址選擇遵循以下原則：盡量靠近負(fù)荷中心；盡量靠近電源側(cè)；進(jìn)出線方便；盡量避開(kāi)污染源，或者在污染源上方口；盡量避開(kāi)振動(dòng)、潮濕、高溫及有易燃易爆物品的場(chǎng)所；設(shè)備運(yùn)輸方便；有擴(kuò)建和發(fā)展的余地；高壓配電所與鄰近車間的變電所合建。根據(jù)上述原則及本廠各車間負(fù)荷分布情況，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的供配電平面布置簡(jiǎn)圖。*具體簡(jiǎn)圖見(jiàn)附54變壓器、主接線方案的選擇4.1總降壓變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇本廠I、II級(jí)負(fù)荷較多，為滿足用電負(fù)荷對(duì)可靠性的要求，選擇兩臺(tái)主變壓器。同時(shí)，當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障后檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電，故選兩臺(tái)變壓器。4.2總降壓變電所主變壓器容量的選擇裝有兩臺(tái)主變壓器時(shí)，其中任意一臺(tái)主變壓器容量^應(yīng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件：任一臺(tái)主變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足總計(jì)算負(fù)荷的60%~70%的要求，即SN=（0.6~0.7）Sc任一臺(tái)主變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷SC（I+II）的需要，即SnNSc（I+II）經(jīng)計(jì)算，本設(shè)計(jì)選用5000kVA的變壓器二臺(tái)。*公式及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附34.3總降壓變電所主變壓器型式的選擇油浸式：一般正常環(huán)境的變電所；干式：用于防火要求較高或環(huán)境潮濕，多塵的場(chǎng)所；密閉式：用于具有化學(xué)腐蝕性氣體、蒸汽或具有導(dǎo)電、可燃粉塵、纖維會(huì)嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行場(chǎng)所；防雷式：用于多雷區(qū)及土壤電阻率較高的山區(qū)；有載調(diào)壓式：用于電力系統(tǒng)供電電壓偏低或電壓波動(dòng)嚴(yán)重且用電設(shè)備對(duì)電壓質(zhì)量又要求較高的場(chǎng)所。由于本設(shè)計(jì)的變電所為獨(dú)立式、封閉建筑，故采用油浸式變壓器。4.4總降壓變電所主接線的選擇對(duì)于電源進(jìn)線電壓為35KV及以上的大中型工廠，通常是先經(jīng)工廠總降壓變電所降為6—10KV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓?？偨祲鹤冸娝鹘泳€圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等）及其連接線組成，通常用單線表示。主接線對(duì)變電所設(shè)備選擇和布置，運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。其中，有幾種可供參考的方法如下：一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所，這種內(nèi)橋式接線多用于電源線路較長(zhǎng)因而發(fā)生故障和停電檢修的機(jī)會(huì)較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。一次側(cè)采用外橋式接線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所，這種主接線的運(yùn)行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級(jí)負(fù)荷的工廠。但與內(nèi)橋式接線適用的場(chǎng)合有所不同。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負(fù)荷變動(dòng)較大、適用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當(dāng)一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行接線時(shí)，也宜于采用這種接線。一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所，這種主接線方式兼有上述兩種橋式接線的運(yùn)行靈活性的優(yōu)點(diǎn)，但所用高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備較多，可供一、二級(jí)負(fù)荷，適用于一、二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所。一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所，采用雙母線接線較之采用單母線接線，供電可靠性和運(yùn)行靈活性大大提高，但開(kāi)關(guān)設(shè)備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運(yùn)用主要用于電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本設(shè)計(jì)中，機(jī)械廠連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷變動(dòng)較小，電源進(jìn)線較長(zhǎng)(5km),主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外考慮到今后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此采用主接線一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓主接線方式。該接線法供電可靠性高，操作靈活，適用于企業(yè)一、二級(jí)負(fù)荷供電。*具體接線圖見(jiàn)附44.5車間變電所變壓器的選擇車間變電所變壓器臺(tái)數(shù)和容量確定原則和總降壓變電所基本相同，這里就不再贅述。根據(jù)廠區(qū)各車間分布和負(fù)荷要求，本配電系統(tǒng)將建設(shè)3間車間變電所，每個(gè)變電所采用兩回獨(dú)立進(jìn)線，設(shè)置兩臺(tái)變壓器，每臺(tái)變壓器的容量為1000kVA。5短路電流的計(jì)算5.1短路電流計(jì)算的目的及方法短路電流計(jì)算的目的是為了正確選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備，以及進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。進(jìn)行短路電流計(jì)算，首先要繪制計(jì)算電路圖。在計(jì)算電路圖上，將短路計(jì)算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來(lái)，并將各元件依次編號(hào)，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過(guò)。接著，按所選擇的短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖，并計(jì)算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來(lái)，并標(biāo)明其序號(hào)和阻抗值，然后將等效電路化簡(jiǎn)。對(duì)于工廠供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于將電力系統(tǒng)當(dāng)作無(wú)限大容量電源，而且短路電路也比較簡(jiǎn)單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡(jiǎn)，求出其等效總阻抗。最后計(jì)算短路電流和短路容量。短路電流計(jì)算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺值法（又稱相對(duì)單位制法）。5.2短路電流計(jì)算本設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，得出基于短路點(diǎn)的短路電流和容量匯總表。下表為短路點(diǎn)k1、k2分別在在最大/最小運(yùn)行方式下的短路電流和容量匯總表:1.最大運(yùn)行方式三相短路電流三相短路容量仲）ish.k1(kA)SjkVA)k10.467.1218.16460k20.094.9312.58902.最小運(yùn)行方式三相短路電流三相短路容量Ik1*Ik1(kA)ish.k1(kA)Sk1(kVA)k10.264.0610.3260k20.084.2910.9480*公式及計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附67主要電氣設(shè)備選擇7.1電氣設(shè)備選擇的條件為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，選擇導(dǎo)線和電纜截面計(jì)算時(shí)必須滿足下列條件：發(fā)熱條件導(dǎo)線和電纜（包括母線）在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應(yīng)超過(guò)其正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度。電壓損耗條件導(dǎo)線和電纜在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過(guò)其正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓損耗。對(duì)于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進(jìn)行電壓損耗校驗(yàn)。經(jīng)濟(jì)電流密度35KV及以上的高壓線路及電壓在35KV以下但距離長(zhǎng)電流大的線路，其導(dǎo)線和電纜截面宜按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，以使線路的年費(fèi)用支出最小。所選截面，稱為“經(jīng)濟(jì)截面”。此種選擇原則，稱為“年費(fèi)用支出最小”原則。工廠內(nèi)的10KV及以下線路，通常不按此原則選擇。機(jī)械強(qiáng)度導(dǎo)線截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對(duì)于電纜，不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度，但需校驗(yàn)其短路熱穩(wěn)定度。母線也應(yīng)校驗(yàn)短路時(shí)的穩(wěn)定度。對(duì)于絕