高壓供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

建筑供配電朱承電話壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)案例

設(shè)計(jì)過程：

1.設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料分析負(fù)荷類型、電源選擇

2.系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷及無功功率補(bǔ)償（1）負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容（2）負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果（3）無功功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算（4）無功功率的人工補(bǔ)償裝

高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)案例

3.變配電所主變壓器及主接線方案的選擇

（1）變配電所位置的選擇（2）變電所主變壓器選型（3）變電所主變壓器臺數(shù)、容量的選擇（4）變配電所主接線方案的選擇高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)案例

4.短路電流計(jì)算

（1）用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計(jì)算的方法（2）短路電流的計(jì)算過程與結(jié)果。目的：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。

5.變電所電氣設(shè)備的選擇6.繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

7.防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)

以某機(jī)械廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)為例，介紹有關(guān)電氣設(shè)計(jì)步驟。某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)案例1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料1.全廠用電設(shè)備情況

（1）

負(fù)荷大小全廠設(shè)備臺數(shù)、設(shè)備容量及設(shè)計(jì)負(fù)荷見表3.6。某工廠高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)案例

（2）負(fù)荷類型本廠除空壓站、煤氣站部分設(shè)備為二級負(fù)荷外，其余的為三級負(fù)荷。

（3）工廠實(shí)行兩班制全年工廠工作小時(shí)數(shù)為4500h，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)：Tmax=4000h。年耗電量約115×105kW·h（有效生產(chǎn)時(shí)間為10個(gè)月）。2.電源情況(1)工作電源工廠東北方向6km處有一地區(qū)降壓變電所，用一臺110/35/10kV、25MV·A的三繞組變壓器作為工廠的工作電源，允許使用35kV或10kV兩種電壓中的一種，以一回路架空線向工廠供電。35kV側(cè)系統(tǒng)的最大三相短路容量為1000MV·A，最小三相短路容量為500MV·A。(2)備用電源工廠正北方向由其他工廠引入10kV電纜作為本廠備用電源，平時(shí)不允許投入，只有在本廠的工作電源發(fā)生故障或檢修停電時(shí)提供照明和部分重要負(fù)荷用電，輸送容量不得超過1000kV·A。

3.功率因數(shù)

供電部門對功率因數(shù)的要求為：當(dāng)以35kV供電時(shí)，cosφ≥0.9；當(dāng)以10kV供電時(shí)，cosφ≥0.95。

4.供電部門施行兩部電價(jià)制①基本電價(jià)：按變壓器安裝容量每1kV·A以6元/月計(jì)費(fèi)；②電度電價(jià)β：供電電壓為35kV，β=0.30元/（kW·h）；供電電壓為10kV時(shí)，β=0.37元/（kW·h）。5附加投資線路的功率損失在發(fā)電廠引起的附加投資按1000元/kW計(jì)算。6其他基礎(chǔ)投資①全廠總平面布線圖；②全廠管理系統(tǒng)圖；③車間環(huán)境的說明及建筑條件的要求；

④車間工藝裝備的用電安裝容量及負(fù)荷類型；⑤氣象及地質(zhì)資料。1.供電電壓的選擇

由于地區(qū)變電所僅能提供35kV或10kV中的一種電壓，對裝兩種電壓的優(yōu)缺點(diǎn)扼要分析如下:

方案一：采用35kV電壓供電的特點(diǎn)①供電電壓較高，線路的功率損耗及電能損耗小，年運(yùn)行費(fèi)用較低；②電壓損失小，調(diào)壓問題容易解決；③對cosφ的要求較低，可以減少提高功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備的投資；2高壓供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

④需建設(shè)總降壓配電所，工廠供電設(shè)備便于集中控制管理，易于實(shí)現(xiàn)自動化，但要多占一定的土地面積；⑤根據(jù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，35kV架空線路的故障率比10kV架空線路的故障率低一半，因而供電可靠性高；⑥有利于工廠進(jìn)一步擴(kuò)展。

方案二：采用10kV電壓供電的特點(diǎn)①不需投資建設(shè)總降壓變電所，所以少占土地面積；②工廠內(nèi)不裝設(shè)主變壓器，可簡化接線，便于運(yùn)行操作；③減輕維護(hù)工作量，減少管理人員；④供電電壓較35kV低，會增加線路的功率損耗和電能損耗，線路的電壓損失也會增大；⑤要求的cosφ值高，要增加補(bǔ)償設(shè)備的投資；⑥線路的故障率比35kV的高，即供電可靠性不如35kV。2.經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的比較

方案一：正常運(yùn)行時(shí)以35kV單回路架空線路供電，由鄰廠10kV電纜線路作為備用電源。根據(jù)全廠計(jì)算負(fù)荷計(jì)算情況，S30=4485kV·A，且只有少數(shù)負(fù)荷為二級負(fù)荷，大多數(shù)為三級負(fù)荷，故擬廠內(nèi)總降壓變電所裝設(shè)一臺容量為5000kV·A的變壓器，型號為SJL1－5000/35型，電壓為35/10kV，查產(chǎn)品樣本，其有關(guān)技術(shù)參數(shù)為：ΔP0=6.9kW,ΔPK=45kW,UK%=7,I0%=1.1,變壓器的功率損耗為：

有功功率損耗ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S30/SN)2

=6.9+45×(4485/5000)2=43.1(kW)無功功率損耗

ΔQT≈ΔQ0+ΔQN(S30/SN)2=336.6(kvar)35kV線路功率等于全廠計(jì)算負(fù)荷與變壓器損耗之和。

P30′=P30+ΔPT=4087+43.1=4130.1(kW)Q30′=Q30+ΔQT=1995.6(kvar)S30′=√（P′230+Q′230）=4587(kvar)cosφ′=P30′/S30′=4130.1/4587=0.90I30′=S30′/(√3UN)=75.67(A)考慮到本廠負(fù)荷的增長是逐漸的，為了節(jié)約有色金屬的消耗量，按允許發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，而未采用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。查有關(guān)手冊或新產(chǎn)品樣本，選擇鋼芯鋁絞線LGJ－35，其允許電流為170A>I30′=75.67A,滿足要求。該導(dǎo)線單位長度電阻R0=0.85Ω/km,單位長度電抗X0=0.36Ω/km。查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊，經(jīng)過計(jì)算，35kV供電的投資費(fèi)用Z1見表3.7，年運(yùn)行費(fèi)用F1見表3.8。

方案二：采用10kV電壓供電，廠內(nèi)不設(shè)總降壓變電所，即不裝設(shè)變壓器，故無變壓器損耗問題。此時(shí)，10kV架空線路計(jì)算電流為I30′=S30/(√3UN)=258.36(A)而cosφ′=P30′/S30′=4087/4475=0.913＜0.95不符合要求。為使兩個(gè)方案在同一基礎(chǔ)上進(jìn)行比較，也按允許發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面。選擇LGJ-70鋼芯鋁絞線，其允許載流量為275A，R0=0.46Ω/km,X0=0.365Ω/km。10kV線路電壓損失為（線路長度l=6km）ΔU=(P30lR0+Q30lX0)/UN=(4087×6×0.46+1659×6×0.365)/10=1491.3(V)ΔU%=ΔU/UN×100=1491.3/(10×103)×100=14.9%＞5%不符合要求。10kV供電的投資費(fèi)用Z2見表3.9，年運(yùn)行費(fèi)用F2見表3.10。

在上述各表中，變壓器全年空載工作時(shí)間為8760h；最大負(fù)荷利用小時(shí)Tmax=4000h;最大負(fù)荷損耗小時(shí)τ可由Tmax=4500h和cosφ=0.9，查有關(guān)手冊中τ－Tmax關(guān)系曲線，得出τ=2300h;β為電度電價(jià)［35kV時(shí),β=0.3元/（kW·h）；10kV時(shí)，β=0.37元/(kW·h)］。

由上述分析計(jì)算可知，方案一較方案二的投資費(fèi)用及年運(yùn)行費(fèi)用均少，而且方案二以10kV的電壓供電，電壓損失達(dá)到了極嚴(yán)重的程度，無法滿足二級負(fù)荷長期正常運(yùn)行的要求。因此，選擇方案一，即采用35kV電壓供電，建設(shè)廠內(nèi)總降壓變電所，不論從經(jīng)濟(jì)上還是從技術(shù)上來看，都是合理的。3.總降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

根據(jù)前面已確定的供電方案，結(jié)合本廠廠區(qū)平面示意圖，考慮到總降壓變電所盡量接近負(fù)荷中心，且遠(yuǎn)離人員集中區(qū)，不影響廠區(qū)面積的利用，有利于安全等因素，擬將總降壓變電所設(shè)在廠區(qū)東北部。根據(jù)運(yùn)行需要，對總降壓變電所提出以下要求：

（1）總降壓變電所裝設(shè)一臺5000kV·A、35/10kV的降壓變壓器，與35kV架空線路接成線路——變壓器組。為便于檢修、運(yùn)行、控制和管理，在變壓器高壓側(cè)進(jìn)線處應(yīng)設(shè)置高壓斷路器。

（2）根據(jù)規(guī)定，備用電源只有在主電源線路解列及變壓器有故障或檢修時(shí)才允許投入，因此，備用10kV電源進(jìn)線斷路器在正常工作時(shí)必須斷開。

（3）變壓器二次（10kV）設(shè)置少油斷路器，與10kV備用電源進(jìn)線斷路器組成備用電源自動投入裝置（APD）。當(dāng)工作電源失去電壓時(shí)，備用電源立即自動投入。

（4）變壓器二次10kV母線采用單母線分段。變壓器二次側(cè)10kV接在分段Ⅰ上，而10kV備用電源接在分段Ⅱ上。單母線分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)在正常工作時(shí)閉合，重要二級負(fù)荷