供电系统毕业设计.docx

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供电系统毕业设计

摘要

随着科技的不断发展和社会的全面进步，人民生活水平不断提高，电力能源已深入到了人们的日常生活和工作中去，对电力工业的发展极其相关问题的研究层出不穷。

基于目前我国电力工业飞速发展的现状，结合新型工厂发展的实际要求，倡导“安全、高效、节能”的方针，集变电、配电、照明、自动控制与调节、建筑防雷与保护、电脑设备管理于一体的现代化工厂供用电系统。

本设计在充分调查工厂符合设备的情况下，采用需要系数法计算全厂电力负荷，据此与电业部门签订协议，确定供电等级。

按照工厂的实际要求进行系统的无功补偿，确定视在计算负荷，将全厂电力负荷按其工作要求的不同分为不同负荷类别，根据工厂发展和规划要求，选择两台厂用主变压器，互为备用的方式相接，保证供电的可靠性。

绘制系统主接线图，优选厂区电气设备，根据发热和稳定性要求进行校验，最后确定防雷保护和接地措施，保证提高用电可靠性和经济运行。

关键词：

供电系统，负荷计算，短路计算，变压器，防雷设计

Abstract

Withconstantdevelopmentofscienceandtechnologyandtheprogressinginanall-roundwayofthesociety,thelivingstandardsofthepeopleareimprovingconstantly,theelectricenergyhasalreadygotdeeplytoourdailylifeandwork,thestudyonextremelyrelevantproblemsofdevelopmentofpowerindustryemergesinanendlessstream.

Itisonthebasisofthecurrentsituationthatthepowerindustryofourcountrydevelopsatfullspeedatpresenttooriginallydesign,combinetheactualdemandfordevelopmentofnew-typefactory,advocatethepolicyof"safe,high-efficient,energy-conservation",collecttheswitchyard,distribution,illumination,automaticallycontrolandregulate,thebuildingdefendthunder,protection,computerequipmentcontrolandofferthepowerconsumingsystemintheintegrativemodernchemicalplant.Originallydesignincaseoffullyinvestigatingthefactoryaccordswithequipment,itneedscoefficientlawtocalculatethewholefactorytoloadelectricallytoadopt,signtheagreementwithelectricityindustrydepartmentinviewoftheabove,confirmthegradeofsupplyingpower.Carryonhavingaccordingtoactualdemandoffactoryworkcompensate,confirmapparenttocalculateloadsystematic,electricloaddifferenttodividedifferentloadclassificationintoaccordingtojobrequirementstheirthewholefactory,developandisitrequireaccordingtofactory,choosetwoplatformfactoryusethemainvoltagetransformertoplan,bothasreservewayandmeet,thedependabilityofguaranteeingtosupplypower.Drawthemainwiringdiagramofsystem,thefactoryelectricequipmentofoptimumseeking,andthestabilitydemandcarryoncheck-upaccordingtogeneratingheat,confirmfinallythatdefendsthunderprotectionandearthmeasure,guaranteetoimprovethedependabilityandeconomicaloperationofpowerconsuming.

Keywords:

Electricpowersystem,loadiscalculated,shortoutandcalculate,voltagetransformer,defendthethundertodesign

1绪言

1.1我国电力工业的发展的过程、现状和未来

电力工业是生产销售电能为主的为电力客户服务行业，经过发、输、变、配等过程，通过供电设备供给电力用户，电能是经过一次能源转换过来的二次能源，已成为国民经济和人民生活的必须品，各行各业，包括重工业、轻工业、交通运输业、商业和服务性行业以及信息产业无不采用电能作为能源。

电力工业最早出现在1882年，当时用直流发电机供电，几年后，发明了交流发电机和变压器，随后发明了交流感应式电动机，产生了交流电，整个电力生产流通过程是由发电、输电、变电、配电、用电五个环节构成。

随着电力生产规模的不断扩大，自动化程度不断提高，电力的生产情况和管理也发生了深刻的变化，起初是一个建在市区的单独供一部分市区供电，然后同一城市的几个电厂并联运行，初步形成城市电网，然后就形成了更大的电网。

1982年我国第一台组在上海投入运行，标志着中国电力工业的开始起步，从1882年到1949年，经过67年，全国发电装机容量只达到185.5万KW年发电量43亿KWH，分别位于世界第25和21位，而在1949年新中国成立后的半个世纪中，中国电力工业取得了迅速的发展平均每年以10%以上的速度增长，到2001年底全国发电装机容量达到31932万KW，全年发电量达到13685万KWH，全国220KV以上的输电线路达到16.4万公里，其中500KV以上的输电线路2.7万公里，220KV以上变电容量41000KVA，其中500KV的变电容量9400万KVA。

我国已初步形成华北、东北、华中、西北、川渝和南方互联等7个跨省区电网，以及山东、福建、海南、新疆、西藏等5个独立的等级电网。

在电力规模不断发展的同时，，工艺及机组，投产移交水平相应的大幅度提高，各大电网的计算机监控调度系统进入了实用化的阶段，电网阴性基本实现了自动化，现代化管理，电网运行的可靠性，稳定性，经济性得到了显著的提高，全国各主要电网频率合格率达到99.9%以上。

电力体制改革取得了一定成就，根据社会注意市场经济体制改革的总体要求，从电力工业的实际出发，国家采取了一系列的措施，有力的推动了电力工业的发展，转变了经营机制，建立了现代企业制度的工作稳步推进，电力工业政企分开，农电体制厂网分开，竟价上网试点，三项改革取得了一定的成效，为进一步深化电力体制改革积累了经验，创造了条件，奠定了基础。

电力企业呼唤现代化的管理，随着我国加入WTO，电力体制将进一步深入，电力企业建设要“以人为本”的质量变化，强化质量意识教育和人力资源开发，有效的引导电力企业走质量效益发展之路，正确处理好ISO9000系列标准与TQM的关系，实现三标整合，建立一体化管理体系，坚持科技创新，推动科技进步和信息化建设。

总之，未来电力工业的发展是质量世纪的到来，只有实现自我超越和创新，才能不断进步与发展，才能赶上信息时代发展的步伐，才能对国民经济合社会主义发展左更大的贡献[1]。

1.2工厂供电系统设计的意义

工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配问题。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用，它的输送和分配既简单经济。

又便于控制，调节和测量。

有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代化工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。

例如在机械工业中。

电费开支仅占产品成本的5％左右。

所以电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化[2]。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。

因此，搞好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

而能源节约对于国家经济建设是一项具有战略意义的工作，也是工厂供电工作的一项重要任务，因此，搞好工厂供电工作，对于节约能源，支持国家经济建设，也具有重大的作用。

2负荷计算

2.1该工厂负荷情况统计

拉伸用电机5台，每台容量为54.6KW；

风机类电机25台，其中容量为21.85KW；

泵类电机14台，每台容量为10.66KW；

行车类电机6台，每台容量为4.6KW；

开卷、取卷电机7台，每台容量为4.06KW；

镶布架电机2台，每台10KW；

吸煤除渣电机7台，每台容量为1.66KW；

电热设备4台，每台容量为4.75KW；

厂房动力总容量为20KW。

计算得到工厂总的容量为1095.44KW。

2.2本系统设计框图

图2.1系统设计图

2.3计算方法

计算工厂负荷的方法有多种，如按照负荷曲线计算，按二项式系数法进行计算等。

本系统设计采用按需要系数法确定计算负荷，其方法简便，是确定全厂电力负荷的主要方法[3]。

（1）单台用电设备的计算负荷

就单台电动机而言，设备容量就是电动机的额定容量，计算负荷：

各种用电设备的工作制不同，规定的额定功率也不同，如用电设备是按持续运行工作制规定的“额定功率”，它就等于设备的额定功率，有的则是按照反复短时工作制来规定的“额定功率”，这种额定功率不能与名牌上规定的额定功率相混淆，计算时不能简单的相加，而必须将各种不同工作制的用电设备名牌上规定的额定功率换算成同一个组织的额定功率，然后才能相加，起重设备

（2）用电设备组的计算负荷

一组中的用电设备不同时工作，而参与工作的设备也未必满载，同时考虑供电线路的效率，用电设备本身效率等因素，计算负荷表达式为

2.4绘制最大负荷计算图

图2.2最大负荷计算图

2.5负荷计算

2.5.1负荷计算[4]]

拉伸类电机：

风机类电机：

泵类电机：

行车类电机

开卷、取卷类电机：

镶布架电机：

吸煤除渣电机：

电热设备：

厂房动力：

总的负荷为：

在该厂设计中考虑同时率为

，

则总的计算负荷为：

此时功率因数为

2.5.2全厂电力负荷的分类

（1）一类负荷：

在瞬时短时停电，可能涉及人身和设备安全，使生产停顿或造成大量损失，应由被用电源自动投入，对设备配置上应有备用设备，双电源供电，自动切换。

（2）二类负荷：

这类负荷允许短时停电，但如时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产，此类负荷也应有备用设备，或采用双电源供电。

（3）三类负荷：

一般与生产工艺过程无直接关系，既使较长时间停电也不会影响到全厂的生产状况，这类负荷的供电可靠性略低，允许只有一个电源，

（4）交流不停电电源负荷（UPS），设计中定位0I类负荷，这类负荷对电源可靠性要求很高。

（5）保安电源：

这类负荷由厂用低压系统供电。

2.5.3绘制负荷等级指示图[5]

表2.1负荷等级示意图

负荷名称

负荷类别

是否易过负荷

有无连锁要求

运行方式

拉伸类电机

一类

易

有

经常连续

风机类电机

一类

易

有

经常连续

行车类电机

二类

易

有

短时连续

开卷取卷电机

二类

易

无

短时连续

镶布架电机

三类

不易

无

短时连续

吸煤除渣电机

三类

不易

无

短时连续

电热设备

三类

不易

无

短时连续

厂房动力

三类

不易

无

短时连续

2.6确定工厂供电电压等级

根据上述的负荷计算，得到了全厂电力负荷和负荷分配方案，根据电业部门的要求，该厂供电设计拟采用接进10KV的线路，作为工厂进线的电压等级。

2.7无功补偿

2.7.1无功补偿的方式

补偿方式分为集中补偿、分组补偿和单独补偿等，集中补偿指电容器组集中装设在变电所千伏侧的母线上；分组补偿指电容器组分装在功率因数较低的车间变电所的高压侧母线上，以降低电容器的投资；单独补偿多用于大容量的感应电动机进行单独补偿。

企业应在提高功率因数的基础上，合理装设无功补偿设备，企业的供电功率因数值应达到0.85以上，由于负荷大部分是电动机、电焊机、照明等感性负载多，造成网络的功率因数值低，一般往往小于0.8，因此单靠电厂发电机输到电网上的无功补偿，不能平衡负载所需的无功功率。

从而使机械加工车间在正常负荷下，功率因数值仅有0.6左右，远远达不到供电部门的要求。

为此，为增加无功功率，提高功率因数值，必须采用电容器来解决。

其控制方式一般为手动及自动。

但由于这些是电子分离元件，产品质量差，使用一段时间后，分离电子老化，使之控制器故障频繁，虽检修更换元件，仍难以保持控制器正常运行，要选用一套无功补偿控制器具有稳定可靠而且控制器能随车间机床开动的负荷多少实现无功自动补偿多少。

与电容器相配合，能自动检测输电线路上的负荷功率因数值并能根据需要进行自动补偿，从而可以提高供电网上的质量，降低电能损耗[6]

2.7.2无功补偿容量的计算

若企业供电系统所有的功率因数为COS1，提高到COS2，则静电电容器的补偿容量为

a为平均负荷系数，一般在0.7——0.8之间。

补偿前的功率因数为：

根据工厂发展要求和性质，采用的功率因数为

补偿后的功率因数为：

前面已经求出了有功功率为：

补偿后的视在功率为

计算电流为：

无功补偿容量为

低压分组补偿，电容器装设在车间变配电室母线上，可以提高电容器的利用率，同时减少了高压线路和配电变压器中的无功损耗，能使主变压器的视在功率减小从而使主变压器容量选得较小，但低压线路的无功流动不能减少，如果将就地个别补偿与分组补偿混合使用，大部分无功补偿设备设在低压用电设备及配电箱附近，补偿效果更佳。

高压集中补偿，电容器装设在工厂总降压变压器的母线上，这种运行方式电容器安装方便，运行可靠，利用率高，但投切电容器的开关设备及保护装置价格比较高，且设置在总降压变电所前电力系统通过的无功功率和增加总降压变电所的负荷能力，提高本变电所的电压质量。

3电线、电缆的选择

3.1按载流量选择

即按导线的允许温升选择。

在最大允许连续负荷电流通过的情况下，导线发热不超过线芯所允许的温度，导线不会因过热而引起绝缘损坏或加速老化。

选用时导线的允许载流量必须大于或等于线路中的计算电流值，即必须大于或等于37.3A

3.2按电压损失选择

导线上的电压损失应低于最大允许值，以保证供电质量。

对于电力线路，电压损失一般不能超过额定电压的百分之十。

对于照明线路一般不能超过百分之五。

电压损失是指线路的始端电压与终端电压有效值的代数差，即U=U1—U2。

由于电气设备的端电压偏移有一定的允许范围，所以要求线路的电压损失也有一定的允许值。

为了保证电压损失在允许值范围内（5%），可以通过增大导线或电缆的截面来解决[7]。

线路额定电压为10KV，允许电压损失为U%=5%，

3.3与线路保护设备相配合选择

沿导线流过的电流过大时，由于导线温升过高，会对其绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害。

温升过高或线路短路时，还可能引起着火，因此电气线路必须设置过载和短路保护。

为了在线路短路或过负荷时，保护设备能对导线起保护作用，两者之间必须有适当的配合。

3.4热稳定校验

由于电缆结构紧凑、散热条件差，为使其在短路电流通过时不至由于导线温升超过允许值而损坏，必须校验其热稳定性。

选择的导线、电缆截面必须同时满足上述各项要求，先按允许载流量选择，然后再按其他条件校验，若不能满足要求，应加大截面。

1.低压中性点接地系统中的中性线N（PEN）截面的选择

（1）负荷接近平衡的供电线路，N（PEN）线的截面积取相线截面积的1/2。

当负荷大部分为单相负荷时，如照明供电回路，N（PEN）线的截面积应与相线截面积相同。

（2）采用晶闸管调光的配电回路，或大面积采用电子整流器的荧光灯供电线路，由于三次和谐波大量增加，则N线的截面积应为相线截面积的2倍，否则中性线会过热，引起供电回路的故障增多[8]。

2.PE线截面的选择

（1）在TN系统中PE线是通过短路电流的，为使保护装置有足够的灵敏度，应减小N线阻抗，所以PE线截面不宜过小，在一般情况下，其支、干线的截面积应与相应的N线截面积相等。

（2）若采用单芯导线作固定装置的PE干线时，其截面为铜芯时应不小于10mm2，为铝芯时应不小于16mm2；当用多股电缆的芯线并联作PE线时，则其最小截面积可为4mm2。

PE线所用的材质与相线相同时，按热稳定要求，截面不应小于规定值

4变压器选择

变压器是车间变电所的重要关键设备之一，变压器的正确选择对车间变电所的可靠运行以及节约建设资金都具有十分重要的意义，因此正确选择变压器是建设车间变电所必不可少的一个重要环节。

4.1变压器类型的确定

变压器一般分为电力变压器和特种变压器。

电力变压器按用途又可分为升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器和厂用变压器等几种；它还可以分为按线圈数、相数、冷却方式和调压方式等分类，如单相变压器、三相变压器、油浸式变压器干式变压器双线圈变压器、三线圈变压器、铝线圈变压器等。

车间变电所一般采用降压式、配电用电力变压器，并根据其应用环境及负荷情况等确定其线圈的材质及冷却方式等。

4.2变压器的过负荷能力

电力变压器的额定容量，是指在设计标准的环境温度下，和使用年限内，所能输出的最大视在功率。

但在实际运行中，由于负荷是在不断变化，且我国绝大多数地区的环境温度低于设计标准所规定的环境温度，因而变压器具有过负荷的潜力，在选择变压器时应从分利用这种潜力[9]。

4.2.1正常过负荷能力

这是指在正常运行时，在维持变压器规定的使用年限内，所部考虑的变压器允许的过负荷能力，

（1）由于昼夜负荷不均而允许的过负荷倍数，可根据典型日负荷曲线的填充系数和最大负荷持续时间

（2）如果夏季变压器欠负荷，冬季则可以考虑变压器的过负荷运行。

如果在夏季，平均日负荷曲线中最大负荷，每低于变压器的额定容量1%，但此项增加的冬季负荷最大不超过15%。

上述两种负荷可以同时考虑，但而者后的总过负荷，对于户外变压器不得超过30%额定负荷，户内变压器不得超过20%额定负荷。

4.2.2事故过负荷

工厂供电系统发送故障时，首先应设法保证不间断供电，即在较短时间内，让变压器多带一些负荷以做事故时供电之用，故称事故过负荷。

事故过负荷其过负荷大，引起绝缘老化比正常工作条件下要快得多，但是可以按照下表所列条件短期过负荷[10]。

4.3变压器数量的确定

变压器台数主要根据负荷大小，负荷对供电可靠性和带哪能质量要求来决定，并兼顾节约电能，降低造价，运行方便。

4.3.1按负荷等级大小需选择变压器

（1）对于带有一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应设两台以上变压器；当只有少量一、二级负荷，并能从邻近变电所取得低压备用电源时，可采用一台变压器；

（2）对于带有三级负荷的变电所，当负荷较少时采用一台变压器；当负荷较大，一台变压器不能满足需要时，采用两台及以上变压器；当昼夜负荷或季节性负荷变化大，选用一台变压器在技术经济上不合理时宜选用两台变压器。

（3）如果单相负荷使变压器三相负荷的不平衡超过25%时，宜设单相变压器。

电力和照明一般由共同的变压器供电，但若共用变压器严重影响照明质量及灯泡的寿命时，可考虑设置照明专用的变压器。

（4）如果冲击性的负荷较大，严重影响电能质量时，应设专门变压器对冲击性负荷供电。

4.3.2变压器容量的确定

变压器容量应根据计算负荷选择，对于平衡供电的单台变压器，负荷率一般在85%左右；对于昼夜或季节性波动较大的负一个供电的变压器，其容量与台数应考虑运行合理，并可以在高峰时适当过载运行；对丢按时负荷供电的变压器要充分利用其过载能力。

（1）两台或两台以上的变压器，当其中一台停电后，其余变压器应保证全部一级负荷及大部分二级负荷的用电。

（2）变压器的容量应根据电动机的起动电流或其他负荷冲击的条件进行验算。

选择变压器容量应考虑低压电器的短路工作条件，单台变压器容量不宜大于1000KVA，若负荷较大而集中，低压电器元件允许，运行也合理时，也可选用更大容量的变压器[10]。

根据本设计的要求，总的视在功率为645.4KVA，可以选择两台630KVA的变压器，一台工作，一台备用，以满足该工厂供电可靠性的要求。

但由于工厂总的容量为1095.44KW，也可选择两台1200KVA以上的变压器，现在对这两种方案进行论证。

变压器运行特性的比较：

经负荷调查，变压器低压主进开关处电流为550—650A，负荷曲线如图4.1

选用1250KVA变压器的实际负载率为

图4.1负荷曲线图

图4.2变压器效率

与原边功率因数对负载率

的变化曲线

可见，变压器长期轻载运行，其效率与原边功率因数均偏低。

图4.2表示变压器效率

与原边功率因数对负载率

的变化曲线当

=36%，副边功率因数

时效率

=78%，

。

如果选用额定容量为630KVA的变压器，则负载率

此时，

=97%，

，恰好在变压器经济运行区，效率与功率因数均较高，。

显而易见，从运行特性上看，变压器容量选择1250LVA是不合理的。

从技术经济的角度进行比较，如下表：

表4.1变压器价格比较

变压器

比较项目

方案1

选1250LNA

方案2

选630KNA

变压器价格

2*252