工厂供配电系统主接线方案正式版.docx
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工厂供配电系统主接线方案正式版
本文按照钢铁厂供电系统对供电可靠性、经济性的要求，根据钢铁厂的负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况对本厂供电系统做了全面综合的分析，详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据。
通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷,功率补偿,短路电流的计算，合理的选择电力变压器、断路器等各种电气设备；对工厂总降压变电所不同的主接线方案进行比较,选择可靠性高,经济性好的主接线方案,实现了工厂供电系统安全、可靠、优质、经济地运行。
关键词供电系统；电力负荷；功率补偿；电气设备；主接线；继电保护
1.1概述
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能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，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在一般工厂里，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很小。
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。
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，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人生事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。
因此，做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。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少
有色金属的消耗量
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2工厂供电设计原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策。
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
（2）安全可靠、先进合理。
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展。
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3本课题设计内容
本供电系统设计主要包括总降压变电所一次、二次部分及高压配电线路设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的电能分配问题，设计内容有以下几方面：
（1）负荷计算。
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
不考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
（2）改善功率因数装置设计。
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率，并选用合适的电容器。
（3）变压器的台数及容量选择。
参考电源进线方向，综合考虑设置变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。
（4）厂区高压配电系统设计。
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电，比较几种可行的高压配电网布置放案，择优选用。
（5）工厂总降压变电所主接线设计。
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。
（6）工厂供电系统短路电流计算。
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。
由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相短路电流。
（7）变电所高压设备的选择。
参照短路电流计算数据和计算负荷以及对应的额定值，选择变电所各种高压设备，并根据需要进行热稳定和动稳定检验。
（8）继电装置及二次保护设计。
为了监视、控制和保证安全可靠运行，变压器需要设置相应的控制、检测和继电保护装置。
（9）防雷接地装置设计。
参考本地区气象地质材料，设计总降压变电所的防雷接地装置。
（10）总降压变电所变、配电装置总体布置设计。
综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置设计
2供配电系统主接线方案论证
2.1概述
主接线图即主电路图,是表示系统中电能输送和分配线路的电路图,亦称一次电路图.而用来控制指示检测和保护的一次电路及其设备运行的电路图,则称为二次电路图,或二次接线图,通称二次回路图.二次回路是通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的.
我国《变电所设计的技术规程》规定：
变电所的主要接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。
2.1.1工厂供电必须达到以下基本要求
（1）安全性应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身安全和设备的安全．
（2）可靠性应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求，其中在检修时，不宜影响对系统的供电，断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少长时间停电和大范围停电，并保证对大部分一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。
（3）灵活性应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展，检修时，可以方便地停运，对母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。
（4）经济性在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金消耗量主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少，电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。
2.2主接线方式的介绍
2.2.1母线连接方式
根据论文资料和电力系统的发展，用户的需求等几方面考虑，从近期及远景的发展规划所以确定某轮毂制造厂供配电系统初步设计：
单母线分段。
单母线分段接线具有简单清晰，设备较少，投资较小，运行操作方便，且有利于扩建等优点，并可提高供电可靠性和灵活性。
对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路。
由两个电源供电。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，其高压侧采用内桥接线方式，低压侧也采用双回线路-变压器组单元接线，因此在车间变电所的低压侧，设有低压联络线互相连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。
2.2.2供电系统主接线图的确定
工厂电源进线电压为35KV及以上的工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6~10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。
方案1一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图7）所示。
这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨在两路电源进
线之间，犹如一座桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，
因此称为内桥式接线。
这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷的工厂。
如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11投入QF10（其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电。
这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电的机会较多，并且变电所的变压器不需经常切换的总降压变电所。
方案2一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图8）所示。
这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电
源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。
这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二
级负荷的工厂。
但与内桥式接线的适用场合有所不同。
如果某台变压器例如T1停
电检修或发生故障时，则断开QF11投入QF10（其两侧QS先合），使用两路电源进线又恢复并列运行。
这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适于经济运行需经常切换的总降压变电所。
方案3一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图9）
这种主接线兼有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备
啓TH
的（H
35射电源进鏡
°蠶瞬醫的沁
较多，可供一、二级负荷，适用于一、二侧进出线较多的总降压变电所。
根据本厂的实际情况，工厂总降压变电所距该城镇220/35KV变电所（地区变电所）5公里，距离较远；而变电所负荷变动不大，故采用方案1（一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线）。
方案2更适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大，适于经济运行需经常切换的总降压变电所；而方案3所用的高压设备较多，增加了初期投资，故不采用方案2和方案3。
采用桥式接线，最大的特点就是使用断路器数量较少，使用断路器数量较少，一般采用断路器数都等于或少于出线回路数，从而结构简单，投资较少
2.3车间变电所主变压器的选择
2.3.1变电所主变压器台数的选择
的原则
（1）满足用电负荷对供电可靠性的要求。
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。
也可考虑采用两台变压器。
（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
（4）在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。
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2.3.2变电所主变压器容量的选择
（1）只装一台主变压器的变电所，主变压器的容量Sn.t应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即Sn.T>Sc
考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70%〜85%。
（2）装有两台主变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：
1任一台单独运行时，Sn.t"0.7Sc（2-1）
2任一台单独运行时，Sn.t》Sc（i+ii）（2-2）
条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的60%,
负载率约为0.7，此时变压器效率较高。
而在事故情况下，一台变压器承受总计算
负荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。
在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。
条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。
2.4车间变电所总的负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算成果.
供电示意图2—1如下：
35kV
AlA2
oooooc6ooOoo
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
Pc=«pXPc.i
无功功率：
Qc=«迟Q.I
视在功率：
sc=Jp2+qC
计算电流:
IC=sc-3UN
2.5炉管公司的负荷计算
2.5.1各车间的负荷计算
表2—1各车间的负荷计算
项目
设备容量
Pc/kw
需要系数
K
功率因数
COS0
FC/kw
Q/kvar
Sc/KVA
Ic/A
铸造车
间1
1800
0.56
0.75
1008
887.04
1344
2042.06
铸造车
间2
1600
0.56
0.75
896
788.78
1194.7
1815.7
整形车
间1
980
0.45
0.70
441
449.9
630
957.4
整形车
间2
900
0.45
0.70
405
918
578.6
879.3
机械加工车间
1
900
0.35
0.65
315
368.3
484.6
736.5
机械加工车间
2
720
0.35
0.65
252
294.59
387.6
688.8
钣金车间
600
0.50
0.75
300
264
400
534.95
模具车间
670
0.50
0.65
335
391.6
446.7
915.6
热处理车间
590
0.65
0.70
353.5
391.2
547.9
849.3
理化检
测中心
320
0.25
0.80
80
60
100
151.98
办公、食堂
300
0.60
0.70
180
183.6
257.1
390.8
厂区照明
30
0.80
0.90
24
11.62
26.7
40.5
根据图1—1系统中各点的计算负荷确定变压器T1的计算负荷
1.确定D1点的计算负荷（见下表）
确定D1点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量Qn.di和变压器T1。
这一级是一个车间的负荷计算。
同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取0.92，以使
变压器高压测得功率因数达到0.9。
计算结果见下表2-2:
表2-2计算点D1的负荷
计算占八、、
所有设备
有功计算
负刀Pc」/kW
所有设备无功计算负荷刀
CC.i/kvar
同时系数
Pc
/kW
Q
/kvar
Sc
/kV-A
IC
/A
功率因数
cos0
补偿前C1点计算负
荷
1008
887
K爭=0.95
K/0.97
957.6
860.4
1287
1955.4
0.74
补偿容量Qn.d1=957.6X
[tg（arccos0.74）-tg（arc0.92）]=462.5实际取：
16组X30kvar=480kvar
-480
补偿后D1点计算负荷
957.6
380.4
1030
1565.5
0.929
2.确定C1点的计算负荷
确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高
压进线的计算负荷。
C1点的计算负荷等于D1点计算负荷加上变压器T1的功率损耗，即Pd.ci=Pddi+△Pti；Qdci=Qd.di+AQti。
根据D1点补偿后的视在计算负荷Sc=1030kV・A,选择SCB10-1250/10型变压器，变压器额定容量SNT=1250KvA（可查附录表13）。
计算结果见下表2-3:
表2-3计算点C1的负荷
计算点
变压器功率损耗（Sc=1030kVA,
SNT=1250kV•A）
FC
/kW
Q
/kvar
Sd/kV-A
IC
/A
功率因数
cos0
△F0
/kW
△pk
/kW
1。
％
△Pt
/kW
△Q
/kvar
Cl
1.25
8.46
0.6
6
6.9
55.5
964.5
435.9
1058.4
61.1
0.911
确定变压器T2的各点负荷确定
1.确定D2点的计算负荷（见下表）
确定D2点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量Qn.d1和变压器T2。
这一级为一个车间用电设备的计算
同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取0.92,
以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-4:
表2-4计算D2点的负荷
计算占八、、
所有设备有功计算负
刀Pc.i/kW
所有设备无功计算负荷刀Q.i/kvar
同时系数
Pc
/kW
Q
/kvar
Sc/kV•A
IC
/A
功率因数
cos0
补偿前D2点计算负荷
896
788.5
Kt=0.95
K^=0.97
851.2
764.8
1144
1738
0.74
补偿容量Qn.di=851.2X
[tg（arccos0.74）-tg（arc0.92）]=411实际取：
14组X30kvar=420kvar
-420
补偿后D2点计算负荷
851.2
344.8
918
1395
「0.927
2.确定C2点的计算负荷
确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高
压进线的计算负荷。
C2点的计算负荷等于D2点计算负荷加上变压器T2的功率损耗，即Pd.C2=PdD2+△Pt2；QdC2=Qd.D2+AQt2。
根据D2点补偿后的视在计算负荷Sc=918kV・A,选择SCB10-1000/10型变压器，变压器额定容量SNT=1000kV•A（可查附录表13）。
计算结果见下表2-5:
表2-5计算点C2的负荷
计算占八、、
变压器功率损耗（Sc=513.32kVA，
Snt=630kV•A）
FC
/kW
Q
/kvar
Sc/kV•A
IC
/A
功率因数
cos0
△Fb
/kW
△FK
/kW
I0%
Uk%
△Pt
/kW
△CT/kvar
C2
1.55
7.09
0.6
6
7.52
56.6
858.7
401.4
947.9
54.7
0.906
确定变压器T3的各点负荷确定
1.确定D3点的计算负荷（见下表）：
确定D3点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量Qn.d3和变压器T3。
这一级为一个车间用电设备的计算。
同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取0.92，
以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-6:
表2-6计算D3点的负荷
计算占八、、
所有设备有功计算负
刀Pc.i/kW
所有设备无功计算负荷刀Q」/kvar
同时系数
Pc
/kW
Q
/kvar
Sc/kV-A
Ic
/A
功率因数
cos0
补偿前D3点计算负
荷
693
744.5
心=0.95
K百=0.97
658.35
722.2
977.2
1485
0.67
补偿容量Qn.D3=658.35X
[tg（arccos0.67）-tg（arc0.92）]=441.1实际取：
组15X30kvar=450kvar
450
补偿后D3点计算负荷
658.35
272.2
712.4
1082
0.924
2.确定C3点的计算负荷
确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高
压进线的计算负荷。
C3点的计算负荷等于D3点计算负荷加上变压器T3的功率损耗，即Pd.C3=PdD3+△Pt3；QdC3=Q.D3+AQt3。
根据D3点补偿后的视在计算负荷Sc=712.4kV・A,选择SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量SNT=800kV・A（可查附录表13）。
计算结果见下表2-7:
表2-7计算点C3的负荷
计算占八、、
变压器功率损耗（Sc=712.4kVA，Snt=800kV-A）
Pc
/kW
cc
/kvar
Sc/kV-A
Ic
/A
功率因数
cos0
△Fb
/kW
△FK
/kW
I0%
Uk%
△Pt
/kW
△CT/kvar
C2
1.33
6.06
0.8
6
6.14
44.4
664.49
316.6
736.1
42.5
0.903
确定变压器T4的各点负荷确定
1.确定D4点的计算负荷（见下表）：
确定D4点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量Qn.d4和变压器T4。
这一级为一个车间用电设备的计算。
同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取0.92，
以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-8:
表2-8计算D4点的负荷
计算占八、、
所有设备有功计算负
刀Pc」/kW
所有设备无功计算负荷刀Q」/kvar
同时系数
Pc
/kW
Q
/kvar
Sc/kV-A
IC
/A
功率因数
cos0
补偿前D4点计算负荷
720
1286.3
Kt=0.95
心=0.97
684
1247.7
1422.9
2161.9
0.48
补偿容量Qn.d4=684X
[tg（arccos0.48）-tg（arc0.92）]=957.6实际取：
组32x30kvar=960kvar
960
补偿后D4点计算负荷
684
287.7
742
1127.5
「0.923
2.确定C4点的计算负荷
确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高
压进线的计算负荷。
C4点的计算负荷等于D4点计算负荷加上变压器T4的功率损耗，即Pd.C4=PdD4+△Pt4；QdC4=Qd.D4+AQt4。
根据D4点补偿后的视在计算负荷Sc=742kV-A,选择SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量SNT=800kV・A（可查附录表13）。
计算结果见下表2-9:
表2-9计算点C4的负荷
计算占八、、
变压器功率损耗（SC=742kVA
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