某机械厂供配电系统设计任务书.docx
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某机械厂供配电系统设计任务书
某机械厂供配电系统设计任务书
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摘要：
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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化；电能在工业生产中的重要性，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。
因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来，为经济的发展做出最好的服务。
关键词：
变配电计算负荷短路电流线路设计
1工厂供电系统概叙
1.1工厂供电的意义和要求
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。
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。
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设计内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，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，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，以本次设计为例，其基本内容有以下几方面。
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。
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。
2.工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，接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。
3.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综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济、安装容易、维修方便。
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电压。
参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，由不同方案的可靠性、电压损失、基建投资、年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。
按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。
用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。
5.工厂供、配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及两相短路电流。
7.变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。
8.备用电源与自动投入装置的引入
2全厂负荷计算及功率补偿
2.1计算负荷的内容
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
2.2负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。
本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。
下表为该机械厂各车间的负荷情况：
序号
车间名称
负荷类型
计算负荷
P（kW）
Q（kvar）
S（KVA）
1
空气压缩车间
I
780
180
800.5
2
熔制成型（模具）车间
I
580
150
599.1
3
熔制成型（熔制）车间
I
590
170
614
4
后加工（磨刨）车间
I
650
220
686.2
5
后加工（封接）车间
I
680
180
703.4
6
配料车间
I
360
100
373.6
7
锅炉房
I
420
110
434.2
8
厂区其他负荷
（一）
ΙΙ~ΙΙΙ
600
268
657.1
9
厂区其他负荷
（二）
ΙΙ~ΙΙΙ
550
200
585.2
共计
5210
1578
5453.3
同时系数
0.95
0.97
全场计算负荷
4949.5
1530.7
5180.8
*公式及计算过程见附1
2.3功率因数的内容及计算
功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。
如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。
国家标准GB/T3485-1998《评价企业合理用电技术导则》中规定：
“在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9，凡功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备。
”
本设计中，经计算该工厂最大负荷时功率因数cosφc=0.96,,满足供电部门对本场功率因数的要求。
因此，无需加装无功功率补偿装置。
*公式及计算过程见附2
3变配电所选型及总体布置
3.1供电电压的确定
供电电压是指供配电系统从电力系统所取得的电源电压。
供电电压的选取，主要决定于以下3个方面的因素。
1.电力部分所能提供的电源电压；
2.企业负荷大小及距离电源线路远近；
3.企业大型设备的额定电压。
在本设计中，已知该机械厂由距其5公里处的A变电站接一回架空线路供电；供电电压等级可选择10kV或35kV;机械厂内大型设备额定电压不详。
通过计算得知，该厂计算负荷为5180.8kVA。
因此，选择35kV作为供电电压较合适。
3.2总降压变电所的设计
大中型企业，由于负荷较大往往采用35-110kV电源进线，降压至10kV或6kV,再向各车间变电所和高压用电设备配电，这种降压变电所称为总降压变电所。
本设计中，车间比较集中可设一个总降压变电所，这样既节省投资，又便于运行维护。
3.3配电电压的确定
配电电压是指用户内部向用电设备配电的电压等级。
由用户总降压变电所向高压用电设备配电的电压称为高压配电电压，由用户车间变电所或建筑物变电所向低压用电设备配电的电压称为低压配电电压。
本设计中，对各车间需要的电压等级不详，拟采用低压配电，配电电压为0.4kV。
3.4车间变电所的设计
车间变电所是指设在车间的10/0.4kV变电所。
车间负荷较大时，一般应设车间变电所，还可以向邻近负荷较小的车间供电。
车间变电所分为车间附设变电所和车间内变电所。
由于需要给多个车间供电及车间内变电所安全性较差，故本设计采用的类型为车间附设变电所。
通过分析厂区平面布置图和厂区各车间负荷大小及负荷要求，本配电系统将建设3间车间变电所，用以满足各车间的负荷需求。
3.5变配电所的位置的选择
通常，变配电所所址选择遵循以下原则:
1.尽量靠近负荷中心；
2.尽量靠近电源侧；
3.进出线方便；
4.尽量避开污染源，或者在污染源上方口；
5.尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；
6.设备运输方便；
7.有扩建和发展的余地；
8.高压配电所与邻近车间的变电所合建。
根据上述原则及本厂各车间负荷分布情况，设计了相应的供配电平面布置简图。
*具体简图见附5
4变压器、主接线方案的选择
4.1总降压变电所主变压器台数的选择
本厂I、II级负荷较多，为满足用电负荷对可靠性的要求，选择两台主变压器。
同时，当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。
4.2总降压变电所主变压器容量的选择
装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量SN应同时满足下列两个条件：
1.任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%~70%的要求，即
SN=（0.6~0.7）Sc
2.任一台主变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷SC（I+II）的需要，即
SN≥SC（I+II）
经计算，本设计选用5000kVA的变压器二台。
*公式及计算过程见附3
4.3总降压变电所主变压器型式的选择
1.油浸式：
一般正常环境的变电所；
2.干式：
用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所；
3.密闭式：
用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所；
4.防雷式：
用于多雷区及土壤电阻率较高的山区；
5.有载调压式：
用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。
由于本设计的变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器。
4.4总降压变电所主接线的选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。
总降压变电所主接线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
其中，有几种可供参考的方法如下：
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，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检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
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，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。
但与内桥式接线适用的场合有所不同。
这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。
当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线。
3.一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线方式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较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
4.一、二次侧均采用双母线的总降压变电所，采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。
本设计中，机械厂连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（5km）,主变压器不需要经常切换，另外考虑到今后的长远发展，因此采用主接线一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压主接线方式。
该接线法供电可靠性高，操作灵活，适用于企业一、二级负荷供电。
*具体接线图见附4
4.5车间变电所变压器的选择
车间变电所变压器台数和容量确定原则和总降压变电所基本相同，这里就不再赘述。
根据厂区各车间分布和负荷要求，本配电系统将建设3间车间变电所，每个变电所采用两回独立进线，设置两台变压器，每台变压器的容量为1000kVA。
5短路电流的计算
5.1短路电流计算的目的及方法
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。
在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。
短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。
在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。
对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。
最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。
5.2短路电流计算
本设计采用标幺值法进行短路计算。
经计算，得出基于短路点的短路电流和容量汇总表。
下表为短路点k1、k2分别在在最大/最小运行方式下的短路电流和容量汇总表：
1.最大运行方式
三相短路电流
三相短路容量
Ik1*
Ik1（kA）
ish.k1（kA）
Sk1（kVA）
k1
0.46
7.12
18.16
460
k2
0.09
4.93
12.58
90
2.最小运行方式
三相短路电流
三相短路容量
Ik1*
Ik1（kA）
ish.k1（kA）
Sk1（kVA）
k1
0.26
4.06
10.3
260
k2
0.08
4.29
10.94
80
*公式及计算过程见附6
7主要电气设备选择
7.1电气设备选择的条件
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列条件:
1.发热条件
导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
2.电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。
对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。
3.经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。
所选截面，称为“经济截面”。
此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。
工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。
4.机械强度
导线截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。
母线也应校验短路时的稳定度。
对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。
对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。
7.2高压设备的选择要求
高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。
高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经比较优选出开关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。
7.3配电所高压开关柜的选择
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式两大类型。
由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN-12型。
8备用电源和其自动投入装置
本设计中，各车间对供电可靠性要求较高，故采用两路电源供电。
出变电站A外，又由B变电站接一回架空线作为备用电源。
其在工作电源停电时，对工厂进行供电，正常情况下不供电。
因此，我们需要APD（自动投入装置）来实现这一功能。
备用电源自动投入装置就是当工作电源线路发生故障而断电时，能自动而且迅速将备用电源投入运行，以确保供电可靠性的装置。
9参考文献
[1]唐志平.供配电技术.2版.北京:
电子工业出版社,2008.
[2]XX文库.
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