某重型机械制造厂供电系统项目设计方案.docx
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某重型机械制造厂供电系统项目设计方案
某重型机械制造厂供电系统项目设计方案
第1章概论
1.1工厂供电的意义、要求及原则
工厂供电（plantpowersupply），就是工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
电能作为现代工业生产的主要能源和动力，即易于由其它形式的能量转化而来，又易于转化为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配即简单经济，又便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
工厂供电要能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，并做好节能和环保工作，这就必须达到以下的基本要求：
（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，减少有色金属的消耗量。
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50059-92《35～110kV变电所设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和设计规范，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策。
（2）工厂供电设计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，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的电气产品。
（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
（4）工厂供电设计应根据工程特点、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、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
1.2工厂供电设计的主要内容及步骤
工厂供电设计主要包括工厂变配电所的设计，总变及各车间变电所高低压线路的设计，二次保护线路设计，防雷、接地及照明布置的设计等。
其基本内容主要是：
1、负荷计算及工厂配电方案的确定
负荷计算采用由低到高逐级计算的方法，从车间算起，由各车间的计算负荷确定配电方案，为了达到功率因数不小于0.95的要求，在车变及总变内需要进行无功功率补偿，注意计算过程中还要加入变压器损耗，计算采用需要系数法。
2、变电所主变压器的选择
根据计算负荷选择合适的变压器，一般采用油浸式的，考虑变压器的互备形式。
3、变电所主接线方案的设计
根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低压侧的接线方式。
要求安全可靠又灵活经济，安装容易，维修方便。
4、短路电流的计算
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，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算，求出各短路点的三相短路电流及相关参数。
5、变电所主要一次设备的选择与校验，进出线的校验
依据各回路计算负荷及短路电流数据，选择高、低压配电设备及进出变电所的母线、电缆等；为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，需要根据各自要求进行热稳定及动稳定校验，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。
6、变电所二次回路方案的设计及选择
为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，均需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置，并对保护装置进行整定计算，绘二次原理图。
7、防雷、接地、照明设计
变电所属于二级防雷建筑物，落成之后需要参考本地区气象及地质资料进行必要的防雷及接地保护，为了满足生活及工作需要还需要进行变配电所的所内照明方案的设计。
1.3工厂供电系统概况
对于35kV及以上进线电压的大中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂之后，先经总降压变电所（headstep-downsubstation，HSS），其中装有较大容量的变压器，将35kV及以上的电源电压降为6-10kV的配电电压，然后通过6-10kV的高压配电线将电能送到各车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所，车间变电所装有配电变压器，又将6-10kV降为一般低压用电设备所需的电压（220V/380V）
第二章负荷计算
2.1概述
2.1.1负荷计算的目的和意义
供配电系统的设计，首先要根据用户的基本原始资料即用电设备的容量，对系统中各个环节的电力负荷进行统计计算，其目的是确定供配电系统方案，并选择其中的各个元器件（如电力变压器、开关设备、导线及电缆等），以使其满足正常运行时负荷电流热效应的要求。
另外，负荷计算也是合理地进行无功功率补偿的重要依据。
用户的用电设备种类繁多、数量大、工作情况复杂，实际用电负荷或所需电量并不是用电设备容量的简单相加。
如何根据用电设备的资料正确估计计算负荷，直接影响到电气设备和导线、电缆的选择是否合理。
如果计算负荷确定过大，那么将使电气设备和导线、电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费，如果计算负荷确定过小，那么又将使电气设备和导线、电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热现象，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样会造成损失。
由此可见，正确确定计算负荷意义重大。
但是影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。
实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织形式、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算只能力求接近实际。
2.1.2电力负荷分分级
工厂的电力负荷，按GB50052—1995《供配电系统设计规范》规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电所造成的损失或影响的程度分为以下三级：
1、一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡，或将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备破坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
2、二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
3、三级负荷三级负荷为一般负荷，所有不属于一、二级负荷者均属于三级负荷。
根据设计任务书了解到，该建筑机械设备制造厂内设备主要是二级负荷，结合上述负荷等级分类情况可确定该厂为二级负荷。
2.1.3各级负荷对供电电源的要求
1、一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电，其后果十分严重，因此要求有两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。
一级负荷中特别重要的负荷，除具有上述两路电源外，还必须增设应急电源。
为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
常用的应急电源有:
①独立于正常电源的发电机组；②供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路；③蓄电池；④干电池。
2、二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷，要求有两回路供电，供电变压器也应有两台。
在其中一回路或一台变压器发生故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。
只有当负荷较小或者当地供电条件困难时二级负荷可由一回6KV及以上的专用架空线路供电。
当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。
3、三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要负荷，因此它对供电电源无特殊要求。
2.2负荷计算
2.2.1负荷计算公式
计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。
由于载流导体一般通电半小时（30分钟）后即可达到稳定的温升值，因此通常采取“半小时最大负荷”作为按发热条件选择电气元件的计算负荷。
有功计算负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，视在计算负荷表示为Q30，而计算电流表示为I30。
用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法。
需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。
当用电设备台数较多，多台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算；当用电设备台数较多而容量相差悬殊时，则宜采用二项式法来计算。
该机械制造厂各车间用电设备组容量相差不太大，故采用需要系数法计算。
需要系数法用电设备计算负荷的计算公式：
有功计算负荷：
P30=KdPe
无功计算负荷：
Q30=P30tan¢
视在计算负荷：
S30=P30/cos¢
计算电流：
I30=S30/UN
式中Pe——用电设备组的设备容量，单位kW。
Kd——用电设备组的需要系数。
UN——用电设备组的额定电压（单位为kV）。
cos¢——用电设备组的功率因数。
tan¢——对应于用电设备组的功率因数cos¢的正切值。
2.2.2负荷计算表
表2-1各建筑动力负荷计算表
序号
建筑物名称
设备容量
Pe（kW）
Kd
cos¢
tan¢
计算负荷
P30
（kW）
Q30
（kvar）
S30
（kVA）
I30
（A）
1
办公楼
89
0.85
0.8
0.75
75.7
56.7
94.56
143.5
2
试验楼
118
0.6
0.8
0.75
70.8
53.1
88.5
143.5
3
汽车库
35
0.35
0.7
1.02
12.3
12.5
17.5
26.59
4
材料成品库
80
0.4
0.85
0.62
32
19.8
37.7
57.2
5
食堂
75
0.8
1
0
60
0
60
91.16
6
热处理车间
385
0.6
0.7
1.02
231
235
330
501.4
7
木工车间
215
0.35
0.65
1.17
75.3
88
115.8
175.9
8
装配车间
470
0.47
0.75
0.88
221
194
294.5
447.5
9
机加工车间一
428
0.25
0.6
1.33
107
142
178.3
271
10
机加工车间二
见表1-2
11
铸工车间
350
0.4
0.7
1.02
140
143
200
303.9
12
锻工车间
345
0.3
0.6
1.33
104
138
172.5
262.1
13
空气压缩机站
258
0.85
0.75
0.88
219
193
292.4
444.3
14
锅炉房
128
0.75
0.8
0.75
96
72
120
182.3
15
水泵站
135
0.65
0.8
0.75
87.8
65.8
109.7
166.7
16
露天煤矿
—
17
露天材料库
—
18
危险品库
22
0.6
0.65
1.17
13.2
15.4
20.31
30.86
19
收发、传达室
—
表2-2机加工车间二动力负荷计算表
设备名称
电机容量
总容量
Kd
cosø
tanø
计算负荷
P30
（kW）
Q30
（kvar）
S30
（kVA）
I30
（A）
C615
67.275
567.3
0.25
0.5
1.73
114.83
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