供电课程设计10KV供配电系统设计.docx

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供电课程设计10KV供配电系统设计

供电技术设计

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10KV供配电系统设计

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：

配电所电力负荷功率补偿短路电流

1工厂供电概述

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，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。

1.2.1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。

1.2.2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。

1.2.3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。

1.2.4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。

1.2.5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。

1.2.6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，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。

由手册或产品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。

1.2.7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。

1.2.8变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷接地装置。

进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。

对接地和接地体做具体的理解。

2负荷计算及功率补偿

2.1负荷计算的内容

2.1.1计算负荷

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。

2.1.2平均负荷

平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。

常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。

平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

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。

主要计算公式有：

有功功率：

P30=Pe·Kd

无功功率:

Q30=P30·tgφ

视在功率:

S30=P30/Cosφ

计算电流:

I30=S30/3UN

下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：

序号

车间名称

设备用量（KW）

计算负荷

变压器容量

P30（KW）

Q30（Kvar）

S30（KV.A）

1

空调机房

（一）

246.5

172.6

129.4

215.8

1*400

2

厂务公用站房

338.2

236.8

177.6

296

3

TG车间

3704.6

2963.7

1837.5

3486.7

4

锅炉房

142.6

107

80.2

133.8

1*400

5

水泵房

320.9

208.6

156.5

278.1

6

污水处理厂

67

53.6

47.2

68.7

7

TA车间

2377.4

951

190.2

970

8

空压站

607

534.2

470.1

712.3

1*400

9

空调机房

（二）

368

257.6

193.2

322

10

冷冻机

（1）

561

392.7

345.6

523.6

11

冷冻机（2，3）

1122

785.4

691.1

1047.2

1*400

12

制冷站

450

315

236.2

393.8

13

照明用电

634.4

507.5

243.6

243.6

2.2.1全厂负荷计算

取K∑p=0.95;K∑q=0.97

根据上表可算出：

∑P30i=7485.7kW;∑Q30i=4798kvar

则P30=K∑P∑P30i=0.95×7485.7kW=7111kW

Q30=K∑q∑Q30i=0.97×4798.4kvar=4654kvar

S30=223030pQ+≈8499KV·A

I30=S30/3UN≈140A

Cosφ=P30/S30=7111/8499≈0.84

2.3功率补偿功率补偿功率补偿功率补偿

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。

上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。

假设功率因数有φcos提高到φcos′，这时在用户需用的有功功率30P不变的条件下，无功功率将由30Q减小到30Q′，视在功率将由30S减小到30S′。

相应地负荷电流30I也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。

由上图可知，要使功率因数由φcos提高到φcos′，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为：

在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数，即：

由于本设计中要求Cosφ≥0.9,而由上面计算可知Cosφ=0.84<0.9，因此需要进行无功补偿。

综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。

Qc=7111×（tanarcCos0.84－tanarcCos0.95）Kvar=2275Kvar

取Qc=2300Kvar

因此，其电容器的个数为：

n=Qc/qC=2300/150=15

而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取15个正好。

无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S30

（2）′=227111（47982300）+−=7538KV·A

变压器的功率损耗为：

△QT=0.06S30′=0.06*7538=452Kvar

△PT=0.015S30′=0.015*7538=113Kw

变电所高压侧计算负荷为：

P30′=7111+113=7224Kw

Q30′=（4798-2300）+452=2950Kvar

S30′=2272242950+=7803KV·A

无功率补偿后，工厂的功率因数为：

Cosφ′=P30′/S30′=7224/7803=0.9

则工厂的功率因数为：

cosφ′=P30′/S30′=0.9≥0.9因此，符合本设计的要求。

3变配电所选型及总体布置

3.1变配电所位置的选择

变配电所所址选择的一般原则:

尽量靠近负荷中心；

尽量靠近电源侧；

进出线方便；

尽量避开污染源，或者在污染源上方口；

尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；

设备运输方便；

有扩建和发展的余地；

高压配电所与邻近车间的变电所合建。

3.2变电所总体布置要求

3.2.1便于运行维护和检修

有人值班的的变配电所，一般应设置值班室。

值班室应靠近高低压配电室，而且有门直通。

如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。

值班室也可以与低压配电室合并，但在放置值班工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于3m。

主变压器应靠近交通运输方便的马路侧。

条件许可的，可单设工具材料室或维修间。

昼夜值班室的变配电所应设休息室。

有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和给排水设施。

3.2.2保证运行安全

值班室内不得有高压设备，值班室的门应朝外开。

高压低压配电室的电容室的门应朝值班室开或朝外开。

变压器室的大门应朝马路开，但应