某地35KV工厂供电系统设计.docx

1、某地35KV工厂供电系统设计随着人们生活质量的日益提高，用电水平的不断上升，对电能质量的要求也日益增 长。而在工厂、企业中，通过对配电系统的建立，就可以对自身整体的电能使用情况和 设备运行状态做到全面了解和控制，对今后生产的调整进行有效的电力匹配，减少和杜 绝电力运行中的安全隐患，提高设备运行效率，提供基础的数据依据，使整个工厂电力 系统更经济、安全、可控。供电技术是分配和合理使用电能的重要环节， 本着对供电的四点要求即： 安全 应按照规能充分保证人身和设备的安全；优质 能保证供电电压和频率满足用户需求；灵活 能满足供电系统的各种运行方式，有改扩建的可能性；经济 尽量使主接线简单、投资少、节约

2、电能和有色金属消耗量。 我们在掌握理论知识的基础上，来 设计该工厂分级供电的系统设计和规划。在设计过程中，参照工厂的原始设备资料进行负荷计算，由此得出的结果来选择确 定车间的负荷级别，然后根据车间负荷及负荷级别来确定变压器台数和变压器容量，由 此选择主接线方案。再通过短路电流的计算来选择高低压电器设备和电力导线等。考虑 并设计防雷和接地装置前 言 1 第一章 绪论 6 1.1当前发展概况 61.2工厂供电设计的一般原则 6第二章 负荷计算和无功功率补偿 8 2.1负荷计算和无功功率补偿的计算 82.2负荷计算和无功功率补偿计算方法 82.3无功功率补偿计算 14第三章 电气主接线 163.1概

3、述 163.2电气主接线的基本要求 163.3电气主接线基本形式 1820第四章 短路电流计算4.1概述 204.2短路计算的目的及假设 204.3各种短路电流计算 21 第五章 电气设备的选择 255.1概述 255.2一次设备的选择 255.3总变压器的选择 295.4机修车间供电系统电气设备的选择 305.5母线的选择 33 第六章 继电保护的设计 376.1主变压器保护设计 376.2线路的继电保护 41 第七章 防雷设计 427.1概述 427.2防雷保护的设计 427.3接地装置的设计 427.4主变中性点放电间隙保护 44 第八章 配电装置 458.1概述 458.2配电装置的选

4、择 46第九章 电测量仪表与绝缘监视装置479.1 电测量仪表 . 479.2绝缘监视 . 49 附录一：自来水厂用电设备一览表 50 后记 52 参考文献 53摘要本论文主要是针对某自来水厂 35kV 变电站的设计，概述了工厂设计的基本过程和 方法。首先通过分析工厂负荷的原始材料； 确定自来水厂的主接线设计和主接线的选择， 根据该工厂的原始资料进行负荷计算和主变压器及其容量的选择， 选择主变压器容量和 型号；对 35kV 变电站做了短路电流计算和一次设备的选择，短路电流是为后面设备的 选型提供了依据并根据短路电流可以进行设备的整定和校验； 接着对配电所二次回路进 行设计和主变压器保护设计和变

5、电站的防雷保护等 。 关键词 : 短路电流；负荷计算；无功补偿；线路设计；工厂配电第一章 绪论1.1当前发展概况随着当前国民经济的快速发展，用电负荷显著提高，工厂的用电量也逐渐走向大容 量化。工厂变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后给工厂配电的任务。车间变电 所主要永夜负荷集中， 设备布置较稳定的厂房， 因此车间变电所事工厂供电系统的枢纽， 在工厂里占有特殊重要的地位， 因而设计一个合理的变电所对于整个工厂供电的运行至 关重要。 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。能源的节约是工厂供电工作的一个重要方面，因此做好工厂供电工作对于支援 国家建设具有重大

6、作用。要按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电条件合理确定设 计方案。 本设计是针对某工厂车间布局及线路选择的设计，包括车间的选线，供电线 路的一系列供电变电所需的电气设备，通过负荷计算，确定各车间的各项参数，从而确 定变压器的型号、 台数及高低压供配电方案。 同时做到系统安全第一， 既符合国家标准， 也保证人身设备安全。满足安全、可靠、优质、经济的的基本要求。1.2工厂供电设计的一般原则按照国家标准 GB50053-94 35kv 及以下设计规、GB50054-95 低压配电设计规 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

7、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

8、关知识， 以便适应设计工作的需要第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算和无功功率补偿的计算1、负荷计算和无功功率补偿计算意义：根据变配电所供电的负荷性质及其对供电可靠性的要求，进行负荷分级，从而确定 所需的独立供电电源个数与供电电压等级，并确定是否设置应急备用发电机组。本工程 系统供配电设计按三级负荷要求设计。消防设备及部分重要负荷按二级负荷供电。由区 域变电站不同母线引来两路 35KV 电源进行供电。由于供电要求不高，所以不准备设置 应急备用发电机组。2、负荷计算和无功功率补偿计算目的：确定供电方案，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），以满足其正常运行时负

9、荷电流热效应的要求。另外，负荷计算也是合理地进行无 功补偿的重要依据。1.2负荷计算和无功功率补偿计算方法电力负荷计算方法包括 : 利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系 数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法，前者适用于确定全厂计算负荷、车间 变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷 ; 后者用于负荷波动较大的干线或支线。 在实际设计和实践中 . 电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷 计算结果，使其偏大、偏高。电力负荷的正确计算非常重要，它是正确选择供电系统中导线、开关电器及变压 器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步

10、 设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小， 就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化 ; 同时，还会过多损耗能量，引起电气线路 走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路 截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度 ; 与此 同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。一般说来，当电力负荷值大于实际使用负荷的 10%时，变压器容量要增加 11% 12%， 电线电缆等有色金属的消耗量也要增加 10% 20%，同时还会增加变压器无功功率所造成 的有功电力损耗。由此可见，电力负荷计算在供电设计

11、中，特别是在确定变压器容量时 所占据的重要位置。故正确地选择计算负荷方法与特征参数，对电气设计具有特别重要 的意义。2.2.1负荷计算1、单组用电设备计算负荷的计算公式、有功负荷p30 kdpe ，kd 为需要系数、无功负荷的计算Q30 p30 tan、视在负荷的计算S30cos、电流的计算2、多组用电设备计算负荷的计算公式、有功负荷的计算式中 P30 i是所有设备组有功计算负荷 P30之和， K p是有功负荷同期系数。可取0.850.95、无功负荷的计算Q30 K q Q30 i式中 Q30i 是所有设备组无功计算负荷 Q30 之和， K q是无功负荷同期系数，可取0.90.97、视在负荷的

12、计算S30P30 Q30 i、电流的计算S30303UN2.2.2自来水厂的负荷计算1 自来水厂的负荷计算、一泵房负荷计算）高压异步电动机组取K d 0.75 ，由自来水厂资料附表 3知cos 0.83 可得：tan =0.672P30.1=63800.75=1710KWQ30.1=17100.672=1149.12k varS30.1 17102 1149.122 =2060.237KVA）变压器 SJ2-50/6由自来水厂的资料知 cos0.85，S302 50KVA 可得：tan0.62P30.2 =S30 2 cos=500.85=42.5KWQ30.2= P30.2 tan=42.5

13、 0.620=26.35k var综上所述，可以计算出一泵房总计算负荷，取 K p=0.85，K q =0.90，得出一泵房总计算负荷为：P30 K p P30i =0.85(1710+42.5)=1489.625KWQ30 K q Q30 i =0.90 (1149.12+26.35 )=1057.923k varS30 P302 Q302 1489.6252 1057.9232 =1827.07KVA30S303UN1827.0736=175.81A、二泵房负荷计算)高压异步电动机组取 K d =0.75，由自来水厂资料附表 1 知cos =0.89，可得：tan =0.512P30.1

14、2 440 0.75 660KWQ30.1 660 0.512 338.13kvarb) 高压同步电动机组取 Kd 0.75 ，由自来水厂的资料附表 3可知 cos 0.84 ,可得； tan 0.646P30.2 4 1000 0.75 3000kWQ30.3 3000 0.646 1938kvarc) 变压器 SJL-180/6由自来水厂的资料可知 cos =0.85, S30.3 2 180 360kVA tan 0.62P30.3 S30.3 cos 360 0.85 306kWQ30.3 P30.3tan 306 0.620 189.72kvar出二泵房总计算负荷为：2.2.3自来水

15、厂总计算负荷，二泵房总的计算负荷的计算属于低压母线端干线计算负荷的直接相加，取P30.1 0.9 (3371.1 1489.625) 4374.65kWQ30K q Q30.10.95 (2219.265 1057.923)3113.33k varS30P30 Q304374.65 2 3113.33 25369.4kVAI 30S30 3UN5369.4 3 6 516.7A低压侧功率因数为：0.815P30 4374.65 cosS30 5369.4由于变压器存在损耗：0.1 5369.4 534.94kvarQT 0.1S N ? T所以高压侧的计算负荷为：P30 P30 PT 4374

16、.65 107.4 4482.05kWQ30 Q30 QT 3113.33 536.94 3650.27kva rS30 P302 Q320 4482.05 2 3650.272 5780.4kVAS30 5780.4I 30 30 95.35A30 3UN 3 35高压侧功率因数为：0.775P30 4482.05 cos 30S30 5780.4由此可见功率因素过低，需要进行无功补偿2.3无功功率补偿计算无功功率的人工补偿，因为在电力系统中存在大量的电感，当无功功率增大将引起 系统的电流冲击，占用系统容量，使我们不得不选择大容量的电气设备。所以应对无功 功率进行人工补偿。人工补偿主要方法包

17、括同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电 容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此 并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。根据附录表 1 得，自来水厂低压侧功率因数 cos 0.815 ，课题要求车间变电所低压功率因数为 0.85 ，所以自来水厂低压侧所需无功功率补偿功率容量 QC1：QC1 P30 (tan 1 tan 2) 4374.65tan(arccos0.815) tan(arccos0.85) 399.19k var 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 S30 ：S30 4374.652 (3113.33 399.19)2 5148.2kV A计算

18、电流 I30 5148.2kV A 495.4A3 6kV由于变压器存在功率损耗：PT 0.02sN?T 0.02 5148.2 102.964kWQT 0.1SN?T 0.1 5148.2 514.82 k var低压侧补偿后自来水厂告他侧的计算负荷为：P30 4374.65kW 102.964kW 4477.614kWQ30 (3113.33 399.19)k var 514.82 k var 3228.96k varS30 4477.6142 3228.962 kV A 5520.44kV A 4477.614低压侧补偿后高压侧功率因数 cos 4477.614 0.811 ，课题设计要

19、求高压侧功率5520.44因数为 0.95 ，所以自来水厂高压侧所需无功功率补偿功率容量 QC2:QC2 P30 (tan tan ) 4477.614tan(arccos0.811) tan(arccos0.95) 1758.34k var 高压侧进行无功功率补偿后，高压侧视在计算负荷为 S30 ，S30 4477.6142 (3228.96 1758.34)2 4712.93kV A由上面的计算结果可知，在装设了无功补偿装置后，由于低压侧总的视在计算负荷 减小，从而可使变电所主变压器容量选得小一些，这不仅可以减少工厂降变电所的初投资，而且可以减少工厂的电费开支，节约电能，带来直接的经济效益

20、。第三章 电气主接线3.1概述电能从发电厂到用户，中间通过电气的主接线对电能进行分配。电气主接线通常是 根据变电所在电力系统中的地位和作用， 先满足电力系统的安全运行与经济调度的要求 然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、线路回路以及电力设备特点等条件 确定，并具有相应的可靠性、灵活性和经济性。电气主接线方式的选择，直接影响变电 所设备的选择， 因此，必须在合理选择确定变电所的电气主接线方案后 , 才能做到合理 选择变电所大的电气设备。 35KV的线路一般是面向中型企业的用电，所以 35KV的变电 站主接线对一个工厂而言，电气主接线从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、 经济性、发展和

21、扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映 正常和事故情况下的供送电情况。3.2电气主接线的基本要求1、可靠性各级电压变电所的电气主接线的可靠性要与电力系统的可靠性相协调。 当任一电气 设备发生单一故障时，避免电力系统发生非同步运行 , 避免发生频率崩溃和电压崩溃的 事故。为了避免破坏电力系统运行稳定和便于电力系统在发生事故后能迅速恢复正常运 行，在确定电气主接线时要考虑以下可能的情况：故障时断路器拒绝动作；故障时继电 保护装置和自动装置误动作；发生多重故障。变电所电气主接线应根据变电所的实际情况和用电情况，尽量达到简单和供电可 靠。做到断路器检修时，不影响供电。断路器或母线故障

22、以及母线检修时，尽量减少停 运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷或大部分二级负荷的供电。一般从一下方面对供电的可靠性进行分析：（1）断路器检修时是否影响供电。（2）设备或线路检修时，停电线路数量的多少和停电时间的长短，一级能否保证对重 要用户的供电。（3）有么样使发电厂或变电所全部停止工作的可能性。2、灵活性变电所电气接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。调度时应可以灵活的投入 和切除变压器和线路。检修时可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备，进行设备 检修时而不至影响电网的运行和对用户的供电。 扩建时可以容易的从初期接线过度到最 终接线。在系统故障或者电气设备检修及故障时，能尽快地退

23、出检修设备、切除故障，使停 电时间最短，影响围最小，并且在检修设备时能保证检修人员的安全。3、经济性为了节省变电所的建设投资，电气主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、 电流和电压互感器、避雷器等一次电气设备。变电所占地面积小。主接线选择设计要为 配电装置不止创建条件，尽量减少占地面积变电所运行中能量损耗要小，经济合理地选择主变压器的种类容量、台数，达到变 电所经济运行之目的。3.3电气主接线基本形式单母线接线形式的主要优点是接线简单、清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采 用成套的配电装置。该接线方式的主要缺点是供电可靠性差，运行不灵活，当母线及母 线隔离开关等设备故障或检修时，均需将整个

24、配电装置停电，影响供电。单母线接线分 单电源供电单母线接线和双电源供电单母线接线两种方式。 单母线接线方式， 10kv 出线 一般不超过 5回，35kv 出线不超过 5回， 110220kv出线不超过 2回。3.3.1单母线分段接线用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路 ; 有两个电源供 电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和 不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路 都要在检修期间停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个 方向均衡扩建。单母线分段适用与： 110kv220kv配

25、电装置的出线回路为 34回，3563kv 配电 装置的出线回路数为 48回，610kv 配电装置出线为 6回及以上，则采用单母线分段 接线。3.3.2单母线分段旁路母线这种接线方式：适用与进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 35110kv 的变 电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。ra 羊母线小殳按线第四章 短路电流计算4.1概述在电力系的电气设备， 在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用 户的正常供电和电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指 一切不正常的相与相之间或相与

26、地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。短路的危害：由于短路时电流不经过负载，只在电源部流动，部电阻很小，使电流 很大，强大电流将产生很大的热效应和机械效应，可能使电源或电路受到损坏，或引起 火灾。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接 地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其 他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单 相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其 情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验 电气设备的稳定性

27、。4.2短路计算的目的及假设1、假设系统有无限大的容量 .用户处短路后 , 系统母线电压能维持不变 . 即计算阻抗 比系统阻抗要大得多 具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算 ,可以认为 110KV及以上的系统的容量为无限大 . 只要计算 35KV及以下网络元件的阻抗 .2、在计算高压电器中的短路电流时 ,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗 , 而 忽略其电阻 ;对于架空线和电缆 , 只有当其电阻大于电抗 1/3 时才需计入电阻 , 一般也只 计电抗而忽略电阻 .3、短路电流计算公式或计算图表 , 都以三相短路为计算条件 . 因为单相短路或二相 短路时的短路电流都小于三相短路电流 .能够分断三相短路电流的电器 , 一定能够分 断单相短路电流或二相短路电流 .4.3各种短路电流计算短路计算的方法和步骤4.3.1 、欧姆法（又位制法）1、绘计算电路图，选短路计算点 计算电路图上应将短路计算中需要计入的所有电路元件的额度参数表示出来， 并将 各个元件依次编号。2、计算短路回路中各主要元件的阻抗3、绘短路回路等效电路，计算总阻