某小型钢铁厂企业供电设计

某小型钢铁厂企业供电设计文摘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；短路电流；电气设备；主接线工厂供电，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一般很小（除电化工业外）。

例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。

从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。

因此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，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

工厂供电设计的一般设计原则（1）遵守规程，执行政策必须遵循国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针，包括节约电能，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，应采用效率高，能耗低，性能较先进的电气产品。

（3）近期为主，考虑发展应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发，统筹兼顾必须做到全局出发，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。

1 工厂的电力负荷及其计算1.1 工厂的电力负荷1.1.1 工厂电力负荷的分级及其对供电的要求（1）电力负荷的概念电力负荷又称为电力负载。

它有两重含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。

另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。

电力负荷的具体含义视具体情况而定。

（2）工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052—95规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：1）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、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要长时间才能恢复等。

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，以及特别重要场所的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电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。

（3）各级电力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，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。

一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。

为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。

常用的应急电源可使用下列几种电源：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门馈电线路。

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，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在同一个变电所）。

在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，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，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。

这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。

当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承担全部二级负荷。

3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。

1.1.2 工厂用电设备的工作制工厂的用电设备，按其工作制分以下三类：（1）连续工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机、水泵、空气压缩机、电机发电机组、电炉和照明灯等。

机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。

（2）短时工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡所需的时间），而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机）、控制闸门的电动机等。

（3）断续周期工作制这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min ，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。

1.1.3 工厂的负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的一种图形。

它绘在直角坐标纸上，纵坐标表示负荷（有功功率或无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。

负荷曲线按负荷对象分，有工厂的、车间的或某类设备的负荷曲线。

按负荷的功率性质分，有有功和无功负荷曲线。

按所表示的负荷变动的时间分，有年的、月的、日的或工作班的负荷曲线。

1.1.4 与负荷曲线和负荷计算有关的物理量（1）年最大负荷和年最大负荷利用小时1）年最大负荷年最大负荷P max ，就是全年中负荷最大的工作班内（这一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过2～3次）消耗电能最大的半小时的平均功率，因此年最大符合也称为半小时最大负荷P 30。

2）年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时又称为年最大负荷使用时间T max ，它是一个假想时间，在此时间内，电力负荷按年最大负荷P max （或P 30）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。

年最大负荷利用小时是反映电力负荷特征的一个重要参数，它与工厂的生产班制有明显的关系。

例如一班制工厂，T max ≈1800～3000h ；两班制工厂，T max ≈3500～4800h ；三班制工厂，T max ≈5000～7000h 。

（2）平均负荷和负荷系数1）平均负荷平均负荷P av ，就是电力负荷在一定时间t 内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间t 内消耗的电能W t 除以时间t 的值。

2）负荷系数负荷系数又称为负荷率，它是用电负荷的平均负荷P av 与其最大负荷P max 的比值，即 max P P K av L （1） 对负荷曲线来说，负荷系数亦称负荷曲线填充系数，它表征负荷曲线不平坦的程度，即表征负荷起伏变动的程度。

从充分发挥供电设备的能力、提高供电效率来说，希望此系数越高越趋近于1越好。

从发挥整个电力系统的效能来说，应尽量使工厂的不平坦的负荷曲线“削峰填谷”，提高负荷系数。

对用电设备来说，就是设备的输出功率P 与设备额定容量P N 的比值，即N L P P K （2）1.2 三相用电设备组计算负荷的确定1.2.1 概述供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。

因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。

根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。

由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为（3～4）τ，τ为发热时间常数。

截面在16mm 2及以上的导体，其τ≥10min ，因此载流导体大约经30min （即半小时）后可达到稳定温升值。

由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷P 30（亦年最大负荷P max ）是基本相当的。

所以计算负荷也可认为就是半小时最大负荷。

本来有功计算负荷可表示为P c ，无功计算负荷可表示为Q C ，计算电流可表示为I c ，但考虑到其“计算”c 易与“电容”C 混淆，因此本文借用半小时最大负荷P 30来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流则分别表示为Q 30、S 30和I 30。

计算负荷是供电设计计算的基本依据。

计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。

如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。

由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

但由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，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、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。