某炼钢厂供配电系统设计

重庆大学网络学院毕业设计（论文）题目：某炼钢厂供配电系统设计
姓名：温骅清
学院：重庆大学网络学院
专业：电气工程与自动化(自动化方向)
指导教师：郭文宇
2017 年3 月22 日
前言
我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需要。

为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平，丛21世纪一开始，我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究，尤其注意完善电力市场，研究电力市场的技术支持系统，促进我们的电力工业不断前进。

炼钢厂供电就是指炼钢厂所需电能的供应和分配。

电能是现代工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化以后，能大大增加产量，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，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

但炼钢厂的电能供应如果突然中断，则将对工业生产造成严重的后果，甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；由此可见，搞好炼钢厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化，具有十分重大的意义。

炼钢厂生产所需电能，一般是由外部电力系统供给，经企业内各级变电所变电压后，分配到各用电设备。

炼钢厂变电所是企业电力供应的纽约，所处地位十分重要，所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。

进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号，规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。

摘要
根据炼钢厂取得的供电电源和该厂用电负荷的实际情况及负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况，设计出变配电所的主接线设计方案，提出了采用低压联络线联络一台变压器的方案，解决了该车间负荷小但负荷可靠性要求高的问题。

再通过短路电流的计算、选择合适的导线电缆、按正常条件选择低压设备。

实现安全、可靠、优质、经济的供电系统为设计目的，完成对炼钢厂供配电系统的设计。

关键词
负荷性质；主接线；短路计算；低压联络线
第一章炼钢厂负荷及计算
1.1炼钢厂电力负荷的分级
1.1.1电力负荷的概念
在电力系统中，电气设备所需使用的电功率称为负荷或电力（W或KW）。

电力负荷又称电力负载。

它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，比如：较重要负荷、非重要负荷、动力源负荷、照明负荷等。

另一种是指所用电设备或所用电单位所耗用的电功率或电流大小，比如：轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。

1.1.2电力负荷的分级
按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性程度的不同，一般将电力负荷分三等级：
（1）一级负荷：重要的电力负荷。

若中断一级负荷，将招致人的生命危险、设备损坏、重要的产品报废，使生产过程长期紊乱，给国民经济带来重大损失或超成社会秩序混乱。

一些炼钢企业、国防工业和科研机构、医院手术室、铁路交通的电力牵引或者铁路枢纽等。

需对此级负荷配置两个独立电源进行供电。

（2）二级负荷：较重要的电力负荷供电。

若此电力中断，将会导致工农业停产，各种交通瘫痪，生产率及人民的生活受到重大影响。

（3）三级负荷：非重要其他电力负荷，比如一些附属的企业、车间及非重要的生活场所等。

1.1.3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：要求应有两个供电电源，当一个电源发生故障时，另一个电源可以及时供电。

对一级负荷特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源：有正常电源的发电机组；蓄电池；干电池等。

（2）二级负荷对电源的要求：需要进行两个回路供电，有两个供电变压器，这样可以保证发生故障不中断。

（3）三级负荷对供电电源的要求：此级电源非重要性电源，并无特殊要求。

（4）1.2 用电设备组计算负荷的确定
1.2.1计算负荷的含义及其确定方法
计算负荷，计算负荷是供电设计的基本依据，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值。

通常取半小时平均最大负荷P （亦即年最大负荷）作为计算负荷。

但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，它与设备的性能，生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因而负荷计算也只能力求实际。

为了选择变压器容量、电气主接线、电气设备以及供电网络接线和导线型号等，需要我们先对电力负荷进行确定。

负荷确定得是否正确合理，直接影响到电
气设备和导线的选择是否经济合理。

若负荷确定得过大，将使电器和导线过大，造成投资增大和有色金属的浪费；若负荷确定得过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，加速电气设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命，影响供电系统的安全性、可靠性。

因而必须正确进行电力负荷的计算。

其计算方法有：需要系数法、二项式系数法、单耗法
（1）需要系数法确定计算负荷：此方法是将电力设备的额定容量加起来，再乘以需要系数，就得到计算负荷。

（2）二项式系数法：是将总容量和最大容量之和分别乘以不同的系数后相加。

二项式系数法较需要系数法更适于确定设备台数较少而容量差别较大的低干线和分支线的计算负荷。

（3）单耗法：是用单位耗电量乘以产品总量或者用单位总电量除该类产品负荷的最大负荷利用小时数。

第二章选择和确定炼钢厂低压供电系统
2.1主接线方案的设计原则及一般要求
1.主接线设计的基本要求：
1)安全：应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

2)可靠：应符合电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。

3)灵活：能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。

4)经济：在满足上列要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

2.主接线设计的原则
(1)一般设计原则
1)遵守规程、必须遵守国家的有关规程和标准，执行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、做到保障人身和设备的安全，供电的可靠，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设备。

3)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、近接合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

4)必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷的性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

(2)基本原则
1)变配电所电气主接线，应按照电源情况、生产要求、负荷性质、用电容量和运行方式等条件确定，并应满足运行安全可靠、简单灵活和经济等要求。

2)变电所高压侧应尽量采用断路器少的或不用断路器的接线。

当能满足电力
系统继电保护时，也可采用线路分支接线。

3)当能满足电力系统安全运行和继电保护的要求时，终端变电所和分支变电所的35 kV侧可采用熔断器。

4)连接在母线上的阀型避雷器和电压互感器，一般合用一组隔离开关。

连接在变压器上的阀型避雷器，一般不用隔离开关。

2.2 选择确定主接线
根据炼钢厂的情况，负荷量不大，但属于二级负荷，可靠性要求较高；故设计了两种方案比较，其设计比较如下：
（1）第一种方案
主接线采用了一台变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的结构。

这种主接线采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，同时高压断路器都配有继电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接迅速合闸，从而使恢复供电的时间大大缩短。

（2）第二种方案
这种方案是采用装有两台主变压器的小型变电所。

其供电可靠性较高。

当任一主变压器或任一电源线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。

如果两台主变压器低压侧主开关（采用电磁或电动机合闸操作的万能式低压断路器）都装设互为备用电源自动投入装置（APD），则任一主变压器低压主开关因电源断电（失压）而跳闸时，另一主变压器低压侧的主开关和低压母线分段开关将在APD作用下自动合闸，恢复整个变压所的正常供电。

这种主接线可供一、二级负荷。

（3）这两种方案的比较
1）从安全性看这两种主接线方式都满足国家的标准的技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

2) 从可靠性看这两种电力负荷满足炼钢厂的二级负荷要求。

对于第一种主接线的工作方式是当炼钢厂任意一个故障停电检修时，通过联络线由另一个供电系统提供电源。

在低压联络线上，轧钢低压联络线侧的配电瓶将它始终处于打开状态，当变压器要检修时，先打开侧配电瓶的开关，使其与轧钢车间通电，然后断开其本车间母线上的开关，这样保证了不影响生产断电；当处于故障时，母线和高压的断路器自动断开，联络线上的开关开启，也保证了供电的需要而不间断，对于第二中方案，同样当一个变压器故障，也由另一个变压器供电，它是通过母线分段，通过联络线上的断路器来实现双电源的自动互投。

3) 从灵活性看能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。

4）从经济上看，第一种方案比第二种方案少一套高压线路、变压器、高压熔断器、和开关设备，减少了土建面积，因此能节约大量投资。

从第一种来看它由负荷不大的轧钢车间提供低压联络备用电源。

从综合投资上可知第一种方案更为理想。

（4）主变压器的选择
变电所中主变压器的容量应按照变电所的负荷总容量及主变压器的台数和运行方式确定，还应考虑5年～10年的发展规划。

主变压器应选择低压损耗变压器，同一变电所中的几台主变压器的型号和容量应该相同。

炼钢厂变电所主变压器的台数，应根据负荷的重要程度确定。

对于有一、二类负荷的炼钢厂，并不得少于变电所总计算负荷的80%。

2.3供配电线路的接线及其结构
2.3.1低压配电线路的接线方式
（1）放射式接线：
1）配电线路互不影响，供电可靠性较高，但配电设备和导线材料耗用较多，且运行不够灵活。

2）主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或者需要集中联锁启动。

（2）树干式接线：
1）配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好；但干线故障时影响范围大，供电可靠性较低。

2）一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀的场合，例如对机械加工车间的中小机床设备供电以及对照明灯具供电等，均采用树干式接线。

3）链式接线：它实质上是一种树干式接线，适用范围与树干式相似，但链式相连的用电设备一般不宜多于5台，链式相连的配电箱不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。

以上介绍了低压配电系统的三种基本接线方案，各有优缺点；总的来说，树干式系统投资较省，但负荷支接点多，检修和事故时停电面大，一般适用于对三级负荷供电。

第3章导线、电缆及其选择
3.1 导线和电缆选择的一般规定
3.1.1炼钢厂导线的选择
在炼钢厂中，导线和电缆用量较大。

导线和电缆是传递电能的通路，因此，它们的选择将对整个炼钢工程的安全和经济运行产生很大的影响。

导线和电缆选择的一般原则：保证一定的机械强度；在允许的范围内发热；电压损失应在允许的范围内。

对于导线选择方式有：
(1)型号：它反映导线和电缆的材料以及绝缘方式。

如BV型导线表示聚氯乙烯绝缘铜芯导线。

(2)截面：它是导线和电缆选择的主要内容，直接影响工程的技术和经济指标，截面的节位是mm²。

如BV—3×2.5，则表示有3根2.5mm2聚氯乙烯绝缘铜芯导线。

(3)电压：导线和电缆的绝缘电压值必须大于或等于线路的额定电压值：架空线路导线宜采用铝导线；在对导线有腐蚀使用的地段，宜采用防腐型导线；越
过树林以及通道拥挤场所的1kV及以下线路，宜采用架空绝缘线。

(4)按规定，市区10kV及以下架空电力线路，遇下列情况可采用绝缘铝绞线：
A：线路走廊狭窄，与建筑物之间的距离不能满足安全要求的地段；
B：高层建筑邻近地段；
C：繁华街道或人口密集地区；
D：游览区和绿化区；
E：空气严重污秽地段；
F：建筑施工现场。

3.1.2电缆的选择
（1）电缆型号应根据线路的额定电压、环境条件和用电设备的特殊要求等条件选择。

（2）电缆连续允许的载流量，应按敷设处的周围介质温度进行效正
（3）电缆连续允许的载流量，尚应按敷设方式和土壤热阻率等因数进行效正。

（4）沿不同冷却条件路径敷设电缆时，当冷却条件最差段的长度超过10m 时，应按该段冷却条件选择电截面，或对该段采用大截面的电缆。

（5）电缆应按短路条件验算其热稳定度。

电缆在短路时的最高允许温度应满足电缆规定的数值。

（6）3.2 导线和电缆截面的选择计算
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时满足下列条件：
（1）发热条件：导线和电缆在最大负荷产生的发热温度，不应超过起正常运行时的最高允许温度。

（2）电压损耗：导线和电缆通过最大负荷是产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗，据设计的要求一般规定取=5%。

（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，其可按此选择。

（4）机械强度：导线截面不应小于其最小允许截面。

（5）3.3按发热条件选择炼钢厂导线和电缆截面
（6）3.3.1按发热条件选择导线和电缆的截面
导线中通过电流时就要发热，产生的热量一部分作用于导线使得导线温度升高，另一部分热量散发到周围空间中去。

当导线的发热量等于散热量时，导线的温度就不会再升高，而是稳定在某一高于环境温度的温度之上。

可见，除了载流量外，环境温度也是影响导线和电缆温度升高的因素之一。

环境温度越高，散热性越差，导线和电缆的长期允许载流量就应越小，反之，长期允许载流量就越大。

导线长期允许载流量也叫导线允许通过的最大电流，通常是将实验取得的数据列成表格，在设计时直接查表来选择导线截面，这种方法叫做按发热条件选择导线和电缆截面，也称为按允许载流量选择导线或电缆截面，按允许载流量选择导线或电缆截面
第四章短路电流及其计算
4.1 短路的原因
4.1.1短路的基本慨念
所谓短路，就是由电源通向用电设备（也称负载）的导线不经过负载（或负载为零）而相互直接连接的状态，也称为短路状态。

4.1.2短路的原因
炼钢厂供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产的需要。

但是由于各种原因，难免出现故障，系统中最严重的故障就是短路。

所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接”。

短路发生的原因是多种多样的，主要有：
1)电气设备存在隐患；2)运行、维护不当；3)自然灾害。

4.2 短路的后果
由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，因此短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。

在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。

在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降。

所以短路后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几方面：
1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；
2)短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；
3)短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大；
4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；
5)单相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

由此可见，短路的后果是非常严重的。

为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因。

其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。

为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备(如电抗器)等。

总结
本文经过对炼钢厂供电系统的研究设计，设计出一个安全、可靠、经济的一个配电方案。

但由于对炼钢厂各方面情况的不知和经验水平的不足，所以在后续设计方案上存在许多不合理的地方，还请老师提出宝贵的意见和建议。

通过这一个月来的毕业设计，使以前所学过的供配电知识负荷的性质、短路电流的计算及供配电方案的设计得到了复习也得到了运用，在查阅资料的过程中也扩大了我的知识面，使我们学到了许多书本上学不到的东西。

正是因为指导老师和同学们的帮助，所以才使我的毕业设计得到了顺利的完成，同时，在这里，向全体老师表示由衷的感谢和对学校的敬意。

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