工厂供电设计原理

工厂供电系统设计原理
一、设计的主要内容：
1、设计内容：负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算等。

2、设计依据：
（1）、气象资料：工厂所在地区的年最高气温为34°C，年平均气温为15°C，年最低气温为-18°C，年最热月平均最高气温为25°C，年最热月平均气温为18°C，年最热月地下0.8m处平均温度为21°C。

当地主导风向为东北风，年雷暴日数为8天。

（2）、地质水文资料：工厂所在地区平均海拔1500m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。

（3）、电费制度：工厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计算电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。

每月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.20元/Kw.h，照明电费0.50元/kw.h。

工厂最大负荷时的功率因数不低于0.90，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电补贴费：6~10KV为800元/KVA。

（4）、工厂负荷情况见下表：
序
号
名称类别设备容量
Pe（KW）需要系
数
Kd
cos
φ
tanφ计算负荷
P30（kw）Q30（kvar）S30
（KVA）
I30(A)
1 铸造
车间
动力300 0.4 0.7 1.02 120 122.4 171.43 260.46
照明10 0.8 0.9 0.48 8 3.84 8.89 13.51
小计310 ———128 126.24 180.32 273.97 2 锻压
车间
动力270 0.3 0.6 1.33 81 107.73 135 205.11
照明10 0.7 0.9 0.48 7 3.36 7.78 11.82
小计280 ———89 111.09 142.78 216.93 3 仓库动力400.4 0.85 0.62 16 9.92 18.82 28.6
照明 5 0.8 0.9 0.48 4 1.92 4.44 6.75
小计45 ———20 11.84 23.26 35.35
4 电镀
车间
动力119 0.5 0.85 0.62 59.5 36.89 70 106.35 照明8 0.8 0.9 0.48 6.4 3.07 7.11 10.80 小计127 ———65.9 39.96 77.11 117.15
5 工具
车间
动力240 0.3 0.65 1.17 72 84.24 110.77 168.3
照明10 0.9 0.9 0.48 9 4.32 10 15.19
小计250 ———81 88.56 120.77 183.49 6 组装
车间
动力200 0.4 0.7 1.02 80 81.6 114.29 173.64
照明26 0.8 0.9 0.48 20.8 9.98 23.11 35.11
小计226 ———100.8 91.58 137.4 208.75 7 维修
车间
动力300 0.2 0.6 1.33 60 79.8 100 151.93
照明13 0.8 0.9 0.48 10.4 4.99 11.56 17.56
小计313 ———70.4 84.79 111.56 169.49
8 金工
车间
动力320 0.2 0.65 1.17 64 74.88 98.46 149.6
照明8 0.8 0.9 0.48 6.4 3.07 7.11 10.8
小计328 ———70.4 77.95 105.57 160.4 9 焊接
车间
动力830 0.3 0.45 1.98 249 493.02 553.33 840.7
照明56 0.8 0.9 0.48 44.8 21.50 49.78 75.63
小计886 ———293.8 514.52 603.11 916.33 10 锅炉
房
动力1000.7 0.8 0.75 70 52.5 87.5 132.94
照明 3 0.8 0.9 0.48 2.4 1.15 2.67 4.05
小计103 ———72.4 53.65 89.17 136.99
11 热处
理车
间动力250 0.6 0.7 1.02 150 153 214.29 325.57 照明10 0.8 0.9 0.48 8 3.84 8.89 13.5 小计260 ———158 156.84 223.18 339.07
12 生活
区
照明1000.7 0.9 0.48 70 33.6 77.78 118.17
总计（380V
侧）
动力2969 ———1021.5 1295.98 1673.89 —
照明259 ———197.2 94.64 219.12 —
取K∑p=0.9, K∑q=0.9——1218.7*0.9
=1096.83 1390.62*0.9
=1251.56
1664.16 2528.
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二、设计步骤
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，结合国家供电情况。

解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。

其基本内容有以下几方面。

1、负荷计算与改善功率因数装置的设计
（1）、如上表所示, 全厂总的有功计算负荷:∑e d P K P =30=1096.83kW ，无功计算负荷:∑ϕtan 3030P Q ==1664.16kV A ，低压侧计算电流：08.9633030==
N
U S I （其中N U =10KV ）
总功率因数ϕcos =∑30P /∑30S =1096.83/1664.16=0.66。

（2）、因为ϕcos =0.66<0.9，所以需要装设无功补偿装置，取'cos ϕ=0.92
则低压侧：
)92.0arccos tan 66.0arccos (tan 83.1096)tan (tan '
30-⨯=-=ϕϕP Q C =780.94kvar,
取800kvar =C Q
补偿后2
22
303030)80056.1251(83.1096)(2
'-+=
-+=
C Q Q P S =1186.15kV A,
功率损耗86.1101.0'30=≈∆S P T kw, 31.5905.0'
30=≈∆S Q T kvar,
高压侧：
69.110886.1183.1096'
30=+=P kW,，'
30Q =1251.56-800+59.31=510.87kvar,
2
22
30303087
.51069.1108''2
'
+=
+=
Q P S =1220.73kV A ，
'
cos ϕ=kVA
k S P 73.1220W 69.1108cos '
'
30
30'
=
=
ϕ=0.908>0.9，满足要求，即在低压侧需装设的并联电容
器的容量C Q =800kvar ，选用8个BWF10.5-100-1型电容器并联。

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
（1）、工厂总降压变电所的位置：考虑工厂所在地区的主导风向、地质条件和温度等因素，工厂总降压变电所设在该厂的东北角，考虑可能积水，要建造在地势较高的区域，并做好防水防潮工作。

（2）、主变压器的台数及容量选择：综合考虑设计变电所的各项有关因素，即安全性、
可靠性、经济性以及扩建备用等，宜采用两台变压器并列运行。

由于∑30S =1664.16kVA ，
T S =（0.6~0.7）∑30S =(998.5~1164.9)kV A,，所以选用S9-1250/10(6)型号电力变压器Yzn11连接组别。

3、工厂总降压变电所主结线以及厂区高压配电系统设计
（1）、考虑到安全可靠性和经济性，以及车间数较多，配电回路数较多，总压降变电所二次侧出线较多，总降压变电所主接线一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段式接线。

（2）、高压线路的接线方式中，放射式接线的线路之间互不影响，供电可靠性较高，便于装设自动装置，保护装置也较简单，但采用高压开关数多，初投资大；树干式接线能减少线路的有色金属消耗量，采用高压开关数量少，初投资少，但供电可靠性低。

所以仓库、锅炉房、生活区的变电所采用树干式接线，其它所有车间变电所均采用放射式接线。

（3）、考虑厂区负荷情况，从技术可行性和经济合理性确定厂区配电电压为35kV 电源进线，经全厂总降压变电所降为（6~10）kV ，再经高压配电所分配给各车间变电所，各车间变电所把（6~10）kV 降为222/380V 供给各个负荷。

（4）、30I =96.08A ，工厂所在地区的年最热月平均最高气温为25℃，查有关资料得相
线截面2
25mm A =ϕ，中性线截面2016mm A =，PE 线截面2
16mm A PE =，PEN 线截面
2
16mm A PEN =，电阻0R =1.33Ω，电抗0X =0.4Ω,N
U X Q R P
U )(030030
⋅+⋅=
∆∑=979.7V 。

5、工厂供、配电系统短路电流计算
（1）、最大运行方式：取d S =A MV ⋅1000，1d U =10.5kV ，2d U =0.4kV
各变电所高压侧短路电流：
电力系统电抗Ω=⋅=
=
11025.01000)
5.10(2
d
1d 12
A
MV kV S U X ，
每一千米电缆电抗Ω=⨯Ω=⋅=08.01/08.002km km X X ， 总电抗Ω=+=∑19025.02
1X
X X
,
三相短路电流kA kV X
U I C k
86.3119025.035.1031)
3(=Ω
⨯=
⋅=
∑
,
kA I sh
24.8155.286.31)
3(=⨯=, 两相短路电流kA I I k k 59.27866.0)3()2(=⋅=。

各变电所低压侧短路电流：
电力系统电抗Ω=⋅=
=
m A
MV kV S U X 159.01000)
4.0(2
d
2d 12
'
，
电缆电抗Ω===m kV
kV U U X X
d d 12.0)5.104.0(
08.0)(
2
1
202
'
，
电力变压器电抗Ω=⨯⨯=
⋅=
m KVA
kV S U U X N
d K 32200100)4.0(4100%2
232
，
总电抗Ω=++=∑
m X X X X
28.32321'
'
，
三相短路电流kA m kV X
U I d k
15.728.3234.032)
3(=Ω
⨯=
=
∑
，
kA Ish
44.715.704.1)
3(=⨯=， 两相短路电流kA I I k k 19.6866.0)3()2(==。

（2）、最小运行方式：取d S =A MV ⋅300，1d U =10.5kV ，2d U =0.4kV
各变电所高压侧短路电流：
电力系统电抗Ω=⋅=
=
3675.0300)
5.10(2
112
A
MV kV S U X d
d ，
每一千米电缆电抗Ω=⨯Ω=⋅=08.01/08.002km km X X ， 总电抗Ω=+=∑
4275.02
1X
X X
,
三相短路电流kA kV X
U I k
18.144275.035.1031d )
3(=Ω
⨯=
⋅=
∑
,
kA I sh
16.3618.1455.2)
3(=⨯=， 两相短路电流kA I I k k 28.12866.0)3()2(=⋅=。

各变电所低压侧短路电流：
电力系统电抗Ω=⋅=
=
m A
MV kV S U X d
d 53.0300)
4.0(2
212
'
，
电缆电抗Ω===m kV
kV U U X X
12.0)5.104.0(
08.0)(
2
1
d 2d 02
'
，
电力变压器电抗Ω=⨯⨯=
⋅=
m KVA
kV S U U X N
K 32200100)4.0(4100%2
2d 32
，
总电抗Ω=++=∑
m X X X X
65.32321'
'
，
三相短路电流kA m kV X
U I d k
07.765.3234.032)
3(=Ω
⨯=
=
∑
，
kA I I sh
35.704.1)
3()
3(sh
==， 两相短路电流kA I I k k 13.6866.0)3()2(==。

6、变电所高、低压侧设备选择
（1）、考虑到仓库、锅炉房、生活区负荷较小，各车间分别采用一台S9-125/10(6)型的Yyn0连接组别的变压器；而焊接车间负荷较大，采用两台S9-500/10(6)型的Yyn0连接组别的变压器；其它每个车间均采用一台S9-315/10(6)型的Yyn0连接组别的变压器。

（2）、考虑到经济性和周围环境因素以及要满足机械强度，架空线路采用裸导线，导线为多股的钢芯铝绞线，导线在水泥电杆上采用水平排列方式，线距为1m ；电缆采用铝芯塑料绝缘电缆，建造电缆沟敷设；车间线路的室内配电线采用LJ-95铝芯绝缘绞线，配电干线采用LMY-1063⨯型硬铝母线。

因为08.9633030==N
U S I ,根据厂区周围温度34°c 查
表得I at =149A>96.08A ，满足热稳定度。

（3）、高压设备选择如下：电流互感器选用LQC-10，电压互感器选用JDZJ-10；室外高压熔断器选用RW10-10F 型跌开式，室内高压熔断器选用RN1型管式；室外高压隔离开关选用GW2-35，室内高压隔离开关选用CS6；高压断路器选用SN10-10I 少油型，高压开关柜选用GC-1A(F)。

（4）、低压设备选择如下：电流互感器选用LMZJ1-0.5和LMZ1-0.5，断路器选用DW15-1000，熔断器选用RM10-15，刀熔开关选用HR3，刀开关选用HD13，低压配电箱选用XL-3(动力）、XM4（照明）。