工厂供配电系统设计

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工厂供配电系统设计
1高压供电线路设计
配电室选址
一、配电所的设计要求:
1、供电可靠，技术先进，保障人身安全，经济合理，维修方便。
2、根据工程特点，规模和发展规划，以近期为主，适当考虑发展，正确处理近期建设和原期发展的关系，进行远近结合。
3、结合负荷性质，用电容量，工程特点，所址环境，地区供电条件和节约电能等因素，并征求建设单位的意见，综合考虑，合理确定设计方案。
负荷等级的划分
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一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：
1、中断供电将造成人身伤亡时。
2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如: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。
3、中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。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。
(5)
式中 U ——线路所在电网的短路计算电压（单位为kV）。
】
电力变压器的电抗标幺值
(6)
式中：U %——变压器的短路电压（阻抗电压）百分值；
S ——变压器的额定容量（单位为kVA,计算时化为与S 同单位）。
4、绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。
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●当断路器处于合闸状态时，丝杆被锁定，不能移动手车。
●只有当接地开关合上，电缆室门才能打开检修电缆。
●断路器在工作位置，二次插头不能拨下。
七、二次回路导线应有足够的截面，从而不致影响互感器准确度，应使用铜导线，其截面电流回路采用不小于2.5mm 、电压回路不小于1.5 mm .
八、开关柜电缆室门要求做成带绞链，并与断路器联锁，满足五防功能。
补偿容量 计算如下公式所示:
。
（2）
公式中： --补偿前企业自然平均功率角的正切值；
--补偿后企业功率因数角的正切值；
--年平均有功负荷系数，一般取~；
--无功功率补偿率，kvar/kW 。
根据实际情况，考虑到本工厂负荷多为高压供电，故采用高压集中补偿的方式进行补偿。由于本厂配备的用电设备大多属于电动机，故需要补偿的容量比较小，采用的是电容器自动投补的方式。
为2×=万元
按单台万元计，综合投资
为4×=万元
》
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
按每台万元计,综合投资约为
5××=万元
6台GG-1A（F）型柜综合投资约
为6××=万元
电力变压器和高压开关柜的年运行费
主变和高压开关柜的折旧和维修
~
管理费约7万元
主变和高压开关柜的折旧和维修
管理费约10万元
交供电部门的一次性供电贴费
只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：
（1）高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；
（2）高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；
（3）高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。
2、装有两台主变压器的变电所主接线方案
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3高压侧短路电流，短路容量的确定
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算出电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技术指标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
只有一台主变，灵活性不好
由于有两台主变，灵活性较好
扩建适应性
差一些
更好
，
经济指标
电力变压器的
综合投资额
按单台万元计，综合投资
~
2无功补偿
工厂供配电系统中，功率因数的高低是衡量一个工厂电能质量的重要指标，功率因数偏低就意味着系统中无功电源不足，会导致系统电压降低而造成电能损耗增加，用电效率降低，限制了供电线路的送电能力。供电部门一般要求工厂的月平均功率因素达到以上，当企业的自然总平均功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率达不到要求时，应采用必要的无功功率补偿设备进一步提高工厂的功率因数。
九、电流互感器的安装要求便于拆装和做试验。
十、高压开关柜的结构必须是中置式开关柜，断路器室下部必须是一个独立小室，中间加隔板完全分开。
对于原有系统，采用的是固定式开关柜，柜内继电保护主要是电磁式继电器，操作复杂，稳定性差，制约生产因素多，属于落后产品，且防护等级已经达不到现有要求，不能满足现有生产的需要。综合比较现有的多种配电柜，研究其各自的特点，最终采用了KYN系列开关柜，此柜采用中置式结构，节约了断路器室约50%的空间，更有利于电缆的安装，且技术含量高，容量大，结构设计合理，牢固，外型美观，安全可靠，防护等级高，维修量小等特点，还可以与微机接口，实现配电站的自动化。
4、变配电所采用的设备和元件，应符合国家或行业的产品技术标准，并优先选用技术先进，经济适用和节能的成套设备及定型产品。
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5、地震基本强度为7度及以上的地区，变配电所的设计和电气设备的安装应采取必要的抗震措施。
二、变配电所选址：
变配电所地址选择应根据下列要求综合考虑确定：
1、 接近负荷中心；
2、 接近电源侧；
）
并联电容器量 的确定如下公式所示:
（1）
公式中： --总平均最大功率kW；
--最大使用时平均功率因数；
， --目标功率因数，取~。
三、低压分散补偿
低压分散补偿是将并联电容器分散地装设在各个用电负荷的附近。这种补偿范围大，不仅能减少高压线路上的无功功率同时也减少了低压线路中的无功功率，减少了电气设备的容量和各导线的截面，降低了电能的损耗。这种方式用在负荷比较分散，补偿容量小的企业比较适宜。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名）。
本设计采用标幺制法计算
一、标幺制法计算步骤和方法
1、绘计算电路图，选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。
本工厂中，采用电力电容器进行无功功率补偿。
补偿方式有两类：
一、高压集中补偿
高压集中补偿是将并联电容器集中装设在高压配电所的高压母线上，这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上的无功功率，而高压母线后面的无功功率得不到补偿，这种补偿方式只适合于大中型企业。
二、低压集中补偿
低压集中补偿将并联电容器装设在变电所的低压母线上，一般负荷较集中的小型企业用此补偿方式比较经济。
5、计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期分量 、短路次暂态短路电流 、短路稳态电流 、短路冲击电流 及短路后第一个周期的短路全电流有效值（又称短路冲击电流有效值） 。
(7)
在无限大容量系统中，存在下列关系：
四、开关柜内手车的推进与拉出应灵活方便，不产生冲击力，相同规格的手车应具有互换性。
五、沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。
六、“五防”联锁要求:
●断路器手车只能在试验或工作位置时，断路器才能进行合、分阐操作。
●当接地开关处于分闸状态时，手车才能从试验或断开位置移到工作位置。
●手车处于工作位置时，接地开关操作轴被锁定，接地开关不能合闸。
根据工厂的生产特性，并考虑中断供电对其所产生的影响情况，故将本厂的用电负荷划分为二级负荷。
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对接线方案的选择
一、主接线方案设计原则与要求
变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。
1、安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。
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装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：
（1）高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；
（2）高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；
（3）高低压侧均为单母线分段的主接线方案。
三、主接线方案确定
1、10kV侧主接线方案的拟定
由工厂负荷计算表（见附录三）可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。
若主变采用两台S11型变压器时，总进线为两路，为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，两台变压器在正常情况下分裂运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低压侧采用也单母线分段形式，其系统图见图2。
图1 采用一台主变时的系统图
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图2ห้องสมุดไป่ตู้采用两台主变时的系统图
按800元/kVA计，贴费为1600
×万元=128万元
贴费为2×1000×=160万元
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表1
上表1是两种主接线方案的比较，从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于集中负荷较大，已经大1250kVA,低压侧出线回路数较多，且有一定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的适应性，从技术指标考虑，采用于装设两台主变的方案。
2、设定基准容量 和基准电压 ，计算短路点基准电流 。一般设S =100MVA，设U =U （短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：
。
(3)
3、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。
电力系统的电抗标幺值
(4)
式中：S ——电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。
电力线路的电抗标幺值
配电柜选择
对于配电柜选择的选择，应满足下列要求:
一、高压开关柜的结构应保证工作人员的安全和便于运行、维护、检查、检修和试验。
（
二、高压开关柜的结构应有足够的机械强度，以保证在操作一次设备时，二次设备不会产生永久性变形和影响性能的弹性变形。
三、开关柜内必须有工作位置、试验位置、以保证手车处于以上位置时，不能随意移动。
二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：
1、中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如: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。
2、中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。③不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
2、可靠 应满足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 应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。
*
（4、经济 在满足上述要求的前提下，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。
二、常见主接线方案
1、只装有一台主变压器的变电所主接线方案
3、 进出线方便；
4、 运输设备方便；
5、 不应设在有剧烈震动或高温的地方；
*
6、 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；
7、 不应设在厕所，浴室或其他经常积水场所的正下方，也不宜与上述场所相贴邻；
8、 不应设在地势低洼和可能积水的场所；
9、 不应设在有爆炸危险的区域里；
10、不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方。
2、380V侧主接线方案的拟定
）
由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇集，使每一个用电部门都可以方便地获得电能。
3、方案确定
根据前面章节的计算，若主变采用一台S11型变压器时，总进线为两路。为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，低压侧采用单母线形式，其系统图见图1。