工厂供电新设计 毕业论文.doc

摘 要 工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工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。经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：进线电压的选择, 变配电所位置的电气设计, 短路电流的计算及继电保护, 电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择, 防雷接地装置设计等.目 录第一章 绪论 .(1)第二章 工厂进线电压的选择 .(2) 2.1电压损耗的条件. .(4) 2.2机械厂设计基础资料.(4) 2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择.(4) 2.4方案初定及经济技术指标的分析.(4)第三章 变配电所位置的电气设计 .(6) 3.1变配电所所址选择的一般原则.(6) 3.2结合方案要求设计位置图.(7)第四章 短路电流的计算及继电保护.(9) 4.1 短路电流的计算 .(9)4.2继电器保护的整定. .(9)第五章 电气设备的选择.(12)第六章 车间变电所位置和变压器数量、容量的选择.(14)第七章 防雷.(14) 7.1防雷设备. (14) 7.2防雷措施. (14)第八章 接地. (16)第一章 绪论工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电.电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。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；电能的输送的分配既简单经济，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。在企业工厂里，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）。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。 可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，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具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，并确实做好节能环保工作，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的消耗量。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，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。 工厂供电设计的一般原则：按照国家标准gb50052-95 供配电系统设计规范、gb50053-94 10kv及以下设计规范、gb50054-95 低压配电设计规范等的规定，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关知识，以便适应设计工作的需要第二章 工厂进线电压的选择2.1 电压损耗条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。即设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%。对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按工厂设计的基础资料来选择或校验。电压损耗uac%= p(rol)+q(xol)10un2 配电计量点名称设备台数n设备容量np计算有功功率pis计算无功功率qjs计算视功功率sojs计算电流iis功率因数costan平均有功功率ppj平均无功功率qpj有功功率损耗pb无功功率损耗qb变压器容量seb一车间7014194701835067700.930.393451381050630二车间177222361241674411300.820.685123481574800三车间194251173548789613600.820.676284201889.61000锻工车间37175592027695714520.960.363219019961000 机修 8112894961295107750.920.264001041051630全厂总负荷559919732331491301354872817120072360.64060式中，uac%线路实际的电压损耗； p、q干线上总的有功负荷和无功负荷；l线路的长度；ro、xo线路单位长度的电阻和电抗；un线路的额定电压。对于架空线路可取xo=0.4/km.2.2机械厂设计基础资料机械厂东北方向6km处有一地区降压变电所，用一台110/35/10kv，1*25mv.a的变压器作为工厂主电源，允许用35kv或10kv的一种电压，以一回架空线向工厂供电。此处正北方向有其他工厂引入10kv电缆作为备用电源，平时不准投入，只有在该厂的主供电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000kv.a。35kv侧系统的最大三相短路容量为1000mv.a，最小三相短路容量为500mv.a。供电部门对功率因数的要求：当以35kv供电时，cos=0.9;当以10kv供电时，cos=0.95。上表所示2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择铝绞线（lj）。户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10kv及以下线路上，其杆距不超过100125m。钢芯铝绞线（lgj）。此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线部分的面积。在机械强度要求较高的场所和35kv及以上的架空线路上多被选用。 铜绞线（tj）。铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。2.4方案初定及经济技术指标的分析目前机械厂东北方向6km处有一地区降压变电所，用一台110/35/10kv、1*25mv.a的变压器作为工厂主电源，允许用35kv或10kv的一种电压，以一回架空线向工厂供电。根据本厂所能取得的电源及本厂用电的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，综合上述资料进行考虑分析两方案如下：方案一：采用35kv电压供电的特点1、供电电压较高，线路的功率损耗较小，年运行费用较低；2、电压损失小，调压问题容易解决；3、对cos的要求较低，可以减少高功率因数补偿设备的投资；4、需要建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；5、根据运行统计数据，35kv架空线路的故障率比10kv架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；6、有利于工厂进一步扩展。方案二：采用10kv电压供电的特点1、不需投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；2、工厂内不装设主高压器，可简化接线，便于运行操作；3、减轻维护工作量，减少管理人员；4、供电电压较35kv低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；5、要求的cos值高，要增加补偿设备的投资；6、线路的故障率比35kv的高，即供电可靠性不如35kv.方案一：正常运行时以35kv单回路架空线路供电，由邻厂10kv电缆线路作为备用电源。根据设计基础资料全厂计算负荷情况，s30=4485kva，且只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kva的变压器，型号为sjl1-5000/35型，电压为35/10kv,查产品样本，其有关技术参数为：p0=6.9kw, pk=45kw,uk%=7,i0%=1.1。变压器的功率损耗：有功功率损耗 ptp0+pk(s30/sn)2=6.9+45*(4485/5000)2=43.1kw无功功率损耗qtq0+qn(s30/sn)2=sni0%/100+uk%/100*(s30/sn)2=5000*1.1/100+7/100*(4485/5000)2=336.6kvar35kv线路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和.p 30=p30+pt=4087+43.1=4130.1kw q30=q30+qt=1659+336.6=1995.6kvars30= p30 + q30 =4130.1+1995.6=6125.7kvarcos= p30/ q30 =4130.1/6125.7=0.67i30= s30/un=6125.7/ *35=101.05a 考虑到本厂负荷的增长是逐渐的,为了节约有色金属消耗量,按允许发热条件选择导线截面,而未采用经济电流密度选择导线截面.查有关手册或产品样本,选择钢芯铝铰线lgj-70,其允许电流为275a i30=101.05a满足要求.该导线单位长度电阻r0=0.46/km,单位长度电抗x0=0.365/km. 35kv线路电压损失为（线路长度l=6km）: u=(p30lr0+q30lx0)/un=(4087*6*0.46+1659*6*0.365)/35=426.1v uac%=(p30lr0+q30lx0)/10un2=426.1/352=0.34%5% 符合要求方案二:采用10kv电压供电,厂内不设总降压变电所,即不装设变压器,所以无变压器损耗问题.此时,10kv架空线路计算电流 i30=s30/un=4485/*10=258.95a而 cos=p30/s30=4087/4485=0.9115% 不符合要求 第三章 总降压变电所的位置电气设计3.1变配电所所址选择的一般原则变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗。进出线方便，特别是要便于架空进出线。不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国标gb50058-1992的规定。不应设在地势低洼和可能积水的场所。3.2结合方案要求设计位置图根据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意图,考虑总降压变电所尽量接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利用,有利于安全等诸多因素,拟将决降压变电所设在厂区东北部。 根据运行而要,对总降压变电提出以下要求: 1、 总降压变电所所装设一台5000kva、35/10kv的降压变压器，与35kv架空线路接成线路-变压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进一处应设置高压断路器。 2、 根据规定，备用电源只有主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此备用10 kv电源进线断路器在正常工作时必须断开。 3、 变压器二次侧（10kv）设置少油断路器，与10kv备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（apd），当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。 4、 变压器二次侧10kv母线采用单母线分段接线。变压器二次侧10kv接在分段i上，而10kv备用电源接在分段上。单分母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线分段上，在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。5、 本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电时，操作电源不至于停电。6、 用双母线供电，当有一个根母线出故障或需要检修时，可以用另一根母线投入使用，以免影响到工厂的生产。根据以上要求设计总降压变电所的主接线如附图3-1所示图3-1第四章 短路电流的计算及继电保护4.1短路电流的计算短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路电流按系统正常运行方式计算，其计算电路图如附图3-1所示为了选择高压电气设备，整定断电保护，需计算总降压变电所的35kv侧、10kv母线以及厂区高压配电线路末端（即车间变电所10kv母线）的短路电流，分别为k-1、k-2和k-3点。但因工厂厂区不大，总降压变电所到最远车间的距离不过数百来，因此总降压变电所10kv母线（k-2点)与厂区高压配电线路末端处（k-3点)的短路电流值差别极小，所以只计算主变压器高、低压侧k-1和k-2两点短路电流。根据计算电路作出计算短路电流的等效电路图 1、 求各元件电抗（用标幺制法计算） 设基准容量 sd=100mva 基准电压 ud1=37kv,ud2=10.5ka 而基准电流 id1=sd/ ud1=100/ *371.56ka id2=sd/ ud2=100/ *10.5=5.50ka a、 电力系统电抗 当s（3）km =1000mva时，x * max=sd/s3 km =100/1000=0.1 当s3 km =500mva时，x* 1m =sd/s3 km =100/500=0.2 b、 架空线路电抗 x* 2=x0lsd/u2 d1=0.36*6*100/372 =0.1578 c、 主变压器电抗 x* 3=uk%sd/100sn=7*100*102/100*5000=1.4 2、 k-1点三相短路电流计算 系统最大运行方式时，总电抗标幺值 x* k- =x* 1ma+x* 2=0.1+0.1578=0.2578 系统最小运行方式时，总电抗标幺值 x*（ =x* 1mi +x* 2=0.2+0.1578=0.3578 因此，系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为 i（3）k-1 =id1/x*k- =1.56/0.2578=6.05ka i3 （k =i3 k-1=i3 k-1=6.05ka i3 sh =2.55i3 k- =2.55*6.05=15.43ka s3 k-1=sd/x*k- =100/0.2578=387.9mva 而最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为 i（3）k-1=1.56/0.3578=4.36ka i3sh =i3k =i 3k- =4.36ka i3sh=2.55i3k- =2.55*4.36=11.12ka s3k- =sd/z*k- =100/0.3578=279.49mva 3、 k-2点三相短路电流的计算 系统最大运行方式时 x* （k =x* 1ma +x* 2=x* 3=0.1+0.1578+1.4=1.6578 系统最小运行方式时 x* （k =x* 1mi+x* 2+x* 3=0.2+0.1578+1.4=1.7578 因此，三相短路电流及短路容量各为 i（3） k- =id2/x*k- =5.50/1.6578=3.32kai3k-=id2/x*k- =5.50/1.7578=3.13ka i3 k =i3 k- =i3 k-2=i3 k-2=3.32ka i3 =i3 k =i3k- =3.13ka i3 sh =2.55i3 k- =2.55*3.32=8.47ka s3 k-2=sd/x*k- =100/1.6578=60.32mva4.2继电器保护的整定对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电保护和瞬时机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。对于单相接地保护可才用绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。原则：带时限过电流保护的动作电流iop,应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流iqb应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流ik.max来整定。变压器过电流保护和速断保护：继电器采用dl-15/10，动作时限设为1s。ta的变相比：ki=5000/35=143 所以采用150/5a，计算电流：ii=2*seb/3un=2*5000/3*35=164.97过电流保护: iopkrelkwik.max/kreki=1.31164.97/0.830=8.94a整定动作电流为9a，过电流保护一次侧动作电流为：iopl=ki/kw*iop=30*9=270a灵敏度校验：ks=ik.min/iopl=0.87*3.13*103/270=10.081.5wl2过电流保护整定满足要求。速断保护：ike(2)=3.32*103*10/35=948.57iop.ka=kel.kw/ki*ike(2)=1.3*1/30*948357=41.1a速断电流倍数整定为 nqb=41.1a/10a=4.11整定动作倍数4.11倍，iopl（qb）=4.11*270=1109.7a灵敏度校验：ks=ik.min(2)/iopl=4.36*0.87*103/1109.7=3.421.5wl2过电流速断保护整定满足要求。第五章 电气设备的选择根据上述短路电流计算结呆，按正正常工作条件选项择和按短路情况校验确定的总降压变电所高、低压电气设备如下： （1） 主变35ka侧高备如表5-1所示。表5-1 35kv侧电气设备 设备名称及型号计算数据高压断路器sw2-35/100隔离开关jdjj-35电压互感器lcw-35电流互感器lcw-35避雷器/（mva）u=35kv35kv35kv35kv35kv35kvi30=sn/ un1=82.48a1000a600a150/5i3 k-1=6.05ka24.8kak3 k-1=387.9mva1500mvai3 shk =15.43ka63.4ka50ka100* *150=21.2kai32tma=6.052*0.7i2 tt=24.82*4142*5i2 tt=(65*0.15)2*1（2）主变10kv侧设备（主变压器低压侧及备用电源进线）如表8所示。该设备分别组装在两套高压开关柜gg-1a（f）中。其中10kv母线按经济电流密度选为lmy-3（50*5）铝母线，其允许电流740a大于10kv侧计算电流288.7a，动稳定和热稳定均满足要求10kv侧设备的布置、排列顺序及用途如图。表5-2 10kv侧电气设备（变压器低压侧及备用电源进线）设备名称及型号计算数据高压断路器sn 10-10i/600隔离开关gn8-10t/600电流互感器laj-10/d隔离开关gn6-10t/600备注u=10kv10kv10kv10kv10kv采用gg-1a（f）高压开关柜i30=sn/ un2=288.