工厂的安全供电系统

1、13四川理工学院成人教育学院毕业设计（论文）任务书学生姓名专业班级设计（论文）题目工厂的安全供电系统接受任务日期2010年10月25日完成任务日期2010年11月30日指导教师（签名）指导教师单位设计(论文)内容目标电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。通过此论文阐述工厂安全供电系统的重要性。设计(论文)要求1.论点突出2.论据充分3.满足论

2、文格式要求参考资料1 电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设计手册：电气一次部分. 中国电力社.19982 焦留成.实用供配电技术手册.机械工业出版社.2001.93 张朝英.供电技术.机械工业出版社.2005.84 戈东方.电力工程电气设计手册.水利水电出版社.19905 王晋生.新标准电气制图.中国电力出版社.2003.36 上海市电子电器技术协会.常用高低压电器手册.上海科学技术出版社.19927 能源部电力机械局.电站配套设备产品手册（第九册）.水利电力出版社.1993.68 文峰.发电厂及变电所的控制（二次部分）.中国电力出版社.1998.79 贺家李.电力系统继电保护原理（第三版

3、）.中国电力出版社.1998注：此表由指导教师填写后发给学生，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。四川理工学院成人教育学院毕业设计(论文)题 目 工厂的安全供电系统 教学点(班) 专 业 电器工程机器自动化 年 级 姓 名 指导教师 定稿日期： 2010 年 11 月22 日目录摘要（1）（一） 工厂供电的意义和要求（1）（二） 工厂供电设计的一般原则（1）（三） 设计的内容及步骤（2）1 负荷计算及功率补偿（3）2 供电方案和厂区配电电压选择（3）3配电所电气主接线（5）参考文献（8）工厂的安全供电系统XX摘要：某采矿业供电系统的设计说明。设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地区

4、供电条件、公用工程等用电负荷资料的分析，为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。关键词：工厂供电；电气主接线；供电可靠性；高压配电系统；电气设备选择；继电保护 （一）、工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配。除某些特殊的大型工业企业带有自备发电站以外，工厂都是由电力系统的终端降压变配电

5、所，即总降（配）变电所提供电能。总降（配）变电所、供电线路和用电设备构成了一个完整的工厂供电系统。供电系统一旦确定，就决定了用户内部用电负荷的供电可靠性和供电质量。电能易于转换，易于传输，分配简单经济，便于调节、控制和测量等特点，使得电能成为了工业生产的主要能源。能否保证供电的可靠性和电能质量直接影响到工业生产能否正常进行，能否做到合理用电、节约用电、高质量用电成为决定工厂生产力和企业效益的重要因素。因此，设计符合工厂具体负荷情况的供电系统是工业生产的必备条件。做好工厂供电工作对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂企业是国家电力的主要用户，完善工厂供电系统的配置对节约能源、支

6、援国家经济建设也有很大的促进作用。为了使工厂供电工作能够切实为工业生产服务，要求做到以下几点：1) 安全 在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身事故和设备事故。2) 可靠 不同级别的负荷对供电可靠性的要求不同，工厂供电系统必须满足相应负荷的要求。3) 优质 供电系统提供的电能应该满足电力用户对电压、频率等电能质量的要求。4) 经济 在保证供电可靠性的情况下，供电系统的投资要尽量少，运行费用要尽量低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。（二）、工厂供电设计的一般原则工厂供电设计必须以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况进行。按照国家标

7、准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410kv及以下设计规范、GV50054-95低压配电设计规范、全国通用建筑标准设计.电气装置标准图集等的规定，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；必须遵守国家有关规定及标准，执行国家有关方针和政策，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，技术先进和经济合理，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

8、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，综合考虑，确定合理的设计方案。（三）、设计的内容及步骤工厂供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、生产工艺对负荷的要求、各个车间的负荷数量和性质、负荷布局以及地区供电条件进行的。要求设计成果能应用于生产实际，能够让该供电系统安全、可靠、经济的分配电能，满足工业生产的需要。设计的具体步骤如下： 1）.按照厂区用电设备的资料和其他具体情况，求计算负荷。2）.根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式。3）.根据环境和计算负荷，选择变电所的位置、变压器数量和容量。4）.为变配电所选择安全、可靠、灵活、经济的主接线，选择合理的

9、户外高压配电方案。5）.用标幺值法进行短路电流的计算。6）.根据短路电流的计算结果，按照正常工作条件、短路时的工作条件、电气设备自身特点进行电气设备的选择和校验，用主接线图表达设计成果。7). 主变压器和馈线电路保护装置的设计及整定，包括保护方式的确认、保护值的整定、保护装置的选择以及灵敏度校验。 8). 变电所的防雷和接地设计，总降的电照设计。9).需要核算建设所需器材与总投资。 1 负荷计算及功率补偿1.1 负荷计算1.1.1负荷计算的意义和目的计算负荷是供电系统设计计算的基础。工厂供电系统设计的原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量。这些设备品种多，数量大，工作情况复杂，因此如何根据这

10、些资料正确估计工厂所需的电力和电量非常重要。估计的准确程度，直接影响到工程的质量。如果估算过高，会增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量，浪费大量的人力财力；相反，如果估算过低，工厂投产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其老化绝缘速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。由此可见，进行负荷计算是供电系统设计的基础，能否准确的估算计算负荷决定了设计的系统能否安全、经济、可靠的供电。计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷，负荷计算的目的就是求出这个假想负荷。计算负荷是设计时作为

11、选择工厂电力系统的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据 。供电系统设计的第一步，就是通过负荷计算，将复杂、凌乱的负荷数据整理成设计所需要的资料。1.1.2负荷计算的常用方法负荷计算的方法有需要系数法、形状系数法、附加系数法等几种。鉴于本厂的负荷特点以及任务书所提供的条件，本设计采用需要系数法确定计算负荷。用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下：1）.将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。2）.查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。3）.按照需要系数法对应的公式计算Pc,Qc和Sc。4）.求车间或全厂计算负荷时，应从负荷端逐级算向电源端，而且需要在各级配电点乘

12、以同期系数K。在逐级计算时，应记及变压器上的电能损耗，由于厂区高压配电网的距离较短，在负荷计算时可忽略配电网的电能损耗。2 供电方案和厂区配电电压选择2.1对任务书的分析该工厂供电系统的电源是从我所35/10kv变电所用10kv双回架空线引入厂变的，架空线的长度为0.5km。进线电压等级为10kv，属于一般车间变压器的进线电压等级。具体的供电电压选择要看负荷情况而定。一般工厂供电系统有两种供电方案，即一次降压供电和二次降压供电。2.2供电方案论证电源使用方案：从可靠性上来看，如果电源的投切速度够快的话，双回线路同时工作和一回工作一回备用的方式的可靠性都比较高，两者区别不大；从经济性上来看，双回

13、线路供电时系统能耗较少，因此本设计中的两路架空线都当作工作电源。系统供配电方案：由于电源进线为10kv,如果采用二次降压供电的话，应该将电压降至6kv或者3kv,然后再降至0.4 kv进行供电。由于本工厂没有高压电动机等高压用电负荷（没有6（3）kv的用电设备），二次降压没有实际性的作用，相反还增加了变电设备的投资，加大了维护的工作量和难度，增加了电能损耗和有色金属消耗，从技术性和经济性的角度都不应该采用二次降压供电。一次降压供电又有两种可能：一是不设置总降压变电所而仅设一个总配电所，以10kv电压输送电能到车间，在经车间变压器将电压降至0.4kv对低压负荷供电；二是将整个工厂变电所当成一个车

14、间变电所，在工厂变电所装设10/0.4kv变压器，通过低压配电系统将电能分配到各个车间，再通过车间低压配电母线送往各用电设备。从技术性角度来看，如果先降压再配电的话，由于全厂计算负荷S=1954.87，假设工厂变电所采用2台主变（变电所一般只有12台变压器），2台主变按照暗备用方式运行（可减小单台变压器的容量），每台主变的容量为1954.87×70%=1368.4 kVA，而按照相关规定，由于低压开关的断流能力有限，车间变电所单台变压器的容量不宜大于1250 kVA，所以选择先降压再配电的方式会造成一些安全隐患。如果采取先配电再降压的方式，由于负荷被分到了3个车间中，单台变压器承受的

15、负荷减小，便不存在这个问题；从经济性来考虑，先配电再降压的方式采用的是高压配电线路，和先降压再配电的方式相比，可以减小电能损耗，选取供电导线时也可以选择较细的导线，节约了有色金属。从企业的长期发展考虑，先配电再降压的供电方式从经济性和可靠性上来看都是较优的方案，故在设计中采用电源总配电所车间变电所用电负荷的供电方式。2.3供电线路查表可知，10kV架空线输送3000kW的功率时可以输送515km,本厂的负荷小于3000kW，故可输送更远距离，因此选择10kV架空线路是合理的。3 总配电所电气主接线及厂区高低压配电系统设计3.1 配电所电气主接线3.1.1主接线的基本要求主接线的选择，要达到安全

16、、可靠、灵活、经济的要求。要在满足供电可靠性的情况下，尽量节省投资。安全：要求选择合适的电气设备，具有良好的监视和保护系统，以保证人身和设备安全。可靠：满足各级负荷的不中断供电要求。灵活：利用较少的切换来适应不同的运行方式，检修方便，电源和负荷投切方便。经济：保证供电可靠性的情况下，尽量节省初投资和年运行费用。此外，变电所扩建的可能性较大，其主接线应该方便改造和扩建。3.1.2主接线的选择 主接线对变电所设备的选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。在工厂供电系统中，最主要的部分就是总降压变（配）电所。总降压变电所中，高压侧（电源侧）的主接线概

17、括为两类：线路-变压器组方式和桥型接线方式。线路变压器组方式即“一进线一主变”方式，用于二、三级负荷的供电，也可扩展成为双回线路-变压器组接线，用于一、二级负荷供电。桥型方式能实现线路和变压器的充分利用，可靠性非常高，但线路复杂，操作不便，投资较大。主变的低压侧（配电所的电源进线）接到母线上进行电能分配。在工厂供电系统中涉及到的母线制较少，常用的母线制有：单母线，单母分段，双母。 由于没有总降压变电所，故电源进线直接接到高压配电母线上。电源进线为两回，负荷等级为二级，因此单母线方式不能适应该供电系统的可靠性要求。双母线制尽管可靠性比较高，但是开关数目较多，连锁机构复杂，切换操作繁琐，造价高，经

18、济上不合理。采用单母分段方式配电，当一回线路故障时，合上分段开关可保证对所有重要负荷的供电；当一段母线故障时，另一段母线上的负荷不受影响。从电压等级以及该配电所在电力系统中的位置来看，该工厂的用电负荷用单母分段方式已经可以完全满足其供电可靠性，和双母线方式相比它又节约了安装维护费用，因此，高压配电所采用单母分段接线。 单母分段开关在运行时是合是分，要按照具体情况进行技术经济比较而定。在本设计的工厂供电系统中，有双回路同时供电，采取“分”的方式运行比较好，分析原因如下：1.按供电可靠性考虑如果采取“合”的方式，一路电源故障时，其电源侧开关跳开，所有负荷由另一路电源供电；一段母线故障时，两个电源侧

19、断路器都跳开，整条母线停电，也就是说停电范围波及到了另外一段正常的母线及其负荷，而且这时运行人员不好确定是哪段母线故障，出于安全考虑，不可能快速恢复供电。而采取“分”的方式，一路电源故障时，入口开关跳开，合上分段开关对故障部分的负荷供电，这中间会有短时的停电，这是“分”的不足之处；但采取“分”的方式时，如果一段母线故障，不会影响到另一段母线的正常供电。而且出现故障后，运行人员马上就能发现哪一段是故障母线，缩小了故障排查范围，能够较快地恢复供电。2.按检修的工作量及检修给断路器带来的影响考虑采取“分”的方式运行时，如果检修线路和母线的话，可以采用分段检修，不会使全部负荷中断；采取“合”的方式的话

20、，如果断开电源检修，会使全部负荷的供电中断，显然不合理，如果也采取分段检修方式，要求先拉闸，检修完以后又合闸，加大了工作量，也降低了断路器的寿命，经济上不合理。3.按短路给系统带来的影响考虑采用分段运行方式，显然短路电流会比较小，对限制短路电流起到很明显的作用。综上所述，该配电所在正常情况下采用分列运行方式，单母分段开关要拉开。3.2 高压配电系统设计3.2.1高压配电系统的类型工厂供电系统常用的典型配电方式有放射式，树干式和环式三种。放射式：放射式的特点是配电母线上每条馈出线仅给车间变压器、高压电动机以及高压配电所的母线等设备单独供电。放射式的优点是：1.供电可靠性较高，故障发生后影响范围小

21、。2.继电保护装置简单、易于整定且易于实现自动化。3.运行简单，切换操作方便。其缺点有：一旦线路或开关设备发生故障，由该回路供电的负荷将中断供电且难以恢复；配电线路和高压开关柜数量多，投资大。根据不同的供电可靠性要求，可以选择单回路或者是双回路放射式配电。（如下图）树干式：树干式的特点是一条配电线路沿厂区走线，连接多个用户，为检修方便，线路通常采用架空线，一般用于对三级负荷供电。树干式的优点是配电所馈出线回路数少，投资小，结构简单，其缺点是可靠性差，线路，线路故障范围大。环式：环形接线供电可靠性较高，运行方式灵活，可用于对二、三级负荷供电。环式配电系统的保护装置整定和配合都比较复杂。3.2.2

22、高压配电方案的选择 从本厂的负荷分布情况、供电可靠性要求、自动化程度要求以及工程投资综合考虑，认为利用放射式供电是较优的方案。根据变压器个数的不同，大致拟定3种方案： 方案一：3个变电所可以全部采用两台变压器，用双回路放射式配电。这样做的好处是供电可靠性高，在变压器故障时，另外一台变压器可以承担车间的全部负荷；其缺点是接线复杂，投资较大。 方案二：全部采用1台变压器，用单回路放射式配电。由于变压器故障率比较低，所以两台及以上变压器同时故障的情况我们不考虑。观察本厂的负荷情况，虽然是二级负荷，但是其容量并不大。将1号车间和3号车间接至10kv母线第一分段，2号和所用接至第二分段，可以看到两段母线

23、上承受的负荷为1022KVA和1024KVA。在1号和2号，1号和3号，2号和3号车间之间装设低压联络线，形成环形的低压联络，联络线在正常运行时处于断开状态。当1号或者3号的变压器故障时，由2号的联络线给他们的低压负荷供电；当2号的变压器故障或者是母线二分段故障时，由1号和3号同时对2号车间供电；当母线一分段故障时，1号和3号的变压器均被切除，这时由2号车间变压器同时对3个车间供电。在故障最严重时，即母线故障或者2号车间变故障时，单台变压器过负荷率约为100%，允许的抢修时间较短，约为10分钟。方案三：1号车间和3号车间变电所均只设一台变压器。2号车间装设两台变压器，分别由两段母线供电，其低压

24、侧也采用单母分段制，对重要的用电设备由两段母线交叉供电。车间变电所的低压侧，设低压联络线相互连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。观察2号变电所的负荷特点，调整两段母线的负荷，将染整车间和织造车间分别连在不同的分段上，可以使两段母线带的负荷比较平均。当1号车间变压器故障时，由2号车间变压器通过联络线供电，变压器过负荷率约为（690+450-800）÷80043%，保证了1号车间重要负荷的持续供电；2号车间变电所两台变压器互为备用，可靠性较高；3号车间变电所通过2号车间的联络线也能保证其供电可靠性。本方案可靠性高，允许的抢修时间长（50分钟左右），和方案一相比投资较少，缺点是配电方案依然复杂，不便于维护。由于母线的故障率也很低，一般情况下不考虑母线故障的情况。即使母线故障，由于本厂还是存在一些不重要的负荷。在出现母线故障的时候，可以切除部分不重要的负荷，可以将变压器的过负荷倍数控制在30%40%左右，同理，2号车间变故障的时候也能控制过负荷倍数在这个范围内。因此2号方案中的变压器的实际工作条件并不是那么恶劣。由此可见，采用2号方案时，如果发生故障，变压器能够在过负荷情况下保证重要负荷的供电，满足本厂对供电可靠性的要求。方