电力工程—工厂供电设计

1、目录1 绪论12 电力负荷及其计算12.1 负荷分级及供电电源措施12.1.1 工厂电力负荷的分级12.1.2 各级负荷的供电措施22.2工厂计算负荷的确定22.2.1负荷计算的目的和意义22.2.2负荷计算的方法32.2.3需要系数法确定计算负荷42.2.4二项式法确定计算负荷52.2.5 负荷计算的目的、意义及原则52.2.6 全厂负荷计算表及方法62.3无功功率补偿72.3.1 无功补偿的主要作用72.3.2无功功率补偿装置73 短路电流的计算83.1计算短路电流的目的83.2短路电流的危害83.3欧姆法计算短路电流84 变电所位置和形式的选择104.1 变电所位置选择的一般原则104.

2、2 变电所的类型104.3变电所位置及类型的选择115 变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择115.1 变电所主变压器台数的选择115.2 变电所主变压器容量的选择115.3变电所主变压器类型的选择126 变电所主接线方案的选择126.1主变压器接线方案的选择126.2主接线方案的技术经济比较137 变电所一次设备的选择与校验147.1电气设备选择的一般原则147.2高压侧一次设备的选择与校验147.3 高低压母线的选择15参考文献171 绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、

3、调节和测量，有利于实现生产自动化。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。一般中小型工厂的电压进线电压为6-10kV。电能先经高压配电所集中，在由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或者高压配电线路供给给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将6-10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。对于大型工厂及其某些电源进线电压为35 kV及以上的中型工厂，一般经过两次降压，也就是电源进厂后，先经总降压变电所，有大容量的电力变压器将35kV及以上的电源电压降为6-10kV的配电电压，再通过高压配电线路或高压配电

4、所将电能送到各个车间变电所，最后经变压器降为一般低压用电设备所需的电压。有的35kV进线的工厂，只经一次降压，及35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需电压。这种配电方式称为高压深入负荷中心的直配方式。这样可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量。然而这要根据厂区环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用，以确保供电安全。对于总供电容量不超过1000kVA的小型工厂，通常只设一个降压变电所，将6-10kV电压降为低压用电设备所需的电压（220/380V

5、）。如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，工厂只需设一个低压配电间。本厂属于中型工厂，采用35kV供电电源，在工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所后改为电缆线路至本厂变电所，110/35/10kV,1×125MVA变压器一台作为工厂的主电源，允许用35或10kV中以一回架空线向工厂供电。 2 电力负荷及其计算2.1 负荷分级及供电电源措施 工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB 50052-1995供配电系统设计规范规定，根据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级，负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。 一级负荷 符合下列条

6、件之一的，为一级负荷 1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷； 2）中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷； 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的负荷。在一级负荷中，当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷。 二级负荷 符合下列条件之一的，为二级负荷 1）中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷； 2）中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷。 三级负荷 不属于一、二级负荷者为三级负荷。 各级负荷的供电措施 一级负荷的供电措施 一 级负荷应有两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同

7、时受到损坏，以维持供电；而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，应采用单母线分段的主结线形式，分列运行并互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电盘（箱）处设置自动切换装置。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。 二级负荷的供电措施 二级负荷应有两个电源供电，即应有两回路供电。当发生电力变压器故障或线路常见故障时不至于中断供电（或中断后能立即回复）。 三级负荷的供电措施 三级负荷对供电无特殊要求，可采用单回路市电供电。但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不

8、超过四级，并且应在技术经济合理的情况下，尽量减少电压偏差和电压波动。2.2工厂计算负荷的确定负荷计算的目的和意义计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用，即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大计算负荷简称计算负荷Pc。负荷计算的目的是： 计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。 计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流，作为选择这些设备的依据。 计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的

9、负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。 计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。 为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要依据。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算负荷确定的过小，又将使电器

10、和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。负荷计算的方法在已知用电设备的情况下，负荷计算有需要系数法、二项式法和利用系数法；在未知用电设备的情况下，负荷计算有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。 需要系数法用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。 二项式法在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。2.2.3需要系数法确定计算负荷 基本公式需要系数法确定用电设备组的有功计算负荷的基本公式为：

11、式（2.1）无功计算负荷为： 式（2.2）视在计算负荷为： 式（2.3）-需要系数-有功计算负荷，单位为kW-无功计算负荷，单位为kvar-视在计算负荷，单位为kVA-用电设备组的平均功率因数-用电设备组平均功率因数的正切值 多组用电设备计算负荷的确定在确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数和。对车间干线，取 对低压母线，分两种情况：1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取 2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 总的有功计

12、算负荷为： 式（2.4）总的无功计算负荷为： 式（2.5）以上两式中的和分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为： 式（2.6）由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。二项式法确定计算负荷 二项式法的基本公式是 式（2.7）式中，表示用电设备组的平均功率，其中是用电设备组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台最大容量的设备总容量，b、c为二项式系数。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大设备投入

13、运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适合确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。2.2.5 负荷计算的目的、意义及原则1、供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。2、计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导

14、线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。3、在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还应用电焊机、电炉、电灯等各种单向设备。单向设备接在三相设备中，应尽可能均衡分配，使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单向设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量不超过三相设备容量的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。4、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一

15、时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2.2.6 全厂负荷计算表及方法负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。主要计算公式有： 有功功率： 无功功率: 视在功率: 机械厂负荷计算表序号建筑物名称设备容量（KW）计算负荷功率因数（cos）有功损耗kW无功损耗 kVARP30 （kW)Q30 (kVAR)S30 (kVA)1三车间986576288643.90.892四车间干线1558196156250.50783四车间干线2477142167219.20.644第一变电所2511735487881.60835锻

16、工1755920276960.50.966二车间22236124167400.837一车间11542657124668.50.988一车间21419470183504.30.939工具机修1289496129512.50.9710空压站1266854168870.30.9811高压泵房1110737496888.30.8312给水泵房600589445738.20.8013洪水泵房、照明等300342230412.10.8314全厂总计（380v侧）160367326356573323666计入同时系数Ke=0.96593.43208.573320.782.3无功功率补偿 该厂380V侧最大负

17、荷时的功率因数是0.78，而供电部门要求功率因数为0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：选并联电容器为BWF10.5-100-1型，共25个，总共容量。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如下表所示：电力负荷计算表项目/kW/kvar/kV·A380V侧补偿前负荷0.786593.43208.57332380V侧无功补偿容量2500380V侧补偿后负荷0.926593.4708.56630.9主变压器功率损耗0.015=73.320.06=366.635kV侧负荷

18、0.9876666721075167528 无功补偿的主要作用无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降低电能损耗；

19、 提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。无功功率补偿装置一般用并联电容器的方法来进行功率补偿3 短路电流的计算3.1计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流的作用下损坏电气设备，如果短路电流，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。为了达到目的，需要算出下列各短路参数：次暂态短路电流，用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。用采用继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。 三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。 三相短路电流稳态有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。次暂态三相短路容量，用来校验断

20、路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。3.2短路电流的危害在煤矿供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。3.3欧姆法计算短路电流绘制计算电路及计算500MVAk-1k-2LGJ-95,6km35kVS9-6300/35

21、0.4kV(2)(3)电源G（1）1、求k-1点的三相短路电流和短路容量（）(1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1）电力系统的电抗：2）架空线路的电抗：由表查得，因此3）绘k-1点短路的等效电路，并计算其总阻抗为：k-1k-2（2）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量2、求k-2点的短路电流和短路容量（）（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1）电力系统的电抗2）架空线路的电抗3）电力变压器的电抗：由表查得，因此4）绘k-2点短路的等效电路，并计算其总电抗为（2）计算三相短

22、路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量短路计算表短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/k-12.762.762.767.044.1750.2k-222.222.222.240.824.215.44 变电所位置和形式的选择4.1 变电所位置选择的一般原则 （1）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量； （2）进出线方便，特别是要便于架空进出线； （3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所； （4）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

23、的运输； （5）不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施； （6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧； （7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻； （8）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，应符合现行国家标准GB500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定； （9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。4.2 变电所的类型 变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：（1） 车间附设变电所（2） 车间内变电

24、所（3） 露天（或半露天）变电所（4） 独立变电所（5） 杆上变电台（6） 地下变电所（7） 楼上变电所（8） 成套变电所（9） 移动式变电所4.3变电所位置及类型的选择我们的工厂是10kv以下，变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。5 变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择5.1 变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：（1） 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，

25、但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有自备电源。（2） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。（3） 除了上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。（4） 在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。5.2 变电所主变压器容量的选择1、只装一台主变压器的变电所主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即2、装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足以下两个条件:a)任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约

26、的需要，即 b）任一台变压器单独运行时应满足全部一、二级负荷的需要，即根据工厂的负荷和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：（1)装设一台变压器，型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。，即选一台S9-6300/35型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。（2)装设两台变压器，型号为S9型，而每台变压器容量应满足因此选两台S9-5000/35型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yd11 。5.3变电所主变压器类型的选择我们这里选S9-

27、800/10或S9-1000/10，主变压器的联结组为Yd116 变电所主接线方案的选择6.1主变压器接线方案的选择根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案：1、装设一台主变压器的主接线方案，如下图所示：2、装设两台主变压器的主接线方案，如下图所示6.2主接线方案的技术经济比较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，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-6300

28、/35的单价为8万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*8=16万元查得S9-5000/35的单价为7万元，因此两台变压器的综合投资约为4*7=28万元，比一台主变方案多投资12万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得JYN1-35型柜可按每台2万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*2=12万元本方案采用6台JYN1-35柜，其综合投资约为6*1.5*2=18万元，比一台主变方案多投资6万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=16万元*0.05=0.8万元；高压开关柜的折旧费=12万元*0.06=0.72万元；变配电的维

29、修管理费=（16+12）万元*0.06=1.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（0.8+0.72+1.68）=3.2万元主变的折旧费=28万元*0.05=1.4万元；高压开关柜的折旧费=18万元*0.06=1.08万元；变配电的维修管理费=（28+18）万元*0.06=2.76万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.4+1.08+2.76）=5.24万元，比一台主变方案多投资2.04万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的

30、主接线方案。7 变电所一次设备的选择与校验7.1电气设备选择的一般原则1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；2、应按当地使用环境条件校验；3、应力求技术先进和经济合理；4、与整个工程的建设标准应协调一致；5、同类设备应尽量减少品种；6、选择的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。7.2高压侧一次设备的选择与校验1、按工作电压选择所选电气设备的额定电压和额定电流不低于设备所在的网络的最大电压和最大工作电流，即2、热稳定校验条件短路电流通过电气设备所所产生的热效应不应超过电气设备技术参数中所规定的允许热效应，则短路热稳定性校验条件为式中 制造厂给出的t秒的热

31、稳定电流和热稳定时间； 短路电流稳定值及等值时间；3、动稳定度校验短路电流通过电气设备时所产生的电动力不应超过设备铭牌上给出的允许电动力，则动稳定校验条件为式中 设备铭牌给出的极限通过电流峰值和有效值，kA。4、断流能力选择短路电流通过开关电器时，要求开关电器的额定开端电流或额定断流容量不应小于设备分段瞬间的短路电流有效值或短路容量，即对于上面的分析，如下表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度装置地点条件参数数据35kV/40.25kV27.7A2.76kA7.04kA8.5一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-3535kV1000A16

32、kA45 kA512高压熔断器RN1-3535kV40A电压互感器JDJ2-3535/0.1kV电压互感器JDZJ2-35电流互感器LCZ-3535kV300/5A24 kA60避雷针FZ-3535kV7.3 高低压母线的选择查表得到35kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即三相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。致谢此次课程设计要感谢老师的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有机会实践锻炼，更要感谢指导老师的细心指导，没有您的指导靠自己不可能那么顺利完成。对待这次课程设计我也是非常认真，积极努力与老师同学进行商讨，并不断从中找到自己的不足，努力发现问题并及时解决问题。 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次毕业设计，我深深懂得了要不断把所学知识学以致用，还需通过自身不断努力，