电力工程-工厂供电设计

目录绪论 1电力负荷及其计算 1负荷分级及供电电源措施 1工厂电力负荷的分级 1各级负荷的供电措施 2工厂计算负荷的确定 2负荷计算的目的和意义 2负荷计算的方法 3需要系数法确定计算负荷 4二项式法确定计算负荷 5负荷计算的目的、意义及原则 5全厂负荷计算表及方法 6无功功率补偿 6无功补偿的主要作用 7无功功率补偿装置 7短路电流的计算 7计算短路电流的目的 7短路电流的危害 8欧姆法计算短路电流 8变电所位置和形式的选择 10变电所位置选择的一般原则 10变电所的类型 10变电所位置及类型的选择 10变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择 11变电所主变压器台数的选择 11变电所主变压器容量的选择 11变电所主变压器类型的选择 12变电所主接线方案的选择 12主变压器接线方案的选择 12主接线方案的技术经济比较 13变电所一次设备的选择与校验 14电气设备选择的一般原则 14高压侧一次设备的选择与校验 14参考文献17高低压母线的选择 参考文献17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、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。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6-10kV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。35kV35kV6-10kV需的电压。35kV35kV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35kV“安全走廊”要求而定，否则不宜采用，以确保供电安全。1000kVA6-10kV（220/380V）160kVA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3510kV电力负荷及其计算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GB50052 《供配电系统设计规范规定根据荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷；中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷；要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷。②二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。③三级负荷不属于一、二级负荷者为三级负荷。各级负荷的供电措施①一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。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。工厂计算负荷的确定负荷计算的目的和意义30minPc。负荷计算的目的是：①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。②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。③计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。④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。⑤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。实现供电系统安全、经济运行的必要手段。荷具有很大的意义。负荷计算的方法①需要系数法泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。②二项式法进行加权求和法计算负荷。需要系数法确定计算负荷①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：无功计算负荷为：

P K P30 d e

式（2.1）视在计算负荷为：

Q 30

tan 式（2.2）dK d

S P30

/cos 式（2.3）kWkvarS kVAcos---用电设备组的平均功率因数tan---用电设备组平均功率因数的正切值②多组用电设备计算负荷的确定KpKq。对车间干线，取K 0.85p

K 0.900.97q对低压母线，分两种情况：1）K 0.800.90 K 0.850.95p q2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取K 0.900.95 K 0.930.97p q总的有功计算负荷为：K30 p

P30.i

式（2.4）总的无功计算负荷为：K30 q

Q30.i

式（2.5）以上两式中的 和。

Q和30.i和

分别为各组设备的有功和无功计算负荷之总的视在计算负荷为：P2Q2P2Q2303030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P bP30 e

cPx

式（2.7）e式中，bPe

是用电设备组的总容量，exex

表示用电设备组中x台容量最大的设备投xx

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。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30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：

P PeKd30无功功率:视在功率:

Q P30 S P30 30

tancos序号建筑物名序号建筑物名称量（KW）P30（kW)计算负荷Q30(kVAR)功率因数S30(kVA)（cos）有功损耗kW耗kVAR23Ke=0.90.786593.43208.57332366．61三车间986576288643.90.89四车间干线50.50．78四车间干线2477142167219.20.64第一变电0．834所2511735487881.65锻工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6.20.80洪水泵13房、照明0.83等3.1全厂总计（380v73．3214侧）16无功功率补偿380V0.78，而供电部门要求功率因数为0.90380V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：Q P(tantan')6593.4(tanarccos0.78tanarccos0.92)kvar2482kvarc 30选并联电容器为BWF10.5-100-1型，共25个，总共容量var380V35KV下表所示：电力负荷计算表项目cosP/kWQ /kvarS /kV·A303030380V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0.015S=73.320.06S=366.6303035kV侧负荷0.9876666．721075．16752．8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：①提高电压质量；②降低电能损耗；③提高发供电设备运行效率；④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短路电流的计算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：I''——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。i ——三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。shI——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。S''——次暂态三相短路容量，用来校验断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。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。欧姆法计算短路电流绘制计算电路及计算电源500MVA(2)

k-1(3) k-2G（1）

LGJ-95,6km

35kVS9-6300/350.4kV1、求k-1点的三相短路电流和短路容量（Uc1计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

35kV）U2电力系统的电抗：X 1 Soc

(35kV)2 0.22500MVA架空线路的电抗：由表查得X 0.33/km，因此0X Xl0.33(/km)6km1.982 0k-1X X X 0.221.982.2k-1k-2(k1 k-1k-2（2）计算三相短路电流和短路容量1）UI(3) c1

= 35kV =2.76kAk3X（k1）

32.2三相短路次暂态电流和稳态电流I''(3)I(3)

I(3)k

2.76kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i(3)sh

2.55I''(3)2.552.76kA7.04kAIsh

1.51I''(3)1.512.76kA4.17kA三相短路容量S(3)k

I(3)k

335kVA2、求k-2点的短路电流和短路容量（Uc2

0.4kV）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗电力系统的电抗UX' c21 Soc

(0.4kV)2 500MVA 架空线路的电抗U 0.4kVX'X2

l(Sc2)20.33(/km)6km(35kV0oc0

)22.87103电力变压器的电抗：由表查得Uk

%4.5，因此X'

U%U2k

4.5 (0.4kV)2= 7.21033 100 SN

100 6300kVAk-2X(k2)

X'1

X'2

X'3

3.21042.871037.2103=1.0410-2计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值U 0.4kV31.041023X（3）c31.041023X（3）c2k2(k2)三相短路次暂态电流和稳态电流I''(3)I(3)

I(3)k

22.2kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i(3)sh

1.84I''(3)1.8422.2kA40.8kAIsh

1.09I''(3)1.0922.2kA24.2kA三相短路容量S(3)k2

c2

I(3)k

30.4kV15.4MVA短路计算点三相短路电流/kAI短路计算点三相短路电流/kAI(3)kI''(3)I(3)i(3)shI(3)sh三相短路容量/MVS(3)kk-12.762.762.767.044.1750.2k-222.222.222.240.824.215.4变电所位置和形式的选择变电所位置选择的一般原则耗量；进出线方便，特别是要便于架空进出线；接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所；输；措施；的下风侧；所相贴邻；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GB50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；不应设在地势低洼和可能积水的场所。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：车间附设变电所车间内变电所露天（或半露天）变电所独立变电所杆上变电台地下变电所楼上变电所成套变电所移动式变电所变电所位置及类型的选择10kv的负荷中心按负荷功率矩法来确定。变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择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：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，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。所，也可考虑采用两台变压器。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。的余地。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S

N

应满足全部用电设备总计算负荷S30

的需要，即2、装有两台变压器的变电所

S SN30每台变压器的容量S

N

应同时满足以下两个条件:任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30要，即

的大约60%~70%的需SNT

(0.6~0.7)S30b）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S SN30(III)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)S9

N

S ，30

为主NT

为总的计算负荷。S30

N

S 6275.8kVAS9-306300/35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SNT

=(0.6~0.7)S30

=(0.6~0.7)6275.8kVA（3765.48~4393.06）kVASNT

S30(II

(2511+600)kVA3111kVA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。变电所主变压器类型的选择S9-800/10S9-1000/10，主变压器的联结组为Yd11变电所主接线方案的选择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，如下图所示主接线方案的技术经济比较比较项目 装设一台主变的方供电安全性 满足要求

装设两台主变的方案满足要求技供电可靠性术供电质量

基本满足要求由于一台主变，电压损耗较

满足要求由于两台主变并列，电压损耗较指 大标灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差扩建适应性稍差一些S9-6300/35电力变压器的万元，而变压器综合投资约2投资约为2*8=16万元经 查得JYN1-35型柜可按每台济高压开关柜 万元计，其综合投资可按设指（含计量柜）备的1.5倍计，因此高压开标的综合投资额关柜的综合投资约为4*1.5*2=12万元电力变压器和主变的折旧费=16万元高压开关柜的*0.05=0.8万元；高压开关柜

小由于有两台主变，灵活性较好更好一些S9-5000/3574*7=28126JYN1-356*1.5*2=186元主变的折旧费=28万元*0.05=1.4万元；高压开关柜的年运行费 的折旧费=12万元*0.06=0.72万元；变配电的维修管理费=（16+12）万元*0.06=1.68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

折旧费=18*0.06=1.08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主接线方案。变电所一次设备的选择与校验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。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UNe

Ne

不低于设备所在的网络的最大电压UWmax

U

WU

，即(1.1~NeI I

Wmax

N1.05I 2、热稳定校验条件

N

Wmax c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I2tI2tt ima式中I、I——制造厂给出的t秒的热稳定电流和热稳定时间；tI、t

tma

——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Fmax

不应超过设备铭牌上给出的Fal

Falimax

F maxi3 sh Imax

I(3)sh式中I、I——设备铭牌给出的极限通过电流峰值和有效值，kA。t4、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I 或额定断流容oc量S 不应小于设备分段瞬间的短路电流有效值I 或短路容量S ，即oc k kI I oc kS Soc k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UN/UmaxINI(3)kishI(3)2t ima数据35