小型工厂的供配电系统设计方案.doc

1、小型工厂的供配电系统设计方案第一章绪论第一节工厂供电意义和要求在工业生产和生活中，电能扮演着极其重要的角色。电能与其他形式的能量之间可以相互转化。做好电能输送和分配这项任务，不仅可以节约成本，而且还可以提高经济效益，提高生产效率。电能是现代文明的物质技术基础，没有了电能，就没有可能实现现代化进程。现代社会的各个方面都是建立在电气化的基础之上，一旦电力系统出现问题或停止工作，将会给用电用户带来严重的影响，甚至造成伤害。所以设计出安全有效的工厂供电与配电方案有利于扩大工厂的生产能力，减少支出，提高工厂效益，加快工厂的发展具有重要的意义。止匕外，还有利于国民经济的提高，加快现代化进程，为实现“中国梦

2、做出应有的贡献。因而从各个方面来讲，做好工厂供配电工作都十分重要。为了使工业生产和生活有序的进行下去，实现用户电能的要求，工厂供配电工作必须做到以下几点：安全可靠优质经济第二节本厂的基本概况及设计要求、生产任务及车间组成表1.1生产规模及车间组成生产规模（万吨）产品规格主要车间辅助车间及其它设施塑料制品薄膜、单丝、管材、等制品薄膜车间单丝车间管材车间注射车间原料库、成品库、包装材料库、注塑车间、备料复制车间、锻工车间、仓库、机修模具车间、锅炉房、等办公楼等。二、负荷性质及负荷情况根据本工厂的实际情况，得出结论：生产车间为三班制，其余的为单班或两班制。该厂全年最大负荷利用小时数为5000小时，

3、属于三级负荷。全厂包涵5个车间变电所，每个车间包涵其独立的用电设备，全厂总的有功功率为2610kW,全厂总的无功功率为Q30339317kvar,全厂总的视在功率为S30398858kVA。三、供电需求本工厂从位于该厂南侧1公里的某变电所取得10千伏架空线路的电源。变电所的整定时间为2秒，本厂配电所应不大于1.3秒。在总配变电所10千伏侧计量。要求本厂的功率因数值在0.9以上。供电系统技术数据：变电所提供的电源系统为无限大，母线上的电压为10千伏，发生短路时，容量为一III200兆伏安。供电系统如图1.1所示。;1QK诲旗7七架空蜿蹄-1占本厂总配耍电所叫设计）图1.1供电系统图四、本厂自然条

4、件1、气象条件最高温度为350Co土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20C年雷暴日为30天。土壤冻结深度为1.10米。主导风向夏季为南风。2、地质及水文条件地表平坦，土壤的成分为极土，厚1.67米地下水位一般为0.7米。地耐压力为20吨/平方米。第三节本章小结本章主要介绍了安全有效的供电与配电对工厂的意义，一个合理的工厂电力系统所具备的要求，所要设计工厂的基本状况：该厂生产的产品，生产产品需要的车间以及车间的设备，按照负荷对供电的要求划分级别，与当地的用电部门达成的供电协议以及工厂的自然条件。第二章负荷计算及无功功率第一节供电电压的选择选择工厂供电电压时主要考虑以下几个因素：供电电压等

5、级、工厂用电设备的容量、电压和供电距离。配送路线长度和配送容量在一定的情况下，供电电压与线路的电流成反相关，利用这一特点，可以降低线路投资和金属的消耗，如表2.1所示表2.1各级线路合理的输送功率和输送距离线路电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.38架空线1000.250.38电缆1750.356架空线lir幺首1000106电视30008架空线10电缆200062010架空线50000.9,因此在配电所进行无功补偿后的功率因数应略高于0.9,这里取cos9=0.92。要使功率因数由0.589提高到0.92,需要装设的补偿装置容量为QC2349(tanarccos0.589tan

6、arccos0.92)kvar2222.15kvar取Qc=2400kvar这就是配电所母线上所需补偿装置的容量。三、补偿装置选择常用的对无功功率因数进行提高的装置都是直接或间接并接于变配电所的母线上。下面介绍常用的三种补偿装置，如表2.3所示表2.3三种补偿装置的比较补偿装置名称工作原理优点缺点同步调相机和同步电动机在空载运行条件下过励磁时运行的情况一样，将会提高系统的电压4。可以根据实际情况改变无功功率，实现电压的调节。遇到系统故障，系统的电压不仅能调整，而且系统的稳定性将会提高运行维护复杂，有功功率损耗较大，即使调相机的容量小，但每千伏安容量的资耗也比较大。静止补偿器由可倜电抗和电力电容

7、器两部分组成。电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，要调节尢功功率的大小和方向，可用电抗器和电容器进行调节4。一种动态尢功功率补偿装置，具有技术先进、调节性能、使用方便设备造价太高电力电容器在变电所母线上可接成三角形联结和星形联结，它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比4。装设容量不受限制，运行时功率损耗较小因此相比较以上三种无功补偿装置后，无功补偿装置可选用并联电容器。本次设计选用BWF10.5-100-1W型的电容器，具额定容量为100kvar,额定电压为10.5kV,额定电容为2.89uF,相数为1。由此得出电容器的个数：nQJq2400/10024cc第四节本章小结本章主要介绍了负

8、荷计算是如何定义，负荷计算是怎么样进行演算的，根据负荷计算的方法，对本工厂的设备参数进行应有的计算，并用表格的形式绘制出来。另一方面介绍了无功补偿的概念及意义，常用的进行无功补偿的装置类型，通过计算得出本次设计需要的补偿的容量和装置。第三章总配电所设计第一节配电所的位置及型式一、所址选择的一般原则尽可能靠近设备中心，有利于节约成本，避免原材料的浪费。方便进出线，主要的是架空进出线方便。尽可能接近电源侧，尤其是总降压变电所和高压配电所。方便设备的运输，更需要注意运输高低压成套配电装置。如果配电所所在地区天气较热或可能发生地震，要做好预防措施。如果配电所所在地区存有沙尘或有腐蚀性气体，做好预防工作

9、二、总体布置要求配电所的总体布置是否合理关系到工厂生产和安全的问题。如果处理不当,会降低工厂的生产效率，甚至带来巨大的危害。对总体布置有五个原则：当设备遇到故障需要进行维修时，能够方便人员操作。配电所的布置能使工厂的设备有效的运行，扩大工厂的生产能力。配电所要便于线路的布置，进出线路要方便于人员架设。尽量避免土地浪费，减少用于建筑的费用，提高工厂的效益能够满足工厂发展对电能的需求，适应社会的发展。三、配电所平面布置图L卫生间1-画压电容器柜2-七客翡放电相府压由客抬空第二节主接线方案一、主接线的设计原则及基本要求1、电气主接线的设计原则变电所在电力系统的作用非常重要，首先考虑的是该系统能否安全

10、运行，然后考虑的是建设的范围，容量的大小，电压等级等条件，最后考虑的是经济性和方便程度。2、对主接线的基本要求安全性能够达到相关的标准，保障人身安全和设备安全50可靠性满足工厂里面的设备对电能的需求，特别是对电能要求较高的设备。灵活性接线方式具有操作简单，检修方便。经济性主接线简单，费用低，成本少，节约资源。二、电气主接线的设计关于电气主接线主要有单母线分段和单母线两种60然而选择哪一种接线方式3.2是由电压高低和线路走向共同决定的。下面采用表格的形式进行对比，如表3.1所示表3.1单母线和单母线分段两种接线方式优点缺点单母线接线接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少母线发生短路，会造

11、成全部短路，如要检修，该回路必须停电单母分段接线接线简单，设备少，操作方便，减少母线故障影响范围相比较来百，要好一些根据本厂的实际情况，采用单母线分段，其接线方式如图LOKV图3.2单母线分段的接线方式该配电所有两条10kV的电路进线来作为供电电源。一条是架空线，另一条是电缆线。其中架空线路取自110/10kV变电所，位于该厂南侧1公里处。而电缆线是当作备用电源，取自附近单位的联络线，以防万一。一、产生短路电流的原因及危害1、短路的原因虽然工厂要求安全地对设备提供电能，但是出现故障就会使设备停止运行，影响工厂的生产。短路属于常见的故障，短路是指本应该有差异的导电部分经低阻相接不存在电位差。造成

12、短路的主要原因：有带电设备的绝缘工作没做好，违反规定的操作，动物对线路的破坏等。2、短路的危害在发生短路后，产生很大的短路电流会出现在电力系统中，电流过大超过设备承受的最大电流会使设备损坏，甚至发生火灾，另外短路会使系统的出现不稳定的因素。由此可见，短路后所造成的影响很严重，如果不及时消除引起短路的因素，后果可想而知。二、短路电流计算的目的及计算方法短路电流计算在于选用合适的电气设备，同时便于校验设备，以及对保护装置进行整定计算。计算短路电流的方法：有名单位制法和标幺制法,此次设计采用标幺制法网。三、短路电流计算1、计算公式标幺制法：先选定基准容量Sd和基准电压Ud基准容量基准电压(3-1)在

13、工程设计中通常取Sd=100MV-A一般取元件所在的短路计算电压，即UdUc基准电流IdSd3Ud3Uc(3-2)基准电抗电力系统的电抗标幺值电力线路的电抗标幺值XdUd,3IdUcS7(3-3)*XsSd(3-4)XwlXol2Uc(3-5)X。为导线电缆的单位长度电抗平均值（查表3.2可得）。线路结构线路电压35kV及以上610kV220/380V架空线路电缆线路0.400.120.350.080.320.066表3.2每相线路中以km为单位的电抗平均值（Q/km）求出各主要元件的电抗标幺值以后，利用其等效电路图求出其总电抗标幺值*.X。在无限大容量系统中，发生三相短路时，电流中周期性的分

14、量有效值的标(3)*k幺值网(3-6)由此可求得发生三相短路时，电路电流中周期性分量的有效值(3-7)(3) IdI*X在Ik求出以后，可得三相短路次暂态电流和稳态电流(3)II3)(3-8)求出发生三相短路时的冲击电流，第一个周期内整个短路电流的有效值Ish2.55I发生三相短路时的容量Sk3)Ish1.51I(3-9)SdX(3-10)2、Id短路电流和短路容量计算、确定基准值取基准容量Sd=100MV-A,基准电压Uc=10.5kV,基准电流Sd100MVA-5=-；=5.50kA3Uc310.5kV、在短路电路中，元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由给定数据得Soc200MVA,因此

15、3100MVA”X105200MVA架空线路的电抗标幺值根据工厂实际资料，X。*2发生短路时，电路的等效电路图如图3.3所示，图中对元件的序列号和电抗标幺值进行了标注。上1(3)、短路电路中k-1点的总电抗标幺值、每一相的电流、容量总电抗标幺值*Xw(k1)X1*X20.50.3630863三相短路电流周期分量有效值(3)1k1IdXw(k1)550kA0.8636.37kA其他三相短路电流(3)(3)Ik316.37kAiSh)2.556.37kA16.24kAI%)1.51637kA9.62A三相短路容量q(3)Sk1Sd100MVAX2(k1)0863115.87MVA表3.3短路计算表

16、短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA(3)1k”(3):(3)ish(3)1shSk-16.376.376.3716.249.621115.87第四节主要电气设备选择一、选择条件1、按工作电压选择电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN。2、按工作电流选择一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30。3、对开关类电气设备应考虑断流性能安装地点的最大三相短路电流Ik3)应不大于设备的最大开断电流Ioc。4、短路动稳定度的校验条件9断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值imax应不小于可能的最大的短路冲击电流ish,或其动稳定电流有效值Imax应不小于可能

17、的最大的短路冲击电流I/3)即imaxish；ImaxI_(3-11)电流互感器大多数给出动稳定倍数Kesimax/J2Iin其动稳定度校验条件(3-12)Kes2I1N婢式中，11N为电流互感器的额定一次电流。5、短路热稳定度的校验条件一般的电器元件的热稳定度校验条件为IttI(3-13)该式中，It为电器的热稳定电流；t为其热稳定时间；I为通过电器时三相短路的稳态电流；tma为短路发热假象时间。电流互感器大多给出热稳定倍数KtIt/Iin和热稳定时间t,其热稳定度校验条件为(Ktl1N)2tI2tima(3-14)表3.4一次设备选择校验的项目及满足的条件序号设备名称电压(kV)电流(A)

18、断流能力(kA或MVA)短路稳定度校验动稳定度热稳定度1高压断路器VVVVV2局压负荷开关VVVVV3局压隔离开关VV一VV4低压断路器VVV5低压刀开关VV一6熔断器VVV一一7电流互感器VVVVV8电压互感器V一一一9母线一V一VV10电缆VV一一V11支柱绝缘于V一一V一12套管绝缘于VV一VV选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应/、小于通过设备的计算电流设备的最大开端电流(或功率)应不小于它可能开端的最大电流(或功率)按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流校验备注，校验一不校验一般可/、校验序号设备名称校验项目校验公式符号含义动稳定imaxishim

19、ax设备的极限通过电流峰值（kA）（3）1高压断路器高压负荷开关局压隔离开关热稳定12tI2t1ttItimaish通过攻备日勺二相短路/中击流（kA）It一设备的t秒热稳定电流（kA）t设备的热稳定实验时间I三相短路稳态电流（kA,序号3、4中用A）2电流互感器动稳定KJ2Ii(3)Kes22I1Nishtma短路假想时间热稳定(KtI1N)2tI(3)2timaKes动稳定倍数动稳定a1cK-热稳定倍数3母线热稳定AAI(3)Xtima八fin1Ca1W次口人儿C母线通过i（sh时受到的最大计算应力4电缆和绝缘导线热稳定AAI25m八fin1CA导体的截面Amin导体满足热稳定的最小截面C

20、导体的短路热稳定系数5支柱绝缘于动稳定(3)Fa1Fcc动稳定FF(3)Fa1FFa1绝缘子的最大允许载荷，6套管绝缘子热稳定12tI(3)2ttItima为抗弯破坏载荷的60%Fis；）通过时产生的最大作用力二、电气设备选择校验1、10kV侧的短路计算值：I(3)Ilk3)6.37kA,：)16.24kA,I%)9.62kAI30S3。/3Un3988.58/(-310)230.28A表3.610kV侧电气设备选择校验项目额定电压额定电流额走开断电流动稳定度热稳定度装置地点条件参爹U/kVI30/AIk/kAIsh/kAI2t数据10230.286.3716.2481.15局压隔离开关GN

21、810T/40010400401425980高压断路器SN10-10/6301063016402-1641024电压互感器JDZ-1010-电流互感器LQJ-1010400/5-160近0.4=90.5(750.4)21=900高压熔断器RN2-10100.550-避雷器FS4-1010-根据所算的值，选择合适的电气设备并进行校验，如表3.6所小。根据上表校验，10kV所选设备均满足要求。2、高压开关柜选择04用途受电、馈电额定电流(A6304000主回路元器件隔离开关GN8-10电流互感器LQJ10熔断器R2-10电压互感器JDZ-10图3.4GG-1A(J)开关柜接线图第五节配电所进出线的

22、选择一、概述导线和电缆截面的正确选择是保障供电系统合理安全运行的基础，也是节约成本的前提，所以进行选择时要考虑以下条件：1、发热条件当线路中的电流是最大容量设备产生的时候，导线和电缆（包括母线）的温度，应限制在允许的温度范围之内。2、电压损耗条件当线路中的电流是最大容量设备产生的时候，导线和电缆上损失的电压，应限制在允许的损失电压范围之内。在工厂内较短的高压线路的情况下，电压损耗校验没得必要。二、10kV架空线的选择I302349.3UNcos.3100.9150.69A根据实LJ）。 在本次设计中，配电所的电压为10kV,所需线路的距离较短,际情况选择导线截面考虑发热条件。架空线路一般情况下

23、采用铝绞线（35Co查表LJ-120允许载037Q/km,线路长1knj)根据工厂具体实际情况，最热月平均最高温度为流量*=335A130=150.69AI30=150.69A,因此满足发热条件。四、10kV母线的选择1、选择母线时需要校验动稳定和热稳定(3-15)(3-16)140MPa材质是硬铝为动稳定a1c热稳定AAminI.tima/Cal一母线所能承受的最大硬力，材质是硬铜的为70MPac一母线通过iSh时受到的最大计算应力。A导体的截面。Amin一导体在热稳定条件下的最小截面。I(3)一三相短路冲击电流。tima一短路假想时间timatk0.05tktoptoc(3-17)式中tk

24、为实际短路时间，top为短路保护装置实际动作时间，toc为断路器的断路时间，对一般油断路器取0.2scM/Wc(3-18)式中M为母线在i界通过时产生的最大弯矩(Nm),W为母线的截面系数当母线档数为12,MFl/8(3-19)当母线档数多于2时，MF(3)l/10;Fj3iS：)2l/a107N/A2(3-20)式子(3-19),(3-20)中的l为母线的档距当母线水平放置时，Wb2h/6(3-21)式中b为母线截面宽度，h为母线截面高度。电缆的机械强度很好，不必校验其短路动稳定度10o根据10kV母线处的电流电压等初选母线型号为LMY3(40乂4)Ia1=480AI30=230.28A符合

25、要求。(1)、母线热稳定校验AminIt6.371032107563.4mm2c=21MP由此可见该母线满足短路动稳定度的要求。五、配电所曲线的选择1、选择材料在选择采用哪一种材料来作为电缆缆芯，考虑节约资源，采用铝芯电缆。经查阅资料进行比较，本厂选用聚乙烯绝缘电缆11(交联型)来作为10kV电缆的材料。2、选择经济截面I30P302349150.69A.3Uncos.31009通过资料可知在一年之中，本厂有功负荷最长的利用时间为5000小时，所以通过查表可以得:经济电流密度故经济截面Aec选标准截面952jec1.73A/mm。I30150.692287.1mmjec1.73A/mm2ecm

26、m即选用YJV-95型交联聚乙烯绝缘电缆。3、校验发热条件查表得YJV-95允许载流量(取本地区土壤中最热月平均温度200C)Ia1=266AI3o=150.69A,因此满足发热条件。第六节主要设备继电装置的整定及保护一、概述按照国家的相关规定12:如果线路传输的电压是366kV,应进行相与相之间的短路保护，每一相接地的保护，负荷过载的保护。线路的相与相之间的短路保护，选用时间可以限制的过电流保护以及立即反应的电流速断保护。如果过电流保护的动作时间限制小于等于O50.75s时，不必装设电流速断保护。二、继电保护装置的接线方式1、两相两继电器式接线此接线，当发生短路时，至少有一个继电器要动作，从

27、而使断路器跳闸。为了表示此接线方式中，继电器电流Ika和电流互感器二次电流I2之间存在的关系，定义一个接线系数Kw13,defKwIka,I2(3-22)当一次电路发生任意相间短路时，Kw=1,即其保护灵敏度都相同。2、两相一继电器式接线工作时，通过电流互感器一、二次电流之差等通过继电器的电流。发生三相短路时，流入继电器的电流相当于电流互感器第二次电流的6倍,即kWJ3。由于这种方式接线对各种故障所做出的反应不同，差于前面那一种的方式。但是比前面那一种来说，少用一个继电器，因而简单又经济三、继电保护装置的操作方式直流操作电源以及交流操作电源都可以为继电保护装置提供电压。相比直流操作电源而言，交

28、流操作电源所需的成本少，便于运行，因而得到设计者的青睐。交流操作电源供电的继电保护装置分两种操作方式：1、直接动作式断路器里的跳闸线圈YR作为直动式过流继电器存在着两种接线方式。进行工作时，通过YR的电流没有达到动作电流，就不会动作，当相与相之间产生短路时，由于YR的存在，断路器QF跳闸。这种操作方式存在着一个缺点：保护灵敏度不够，因而很少应用1302、“去分流跳闸”式正常工作时，继电器中KA常闭触点的作用，会使没有电流经过跳闸线圈YR而断路器QF不会动作。当电路中，相与相之间产生短路时，电流继电器KA的闭合状态改变为断开状态，使得电流经过跳闸线圈YR引发断路器QF动作。这就是所谓“去分流跳闸

29、这种接线方式带来的好处就是操作简单，安全可靠，不过对电流继电器KA触点的能力有高的要求，受到工厂供配电系统设计者的喜欢13。四、电流速断保护1、电流速断保护的“死区”在电力系统中，有时候会出现这种情况：线路两端上所产生的电流有可能不是短路时产生的电流，这时系统的保护不会做出反应，这说明一个重要的问题：电流速断保护不可能把整个电力系统都保护好。我们把不能被保护的区域称为“死区”14。2、电流速断保护的灵敏度电流速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下，线路首端的两相短路电流IE看成最小短路电流Ik.min来计算。电流速断保护的灵敏度符合条件为SpKW1.5-2(3-23)KJm按GB500621992,Sf1.5;按JBJ61996,32。五、回路方案选择与继电保护的整定1、高压短路器的操作机构控制与信号回路短路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次重合闸。2、工厂的平均功率因数配电所安装有功电能表和无功电能表，统计工厂的功能损耗，可得出工厂的平均功率因数。3、关于备用电源线路的继电保护装置(1)、安装过电流保护(反时限)本文采用的过电流继电器：GL15型感应式，接线方式：两相两继电器式，操作方式：去分流跳闸。过电流保护动作电流的整定Ilmax21302230.28460A,Krel1.3,Kre08,K400A/5A80,ieie131因此动作电流为：10P460A