某廠KV供配電系統(tǒng)設計方案

1、某廠 10KV 供配電系統(tǒng)設計學院：電氣工程學院1目錄摘要.31 設計任務 .41.1設計題目 .41.2設計要求 .41.3設計依據(jù) .41.3.1工廠總平面圖 .41.3.2工廠負荷情況 .41.3.3供電電源情況 .52 負荷計算和無功功率補償 .52.1負荷計算 .52.2無功功率補償 .錯誤！未定義書簽。3 變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇 .93.1年耗電量的估算 .93.2變電所主變壓器臺數(shù)的選擇 .103.3變電所主變壓器容量的選擇 .103.4變電所主接線方案的選擇 .114 變電所高、低壓線路的選擇 .錯誤！未定義書簽。4.1高壓線路導線的選擇 .錯誤！未定義書簽

2、。4.2低壓線路導線的選擇 .錯誤！未定義書簽。5 電氣設備的選擇 .135.1設備的選擇與校驗原則 .135.1.1按工作電壓選擇 .135.1.2按工作電流選擇 .135.1.3按斷流能力選擇 .135.1.4隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗.145.2高壓側(cè)一次設備的選擇 .145.3低壓側(cè)一次設備的選擇 .145.4繼電保護及二次接線設計 .146 防雷與接地裝置的設置 .146.1直接防雷保護 .156.2雷電侵入波的防護 .156.3接地裝置的設計 .15結(jié)束語.16參考文獻 .162摘要：眾所周知，電能是生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)

3、換為其它形式的能量以供；電能的輸送的分配既簡單，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量， 提高產(chǎn)品質(zhì)量， 提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。若工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。當下供配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：提高供電電壓：以解決大型城市配電距離長，配電功率大的問題，這在我國城市已經(jīng)有先例。逐步淘汰等級 :因為

4、過細的電壓分級不利于電氣設備制造的發(fā)展。降低功率損耗 : 擴大異步電動機的制造容量，只是由于我國在設備上還不能全面配套而尚未推廣。供配電系統(tǒng)自動化：借助計算機技術和網(wǎng)絡通信技術，對配電網(wǎng)進行離線和在線的智能化監(jiān)控管理。做到保護、運行、管理的自動化，提高工作效率，增強供配電系統(tǒng)的可靠性。關鍵詞：電能、供配電系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動化31. 設計任務1.1設計題目：某廠10KV供配電系統(tǒng)設計 ( 以某一冶金機械廠為例 )1.2設計要求：要求有兩臺變壓器（有BZT）, 先設配電所，再到各車間降壓為 380V/220V。1.3設計依據(jù)：1.3.1工廠總平面圖：1.3.2工廠負荷情況：該廠多數(shù)車間為兩班制，年

5、最大負荷小時數(shù)為4600h，日最大負荷持續(xù)時間為 6h。該廠除鑄造車間、 電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余為三級負荷。該廠的負荷統(tǒng)計資料如下：廠房編號廠房名稱負荷類設備容量需要系數(shù)功率因數(shù) costan別（ kw）Kx1鑄造動力5200.40.71.02車間照明100.91.002鍛壓動力2400.30.651.17車間照明100.91.003金工動力3900.320.651.12車間照明100.91.004工具動力2900.350.651.33車間照明100.91.005電鍍動力4500.60.80.75車間照明100.91.006熱處理動力2600.620.820.82車間照明100.9

6、1.007裝配動力1700.40.751.02車間照明100.91.0048機修動力1000.30.71.17車間照明50.91.009鍋爐動力1150.80.81.05房照明30.91.0010倉庫動力500.40.90.75照明20.91.0011生活區(qū)照明4000.81.00.481.3.3供電電源情況：按照工廠與當?shù)毓╇姴块T登定的供電用電協(xié)議規(guī)定，本廠由附近一條 10KV 的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。從干線中取得工作電源后，送往配電所對各個車間進行電能分配。分配好的電能經(jīng)過變壓器降壓到 380V/220V，再送往各車間。2. 負荷計算和無功功率補償2.1負

7、荷計算：負荷計算的目的是：（ 1）計算變配電所內(nèi)變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。（ 2）計算流過各主要電氣設備 ( 斷路器、隔離開關、母線、熔斷器等 ) 的負荷電流，作為選擇這些設備的依據(jù)。（ 3）計算流過各條線路 ( 電源進線、高低壓配電線路等 ) 的負荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。（ 4）為電氣設計提供技術依據(jù)。采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下:計算公式：有功功率P30K xPs (kW)無功功率Q30P30 tan （ kvar）視在功率SP2Q 2(kVA)303030計算

8、電流I 30S30/(3)()U NA式中，K x為需要系數(shù)；cos為功率因數(shù)；tan為功率因數(shù)角的正切值； UN為5用電設備組的額定電壓；3 1.732 。1. 鑄造車間動力部分 :P30(11)520kW0.9468kW ；Q30(11)468kW1.02477.36k varS30(11)4682477.362668.5kVA ；I 30(11)668.5kVA1015.71 A1.7320.38kV照明部分： P30(12)10kW0.9 9kW ； Q30(11)02. 鍛壓車間動力部分 :P30(21)240kW0.372kW ；Q30(21)72kW1.1784.24k varS

9、30(21)72284.242110.82kVAI 30(21)110.82 kVA168.37 A1.7320.38kV照明部分 : P30(22) 10kW 0.99kW ； Q30(22)03. 金工車間動力部分 :P30(31)390kW0.32 124.8kW ；Q30(31)124.8kW 1.12139.78k varS30(31)124.82139.782187.38kVAI 30(31)187.38 kVA284.71A1.7320.38kV照明部分 : P30(32)10kW0.9 9kW ；Q30(32)04. 工具車間動力部分 :P30(41)290kW 0.35101

10、.5kW ；Q30(41)101.5kW 1.33135k varS30(41)101.521352168.9kVAI 30(41)168.9kVA256.62 A1.7320.38kV照明部分 : P30(42)10kW 0.9 9kW ；Q30(42)05. 電鍍車間動力部分 :P30(51)450kW0.6270kW ；Q30(51)270kW0.75202.5k var6S30(51)2702202.52337.5kVAI 30(51)337.5kVA512.79 A1.7320.38kV照明部分 : P30(52)10kW 0.9 9kW ； Q30(52)06. 熱處理車間動力部分

11、 :P30(61)260kW0.62 161.2kW ；Q30(61)161.2kW 0.82132.18k varS30(61)161.22132.18 2208.47 kVAI 30(61)208.47 kVA316.74 A1.7320.38kV照明部分 : P30(62)10kW0.9 9kW ；Q30(62)07. 裝配車間動力部分 :P30(71)170kW 0.75 127.5kW ；Q30(71)127.5kW 1.02130.05k varS30(71)127.52130.052182.12kVAI 30(71)182.12 kVA276.72 A1.7320.38kV照明部

12、分 : P30(72)10kW0.9 9kW ；Q30(72)08. 機修車間動力部分P30(81)100kW0.330kW ；Q30(81)30kW1.1735.1k varS30(81)30235.1246.17kVAI 30(81)46.17kVA70.1A1.7320.38 kV照明部分 : P30(82)5kW 0.94.5kW ；Q30(82)09. 鍋爐房動力部分 :P30(91)115kW0.892kW ；Q30(91)92kW1.0596.6k varS30(91)92296.62133.4kVAI 30(91)133.4kVA202.69 A1.7320.38kV照明部分

13、: P30(92) 3kW 0.92.7kW ；Q30(92)010. 倉庫動力部分 ：P30(101)50kW0.420kW ；Q30(101)20kW0.7515k var7S30(101)20215225kVAI 30(101)25kVA37.98 A1.7320.38kV照明部分： P30(102)2kW 0.91.8kW ； Q30(102)011. 生活區(qū)照明P30(112)4000.8kW320kWQ30(112) 0廠房名負荷設備容量需要系數(shù)工作電壓功率因數(shù)有功功率無功功率視在功率計算電流稱類別（ kw ）Kd（KV ）cos (kw)（ kvar ）（KVA ）（ A ）鑄造

14、動力5200.40.380.7468477.36668.51015.71車間照明100.90.381.090913.67鍛壓動力2400.30.380.657284.24110.82168.37車間照明100.90.381.090913.67金工動力3900.320.380.65124.8139.78187.38284.71車間照明100.90.381.090913.67工具動力2900.350.380.65101.5135168.9256.62車間照明100.90.381.090913.67電鍍動力4500.60.380.8270202.5337.5512.79車間照明100.90.381.

15、090913.67熱處理動力2600.620.380.82161.2132.18208.47316.74車間照明100.90.381.090913.67裝配動力1700.40.380.75127.5130.05182.12276.72車間照明100.90.381.090913.67機修動力1000.30.380.73035.146.1770.1車間照明50.90.381.04.504.56.84鍋爐動力1150.80.380.89296.6133.4202.69房照明30.90.381.02.702.74.1倉庫動力500.40.380.920152537.98照明20.90.381.01.8

16、01.82.73生活區(qū)照明4000.80.381.03200320486.2取全廠的同時系數(shù)為： K p0.95， K q0.97 ，則全廠的計算負荷為：1111P300.95(P30( i1)P30( i 2) )0.95 1859 kW1766.05kWi1i 111Q300.97Q30( i 1)0.971447.81k var =1404.38k vari 1S301766.0521404.3822256.37kVA；I302256.37kVA3428.3 A30.38kV82.2 無功功率補償：由以上計算可得變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為：S302256.37kV A這時低壓側(cè)的功率因

17、數(shù)為：1766.05，為使高壓側(cè)的功率因數(shù)cos ( 2)0.782256.370.90 ，則低壓側(cè)補償后的功率因數(shù)應高于0.90 ，取 cos 0.95 。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由 0.78 提高到 0.95 ，則低壓側(cè)需裝設的并聯(lián)電容器容量為：QC1404.38( tan arccos0.78tan arccos0.95)k var665.11k var取 : QC =700 k var則補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：S301766.052(1404.38 700)21901.34 kVA1901.34kVAI 3032888.87 A計算電流：0.38kV變壓器的功率損耗為：PT0.

18、01S300.01 1901.3419.01KWQT0.05S300.05 1901.3495.07KVAR高壓側(cè)的計算負荷為：P301766 .0519 .01 1785 .06 KWQ30(1404.38 700)95.07 799.45KVARS 1785 .062799.4521955 .9KVA30I 301955 .9112 .93 A310補償后的功率因數(shù)為： cos1785 .060.913 滿足（大于 0.90 ）的要求。1955 .93. 變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇3.1 年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：年有功電能消耗量：W

19、 pPT309年無功電能耗電量：WQTq30結(jié)合本廠的情況，年負荷利用小時數(shù)T 為 4600h，取年平均有功負荷系數(shù)0.72 ，年平均無功負荷系數(shù)0.78 。由此可得本廠：W0.72 1766.054kW600h5.85 106kW h年有功耗電量：pW0.78 1404.38k var4600h5.04 106kW h年無功耗電量： q3.2 變電所主變壓器臺數(shù)的選擇變壓器臺數(shù)應根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設兩臺及以上變壓器：有大量一級或二級負荷；季節(jié)性負荷變化較大；集中負荷較大。結(jié)合本廠的情況，考慮到二級重要負荷的供電安全可靠，故選擇兩臺主變壓器，且兩臺變壓器

20、帶有備用電源自動投入裝置（ BZT）。裝有備用電源自動投入裝置的主接線（內(nèi)橋）3.3 變電所主變壓器容量選擇每臺變壓器的容量SN T 應同時滿足以下兩個條件：暗備用條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足：SN T(0.6 0.7) S30明備用條件：任一臺變壓器單獨運行時，應滿足：SN TS30( I II ) ，即滿足全部一、二級負荷需求。代入數(shù)據(jù)可得：SN T =（ 0.60.7 ） 1955.9 kVA =（1173.541369.13 ） kVA 。10考慮到未來 510 年的負荷發(fā)展， 初步取 SN T =2000kVA?？紤]到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為SC9系列箱型干式變壓器

21、。型號： SC9-2000/10 ，其主要技術指標如下表所示：變壓器額定額定聯(lián) 結(jié)損耗 /kW空載短路型號容量電壓組 型電流阻抗/kV號I %U K %kV A高低空負壓壓載載SC9-2000/10200010.0.Dyn112.713.0.86543（附：參考尺寸（ mm）：長： 1670 寬： 1200 高： 1740 重量（ kg）：4500）3.4變電所主接線方案的選擇采用內(nèi)橋接線：優(yōu)點：當檢修任一回電源進線或線路斷路器時，另一線路和兩臺變壓器仍可繼續(xù)供電。當任一回線路故障時，僅斷開該故障線路，而其他回路繼續(xù)正常工作。缺點：當任一臺變壓器檢修或發(fā)生故障時，則需先斷開一回線路，經(jīng)道閘操作

22、后才能恢復供電。4. 變電所高、低壓線路的選擇為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的運行，進行導線和電纜截面時必須滿足一些條件 :（ 1）發(fā)熱條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。（ 2）電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗檢驗。（ 3）機械強度11導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需要檢驗其短路熱穩(wěn)定性。母線也應檢驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足工

23、作電壓的要求。根據(jù)設計要求和有關資料的考證，10kv 電路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，在校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因為其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。4.1高壓線路導線的選擇：10kv 高壓進線的選擇 LGJ-25, 因高壓側(cè)計算電流 I 30112 .93 A ，所選電纜的允許載流量： I 130A I 30112.93A ，滿足發(fā)熱條件。4.2低壓線路導線的選擇由于沒有設單獨的車間變電所，進入各個車間的導線接線采用TN-C-S 系統(tǒng)；從變電所到各個車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用LGJ-185 型鋼芯鋁線電纜，根據(jù)不同的車

24、間負荷采用不同的截面。其中導線和電纜的截面選擇滿足條件：1)相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即， I al I 30 ；2)中性線（ N 線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足A0 0.5A ；3) 保護線（ PE線）的截面選擇一、 A35mm2時， APE0.5A ；二、 A16mm2時， APEA三、 16mm2A35mm2時， APE 16mm24) 保護中性線（ PEN）的選擇，?。?N 線）與（ PE）的最大截面。結(jié)合計算負荷，可得到由變電所到各個車間的低壓電纜的型號為：鑄造車間： LGJ-240兩根并聯(lián)I al610 2A 1015.71A鍛壓車間： LGJ-50I ai210A

25、168.37A金工車間： LGJ-95(1)I ai330A284.71A工具車間： LGJ-95(1)I ai330A256.62A12電鍍車間： LGJ-240I al610A512.79A熱處理車間 :LGJ-120(1)I al380A316.74A裝配車間： LGJ-95(1)I ai330A276.72A機修車間： LGJ-16I al10570.1AA鍋爐房： LGJ-70I ai265A202.69A倉庫： LGJ-16I al10537.98AA生活區(qū)： LGJ-185I al515A486.20A另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導線BV型號。5. 電氣設備的

26、選擇5.1設備的選擇與校驗原則5.1.1 按工作電壓選擇：設備的額定 電壓 U N .e 一般不應小于所在系統(tǒng)的額定電壓U N ，即U N. e U N，高壓設備的額定電壓 U N .e 應不小于所在系統(tǒng)的最高電壓 U max ，即 U N .e U max ，U N 10kV ，U max 11.5kV ，高壓開關設備、熔斷器、互感器及支柱絕緣額定電壓 U N. e 12kV 。5.1.2按工作電流選擇：設備的額定電流 I N.e 不應小于所在電路的計算電流I 30 ，即 I N. e I 305.1.3按斷流能力選擇：設備的額定開斷電流 I oc或斷流容量 Soc ，對分斷短路電流的設備來

27、說，(3)(3)不應小于它可能的最大短路有效值I k 或短路容量 Soc，I oc(3)(3)即I k或 Soc I k對于分斷負荷設備電流的設備來說， 則為 I oc I OL max ，I OL max 為最大負荷電流。135.1.4 隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗:a) 動穩(wěn)定校驗條件 :i max i sh(3)(3)或 I maxI sh(3)、 I sh(3)i max 、 I max 分別為開關的極限通過電流峰值和有效值， i sh分別為開關所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。2(3)2b) 熱穩(wěn)定校驗條件 :I t tIt ima5.2 高壓側(cè)一次設備的選擇有真空

28、斷路器、高壓熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、接地開關電壓互感器等。5.3 低壓側(cè)一次設備的選擇有低壓斷路器、電流互感器、開關刀閘等。5.4 繼電保護及二次結(jié)線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行， 變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。6防雷與接地裝置的設置防雷的設備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器

29、就是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿著電路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護設備的絕緣。避雷器應與被保護設備并聯(lián)，裝在被保護設備的電源側(cè)。當線路上出現(xiàn)危及設備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥?，使過電壓對大地放電，從而保護了設備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等。146.1 直接防雷保護在變電所屋頂裝設避雷針和避雷帶， 并引進出兩根接地線與變電所公共接裝置相連。如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時，則應在變電所外面的適當位置裝設獨立避雷針，其裝設高度應使其防雷保護范圍包圍整個變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護范圍內(nèi)時，則可不另設獨立的避雷針。按規(guī)定，