工厂供配电专业系统设计.doc
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1、工厂供配电系统设计1高压供电线路设计1.1配电室选址一、配电所设计规定:1、供电可靠,技术先进,保障人身安全,经济合理,维修以便。2、依照工程特点,规模和发展规划,以近期为主,恰当考虑发展,对的解决近期建设和原期发展关系,进行远近结合。3、结合负荷性质,用电容量,工程特点,所址环境,地区供电条件和节约电能等因素,并征求建设单位意见,综合考虑,合理拟定设计方案。4、变配电所采用设备和元件,应符合国家或行业产品技术原则,并优先选用技术先进,经济合用和节能成套设备及定型产品。5、地震基本强度为7度及以上地区,变配电所设计和电气设备安装应采用必要抗震办法。二、变配电所选址:变配电所地址选取应依照下列规
2、定综合考虑拟定:1、接近负荷中心;2、接近电源侧;3、进出线以便;4、运送设备以便;5、不应设在有激烈震动或高温地方;6、不适当设在多尘或有腐蚀性气体场合;7、不应设在厕所,浴室或其她经常积水场合正下方,也不适当与上述场合相贴邻;8、不应设在地势低洼和也许积水场合;9、不应设在有爆炸危险区域里;10、不适当设在有火灾危险区域正上方或正下方。1.2负荷级别划分一、符合下列状况之一时,应为一级负荷:1、中断供电将导致人身伤亡时。2、中断供电将在政治、经济上导致重大损失时。例如:重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产产品大量报废、国民经济中重点公司持续生产过程被打乱需要长时间才干恢复等。3、中断
3、供电将影响有重大政治、经济意义用电单位正常工作。例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经惯用于国际活动大量人员集中公共场合等用电单位中重要电力负荷。在一级负荷中,当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等状况负荷,以及特别重要场合不容许中断供电负荷,应视为特别重要负荷。二、符合下列状况之一时,应为二级负荷:1、中断供电将在政治、经济上导致较大损失时。例如:重要设备损坏、大量产品报废、持续生产过程被打乱需较长时间才干恢复、重点公司大量减产等。2、中断供电将影响重要用电单位正常工作。例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中重要电力负荷,以及中断供电将导致大型影剧院、大型商场等较多人员集中重
4、要公共场合秩序混乱。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。依照工厂生产特性,并考虑中断供电对其所产生影响状况,故将本厂用电负荷划分为二级负荷。1.3对接线方案选取一、主接线方案设计原则与规定变电所主接线,应依照变电所在供电系统中地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件拟定,并应满足安全、可靠、灵活和经济等规定。1、安全 应符合关于国标和技术规范规定,能充分保证人身和设备安全。2、可靠 应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性规定。3、灵活 应能必要各种运营方式,便于切换操作和检修,且适应负荷发展。(4、经济 在满足上述规定前提下,尽量使主接线简朴,投资少,运营费用低,并节约电能和有色
5、金属消耗量。二、常用主接线方案1、只装有一台主变压器变电所主接线方案只装有一台主变压器变电所,其高压侧普通采用无母线接线,依照高压侧采用开关电器不同,有三种比较典型主接线方案:(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器主接线方案;(2)高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器主接线方案;(3)高压侧采用隔离开关-断路器主接线方案。2、装有两台主变压器变电所主接线方案装有两台主变压器变电所典型主接线方案有:(1)高压无母线、低压单母线分段主接线方案;(2)高压采用单母线、低压单母线分段主接线方案;(3)高低压侧均为单母线分段主接线方案。三、主接线方案拟定1、10kV侧主接线方案拟定
6、由工厂负荷计算表(见附录三)可知,高压侧进线有一条10kV公用电源干线,为满足工厂二级负荷规定,又采用与附近单位连接高压联系线方式获得备用电源,因而,变电所高压侧有两条电源进线,一条工作,一条备用,同步为保证供电可靠性和对扩建适应性因此10kV侧可采用单母线或单母线分段方案。2、380V侧主接线方案拟定由原始资料可知,工厂用电部门较多,为保证供电可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线方案,对电能进行汇集,使每一种用电部门都可以以便地获得电能。3、方案拟定依照前面章节计算,若主变采用一台S11型变压器时,总进线为两路。为提高供电系统可靠性,高压侧采用单母线分段形式,低压侧采用单母线形式,其系
7、统图见图1。若主变采用两台S11型变压器时,总进线为两路,为提高供电系统可靠性,高压侧采用单母线分段形式,两台变压器在正常状况下分裂运营,当其中任意一台浮现故障时另一台作为备用,当总进线中任一回路浮现故障时两台变压器并列运营。低压侧采用也单母线分段形式,其系统图见图2。图1 采用一台主变时系统图图2 采用两台主变时系统图比较项目装设一台主变方案装设两台主变方案技术指标供电安全性满足规定满足规定供电可靠性基本满足规定满足规定供电质量由于一台主变,电压损耗略大由于两台主变并列,电压损耗略小灵活以便性只有一台主变,灵活性不好由于有两台主变,灵活性较好扩建适应性差某些更好经济指标电力变压器综合投资额按
8、单台22.598万元计,综合投资为222.598=45.196万元按单台15.217万元计,综合投资为415.217=60.868万元高压开关柜(含计量柜)综合投资额按每台4.2万元计,综合投资约为51.54.2=31.5万元6台GG-1A(F)型柜综合投资约为61.54.2=37.8万元电力变压器和高压开关柜年运营费主变和高压开关柜折旧和维修管理费约7万元主变和高压开关柜折旧和维修管理费约10万元交供电部门一次性供电贴费按800元/kVA计,贴费为16000.08万元=128万元贴费为210000.08=160万元表1上表1是两种主接线方案比较,从上表可以看出,按技术指标,装设两台主变主接线
9、方案优于装设一台主变方案。从经济指标来看,装设一台主变方案优于装设两台主变方案。由于集中负荷较大,已经大1250kVA,低压侧出线回路数较多,且有一定量二级负荷,考虑此后增容扩建适应性,从技术指标考虑,采用于装设两台主变方案。1.4配电柜选取对于配电柜选取选取,应满足下列规定:一、高压开关柜构造应保证工作人员安全和便于运营、维护、检查、检修和实验。二、高压开关柜构造应有足够机械强度,以保证在操作一次设备时,二次设备不会产生永久性变形和影响性能弹性变形。三、开关柜内必要有工作位置、实验位置、以保证手车处在以上位置时,不能随意移动。四、开关柜内手车推动与拉出应灵活以便,不产生冲击力,相似规格手车应
10、具备互换性。五、沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用接地导体。六、“五防”联锁规定:断路器手车只能在实验或工作位置时,断路器才干进行合、分阐操作。当接地开关处在分闸状态时,手车才干从实验或断开位置移到工作位置。手车处在工作位置时,接地开关操作轴被锁定,接地开关不能合闸。当断路器处在合闸状态时,丝杆被锁定,不能移动手车。只有当接地开关合上,电缆室门才干打开检修电缆。断路器在工作位置,二次插头不能拨下。七、二次回路导线应有足够截面,从而不致影响互感器精确度,应使用铜导线,其截面电流回路采用不不大于2.5mm、电压回路不不大于1.5 mm.八、开关柜电缆室门规定做成带绞链,并与断路器联锁,满足五防
11、功能。九、电流互感器安装规定便于拆装和做实验。十、高压开关柜构造必要是中置式开关柜,断路器室下部必要是一种独立小室,中间加隔板完全分开。对于原有系统,采用是固定式开关柜,柜内继电保护重要是电磁式继电器,操作复杂,稳定性差,制约生产因素多,属于落后产品,且防护级别已经达不到既有规定,不能满足既有生产需要。综合比较既有各种配电柜,研究其各自特点,最后采用了KYN系列开关柜,此柜采用中置式构造,节约了断路器室约50%空间,更有助于电缆安装,且技术含量高,容量大,构造设计合理,牢固,外型美观,安全可靠,防护级别高,维修量小等特点,还可以与微机接口,实现配电站自动化。2无功补偿工厂供配电系统中,功率因数
12、高低是衡量一种工厂电能质量重要指标,功率因数偏低就意味着系统中无功电源局限性,会导致系统电压减少而导致电能损耗增长,用电效率减少,限制了供电线路送电能力。供电部门普通规定工厂月平均功率因素达到0.9以上,当公司自然总平均功率因数较低,单靠提高用电设备自然功率达不到规定期,应采用必要无功功率补偿设备进一步提高工厂功率因数。本工厂中,采用电力电容器进行无功功率补偿。补偿方式有两类:一、高压集中补偿高压集中补偿是将并联电容器集中装设在高压配电所高压母线上,这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上无功功率,而高压母线背面无功功率得不到补偿,这种补偿方式只适合于大中型公司。二、低压集中补偿低压集中补偿
13、将并联电容器装设在变电所低压母线上,普通负荷较集中小型公司用此补偿方式比较经济。并联电容器量拟定如下公式所示: (1) 公式中:-总平均最大功率kW;-最大使用时平均功率因数;,-目的功率因数,取0.970.98。三、低压分散补偿低压分散补偿是将并联电容器分散地装设在各个用电负荷附近。这种补偿范畴大,不但能减少高压线路上无功功率同步也减少了低压线路中无功功率,减少了电气设备容量和各导线截面,减少了电能损耗。这种方式用在负荷比较分散,补偿容量小公司比较适当。补偿容量计算如下公式所示: (2)公式中:-补偿前公司自然平均功率角正切值;-补偿后公司功率因数角正切值;-年平均有功负荷系数,普通取0.7
14、0.75;-无功功率补偿率,kvar/kW 。依照实际状况,考虑到本工厂负荷多为高压供电,故采用高压集中补偿方式进行补偿。由于本厂配备用电设备大多属于电动机,故需要补偿容量比较小,采用是电容器自动投补方式。 3高压侧短路电流,短路容量拟定进行短路电流计算,一方面要绘制计算电路图。在计算电路图上,将短路计算所考虑各元件额定参数都表达出来,并将各元件依次编号,然后拟定短路计算点。短路计算点要选取得使需要进行短路校验电气元件有最大也许短路电流通过。接着,按所选取短路计算点绘出等效电路图,并计算出电路中各重要元件阻抗。在等效电路图上,只需将被计算短路电流所流经某些重要元件表达出来,并标明其序号和阻抗值
15、,然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说,由于将电力系统当作无限大容量电源,并且短路电路也比较简朴,因而普通只需采用阻抗串、并联办法即可将电路化简,求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算办法,惯用有欧姆法(又称有名单位制法,因其短路计算中阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名)和标幺制法(又称相对单位制法,因其短路计算中关于物理量采用标幺值即相对单位而得名)。本设计采用标幺制法计算一、标幺制法计算环节和办法1、绘计算电路图,选取短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入因此电路元件额定参数都表达出来,并将各个元件依次编号。2、设定基准容量和基准电压,计算短路点基准电流。普通设
16、S=100MVA,设U=U(短路计算电压)。短路基准电流按下式计算: (3)3、计算短路回路中各重要元件阻抗标幺值。普通只计算电抗。电力系统电抗标幺值 (4)式中:S电力系统出口断路器断流容量(单位为MVA)。电力线路电抗标幺值 (5)式中 U线路所在电网短路计算电压(单位为kV)。电力变压器电抗标幺值 (6)式中:U%变压器短路电压(阻抗电压)百分值; S变压器额定容量(单位为kVA,计算时化为与S同单位)。4、绘短路回路等效电路,并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时,无论有几种短路计算点,其短路等效电路只有一种。5、计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流:三相短路电流周期分量、
17、短路次暂态短路电流、短路稳态电流、短路冲击电流及短路后第一种周期短路全电流有效值(又称短路冲击电流有效值)。 (7)在无限大容量系统中,存在下列关系:= (8)高压电路短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:=2.55 (9)=1.51 (10)低压电路短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:=1.84 (11)=1.09 (12)6、计算短路容量 (3-13) 图3 并列运营时短路计算电路二、两台变压器并列运营计算(由以上公式进行计算,计算过程此处略)三、两台变压器分裂运营计算(由以上公式进行计算,计算过程此处略)四、短路电流计算成果短路电流计算成果见表1、表2:表1 并列运营时短路电流
18、计算成果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAK11.961.961.965.02.9635.7K219.719.719.736.2521.4717K319.719.719.736.2521.4717表2 并列运营时短路电流计算成果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAK11.961.961.965.02.9635.7K225.825.825.852.531.119.8比较变压器并列和分裂运营两种状况下短路计算,可得出分裂运营时低压侧短路电流较并列运营时有明显减小,因而,为减少短路电流水平,所设计变电站普通状况下应分裂运营。4设备选取与校验供配电系统中导线及电气设备涉及电力
19、变压器,高低压开关电器,互感器等,均需要根据正常工作条件,环境条件及安装条件进行选取,某些设备还需要根据故障状况进行短路电流动稳定度,热稳定度校验,在保障供配电系统安全可靠工作前提下,力求做到运营维护以便,技术先进,投资经济合理。供配电系统中电气设备按正常工作条件进行选取,就是要考虑电气设备装设环境条件和电气规定:环境条件是指电气设备所处位置(户内或户外),环境温度,海拔高度以及有无防尘,防腐,防火,防爆等规定;电气规定是指电气设备对电压,电流,频率等方面规定;对开关电器及保护用设备,如开关,熔断器等,还应考虑其断流能力。电气设备短路状况进行校验,就是要按最大也许短路故障(普通为三相短路故障)
20、时动,热稳定度进行校验。但熔断器和有熔断保护电器和导体(如电压互感器等),以及架空线路,普通不必考虑动稳定度,热稳定度校验,对电缆,也不必进行动稳定度校验。在供配电系统中尽管各种电气设备作用不同样,但选取规定和条件有诸多是相似。为保证设备安全,可靠运营,各种设备均应按正常工作条件下额定电压和额定电流选取,并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。4.1 一次设备选取与校验条件为了保证一次设备安全可靠地运营,必要按下列条件选取和校验:一、按正常工作条件,涉及电压、电流、频率、开断电流等选取。二、按短路条件,涉及动稳定和热稳定来校验。三、考虑电气设备运营环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐
21、、防火、防爆等规定。4.2 按正常工作条件选取一、按工作电压选取 设备额定电压不应不大于所在线路额定电压,即 (14)二、按工作电流选取设备额定电流不应不大于所在电路计算电流,即 (15)三、按断流能力选取设备额定开断电流I或断流容量S不应不大于设备分断瞬间短路电流有效值I或短路容量S,即 (16)或 (17) 4.3 按短路条件校验短路条件校验,就是校验电器和导体在短路时动稳定和热稳定。一、隔离开关、负荷开关和断路器短路稳定度校验1、动稳定校验条件 (18) 或 (19) 式中:、开关极限通过电流(动稳定电流)峰值和有效值(单位为kA);、开关所在处三相短路冲击电流瞬时值和有效值(单位为kA
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