【正文】 機(jī)修廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案第一章 電力工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 原始資料 本廠承擔(dān)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機(jī)、變壓器修理和制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為修理電機(jī)7500臺，總?cè)萘繛?5萬kW；制造電機(jī)總?cè)萘繛?萬kW，制造單機(jī)最大容量為5000kW；修理變壓器500臺；生產(chǎn)電氣備件為60萬件。本廠為某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要組成部分。(1)工廠總平面布置圖如下： 工廠總平面布置圖(2)工廠的生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格：本廠承擔(dān)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機(jī)、變壓器修理和制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為修理電機(jī)7500臺，總?cè)萘繛?5萬kW；制造電機(jī)總?cè)萘繛?萬kW，制造單機(jī)最大容量為5000kW；修理變壓器500臺；生產(chǎn)電氣備件為60萬件。本廠為某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要組成部分。(3)。 工廠各車間負(fù)荷情況及各車間變電所容量序號車間名稱設(shè)備容量(kW)需要系數(shù)車間變電所代號變壓器臺數(shù)1電機(jī)修造車間250512機(jī)械加工車間88613新品試制車間63414原料車間51415備件車間56216鍛造車間15017鍋爐房26918空壓站32219汽車庫53110大線圈車間335111半成品試驗(yàn)站1217112成品試驗(yàn)站2290113加壓站（10kV專供負(fù)荷）256——114設(shè)備處倉庫（10kV專供負(fù)荷）560——115成品試驗(yàn)站內(nèi)大型集中負(fù)荷3600主要為35kV高壓整流裝置，要求專線供電。(4)供電協(xié)議：，供設(shè)計(jì)部門選擇：1）從某220/35kV區(qū)域變電站提供電源。2）從某35/10kV變電所，提供10kV備用電源，此變電所距工廠南側(cè)約4km。，其供電系統(tǒng)圖。 區(qū)域變電站35kV母線短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)最大運(yùn)行方式最小運(yùn)行方式 供電系統(tǒng)圖 ：1）區(qū)域變電站35kV饋電線的過電流保護(hù)整定時(shí)間。2）在工廠35kV電源側(cè)進(jìn)行電能計(jì)量。3）。：每月基本電費(fèi)按主變壓器容量計(jì)為18元/kVA，h。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性地向供電部門交納供電貼費(fèi)：6～10kV為800元/kVA。(5)工廠負(fù)荷性質(zhì)：本廠大部分車間為一班工作制，少數(shù)車間為兩班或三班工作制，工廠的年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為2300h。鍋爐房供應(yīng)生產(chǎn)用高壓蒸汽，其停電將使鍋爐發(fā)生危險(xiǎn)。又由于工廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消防用水需廠方自備。因此鍋爐房供電要求有較高的可靠性。(6)工廠自然條件：：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38oC，年平均氣溫為23 oC，年最低氣溫為－8 oC，年最熱月平均最高氣溫為33 oC，年最熱月平均氣溫為26 oC， oC。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為20。：本廠地區(qū)海拔60m，底層以砂粘土為主，地下水位為2m。 設(shè)計(jì)任務(wù)1．高壓供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要任務(wù)是工廠內(nèi)部高壓供電等級選擇，需考慮供電的經(jīng)濟(jì)性（設(shè)備及損耗費(fèi)用）和技術(shù)要求（線路電壓損耗、以及供電電源變壓器的斷路器出線容量等）。2．總降壓變電站設(shè)計(jì)（1）主結(jié)線設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，列出技術(shù)上可能實(shí)現(xiàn)的多個(gè)方案，經(jīng)過概略分析比較，留下2～3個(gè)較優(yōu)方案，對較優(yōu)方案進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析比較，（經(jīng)濟(jì)計(jì)算分析時(shí)，設(shè)備價(jià)格、使用綜合投資指標(biāo)），確定最優(yōu)方案。（2）短路電流計(jì)算：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護(hù)的需要，確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算三相短路電流，計(jì)算結(jié)果列出匯總表。（3）主要電氣設(shè)備選擇：主要電氣設(shè)備的選擇，包括斷路器、隔離開關(guān)、互感器、導(dǎo)線截面和型號等設(shè)備的選擇及校驗(yàn)。選用設(shè)備型號、數(shù)量、匯成設(shè)備一覽表。（4）主要設(shè)備繼電保護(hù)設(shè)計(jì)：包括主變壓器、線路等元件的保護(hù)方式選擇和整定計(jì)算。（5）配電裝置設(shè)計(jì)：包括配電裝置布置型式的選擇、設(shè)備布置圖。（6）防雷、接地設(shè)計(jì)：包括直擊雷保護(hù)、進(jìn)行波保護(hù)和接地網(wǎng)設(shè)計(jì)。3．車間變電所設(shè)計(jì)根據(jù)車間負(fù)荷情況，選擇車間變壓器的型號。4． 廠區(qū)10KV配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)所給資料，列出配電系統(tǒng)結(jié)線方案，經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算和分析比較，確定最優(yōu)方案。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟 全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。 全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。 參考電源進(jìn)線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。 根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟(jì)，安裝容易維修方便。 根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細(xì)表以及工程預(yù)算書表達(dá)設(shè)計(jì)成果。、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算 工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。 按負(fù)荷計(jì)算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計(jì)算求出達(dá)到供電部門要求數(shù)值所需補(bǔ)償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需 移相 電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機(jī)還可以采用控制電機(jī)勵(lì)磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。、低壓側(cè)設(shè)備選擇 參照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗(yàn)。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達(dá)設(shè)計(jì)成果。 為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護(hù)裝置。并對保護(hù)裝置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)其靈敏系數(shù)。設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)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(dá)設(shè)計(jì)成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回路的保護(hù)屏和控制屏屏面布置圖。 參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計(jì)防雷裝置。進(jìn)行防直擊的避雷針保護(hù)范圍計(jì)算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計(jì)算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進(jìn)行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗(yàn)以及沖擊接地 電阻計(jì)算?？偨祲鹤冸娝?、配電裝置總體布置設(shè)計(jì)綜合前述設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，參照國家有關(guān)規(guī)程規(guī)定，進(jìn)行內(nèi)外的變、配電裝置的總體布置和施工設(shè)計(jì)。第二章 負(fù)荷計(jì)算 負(fù)荷計(jì)算的目的和意義 負(fù)荷計(jì)算是根據(jù)已知工廠的用電設(shè)備安裝容量來確定預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷。它是按發(fā)熱條件選擇工廠電力系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面、變壓器容量、開關(guān)電器及互感器等的額定參數(shù)的依據(jù)，所以非常重要。如估算過高，將增加供電設(shè)備的容量，使工廠電網(wǎng)復(fù)雜，浪費(fèi)有色金屬，增加初投資和運(yùn)行管理工作量。特別是由于工廠企業(yè)是國家電力的主要用戶，以不合理的工廠電力需要量作為基礎(chǔ)的國家電力系統(tǒng)的建設(shè)，將給整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來很大的危害。但是如果估算過低，又會使工廠投入生產(chǎn)后，供電系統(tǒng)的線路及電器設(shè)備由于承擔(dān)不了實(shí)際負(fù)荷電流而過熱，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供電系統(tǒng)的正常可靠運(yùn)行。 （1） 計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用30分鐘的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。 （2） 尖峰電流指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1秒左右的最大負(fù)荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計(jì)算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護(hù)元件等的依據(jù)。在校驗(yàn)瞬動元件時(shí)，還應(yīng)考慮啟動電流的非周期分量。 （3） 平均負(fù)荷為一段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時(shí)間之比。常選用最大負(fù)荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個(gè)班）的平均負(fù)荷，有時(shí)也計(jì)算年平均負(fù)荷。平均負(fù)荷用來計(jì)算最大負(fù)荷和電能消耗量。 各車間負(fù)荷計(jì)算①計(jì)算各車間負(fù)荷：按需要系數(shù)法公式,，計(jì)算各車間的有功計(jì)算負(fù)荷，無功計(jì)算負(fù)荷，視在計(jì)算負(fù)荷。②計(jì)算總的負(fù)荷：由公式，計(jì)算總的有功計(jì)算負(fù)荷，無功計(jì)算負(fù)荷，視在計(jì)算負(fù)荷。： 計(jì)算負(fù)荷匯總表序號車間名稱計(jì)算負(fù)荷車間變電所代號變壓器臺數(shù)(KW)(Kvar)(KVA)1電機(jī)修造車間12機(jī)械加工車間13新品試制車間14原料車間15備件車間16鍛造車間3617鍋爐房18空壓站19汽車庫110大線圈車間111半成品試驗(yàn)站112成品試驗(yàn)站113加壓站（10kV專供負(fù)荷）——114設(shè)備處倉庫（10kV專供負(fù)荷）336——115成品試驗(yàn)站內(nèi)大型集中負(fù)荷28802304主要為35kV高壓整流裝置，要求專線供電。 工廠電力負(fù)荷計(jì)算工廠中由于有大量的感應(yīng)電動機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等感性負(fù)載，還有感性的電力變壓器，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的功率因數(shù)要求，則需要增設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置。這將使系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗相應(yīng)降低，既節(jié)約電能又提高電壓質(zhì)量，而且可選較小容量的供電設(shè)備和導(dǎo)線電纜，因此提高功率因數(shù)對供電系統(tǒng)大有好處。（1）全車間變電所低壓母線上計(jì)算負(fù)荷，取可得（2） 因?yàn)橛凶儔浩鞯墓β蕮p耗，所以:（3）全車間高壓母線上計(jì)算負(fù)荷 Pm和Qm分別為車間10KV用電設(shè)備的有功計(jì)算負(fù)荷和無功計(jì)算負(fù)荷， 無功補(bǔ)償 ，并且提高功率因數(shù)可減少電費(fèi)，所以選擇利用電容器并聯(lián)在10KV側(cè)進(jìn)行功率補(bǔ)償。功率因數(shù)為， 可得主降壓變電器低壓側(cè)功率因數(shù):，，又因電容器為單相電容器，所以n應(yīng)為3的倍數(shù)，取n=18,所以帶入可得檢驗(yàn)高壓側(cè)：功率因數(shù)，滿足要求。全廠總計(jì)算負(fù)荷:第三章 高壓供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 高壓供電方案的要求 工廠的供電方案主要依據(jù)工廠的用電要求、用電性質(zhì)、現(xiàn)場調(diào)查的信息以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況來確定。其主要內(nèi)容包括供電電源位置、出線方式、供電線路敷設(shè)、供電回路數(shù)、走徑、跨越、工廠進(jìn)線方式、工廠受（送）電裝置容量、主接線、繼電保護(hù)方式、電能計(jì)量方式、運(yùn)行方式、調(diào)度通信等內(nèi)容。 高壓供電方案的準(zhǔn)則 （1)應(yīng)能滿足供用電安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行靈活、管理方便的要求，并留有發(fā)展余度。 （2)符合電網(wǎng)建設(shè)、改造和發(fā)展規(guī)劃的要求；滿足工廠近期、遠(yuǎn)期對電力的需求，具有最佳的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 （3)具有滿足工廠需求的供電可靠性及合格的電能質(zhì)量。 （4)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，以及技術(shù)裝備先進(jìn)要求，并應(yīng)對多種供電方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定最佳方案。 機(jī)修廠的用電情況 當(dāng)?shù)毓╇姴块T可提供兩個(gè)供電電源，供設(shè)計(jì)部門選擇： （1)從某220/35kV區(qū)域變電站提供電源。 （2)從某35/10kV變電所，提供10kV備用電源，此變電所距工廠南側(cè)約4km。 高壓供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要以安全、可靠運(yùn)行為原則，同時(shí)兼顧運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。因此，主接線的正確、合理設(shè)計(jì)，必須綜合處理各個(gè)方面的因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證比較后方可確定。本變電所原始資料有兩路電源可供選擇。其一從某220/35kV區(qū)域變電站提供電源。其二從某35/10kV變電所，提供10kV備用電源，此變電所距工廠南側(cè)約4km。，其停電將使鍋爐發(fā)生危險(xiǎn)。又由于工廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消防用水需廠方自備。因此鍋爐房供電要求有較高的可靠性。Ⅰ級負(fù)荷。由于一級負(fù)荷屬重要負(fù)荷，如果中斷供電造成的后果十分嚴(yán)