工厂供配电系统设计方案书.docx

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工厂供配电系统设计方案书

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摘要

工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。

工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。

其基本内容有以下几方面：

进线电压的选择,变配电所位置的电气设计,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设计等.

目录

第一章绪论...................................

（1）

第二章工厂进线电压的选择...........................

（2）

2.1电压损耗的条件....................................

（2）

2.2机械厂设计基础资料................................

（2）

2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择..................（3）

2.4方案初定及经济技术指标的分析.......................（4）

第三章变配电所位置的电气设计..................（7）

3.1变配电所所址选择的一般原则.........................（7）

3.2结合方案要求设计位置图.............................（7）

第四章短路电流的计算及继电保护................（8）

4.1短路电流的计算.....................................（8）

4.2继电器保护的整定..........................（11）

第五章电气设备的选择..........................（12）

第六章车间变电所位置和变压器数量、容量的选择...（13）

第七章防雷.....................................（14）

7.1防雷设备.......................................（14）

7.2防雷措施......................................（14）

第八章接地..............................（15）

致谢（16）

参考文献（16）

附图143

第一章绪论

工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电.

电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。

电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

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。

在企业工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：

（1）安全：

在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

（2）可靠：

应满足电能用户对供电可靠性的要求。

（3）优质：

应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4）经济：

供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。

为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。

目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。

工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。

工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。

作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要

第二章工厂进线电压的选择

2.1电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。

即设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%。

对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按工厂设计的基础资料来选择或校验。

电压损耗：

电压损耗△UAC%=P（Rol）+Q（Xol）／10UN2

式中，△UAC%——线路实际的电压损耗；

P、Q——干线上总的有功负荷和无功负荷；

l——线路的长度；

Ro、Xo——线路单位长度的电阻和电抗；

UN——线路的额定电压。

对于架空线路可取Xo=0.4Ω/km.

2.2机械厂设计基础资料

机械厂东北方向6KM处有一地区降压变电所，用一台110/35/10KV，1*25MV.A的变压器作为工厂主电源，允许用35KV或10KV的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

此处正北方向有其他工厂引入10KV电缆作为备用电源，平时不准投入，只有在该厂的主供电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000KV.A。

35KV侧系统的最大三相短路容量为1000MV.A，最小三相短路容量为500MV.A。

供电部门对功率因数的要求：

当以35KV供电时，cosφ=0.9;当以10KV供电时，cosφ=0.95。

表1

配

电计量点名称

设备台数n

设备容量nP

计算有功功率Pis

计算无功功率Qjs

计算视功功率Sojs

计算电流Iis

功率因数cosφ

tanφ

平均有功功率Ppj

平均无功功率Qpj

有功功率损耗△Pb

无功功率损耗△Qb

变压器容量Seb

一车间

70

1419

470

183

506

770

0.93

0.39

345

138

10

50

630

二车间

177

2223

612

416

744

1130

0.82

0.68

512

348

15

74

800

三车间

194

2511

735

487

896

1360

0.82

0.67

628

420

18

89.6

1000

锻工车间

37

1755

920

276

957

1452

0.96

0.3

632

190

19

96

1000

机修车间

81

1289

496

129

510

775

0.92

0.26

400

104

10

51

630

空压

锅炉煤气

45

1266

854

168

872

1374

0.98

0.5

633

125

17

87

1000

全厂总负荷

604

10463

4087

1659

4485

6811

—

—

3159

1325

89

447.6

5000

配电计量点名称设备台数n设备容量nP计算有功功率Pis计算无功功率Qjs计算视功功率Sojs计算电流Iis功率因数cosφtanφ平均有功功率Ppj平均无功功率Qpj有功功率损耗△Pb无功功率损耗△Qb变压器容量Seb

2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择

①铝绞线（LJ）。

户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10KV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。

②钢芯铝绞线（LGJ）。

此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。

由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线部分的面积。

在机械强度要求较高的场所和35KV及以上的架空线路上多被选用。

③铜绞线（TJ）。

铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。

2.4方案初定及经济技术指标的分析

目前机械厂东北方向6KM处有一地区降压变电所，用一台110/35/10KV、1*25MV.A的变压器作为工厂主电源，允许用35KV或10KV的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

根据本厂所能取得的电源及本厂用电的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，综合上述资料进行考虑分析两方案如下：

方案一：

采用35kv电压供电的特点

1、供电电压较高，线路的功率损耗较小，年运行费用较低；

2、电压损失小，调压问题容易解决；

3、对cosφ的要求较低，可以减少高功率因数补偿设备的投资；

4、需要建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；

5、根据运行统计数据，35kv架空线路的故障率比10kv架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；

6、有利于工厂进一步扩展。

方案二：

采用10kv电压供电的特点

1、不需投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；

2、工厂内不装设主高压器，可简化接线，便于运行操作；

3、减轻维护工作量，减少管理人员；

4、供电电压较35kv低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；

5、要求的cosφ值高，要增加补偿设备的投资；

6、线路的故障率比35kv的高，即供电可靠性不如35kv.

方案一：

正常运行时以35kv单回路架空线路供电，由邻厂10kv电缆线路作为备用电源。

根据设计基础资料全厂计算负荷情况，S30=4485kv•A，且只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kv•A的变压器，型号为SJL1-5000/35型，电压为35/10kv,查产品样本，其有关技术参数为：

△P0=6.9kw,△Pk=45kw,Uk%=7,I0%=1.1。

变压器的功率损耗：

有功功率损耗△PT≈△P0+△Pk（S30/SN）2=6.9+45*（4485/5000）2=43.1kw

无功功率损耗△QT≈△Q0+△QN（S30/SN）2=SN[I0%/100+UK%/100*（S30/SN）2]

=5000*[1.1/100+7/100*（4485/5000）2]=336.6kvar

35kv线路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和.

P’30=P30+△PT=4087+43.1=4130.1kw

Q’30=Q30+△QT=1659+336.6=1995.6kvar

S’30=P’30+Q’30=4130.1+1995.6=6125.7kvar

cosφ’=P’30/Q’30=4130.1/6125.7=0.67

I’30=S’30/UN=6125.7/*35=101.05A考虑到本厂负荷的增长是逐渐的,为了节约有色金属消耗量,按允许发热条件选择导线截面,而未采用经济电流密度选择导线截面.查有关手册或产品样本,选择钢芯铝铰线LGJ-70,其允许电流为275A>I’30=101.05A满足要求.该导线单位长度电阻R0=0.46Ω/km,单位长度电抗X0=0.365Ω/km.

35kv线路电压损失为（线路长度l=6km）:

△U=（P30lR0+Q30LX0）/UN=（4087*6*0.46+1659*6*0.365）/35=426.1V

△△UAC%=（P30lR0+Q30LX0）/10UN2=426.1/352=0.34%〈5%符合要求。

查相关设计手册,经过计算,35kv供电的投资费用Z1见表2,年运行费用F1见表3。

一车间7014194701835067700.930.393451381050630

二车间177222361241674411300.820.685123481574800

三车间194251173548789613600.820.676284201889.61000

锻工车间37175592027695714520.960.363219019961000

机修车间8112894961295107750.920.264001041051630

空压锅炉煤气45126685416887213740.980.563312517871000

全厂总负荷604104634087165944856811——3159132589447.65000

2.3工厂常用架空线路裸导线型号及选择

①铝绞线（LJ）。

户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10KV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。

②钢芯铝绞线（LGJ）。

此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。

由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线部分的面积。

在机械强度要求较高的场所和35KV及以上的架空线路上多被选用。

③铜绞线（TJ）。

铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。

2.4方案初定及经济技术指标的分析

目前机械厂东北方向6KM处有一地区降压变电所，用一台110/35/10KV、1*25MV.A的变压器作为工厂主电源，允许用35KV或10KV的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

根据本厂所能取得的电源及本厂用电的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，综合上述资料进行考虑分析两方案如下：

方案一：

采用35kv电压供电的特点

1、供电电压较高，线路的功率损耗较小，年运行费用较低；

2、电压损失小，调压问题容易解决；

3、对cosφ的要求较低，可以减少高功率因数补偿设备的投资；

4、需要建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；

5、根据运行统计数据，35kv架空线路的故障率比10kv架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；

6、有利于工厂进一步扩展。

方案二：

采用10kv电压供电的特点

1、不需投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；

2、工厂内不装设主高压器，可简化接线，便于运行操作；

3、减轻维护工作量，减少管理人员；

4、供电电压较35kv低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；

5、要求的cosφ值高，要增加补偿设备的投资；

6、线路的故障率比35kv的高，即供电可靠性不如35kv.

方案一：

正常运行时以35kv单回路架空线路供电，由邻厂10kv电缆线路作为备用电源。

根据设计基础资料全厂计算负荷情况，S30=4485kv•A，且只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kv•A的变压器，型号为SJL1-5000/35型，电压为35/10kv,查产品样本，其有关技术参数为：

△P0=6.9kw,△Pk=45kw,Uk%=7,I0%=1.1。

变压器的功率损耗：

有功功率损耗△PT≈△P0+△Pk（S30/SN）2=6.9+45*（4485/5000）2=43.1kw

无功功率损耗△QT≈△Q0+△QN（S30/SN）2=SN[I0%/100+UK%/100*（S30/SN）2]

=5000*[1.1/100+7/100*（4485/5000）2]=336.6kvar

35kv线路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和.

P’30=P30+△PT=4087+43.1=4130.1kw

Q’30=Q30+△QT=1659+336.6=1995.6kvar

S’30=P’30+Q’30=4130.1+1995.6=6125.7kvar

cosφ’=P’30/Q’30=4130.1/6125.7=0.67

I’30=S’30/UN=6125.7/*35=101.05A考虑到本厂负荷的增长是逐渐的,为了节约有色金属消耗量,按允许发热条件选择导线截面,而未采用经济电流密度选择导线截面.查有关手册或产品样本,选择钢芯铝铰线LGJ-70,其允许电流为275A>I’30=101.05A满足要求.该导线单位长度电阻R0=0.46Ω/km,单位长度电抗X0=0.365Ω/km.

35kv线路电压损失为（线路长度l=6km）:

△U=（P30lR0+Q30LX0）/UN=（4087*6*0.46+1659*6*0.365）/35=426.1V

△△UAC%=（P30lR0+Q30LX0）/10UN2=426.1/352=0.34%〈5%符合要求。

查相关设计手册,经过计算,35kv供电的投资费用Z1见表2,年运行费用F1见表3。

表235kv的投资费用Z1

项目说明单价数量费用/万元

线路综合投资LGJ-701.73万元/km6km10.4

变压器综合投资SJL-5000/3512万元1台12

35kv断路器Sw2-35/10003.4万元1台3.4

避雷器及互感器FZ-35，JDJJ-351.6万元各1台1.6

附加投资3I’302R0l+△PT=3*101.052*0.85*6+43.10.15万元/km130.7km19.6

合计47.3

表335kv供电的年运行费用F1

项目说明费用/万元

线路折旧费按线路投资的5%计,8.4*5%0.42

气设备折旧费按设备投资的8%计,（12+3.4+1.6）*8%1.36

线路电能损耗费△FT=3I’302R0Lτβ*10-3=3*101.052*0.85*6*2300*0.055*10-31.1

变压器电能损耗费△FT=[△P0*8760+△PK（S30/SN）2τ]β=[6.9*8760+45*

（4485/5000）2*2300］*0.0550.8

基本电价费每年有效生产时间为10个月,5000*10*420

合计24.6

方案二:

采用10KV电压供电,厂内不设总降压变电所,即不装设变压器,所以无变压器损耗问题.此时,10KV架空线路计算电流

I30=S30/UN=4485/*10=258.95A

而cosφ=P30/S30=4087/4485=0.911<0.95不符合要求.

为使两个方案比较在同一基础上进行,也按允许发热条件选择导线截面.选择LGJ-70钢芯铝绞线,其允许载流量为275A,R0=0.46Ω/km,X0=0.365Ω/km.

10kv线路电压损失为（线路长度l=6km）:

△U=（P30lR0+Q30LX0）/UN=（4087*6*0.46+1659*6*0.365）/10=1491.3V

△UAC%=（P30lR0+Q30LX0）/10UN2=1491.3/102=14.9%>5%不符合要求。

10kv供电的投资费用Z2见表4，年运行费用F2见表5。

表410kv供电的投资费用Z2

项目说明单价数量费用/万元

线路综合投资LGJ-701.73万元/km6km10.4

附加3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-30.1万元/km555.22km55.52

合计65.92

表510kv供电的年运行费用F2

项目说明费用/万元

线路拆旧费以线路投资的5%计，10.4*5%0.52

线路电能损耗费△F1=3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-347.25

合计47.77

在上述各表中,变压器全年空载工作时间为8760h;最大负荷利用小时Tmax=4000h;最大负荷损耗小时τ可由Tmax=4500和cosφ=0.9查有关手册中τ-Tmax关系曲线，得出τ=2300h;β为电度电价[35kv时，β=0.055元/kw•h；10kv时，β=0.083元/kw•h].

由上述分析计算可知,方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少.而且方案二以10kv电压供电,电压损失达到了极为严重的程度,无法满足二级负荷长期正常运行的要求.因此,选用方案一,即采用35kv电压供电,建立厂内总降压变电所,不论从经济上还是从技术上来看,都是合理的。

第三章总降压变电所的位置电气设计

3.1变配电所所址选择的一般原则

变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。

①尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

②进出线方便，特别是要便于架空进出线。

③不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。

④接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

⑤设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。

⑥不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。

⑦不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。

⑧不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。

⑨不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险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，应符合现行国标GB50058-1992的规定。

⑩不应设在地势低洼和可能积水的场所。

3.2结合方案要求设计位置图

根据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意图,考虑总降压变电所尽量接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利用,有利于安全等诸多因素,拟将决降压变电所设在厂区东北部,如附图1-1。

根据运行而要,对总降压变电提出以下要求:

1、总降压变电所所装设一台5000kv•A、35/10kv的降压变压