某工厂供配电系统设计论文

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XX厂供配电系统设计

摘要：

电能是现代工业生产的主要能源和动力；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；电能在工业生产中的重要性，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。因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来，为经济的发展做出最好的服务。

关键词：配电所电力负荷功率补偿短路电流

目录

1 工厂供电概述 (2)

1.1工厂供电的意义和要求 (2)

1.2设计内容及步骤 (3)

2 负荷计算及功率补偿 (5)

2.1负荷计算的内容和目的 (5)

2.2负荷计算的方法 (5)

2.3功率补偿 (7)

3 变配电所选型及总体布置 (9)

3.1变配电所位置的选择 (9)

3.2变电所总体布置要求 (10)

4 变压器、主接线方案的选择 (12)

4.1主变压器台数的选择 (12)

4.2变电所主变压器容量的选择 (12)

4.3变电所主变压器型式、主接线的选择 (13)

4.4主接线方案选择 (14)

5 电力线路接线及敷设方式 (16)

5.1电力线路的接线方式 (16)

5.2线路敷设 (18)

6 短路计算 (19)

6.1短路电流计算的目的及方法 (19)

6.2短路电流计算 (20)

7 主要电气设备选择 (24)

7.1电气设备选择的条件 (24)

7.2高压设备的选择要求 (25)

7.3配电所高压开关柜的选择 (26)

8 电测量仪表与绝缘监视装置 (26)

8.1电测量仪表 (26)

8.2绝缘监视装置 (27)

9 防雷与接地 (27)

10 供电系统电气原理图及说明 (28)

11谢辞 (30)

12 参考文献 (31)

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1 工厂供电概述

1.1 工厂供电的意义和要求

电能是现代工业生产的主要能源和动力。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；电能的输送和分配既简单经济，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。

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。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，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，并做好节能工作，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；

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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，适应发展。

1.2 设计内容及步骤

全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，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。

1.2.1 负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

1.2.2 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，接合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

1.2.3 工厂总降压变电所主接线设计

根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济、安装容易、维修方便。

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1.2.4 厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，由不同方案的可靠性、电压损失、基建投资、年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。

1.2.5工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。

1.2.6 改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。

1.2.7 变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。

1.2.8 变电所防雷装置设计

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参考本地区气象地质材料，设计防雷接地装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。对接地和接地体做具体的理解。

2 负荷计算及功率补偿

2.1 负荷计算的内容

2.1.1 计算负荷

计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

2.1.2 平均负荷

平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

2.2 负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

5

有功功率：P30 = P e〃K d

无功功率: Q30 = P30〃tgφ

视在功率: S30 = P30/Cosφ

计算电流: I30 = S30/3U N

下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：

6

7

2.2.1 全厂负荷计算

取K∑p = 0.95; K∑q = 0.97

根据上表可算出：∑P 30i = 7485.7kW; ∑Q 30i = 4798kvar 则 P 30 = K∑P∑P 30i = 0.95×7485.7kW = 7111kW Q 30 = K∑q∑Q 30i = 0.97×4798.4kvar = 4654kvar

S 30

≈8499KV〃A

I 30 = S 30/3U N ≈140 A

Cosφ= P 30/S 30 = 7111/8499≈0.84 2.3 功率补偿

工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等 感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发 挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达 不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。

上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假设功率因数有φcos 提高到φcos ′，这时在用户需用的有功功率30P 不变的条件

8

下，无功功率将由30Q 减小到30Q ′，视在功率将由30S 减小到30S ′。相应地负荷电流30I 也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。

由上图可知，要使功率因数由φcos 提高到φcos ′，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为：

'

-=3030Q Q Q c )

tan (tan 30φφ'-=P

30p q Q c c ?=Q c

在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量c q 来确定电容器的个数，即：

c

c

q Q n =

由于本设计中要求Cos φ≥0.9,而由上面计算可知Cos φ=0.84<0.9，因此需要进行无功补偿。综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。

Qc = 7111×（tanarcCos0.84－tanarcCos0.95）Kvar=2275Kvar 取Qc=2300 Kvar

因此，其电容器的个数为： n = Qc/q C = 2300/150 =15 而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取15个正好。 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S 30（2

=7538KV〃A 变压器的功率损耗为：

9

△QT = 0.06 S 30′= 0.06 * 7538= 452Kvar △PT = 0.015 S 30′= 0.015 * 7538= 113 Kw 变电所高压侧计算负荷为： P 30′= 7111+ 113 = 7224 Kw

Q 30′= (4798-2300)+ 452= 2950 Kvar S 30

′ = 无功率补偿后，工厂的功率因数为： C osφ′= P 30′/ S 30′=7224/7803= 0.9

则工厂的功率因数为：cosφ′= P 30′/S 30′= 0.9≥0.9因此，符合本设计的要求。

3 变配电所选型及总体布置

3.1 变配电所位置的选择 变配电所所址选择的一般原则: 1、尽量靠近负荷中心； 2、尽量靠近电源侧； 3、进出线方便；

4、尽量避开污染源，或者在污染源上方口；

5、尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；

6、设备运输方便；

7、有扩建和发展的余地；

8、高压配电所与邻近车间的变电所合建。