工厂供配电系统设计

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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。
　　 关键词：进线电压的选择、变配电所位置、电气设备、变压器数量、容量、防雷接地装置
　　 一 供配电的概念及原则
　　 1.1 工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电.
　　 在企业工厂里，电能是工业生产的主要能源和动力，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。
　　 1.2 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；
　　（2） 安全可靠、先进合理；（3） 近期为主、考虑发展；
　　（4） 全局出发、统筹兼顾。
　　 二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。
　　 2.2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。由于交流电的趋肤效应，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。
　　 2.3 方案初定及经济技术指标分析
　　 根据工所能取得的电源及本厂用电的实际情况，并适当考虑到生产的发展，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.
　　 由上述方案比较可知,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35 kv电压供电,建立厂内总降压变电所,从长远考虑，不论经济上还是从技术上来看,都是合理的。
　　
　　 三 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过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，不应设在污染原下风侧。
　　 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结合方案要求确定总降压变电所的位置
　　 根据前面已确定的供电方案,结合厂区平面示意图,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,确定降压变电所设在厂区的位置。
　　
　　 四，电气设备选择
　　
　　 正确地选择电器设备是保证安全运行的重要条件之一，正常工作条件下的用电设备额定电压和额定电流选择电气设备的一般条件相同。
　　 ①根据用电设备的额定电压选择原则，电器的额定电压是在其铭牌上所标出的线电压值，此外，电器还有一个工作参数为最大工作电压，即电器在长期运行中所能承受的最高电压值，一般电器的最大工作电压比额定电压高10%―15%。
　　 ②根据用电设备的额定电流选择原则，电器的额定电流应不小于安装设备回路的最大工作电流。不同工作回路的最大工作电流计算方法如下：同步发电机、调相机、三相电力变压器最大工作电流为其额定电流值的1.05倍，电动机的最大额定电流为其额定电流值。
　　
　　 五 短路电流的计算机及继电保护的整定
　　 5.1短路电流的计算
　　 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路电流按系统正常运行方式计算，
　　 5.2继电器保护的整定
　　 对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。对于单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作显示于信号回路。
　　 主线路相间短路继电器保护的整定原则：带时限过电流保护的动作电流Iop,应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流Iqb应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流Ik.max来整定。
　　
　　 六 车间变电所位置和变压器数量、容量的选择
　　车间变电所的位置、变压器数量和容量，可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及车间负荷中的位置、负荷性质、负荷大小等，结合其他各项选项择原则，与工艺、土建有关方面协商确定。
　　 七 防雷
　　 7.1防雷设备
　　 防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属针称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。相应的接闪的金属带和接闪的金属网称为避雷带和避雷网。

　　 避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。
　　 7.2防雷措施
　　 一、架空线路的防雷措施
　　 （1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。
　　（2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘
　　
　　
　　 子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。
　　 （3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装设保护间隙。
　　 （4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。
　　 （5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。
　　 二、变配电所的防雷措施
　　 （1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。
　　 （2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏变电所的关键设备。
　　 （3）低压侧装设避雷器主要用在多雷区，用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。
　　
　　
　　 八 接地
　　 接地与接地装置
　　 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
　　
　　 参考文献
　　 [1]张莹. 工厂供配电技术. 电子工业出版社第二版, 2006
　　 [2]刘介才. 实用供配电技术手册. 中国水利水电出版社 第二版, 2000
　　 [3]芮静康. 供配电系统图集. 中国电力出版社第二版, 2005
　　 [4]李尔文. 工厂供电. 化学工业出版社 第二版, 2006
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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