浅析工厂供配电
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摘要：电能是现代工业生产的主要能源和动力，工厂供配电系统就是将电力系统的电能降压再分配到各个厂房或车间中区，其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，工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，本文对工厂供配电时对设备选择、线路分配和设计等方面进行分析，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：供配电电气接线设备选择供配电
1、前言
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务[1]。
2、主接线的确定
2.1厂用电负荷分类
厂用负荷包括机组本体负荷和全厂公用负荷。按负荷的重要性一般分为以下四类[2]：
2.1.1 事故保安负荷
在事故停机过程中几停机后的一段时间内，仍应保证供电，否则可能引起主设备损坏、重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷。根据对电源要求的不同有可分为：直流保安负荷；交流不停电保安负荷；允许短时停电的交流保安符合
2.1.2 Ⅰ类负荷
短时（手动切换恢复供电所需的时间）的停电可能影响人身或设备的安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。对Ⅰ类负荷，必须保证自起动，并应由2个独立电源的母线供电，当失去一个电源后，另一个电源应立即自动投入
2.1.3 Ⅱ类负荷
允许短时停电，但停电时间过长，可能损坏设备或影响正常生产的负荷。该类负荷应有2个独立的母线供电，一般采用手动切换。
2.1.4 Ⅲ类负荷
长时间停电不会直接影响生产的负荷，一般由1个电源供电。
厂用电量占发电厂全部发电量的百分数称为厂用电率。厂用电率是发电厂的一项重要经济指标。降低厂用电率可以降低发电成本，同时相应地增大了对电力系统的供电量，对国民经济有重大意义。
2.2接线方式
大型工厂（总容量为1000MW及以上、单机容量为200MW及以上）一般距负荷较远，电能需要较高电压送，故宜采用简单可靠的单元接线方式。中型工厂（总容量为200MW~1000MW、安装的单机容量为50~125MW）和小型工厂（总容量在200MW以下，安装的单机容量一般不超过50MW），一般靠近负荷中心，常带有6~10kV电压级的近区负荷，发电机电压超过19kV时，一般不设机压母线而以升高电压直接供电。
对于6~220kV电压配电装置的接线，一般分为母线类和无母线类两大类【4】。对于330~500kV超高压配电装置接线，首先要满足可靠性要求。常用接线有：3~5角形接线、一台半断路器接线、双母线多分段接线、变压器―母线接线、环形母线多分段接线。
2.3工厂供电设计
工厂在启动、运转、检修过程中，有大量由电动机拖动的机械设备，用以保证机组的主要设备和输煤、碎煤、除灰、除尘及水处理的正常运行。这些电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷，总的耗电量，统称为厂用电【3】。
2.4厂用电接线的设计原则
厂用电接线的设计原则与主接线的接线原则基本相同【3】，主要有：厂用电接线应保证对厂用负荷可靠和连续供电，使工厂主机安全运转；接线应能灵活的适应正常、事故、检修等各种运行方式的要求；厂用电源的对应供电性，本机、炉的厂用负荷由本机组供电，这样，当厂用电系统发生故障时只会影响一台发电机组的运行，缩小了故障范围，接线也简单；设计时还应适当注意其经济性和其发展的可能性，并积极慎重的采用新技术、新设备，使厂用电接线具有可行性和先进性；在设计厂用电系统接线时，还应对厂用电的电压等级、中性点接地方式、厂用电源及其引接和厂用电接线形式等问题进行分析和论证[5]。
1）求计算电抗
是将各电源和短路点之间的转移电抗归算到以各供电电源容量为基准的电抗标幺值。即：
式中：―工厂的额定容量；
―全网的基准容量；
―各电源的转移电抗。
2）无限大电源供给的短路电流
当供电电源为无穷大或计算电抗≥3时，不考虑短路电流周期性分量的衰减。此时：
3）有限电源供给的短路电流
通常使用实用运算曲线法。运算曲线是一组短路电流周期分量与计算电抗、短路时间t的变化关系曲线。所以，根据查相应的运算曲线可分别查出对应于任何时间的短路电流周期分量标幺值，并由下式求出有名值：
=
式中：―周期电流有名值
―电源等值发电机容量
3、电气设备选择
3.1 断路器的选择和校验
断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后确定【4】。断路器选择的具体技术条件简述如下[6]：
1）电压：允许电压最高工作电压
在设计与运行合理时不超过电网额定电压的10%，即1.1电器设备长期工作的电压条件写为：
2）电流：允许电流最高持续工作电流
式中
允许电流的温度修正系数。
我国目前电气设备(电容器除外)的设计规范规定=75oC,=40 oC，导体=70oC,=25 oC。电器设备在环境温度低于时，其允许电流大雨额定电流，但不得超过20%。电容器不允许过电流运行。
3）热稳定性【5】
式中：―断路器t秒热稳定电流；―短路电流稳态值；―假想(等效)发热时间，与实际短路持续时间及短路电流的变化情况有关，且有=+0.05，由和短路时间t，可查短路电流周期分量等值时间，从而求出。
4）动稳定性【25】
一般电气设备的动稳固性条件为：
其中，―电气设备的动稳定性电流；―流过电气设备的短路电流冲击值。
5）开断能力
在工程上一般取：，式中：―短路零秒有效值，―断路器的额定开断电流，根据以上条件选择、校验断路器。
3.2 隔离开关的选择和校验
断路器选择的具体技术条件如下[6]：
1)电压： ---电网工作电压
2)电流：---最大持续工作电流
3)动稳定： ---断路器极限通过电流峰值
---三相短路电流冲击值
4)热稳定：---稳态三相短路电流
---短路电流发热等值时间
---断路器t秒热稳定电流
隔离开关一般与断路器配套使用【5】，其选用的最大工作持续电流可以参照断路器选择时的最大持续工作电流。
4、配电装置
在工厂和变电所中，根据电能生产、转换和分配等各环节的需要，配置了各种配电设备。根据它们在运行中所起的作用不同，通常将他们分为一次配电设备和二次配电设备。
4.1 设计原则与要求
配电装置型式的选择应考虑所在地区的地理情况及环境条件，其设计必须满足以下四点原则：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约三材，降低造价。配电装置的确定应满足以下基本要求：满足安全净距的要求；满足施工、运行和检修的要求；噪声的允许标准及限制措施；静电感应的场强水平和限制措施；电晕无线电干扰的特性和控制。
4.2 屋内配电装置
屋内配电装置的结构除与电气主接线及电气设备的型式有密切关系外，还与施工、检修和运行有关。工厂和变电所中6～10kV屋内配电装置，按其布置型式不同有单层、双层和三层之分。35～220kV的屋内配电装置，只有单层和两层型式[5]。
屋内配电装置设备的布置原则为：同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内以保证检修安全，并限制故障范围；尽量将电源布置在中部，使母线通过较小的电流；较重的设备(如电抗器)布置在下层；布置对称，便于操作并不易误操作；有利扩建。屋内配电装置不受外界诸因素影响，所以具有以下特点：占地面积小；维护、巡视和操作不受气候条件影响；污秽、腐蚀气体对电气设备影响小，维护方便；房屋建筑投资大。
4.3 屋外配电装置
屋外配电装置按母线的高度分为中型、半高型和高型3种。如将断路器、电流互感器移至相邻的一组母线下方，则需将母线升高，则构成半高型配电装置；如将断路器、电流互感器移至旁路母线下方，同时将两组母线重叠布置，则构成高型配电装置。采用半高型、高型结构可以节约占地，但构架材料消耗较多，特别是检修、巡视不便，因此一般不采用。
屋外配电装置设备的布置与安装应注意以下问题：母线和构架；电力变压器；电气设备的基础；电缆沟和通路。屋外配电装置的特点有：土建工程量及费用较小，建设周期短；扩建方便；相领设备间距大，便于带电作业；占地面积大；受外界气候影响，设备运行条件差。
根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济型，本设计对建筑面积没有特殊的要求，故500kV及220kV电压等级均采用普通中型配电装置【30】。若采用半高型、高型配电装置，虽占地面积较小，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。6kV及10.5kV电压等级采用屋内成套配电装置。
5、结论
本文主要从工厂的电气主接线、负荷计算、电气设备的选择，介绍了工厂用电的接线原则，同时，在保证设计工厂供配电可靠性的前提下，还要兼顾经济性、灵活性和灵敏性。
参考文献
[1] 王玉华.赵志英,工厂供配电[M].北京大学出版社，2006，102~107
[2] 熊信银.工厂电气部分[M].中国电力出版社，2009，127~130
[3] 刘柏青.电力系统及电力设备概论[M].武汉大学出版社，2005，122~125
[4] 文锋,马振兴.现代工厂概论[M].中国电力出版社，1999，55~59
[5] 王艳华.工业企业供电[M].中国电力出版社，2006，60~73
[6] 曾令琴.供配电技术[M].人民邮电出版社，2008，102~110
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