毕业设计某钢铁厂车间供配电系统设计

1前言我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需要。电力市场还未完善，管理水平、技术水平都有待提高。为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平，丛21世纪一开始，我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究，尤其注意完善电力市场，研究电力市场的技术支持系统，促进我们的电力工业不断前进。工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配。我们知道,电能是现代工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化以后,能大大增加产量,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,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。但是,工厂的电能供应如果突然中断,则将对工业生产造成严重的后果,甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；由此可见,搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化,具有十分重大的意义。工业企业生产所需电能，一般是由外部电力系统供给，经企业内各级变电所变电压后，分配到各用电设备。工业企业变电所是企业电力供应的纽约，所处地位十分重要，所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号，规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。摘要根据某钢铁厂取得的供电电源和该厂用电负荷的实际情况及机电修车间的负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况，设计出变配电所的主接线设计方案，提出了采用低压联络线联络一台变压器的方案，解决了该车间负荷小但负荷可靠性要求高的问题。再通过短路电流的计算、选择合适的导线电缆、按正常条件选择低压设备。实现安全、可靠、优质、经济的供电系统为设计目的，完成对某钢铁车间供配电系统的设计。2关键词负荷性质；主接线；短路计算；低压联络线(2)基本原则1)变配电所电气主接线，应按照电源情况、生产要求、负荷性质、用电容量和运行方式等条件确定，并应满足运行安全可靠、简单灵活和经济等要求。2)在满足上述要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器少的或不用断路器的接线，如线路-变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护时，也可采用线路分支接线。5)在110—220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用单母分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在6—10kv配电装置中，一般采用单母线或单母分段接线。2.2选择确定主接线根据本车间的情况，负荷量不大，但属于二级负荷，可靠性要求较高；根据上面的设计原则和要求我设计了两种方案比较，其设计比较如下：（1）第一种方案本主接线采用了一台变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的结构。如图2所示：这种主接线采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，同时高压断路器都配有继电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接迅速合闸，从而使恢复供电的时间大大缩短。如果配电自动重合闸装置，则供电可靠性更进一步提高。但是一般用于三级负荷，但在变电所低压侧有联络线与其它变电所相连时，则可用于二级负荷；因此在考虑该种方案时，选择了一个低压联络线的方式，该车间的低压联络线和轧钢车间距离比较近，可以考虑和它互为备用，但是备用容量因受线路的容量的限制而不能太大，低压联络线开关可采用自动投入或电动操作。3图2一台变压器主接线方案（2）第二种方案这种方案是采用装有两台主变压器的小型变电所。如图3所示这种主接线的供电可靠性较高。当任一主变压器或任一电源线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器低压侧主开关（采用电磁或电动机合闸操作的万能式低压断路器）都装设互为备用电源自动投入装置（APD），则任一主变压器低压主开关因电源断电（失压）而跳闸时，另一主变压器低压侧的主开关和低压母线分段开关将在APD作用下自动合闸，恢复整个变压所的正常供电。这种主接线可供一、二级负荷。4图3两台变压器主接线方案（3）这两种方案的比较1）从安全性看这两种主接线方式都满足国家的标准的技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。2)从可靠性看这两种电力负荷满足该车间的二级负荷要求。对于第一种主接线的工作方式是当机电修车间或轧钢车间任意一个故障停电检修时,通过联络线由另一个车间提供电源.在低压联络线上,轧钢低压联络线侧的配电瓶将它始终处于打开状态,当机电修车间变压器要检修时,先打开机电修车间侧配电瓶的开关,使其与轧钢车间通电,然后断开其本车间母线上的开关,这样保证了不影响生产断电;当处于故障时,母线和高压的断路器自动断开,联络线上的开关开启,也保证了供电的需要而不间断.对于第二中方案,同样当一个变压器故障,也由另一个变压器供电,它是通过母线分段,通过联络线上的断路器来实现双电源的自动互投.3)从灵活性看能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。4）从经济上看，第一种方案比第二种方案少一套高压线路、变压器、高压熔断5器、和开关设备，减少了土建面积，因此能节约大量投资。从第一种来看它由负荷不大的轧钢车间提供低压联络备用电源。联络线大约60米，因此线路比较短，出现问题的可能性比较小，在加上本机电修车间与轧钢车间的共同负荷也比较小。根据性能比较可知道，第一种方案利用率更高。有在综合投资上，有Z11/2Z2；运行年费上F1F2，从而可知第一种方案更为理想。（4）主变压器的选择变电所中主变压器的容量应按照变电所的负荷总容量及主变压器的台数和运行方式确定，还应考虑5年～10年的发展规划。主变压器应选择低压损耗变压器，同一变电所中的几台主变压器的型号和容量应该相同。工矿企业变电所主变压器的台数，应根据负荷的重要程度确定。对于有一、二类负荷的工矿企业的一、二类负荷用电，并不得少于变电所总计算负荷的80%或70%。即每台变压器的容量应为captcaptTNSKCOSPKS.....（9）式中P——变电所总的有功率计算负荷，kW；TNS.——变压器的额定容量，kV·A；caCOS.——变电所人工补偿后的功率因数，一般应在0.95以上；caS.——变电所人工补偿后的视在容量，kV·A；ptK.——故障保证系数，根据全企业一、二类负荷所占比例确定。当变电所只选一台变压器时，变压器容量的容量应满足全部用电负荷的需要。此外。一般还应考虑15%～25%的富裕容量，即TNS.≥（1.15～1.25）caS.（10）当两台变压器采用一台工作，一台备用时，则变压器的容量应按下式计算：TNS.≥caS.（11）6MMM当两台变压器采用并列运行时，则每台变压器的容量应按下式计算TNS.≥（0.6～0.7）caS.（12）根据上面的计算和比较选择一台变压器的方案，可知道当一台承受机电修车间和轧钢车间的总负荷时，将两车间的总容量结合一起来算，由现场查勘得知轧钢车间的容量为493.8kVA，可得：caS.=125.7+493.8=619.5kV·A通过查变压器的型号表可选10/8007SL可知TNS.=800≥1.25caS.=774.4kV·A2.3供配电线路的接线及其结构2.3.1低压配电线路的接线方式（1）放射式接线：如图4220/380V图4放射式接线1）配电线路互不影响，供电可靠性较高，但配电设备和导线材料耗用较多，且运行不够灵活。2）主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或者需要集中联锁启动。（2）树干式接线：如图57图5树干式接线1）配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，特别是采用封闭式母线槽时；但干线故障时影响范围大，供电可靠性较低。2）一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀的场合，例如对机械加工车间的中小机床设备供电以及对照明灯具供电等，均采用树干式接线。（3）链式接线：如图6所示220/380V图6链式接线它实质上是一种树干式接线，适用范围与树干式相似，但链式相连的用电设备一般不宜多于5台，链式相连的配电箱不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。以上介绍了低压配电系统的三种基本接线方案，各有优缺点；总的来说，树干式系统投资较省，但负荷支接点多，检修和事故时停电面大，一般适用于对三级负荷供电。放射式系统投资大，但线路没有分支接点。因此，应根据情况具体对待，但对于本机电修车间而言，按可靠性第一的原则，所以采用放射式供电。如图7形式8图7放射式供电接线图第3章导线、电缆及其选择3.1导线和电缆选择的一般规定3.1.1架空线路导线的选择在建筑工程中，导线和电缆用量最大、分布最广。导线和电缆是传递电能的通路，因此，它们的选择将对整个建筑工程的安全和经济运行产生很大的影响。导线和电缆选择的一般原则：(1)要保证一定的机械强度，在正常工作条件下不能断线：(2)发热必须在允许的范围内，不因过热而引起导线绝缘损坏或加速老化；(3)电压损失应在允许的范围内，以保证供电质量。选择的内容为：(1)型号它反映导线和电缆的材料以及绝缘方式。如BV型导线表示聚氯乙烯绝缘铜芯导线。9(2)截面它是导线和电缆选择的主要内容，直接影响工程的技术和经济指标，截面的节位是mm2。如BV—3×2．5，则表示有3根2．5mm2聚氯乙烯绝缘铜芯导线。(3)电压导线和电缆的绝缘电压值必须大于或等于线路的额定电压值。（1）架空线路导线宜采用铝导线，但不得采用单股的铝导线，一般是采用铝合金如钢芯铝导线。（2）在对导线有腐蚀使用的地段，宜采用防腐型导线。（3）越过树林以及通道拥挤场所的1kV及以下线路，宜采用架空绝缘线。按规定，市区10kV及以下架空电力线路，遇下列情况可采用绝缘铝绞线：A：线路走廊狭窄，与建筑物之间的距离不能满足安全要求的地段；B：高层建筑邻近地段；C：繁华街道或人口密集地区；D：游览区和绿化区；E：空气严重污秽地段；F：建筑施工现场。（4）架空导线连续允许的载流量，应按周围空气温度进行效正。周围空气温度应采用当地10年或10年以上的最热月的每日最高温度的月平均值。（5）从供电变电所二次侧出口至线路末端变压器一次侧入口的6～10kV架空线路电压损失，不宜超过供电变电所二次侧额定电压的5%。（6）架空线路导线的截面不应小于所规定的最小截面。3.1.2电缆的选择（1）电缆型号应根据线路的额定电压、环境条件、敷设方式和用电设备的特殊要求等条件选择。（2）电缆连续允许的载流量，应按敷设处的周围介质温度进行效正。A：当周围介质为空气时，空气温度应取敷设处10年或10年以上的最热月的每日最高温度的月平均值；B：在生产房、电缆隧道及电缆沟内，所采用的周围空气温度尚应记入电缆发热、10散热和通风等因素的影响。当缺乏计算资料时，可按上述空气温度另加50C；C：当周围介质为土壤时，土壤温度应取敷设处历年最热月的平均温度。（3）电缆连续允许的载流量，尚应按敷设方式和土壤热阻率等因数进行效正。（4）沿不同冷却条件路径敷设电缆时，当冷却条件最差段的长度超过10m时，应按该段冷却条件选择电截面，或对该段采用大截面的电缆。（5）电缆应按短路条件验算其热稳定度。电缆在短路时的最高允许温度应满足电缆规定的数值。3.1.3低压配电线路导线的选择（1）绝缘导线的型号应按工作电压、敷设方式及使用环境等要求选择；裸导线的型号应按敷设方式及使用环境条件等要求选择。（2）导线截面的选择，应符合下列要求：1）按敷设方式及使用环境确定的导线允许载流量，不应小于回路负荷的计算流。2）线路电压损失应满足用电设备正常工作及启动时端电压的要求。3）根据机械强度的要求，导线线芯截面许应小于所规定的值。4）导线应满足短路条件下动稳定和热稳定的要求。（3）三相四线制配电系统中，中性线的允许载流量不应小于线路中最大的不平衡负荷电流，且应计入谐波电流的影响。（4）以气体放电灯为主要负荷的回路中，中性截面不应小于相线截面。（5）导线的允许载流量，