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1、第4章 供配电系统设计,4.1 供配电系统设计方法综述 4.2 设计实例：水泥厂供配电系统设计,4.1 供配电系统设计方法综述,4.1.1 工业企业供配电系统的组成 工业企业的供配电系统可分为两个部分。 (1) 电源系统(或称外部供电系统)：是指从电源至工业企业总降压变电所(或总配电所)的供电系统，包括高压架空线路或电缆线路。,(2) 配电系统(或称内部供电系统)：是指从总降压变电所(或总配电所)至各车间变电所及高压用电设备的配电系统，包括厂区内的高压线路、车间变电所和高压用电设备等。 总降压变电所在供配电系统中的作用，是将35110 kV的电源电压降至610 kV的电压，然后分别送至各个车间
2、变电所或其他610 kV的高压用电设备。 配电所的作用是在靠近负荷中心处集中接受610 kV电源供来的电能，重新分配送至附近各个车间变电所或其他610 kV的高压用电设备。 车间变电所的作用是将610 kV的电源电压降至380/220 V的使用电压，并送至车间各个低压用电设备。,4.1.2 工业企业供配电系统的设计方法 工业企业中是否要设置总降压变电所或总配电所，是由地区供电电源的电压等级和工业企业负荷的大小及分布情况决定的。 一般负荷较大的大、中型工业企业要设置总降压变电所。在总降压变电所内，一般设有12台主变压器，其容量自几千伏安到几千万伏安，供电设备在几千米之内，当地区供电电源电压为61
3、0 kV时，中、小型的工业企业一般都设置总配电所或独立式变电所。如工业企业中车间变电所较多，或有三四台以上电力变压器及高压电动机时，宜选择其中一个车间变电所扩充为变配电所，所内设12台电力变压器和高压配电装置。当工业企业中只有低压用电设备且配电变压器不超过2台时，可仅设车间变电所。,变电所的变压器与馈电线之间采用什么方式连接才能保证工作可靠、灵活，是十分重要的问题。解决的措施是采用母线制。应用不同的母线接线方式，可使在变压器数量少的情况下也能向多个用户的馈电线供电，或者保证用户的馈电线能从不同的变压器获得供电。母线又称汇流排，在原理上它是电路中的一个电气节点，起着集中变压器的电能和给各用户的馈
4、电线分配电能的作用。若母线发生故障，将使配电装置工作遭到破坏，用户供电全部中断，故在设计、安装、运行中，对母线工作的可靠性应给以足够的重视。,母线过长会出现工作不够可靠、灵活性差的问题，其解决办法是将母线分段。分段依据是电源的数目、功率及电网的接线情况，通常每段接一个或两个电源，引出线分别接到各段上，并使各段引出线电能分配尽量与电源功率相平衡，尽量减少各段之间的功率交换。 在工厂供电系统的设计和运行中，不仅要考虑正常运行的情况，而且还要考虑发生故障的情况，最严重的是发生短路故障。所谓短路故障，是指电网中不同相的导线直接连接或经过小阻抗连接在一起。在一般情况下，最严重的短路故障是三相短路。此外，
5、还有两相短路和单相短路等故障。其中单相短路的形成与电源(电力系统)的中性点接地方式有密切关系。,与现代大容量电力系统相联的工业企业供配电系统中，如发生短路故障，能使短路电流达到几万安甚至几十万安。为了预防这种情况，电路中电源、电网、负载这三个组成部分中的所有与载流部分有关的设备、装置、元件，都必须经受得起可能出现的最大短路电流所产生的热效应和电动力效应的作用而不致损坏，还必须装设相应的保护装置来迅速消除短路故障。为此需要对供电系统中可能产生的短路电流数值预先加以计算。 对“无限容量系统”，工程上应用标么电抗法及短路功率法进行计算，前者是我国目前沿用的，后者是新近出现的。对“有限容量系统”，工程
6、上历来应用运算曲线法，它广泛用于计算系统电网中的短路电流。近年来欧美各国流行采用有名单位制计算法，用于计算装有自备发电机的用户电网中的短路电流。,短路功率法的基本原理和有名制相同，它是把元件的阻抗Z变换为元件的导纳Y，再把元件的导纳变换为元件的短路功率Md，最后用元件短路功率直接求出短路点的短路容量Sd。此法引入了一个新的物理参数短路功率Md，它与元件的阻抗Z或导纳Y有如下关系：,式中，Md为元件的短路功率(MVA)；UP为元件所在线路的平均额定线电压(kV)；Id为通过元件的短路电流(kA)；Z为元件一相的阻抗()；Y为元件一相的导纳(S)。,4.2 设计实例：水泥厂供配电系统设计,1概况
7、本例是为东南亚某国水泥厂设计的供配电系统。该厂日产水泥1000 t，全厂可大致分为四部分：生料破碎和均化、预热和烧成、冷却和储存、粉磨和包装。单台设备容量超过200 kW时采用6 kV中压电机。水泥厂内部的用电机械主要为：输送机、风机、破碎机、磨机、电收尘器、袋收尘器等。 2供电电源及输电线路 本水泥厂供电电源来自两千米外的当地配电站(PLN)，单回路，AC 20 kV，50 Hz。进入本厂变电站时采用电缆直埋。,3备用保安电源 为保证厂内一些重要设施的电源的不间断性，在靠近这些设施的地方设置一套备用保安电源，它采用一台400 kW柴油发电机组和电源自动切换装置。在主电源失去电力时，自动启动柴
8、油发电机，并自动切换这些重要设施的电源来路，15 s内恢复电力。,4全厂供配电系统 1) 总变电站 电压等级：高压20 kV、中压6 kV、低压380 V、50 Hz。 20 kV电源开关柜及两台主变压器(5000 kVA，7500 kVA)的设计供货由业主提供。业主将在紧挨主配电站处设立一座总变电站，将20 kV电力变为6.3 kV。,2) 总配电站 在厂内灰尘小、季风路线上端、地势高并靠近负荷中心处，设置一座6 kV配电站。按业主要求，它的系统采用双进线单母排分段方式。其中一段接受来自5000 kVA变压器6.3 kV侧电源，另一段接受来自7500 kVA变压器6.3 kV侧电源。用配电装
9、置将6.3 kV电力分配给分布在全厂的五座二级变电所(亦称MCC，电机控制中心)及中压电机控制柜。两段6 kV母线上分别并联有固定式电容补偿装置。以满足业主要求的全厂功率因数不小于0.92的技术指标。,3) 二级变电站(MCC) 在厂内设置7座MCC，其中5座配置有二级变压器，将6 kV电力变为380 V。MCC里除有电机控制柜和仪表柜外，还有照明、空调配电屏。380 V母线上并联有低压功率补偿装置。合同规定低压功率因数不得低于0.90。,5设备选型 本系统中选用设备的型号如下： (1) 6 kV配电柜采用金属封闭可抽式。 (2) 二级变电所(MCC)内变压器选用国产S9系列。 (3) 所有户
10、内安装的电气设备外观颜色均采用国标色，牌号GSB G5100194 Y01，驼灰。 (4) 全厂电动机种类和电压等级： 中压电机：AC 6 kV，50 Hz。 低压三相电机：AC 380 V，50 Hz。 低压单相电机：AC 220 V，50 Hz。 低压直流电机：DC 440 V。,6厂内电缆敷设 由总变配电站向二级变电所和中压电机去的6 kV电力电缆采用直埋方式，由二级变电所通向各用电设备去的电力电缆和控制电缆采用桥架和穿线钢管敷设相结合的方式。墙上明设，地下暗埋。 7全厂保护接地系统设计原则 电气设备保护接地采用TN-S系统。,8负荷计算 根据工艺和机械专业设计人员提供的电机清单统计：全
11、厂低压电机共270台，总容量4501 kW；中压电机6台，总容量5017 kW；另有空调和照明设备若干。 9补偿电容及变压器计算 补偿电容及变压器计算方法见表4-1(合同要求低压母线上功率因数补偿不低于0.9)。,表4-1 补偿电容及变压器计算表,表4-1 补偿电容及变压器计算表,移相电容器补偿容量计算方法：,有功平均计算负荷。,tan1、tan2补偿前、后均权功率因数角的正切值。 变压器容量计算方法：,补偿电容与变压器容量计算示例： MCC2：,补偿电容：,变压器：,选择变压器S500 kVA。,补偿电容：,MCC8：,变压器：,选择变压器S1000 kVA。,MCC4：,补偿电容：,变压器
12、：,选择变压器S1000 kVA。,MCC7：,补偿电容：,变压器：,选择变压器S1000 kVA。,MCC6：,补偿电容：,变压器：,10短路电流的计算,表4-2 水泥厂短路功率法计算短路电流示例,表4-2 水泥厂短路功率法计算短路电流示例,表4-2 水泥厂短路功率法计算短路电流示例,表4-2 水泥厂短路功率法计算短路电流示例,11高压继电保护计算示例 1000 kVA动力变压器继电保护整定： 速断：,取50 A，电流继电器KC1/KC2选DL-13/50型。,过流：,取5.5A，电流继电器KC3/KC4选DL-13/10型。,12设计图纸 变压器供电柜二次回路电路图见图4-1。 配电系统回路图见书末附图。,图4-1 变压器供电框二次回路电路图,
