工厂供电系统电气部分的设计

【摘 要】本文基于工厂电气系统中对供电电能的稳定性与可靠性的要求,根据工厂负荷分布情况对供电系统中输配电各方面要求和指标作出了全面而系统的分析.通过对工厂电气系统的负荷、总的功率因数、最大可能短路时电流的准确推导和计算,以此为根据搭配合理有效的接线方式设计、保护装置设计及设备容量选择等各方面因素综合,实现工厂供电系统稳定、可靠、优质、经济地运行.

【关 键 词】计算负荷；功率补偿；短路电流；保护装置；接线方案

电能是一种清洁的二次能源,随着对其控制、调节和测量技术的日渐成熟,电能已经成为现代工业生产和国民经济建设中主要的能源和动力的来源.电能既可以很方便地由热能、风能、机械能等能量变换而来,又可以通过电网方便地输送和供给受电系统使用.然而,一方面供电系统突然中断对工业生产和国民生活可能造成很严重的后果,因此,保证供电系统的稳定性和可靠性显得日益突出.另一方面节约能源是供电系统最重要的工作之一,而且能源节约对国家长期经济发展和建设具有十分重要的战略意义.

1供电系统的基本设计要点

为合理有效地选择供电系统中各电气设备、导线电缆以及供配电方式,准确的把握整个系统的负荷分布、功率因数以及最大可能电流（即短路时电流）十分必要；

1.1负荷计算

要使的工厂电气系统的各部分电气设备得以正常的运行,其中电气元器件和线缆必须选择合理,供电系统除了必须提供稳定适宜的工作电压以及频率外,还有一个重要的指标就是满足负荷电流的要求.负荷计算有多种基本方法,其中最常用的是需要系数法.

1.2无功功率补偿

功率因数是供电部门考核的一项重要经济性能指标.用户的功率因数过低时会使大量的无功功率在电网中往复来回并在输电线路中被损耗掉,从而降低了输配电效益.提高功率因数不仅对供电企业有利,同样也有利于受电单位.通常,供电单位对受电系统的功率因数要求为最大负荷时一次侧不低于0.90,又由于变压器和电力线路中存在各种损耗,故一般取0.92.提高功率因数的具体措施：确定需要补偿的容量后选用合理的补偿装置进行人工补偿；选择得当容量的电动机机组和变压器组、尽量防止电机设备的轻载或空载、增大电气系统设备元器件的检修频率、尽量使用同步电机取代其他形式电动机.

1.3短路电流的计算

短路发生的原因,设备绝缘层的损坏,误操作,自然灾害等不可抗拒因素；短路的形式有三相短路,两相短路,单相短路,两两接地短路等；短路产生的后果,短路电流远大于正常电流,系统中发生短路时会产生极大的电动力和极高的温度,致使电气设备受到损害和破坏；短路时系统中的电压陡降,严重影响到用电设备的正常运行；短路时系统中的保护装置动作,将故障部分切除,造成停电事故；严重的短路会影响到电网的稳定性；发生不对称短路时,短路电流将产生很强的交变电磁场,形成电磁干扰.

可见,一旦出现短路事故对整个供电系统的危害极其严重,因此尽可能地减小短路事故的发生率在整个工厂电气系统中显得特别必要.电力系统中,发生单相短路的概率最大三相短路的概率最小；然而发生三相短路情况时的电流幅值最大,因而常以三相短路电路时的电流值为短路电流的计算值.

2供电系统的保护装置设计

为保证工厂供电系统的正常运行,必须在系统中安装各种不同类型的电气保护装置,主要包括过电流保护和过电压保护.

2.1过电流保护

熔断器的保护方式,适用于高低压供电系统；低压断路器的保护方式,对于低压电气系统的可靠性和可操作性有比较高要求时可以适用；继电器的保护方式,适用于对供电系统可靠性和可操作性要求较高的高压供电系统.过电流保护装置的基本要求：选择性,速动性,可靠性,灵敏度.首先,线路设计应该注意其合理布局和密集性分析.由于工厂油污较大,容易导致线路老化变形,甚至出现线路的裸露,严重影响企业的安全生产运营.线路在设计时应充分考虑其合理走向,保证走向的安全性.另外,由于企业生产过程中温度较高,线路布局过于密集容易产生磁力效应,从而影响生产的安全.合理的线路布局设计加上合理性的密集度设计能从根本上保证企业电气系统的安全.其次,线路设计时应保证足够的防火空间.由于电气系统线路设计的隐蔽性,决定了其防火空间的有限性,而有限的防火空间下,一旦发生火灾等灾害就会导致大面积的灾害形成,危害企业的整体安全.因此,在企业电气系统设计时应注意保障足够的防火和救灾空间.在企业电气系统设计时应注意保障足够的电气操作空间,一方面可以保障电气在运行过程中的安全性和电气自身寿命的延长,另一方面也可以保障在维修电气系统时可以有足够的空间进行维护.足够的操作空间使得电气系统之间的距离拉大,其相互的磁力影响减小,对于维修人员及电气操作人员的身体健康有重要的意义.因此,在设计企业电气系统时应注意保证足够的操作性空间.

2.2过电压保护

过电压指电气设备或线路所承载的电压大大超出额定电压,严重危害设备正常工作的情况.供电系统中过电压分为内部过电压和雷电过电压两大类.

（1）内部过电压的产生由供电系统内部的开关操作、负荷剧变或故障等原因引起.经验表明,供电系统内部过电压的电压值一般低于系统正常运行时额定电压的4倍,所以系统内部过电压对整个受电系统的影响不大.

（2）雷电过电压亦称外部过压,当工厂电气系统受到外部自然界的强烈的电磁坏境干扰,如雷击而引起的过压,其致使供电系统的瞬时电压幅值有可能达到几十万千伏,瞬时电流的幅值也有可能增至十几万安,因此这种情况下整个工厂电气系统中的设备和元器件以及线缆都存在极大的危害,必须要尽量加以防范.雷电过压的两种基本形式：直接雷击和间接雷击.

（3）雷电过电压的保护设备主要有闪接器和避雷器.

3供电系统电气部分的主接线方式的设计

主接线也称主电路,表示供配电系统中对电能进行的输送和分配的电路.其基本性能指标：安全、可靠、灵活、经济.

高压供配电接线：高压供配电部分担负从电力系统受电并向各车间变电所供配电的任务.如图1所示,为具有一定代表性的高压供配电接线方案.

3.1变电所常用的主接线方式

变压器组___线路接线法,当变电所只存在单独供电线路与唯一变压器时,可用这种接线法处理.单母线接线法,常用于对电能聚集和输配；其具体又可以分为分段和不分段两种接线方式.桥式接线,指在两路供电进线之间跨接一个断路器.

3.2总降压变电所与独立变电所主接线方式

单电源进线的总降压变电所主接线；双回路电源进线总降压变电所主接线.单电源进线独立变电所主接线；双电源进线独立变电所主接线

3.3车间和小型工厂变电所的主接线方式

只装有一台主变压器的小型变电所主接线；装有两台主变压器的小型变电所主接线.

总之,工厂供电系统的设计是一项综合各方面因素在内的系统性工程.理论值的准确计算为电气设备容量和线缆截面的合理选择提供了重要的理论参考和依据,初步保证了工厂供电系统电气部分的稳定性和可靠性；优化的主接线方式和无功功率补偿后的工厂供电系统,一方面保证了供电系统的稳定运行,另一方面也节省了部分开支,为企业和供电部门带来了一定的经济效益.在保证供电系统安全性和可靠性的前提下兼顾供电的质量和经济性原则是今后工厂系统供电设计者努力的方向.