工廠供電系統(tǒng)運行管理設計目錄第1章緒論 31.1研究背景 31.2供電的注意事項及基本特點 31.3供電設計的基本要求及原則 41.4本文的主要工作 4第2章負荷計算和功率補償 62.1負荷計算的內容和目的 62.2負荷計算的概念 62.3負荷計算的方法 62.4無功補償?shù)姆绞?7第3章主變壓器的選擇和主接線方案的選擇 93.1變壓器臺數(shù)確定原則 93.2變壓器選擇的計算 93.3主接線方案 93.3.1主接線的分類 103.3.2主接線的要求和選擇原則 103.4主接線的類型 103.4.1單母不分段接線 103.4.2單母分段接線 113.4.3橋形接線 133.5主接線方案的確定 14第4章電氣設備的選擇 164.1按額定電壓選擇 164.2按額定電流選擇 164.3短路電流的計算條件 16第5章繼電保護的配置 185.1對繼電保護的基本要求 185.1.1可靠性 185.1.2選擇性 185.1.3速動型 185.1.4靈敏性 185.2繼電保護的配置 185.2.1電流速斷保護 185.2.2過電流保護 195.2.3瓦斯保護 19第6章結論與展望 21參考文獻 22PAGE\*Arabic9摘要本次畢業(yè)設計為某工廠的供電系統(tǒng)運行及管理設計，針對性的討論了幾個具體的需要注意的問題：負荷的計算以及有功和無功的補償，主變壓器如何去合適的進行選擇和使用，還討論了兩種不同的接線方案以及針對這兩種接線方案如何去選擇更合適，以及對使用的設備進行了討論，還介紹了對保護裝置的選擇。并針對性的進行了具體的設計和研究。本文在第三章對主變壓器的選擇時進行了具體的討論和計算。該廠在35KV側主接線采用的是內橋接線，6KV側采用的是單母分段接線，該問題在第四章對主接線方案的選擇時進行了討論和研究。本文在第5章對該廠的繼電保護也進行了具體選擇，采用的是電流速斷保護，過電流保護和氣體瓦斯保護。結合實際情況，通過相關計算和分析，選定了合適的方案以達到高效節(jié)能的目的。關鍵詞：負荷計算；主變壓器選擇；主接線方案的選擇；保護裝置的選擇

第1章緒論1.1研究背景隨著國家的經濟發(fā)展，各種領域的用電量也逐漸增多，當今社會發(fā)展和生產的基礎和關鍵能源就是電，其他能源不但可以通過不同方式變成電能，如核能，太陽能，動能等，而且電能也可以變化成其他能量REF_Ref17054\w\h[1]，因此電能不僅在平時日常生活中有不可或缺的地位，而且也在工廠的制造和生產方面有關鍵的作用。為了滿足日益增生長的電力需求，加上現(xiàn)在電力行業(yè)各方面的進步，各電廠的規(guī)模和機組容量都在不斷擴大，但是在規(guī)模和機組容量擴大的同時，安全管理設備及各種輔助設施的需求也在不斷增加。600MW,1000MW的單機容量已經逐漸成為新型改建的主要選擇。在需求不斷增加的同時，管理人員及管理技術的缺陷和不足也逐漸顯露出來。電廠的各大設備都需要人員進行管理，監(jiān)視以及操作，設備信息的傳遞尤為重要，電廠的供電系統(tǒng)運行及管理水平需要及時加強和提高。我國存在很多大中小型電廠，但是有些電廠由于供電系統(tǒng)的管理不當以及基礎落后，嚴重阻礙了企業(yè)的發(fā)展甚至造成各種安全及運行隱患，這種電廠也已經逐漸被淘汰。老式的電廠主要是靠運行人員手抄數(shù)據(jù)的方式來對電廠進行管理，運行以及檢測，隨著現(xiàn)代科技發(fā)展不斷進步，加之各種有關軟件的不斷發(fā)展，各個電力企業(yè)都逐步采用了信息化管理。但是由于管理軟件的水平各不相同，盡管有各種管理軟件，但是在各個企業(yè)的運行及實際應用當中，其實出現(xiàn)了許多大小不一的問題。1.2供電的注意事項及基本特點電廠供電系統(tǒng)中必需保持安全可靠的供電，即能適應實時變化的負合有功和無功需求，滿足短路，斷線故障，負荷劇烈波動等快速性要求，供出的電能質量也一定要符合要求。除了需要保證安全可靠供電以及電能質量的同時，還需要良好的經濟性以及對環(huán)境友好的要求。現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，衡量電能質量的技術指標有頻率允許偏差，電壓允許偏差和波形質量。頻率允許偏差為：目前供電系統(tǒng)的標準頻率是50HZ ，正常運行條件下頻率允許與標準頻率相差限制±0.2HZ；當供電系統(tǒng)的供電量不大時，相差的最大值可以為±0.5HZREF_Ref19621\w\h[2]。電壓允許的偏差為：35KV以上的偏差為10%之內，10KV及以下三相電壓偏差為標稱的±7%；220KV單相供電電壓，允許偏移范圍為+7%到-10%REF_Ref20369\w\h[3]。電壓偏差（%）=波形質量：公用電網諧波，三相電壓不平衡，電壓波動和閃變等。其中，國標《電能質量公用電網諧波》明確指出：6~12KV的每個電壓等級的公共使用電力網的電壓（注意此處的電壓指的是相電壓）總諧波畸變率分別為0.38KV≤5.0%，6-10KV≤4.0%，35-66KV≤3.0%，110≤2.0%REF_Ref21061\w\h[4]。諧波畸變率（%）=1.3供電設計的要求及原則電能在現(xiàn)代生產和科技發(fā)展中起到關鍵性作用，工廠供電系統(tǒng)的基本要求有：1.同時性：電能的生產，運送，分配和消費的環(huán)節(jié)在生活中是一起發(fā)生的。2.整體性：發(fā)電，變電，輸配電線路，用電在供電系統(tǒng)中缺一不可。3.快速性：電能的傳播形式是電磁波，電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程十分短暫。4.需求連續(xù)性，監(jiān)控實時性，負荷隨機性等。5.從全面性考慮，統(tǒng)籌兼顧。從負荷使用情況，各個地區(qū)的供電和用電情況以及用電的時間等各方面考慮，擬定正確的供電方案，保證整個電廠的供電可靠。正確分配電能以及運行人員的調度，考慮各方面因素，在設計過程中保證供電的安全可靠。1.4本文的主要工作隨著發(fā)電規(guī)模不斷的擴大，設備的運行數(shù)量也在不斷增加，隨之而來的就是對管理要求的提高，面對撲面而來的龐大的管理和運行需求，與之相對應的管理運行水平就需要隨之提高。環(huán)保和智能化的發(fā)展理念推動著各行各業(yè)積極地進行產業(yè)結構調整。建筑電氣行業(yè)也以設計出更環(huán)保、更節(jié)能、更智能的電氣方案為主要發(fā)展方向[5]本設計中，該廠采用的是10KV單電源進線，一臺1500KV的變壓器最大設備容量為1522KV。本次設計通過對負荷的實際的計算并結合計算后的結果進行分析，結合實際情況選擇合適的電氣設備以及接線方式，最終得出了合適的設計方案，并嚴格按照當?shù)氐南嚓P要求進行設計，避免了設計考慮不全面和能源的浪費以及對環(huán)境的污染的各種問題。達到了節(jié)能高效環(huán)保的效果。第2章負荷計算和功率補償2.1負荷計算的內容和目的計算負荷是一個假象的量，計算負荷是所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計過后經過計算而得來的不是實際存在的。計算負荷是供電管理中計算的第一步，在供電設計中占不可或缺的地位，他直接關系到設備的選擇是否合理以及是否負荷運行要求及經濟要求。通常選用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據(jù)REF_Ref722\w\h[6]。2.2負荷計算的概念負荷是一個不停變化的量，負合的變化和時間有關。負荷可以分為一級負荷，二級負荷和三級負荷三個等級[7]在實際運行中，各用電設備不是同時運行的，而且運行時間，運行參數(shù)也各不相同，有的運行時間長，有的運行時間短。容量有的大有的小。所以，在設計時，如果直接把所有用電設備加在一起計算明顯是不合理的。為了避免用電的浪費或供電量不足，設計供電系統(tǒng)時所用的總負荷是一個假想的負荷，這個假想的符合就是計算負荷。2.3負荷計算的方法負荷的計算主要有：需要系數(shù)法：能直接求出計算負荷，這種方法相對簡單，應用相對廣泛。利用系數(shù)法：計算數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)基本一致，適合用于各種范圍相關的負荷計算，但是計算的過程相對麻煩。單位面積功率法：單位面積功率法又分為兩種方法，分別是單位指標法和單位產品耗電量法。前者適合用于民用建筑，后者多用于工業(yè)建筑。在用電設備的功率以及臺數(shù)不確定時。確定設備負荷的主要方法是單位面積功率法。本次設計主要采用的事需要系數(shù)法運用的公式主要有：有功功率：（1）無功功率：（2）視在功率：（3）計算電流：（4）其中表示有功功率的計算負荷，表示無功功率的計算負荷，表示視在功率的計算負荷。將該廠的已知參數(shù)代入上述公式中可得下表1表1用電負荷明細表序號用電單位名稱設備容量（KW）需要系數(shù)cosΦtanΦ計算負荷P30（KW）Q30（KVAR）1車間動力17000.350.651.172452862車間動力26000.450.90.482701303車間動力35000.550.80.752752064照明10010.51.731001735共計19000.460.730.94890795從經濟環(huán)保的角度出發(fā)，我們不能把計算負荷的容量確定的太大，避免電氣設備長期處于低負荷狀態(tài)，造成經濟和資源上的浪費[8]。因此，精準地確定計算負荷是供配電系統(tǒng)設計中的重中之重。2.4無功補償?shù)姆绞綖榱烁纳破髽I(yè)用電的功率因數(shù)，防止無功不足或過量，應該在供電系統(tǒng)中設計和安裝有無功補償設備。根據(jù)安裝地點的不同，無功補償可分為分單元補償、集中補償與就地補償三種。無功補償?shù)姆椒ㄒ灿泻芏啵敬卧O計主要采用并聯(lián)電容器的補償方法。并聯(lián)電容器有三種補償方法，分別是：高壓集中補償，低壓集中補償，低壓分散補償REF_Ref4236\w\h[9]。本次設計的無功補償措施采用6KV高壓集中補以低壓集中補償?shù)姆绞较嘟Y合。無功補償?shù)闹饕婕肮剑汗β室驍?shù)角的余弦：（5）無功功率補償容量：（6）補償后視在計算負荷：(7)其中cos為功率因數(shù)角的余弦值，為無功功率補償容量，為補償前后的功率因數(shù)角，為補償后的視在計算負荷。

第3章主變壓器和主接線方案的選擇變壓器臺數(shù)確定原則變壓器臺數(shù)確定原則應滿足以下要求：可靠性和安全性是供電系統(tǒng)必須滿足的兩個要求，在一級負荷中，必須可靠不停電，二級負荷應盡量保證不停電。對于用電量變動較大的場所，應選用經濟運行方式。選擇一臺主變壓器的情況一般用于三級負荷，特殊情況下，如負荷相對較大，也可以采用兩臺變壓器運行的運行方式。3.2變壓器的選擇在確定變壓器時，變壓器的額定容量必須滿足全部用電設備的計算負荷，考慮經濟運行條件以及負荷以后的發(fā)展，應該留有一定的容量裕度即：（8）當一個變電站中存在兩臺主變壓器時，變壓器的容量必需同時滿足以下兩個條件，并且兩者缺一不可：任意一臺主變壓器單獨運行時（9）任意一臺主變壓器單獨運行時（10）本次設計中，該電廠屬于三級負荷，故應選擇單臺主變壓器單獨運行，由以上公式計算可得：根據(jù)以上計算結果，應選擇1500KVA的變壓器一臺，負載率為84%。3.3主接線方案3.3.1主接線的分類接線方案包括兩類，一類是有匯流母線，一類是無匯流母線。有匯流母線還可以分成單母線接線和雙母線接線。單母接線包括不分段接線，分段接線和分段帶旁路母線接線三種。雙母線接線包括一般雙母線接線，雙母分段接線，雙母帶旁路母線接線。其它有母線類接線有一臺半斷路器接線等。一臺半斷路器接線目前在國內已經比較廣泛的用于大型發(fā)電廠和變電站的超高壓配電裝置中，一般進出線在6回及以上時采用。無匯流母線分為單元界線，角形接線和橋形接線。單元接線又分為一般單元界線，擴大單元接線。橋形接線又分為內橋接線，外橋接線。角形接線包括三角形接線，四角形接線，五角形接線，六角形接線。3.3.2主接線的要求和選擇原則主接線的基本要求有:安全性，可靠性，靈活性，經濟性1.安全性：主接線的安全性包括兩個方面：1.設備安全2.人身安全。所以在設計和選擇的時候要嚴格按照國家標準來進行選擇和設計。使設備的選擇和接線合理。2.可靠性：可靠性指的就是變電站主接線需要滿足各種負荷對供電可靠性的要求，提高供電可靠性可以進一步保障供電質量以及供電效率。提高可靠性的措施和方法也有很多，例如采用多母線供電，設置自動投切裝置等等。為了使供電可靠，接線方式不應過于復雜，設備數(shù)量也盡量減少。3.靈活性：靈活性指在保證了安全性和可靠性的同時，盡量考慮負荷的各種運行方式，讓主接線能夠盡量適應各種不同的運行方式。4.經濟性：變電站或發(fā)電廠在運行當中，經濟性是必須要考慮的一個重要方面。在滿足以上三個要求時，也應當盡量降低損耗，投資以及提高運行效率來提高經濟性。但是在提高經濟性的同時，必需滿足可靠性和安全性。3.4主接線的類型3.4.1單母不分段接線單母不分段接線如圖1所示：圖1單母線不分段接線單母不分段接線的特點：電源在發(fā)電廠是發(fā)電機，在變電站是變壓器。獲得電能的方向不唯一，每個電源都可以給出線供電，母線上的出線均勻分布。隔離開關和斷路器在每條回路都需要裝設，以保證供電的安全可靠。優(yōu)點：接線簡單，斷路器和隔離開關用的少，所以相對比較經濟，便于啟動運行和工作人員進行操作，有利于以后有需要時對系統(tǒng)進行擴充。缺點：1.任意回路斷路器檢修時，這條回路必須停電。2.母線側連接的元件檢修或故障時，所有回路都要停電。3.4.2單母線分段接線單母線分段接線如圖2所示：圖2單母線分段接線分段斷路器的運行方式：接通運行：當有一條母線發(fā)生短路故障時，需要繼電保護設備發(fā)揮作用使分段斷路器或安裝在故障線路的電源回路的斷路器會自動跳閘，而正常工作部分的母線不受影響，保持正常工作狀態(tài)。斷開運行：指分段斷路器不僅僅需要裝設普通的繼電保護設備，還需要裝有備用的電源自動投入設備，就是當電源發(fā)生故障時，電源回路的斷路器有自動切斷故障的能力，這時分段斷路器就自動投入工作，來確保安全可靠的供電。優(yōu)點：1.當母線發(fā)生故障，只需要故障母線停電，非故障段母線可以持續(xù)供電，從而減小了母線故障時的停電范圍。2.對于用雙回路供電的重要供電對象，可以把雙回路接在不同分段上，從而保證重要供電對象的可靠用電。缺點：1.當任意一段母線故障和檢修時，必須斷開接在該段上的所有電源和全部引出線，這樣一來就減少了系統(tǒng)的發(fā)電量。3.任意出線的斷路器檢修，該段線路必需停止供電。注意：6~10KV配電裝置，出線回路為6回及以上時，發(fā)電機電壓配電裝置，每段母線上的發(fā)電機容量為12MW及以下[10]。3.4.3橋形接線現(xiàn)在大部分火電廠廠用電都使用橋形接線，大型火電廠也使用單元接線。內橋接線，內橋接線如圖3：圖3內橋接線內橋接線的特點：內橋接線的橋靠近T側，T1T2投切復雜，WL1，WL2投切方便。T投切較少，且線路較長的電站適用內橋接線。外橋接線外橋接線如圖4所示：圖4外橋接線外橋接線的橋靠近WL1側，T1,T2投切方便，WL1,WL2 投切不便。外橋接線適用于T需要頻繁操作，有穿越功率且線路較短的場合。3.5主接線方案的確定方案1：兩側均采用單母分段接線方案2：35KV側采用內橋接線，6KV側采用單母分段接線當采用方案1時，供電可靠性較高，靈活性也比方案2更高，但設備數(shù)量較多，接線也較為復雜，從經濟性方面考慮不適用。當采用方案2時，35KV,10KV側采用單母分段接線，當有一部分母線出線短路或不正常運行時，分段斷路器動作，可以自動把故障所在那一段的線路斷開，正常工作段線路不受影響，從而確保了母線的可靠和安全供電。由此可見，當采用方案2時，系統(tǒng)可以安全可靠的運行，并且兼顧了經濟性和靈活性。所以本次設計時采用方案2，即35KV,10KV側使用內橋接線，6KV側使用單母分段接線。主接線圖如圖5所示：圖5本次設計采用的主接線第4章電氣設備的選擇4.1按額定電壓選擇裝設設備的那一段線路設備的最大允許的電壓大于或等于最大運行時的電壓，即：一般的電氣設備或線路：（11）電網：：（12）所以只要大于等于就能滿足條件，即可按以下公式選擇：（13）注意事項：1.其中絕緣子和安全凈距確保裸導體所承受的電壓能力，并且這種方法不需要選擇額定電壓這一問題。2.海拔的影響。4.2按額定電流選擇額定環(huán)境條件：如地形，環(huán)境，海拔等自然條件。在不同的環(huán)境下，長期允許的運行電流也不一樣，這時就需要進行調整。選擇設備的形式和種類的依據(jù)是：按照裝設地點選擇，按照運行要求選擇，按照運行方式選擇。4.3短路電流的計算條件容量和接線：容量應該按本工程的最終容量計算，考慮到系統(tǒng)的遠景發(fā)展，一般為本工程建成5~10年，用最可能發(fā)生的最大短路電流進行接線是正常工作時的接線方式REF_Ref18108\w\h[11]。短路種類：無特殊情況下都要按照出線的最惡劣的短路種類進行校驗。結合以上討論得出以下35KV高壓側用到的所有設備的選擇以及校驗匯總得出表2。表235KV高壓側用到的所有設備選擇及校驗表參數(shù)電壓電流斷開能力動穩(wěn)熱穩(wěn)單位KVAKAKA無設備名稱電流互感器35250/10無150×0.25=37.5（75×0.15）2=126.5斷路器351350305017×17×2=578電壓互感器35/0.2無無無無避雷器35無無無無第5章繼電保護的配置5.1對繼電保護的基本要求繼電保護裝置也分為反應故障而動作和反應異常而發(fā)出信號，繼電保護應滿足四個基本特性：可靠性，選擇性，速動性，靈敏性。即繼電保護的“四性”REF_Ref19071\w\h[12]。5.1.1可靠性可靠性是指故障時需要繼電保護動作繼電保護裝置要保證一定會動作，不需要繼電保護動作時繼電保護裝置不誤動。可靠性又分為安全性和可信賴性。安全性是指在不需要繼電保護動作時繼電保護裝置不誤動作。可信賴性是指在繼電保護所規(guī)定的動作范圍內發(fā)生故障時，繼電保護裝置能可靠，準確的動作。供電方式越復雜，元件越多，反而供電可靠性會越低。5.1.2選擇性選擇性是指當供電過程中出現(xiàn)短路或其他不正常工作情況時，由出現(xiàn)不正常運行的設備或發(fā)生故障的線路那一段的主保護把故障斷開。如果線路本身的主保護拒動，則由本線路的后備保護或下一段線路的主保護斷開故障。不過繼電保護只斷開故障線路或異常工作元件，而使正常運行的部分繼續(xù)正常工作，這樣一來可以讓停電的范圍盡可能的縮小，保證了供電的經濟性。5.1.3速動性速動性是指需要動作于跳閘時，繼電保護裝置需要快速把故障斷開。速動性可以提高系統(tǒng)的暫穩(wěn)，盡量降低線路損壞和設備損壞，減小故障波及范圍，提高自動重合閘和備自投的效果。5.1.4靈敏性指在繼電保護裝置要求的正常工作的線路中，繼電保護裝置不出現(xiàn)誤動作。在保護范圍內部發(fā)生故障時，不管什么運行方式或是故障的種類和短路的線路，都能迅速地反映出故障類型來。一般要求靈敏系數(shù)在1.2-2之間，用ksen表示。靈敏系數(shù)都大于1。5.2繼電保護的配置5.2.1電流速斷保護電流增大時會動作的保護，稱為電流速斷保護。它是三段式電流保護的1段保護REF_Ref22360\w\h[12]，具有瞬時動作的特點。由于三段式電流保護無法區(qū)分本線路末端與下一線路首端相重疊的部分，為了保證選擇性，線路只有一部分可以被電流速斷保護的1段所保護，而不能把整條線路全部保護進去。整定原則是按照線路尾端（末端母線處，下一線路出口處）最大的短路電流整定并且不小于該短路電流。電流保護1段整定時，可靠系數(shù)必須大于1，一般取1.2-1.3。繼電器本身的動作時間對電流保護1段的動作時間起到了決定性的作用，動作時間一般不能大于10ms為了躲過避雷器的放電時間40-60ms，一般加裝出口繼電器。電流速斷保護的最小保護范圍是：大于線路全長的15-20%5.2.2過電流保護過電流保護是按照躲過最大負荷電流來整定的。作為三段式電流保護的第3段，也稱作定時限過電流保護，能保護本條線路的全長甚至包括下一段線路的總長。可以作為本條線路和相鄰線路的保護REF_Ref23437\w\h[13]。電路正常運行時需要使過電流保護不動作，所以要求過電流保護整定值不小于正常運行時的最大電流（最大負荷電流），并且為了保證繼電保護裝置的選擇性，要求保護所在的那一段的第三段保護的動作值以及動作的時限都與相鄰線路的第三段保護互相配合。過電流保護作為近后備時：應采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流來校驗，要求Ksen=1.3-1.5。作遠后備時：采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流來校驗，要求Ksen=1.2。5.2.3瓦斯保護瓦斯保護是當變壓器發(fā)生匝間，相間，以及短路這種不正常運行狀態(tài)時，不正常部分產生的有害電弧會讓變壓器油或變壓器中的與絕緣有關的元件失去作用，這時就會有可以讓瓦斯繼電器動作的的氣體出線，從而利用產生的這些氣體和形成的油來回流動實現(xiàn)的保護REF_Ref24427\w\h[14]。氣體繼電器是瓦斯保護不可或缺的部分，一般安裝在變壓器的油箱和油枕的連接管上。瓦斯保護結構簡單，靈敏性高，能反映變壓器油箱內部的各種故障（包括輕微的匝間短路故障）。但是不能反應變壓器套管和引出線的故障REF_Ref24427\w\h[15]。遇到嚴重故障時，瓦斯保護的動作速度不夠快。第6章