學院校辦工廠供電系統設計

[摘要]：對于任何一個新建的企業，都設及到供電系統的設計，而此設計從電能的引入到布線，從保護到應用，都要經過精心設計，否則會造成電能的浪費，給企業帶來不必要的經濟損失。因此本文從新建企業電力系統的接線方案到設備的選擇、保護都進行嚴密設計。

[關鍵詞]：實習工廠 電力供電系統 接線方案負荷計算 電氣設備選擇 保護

自成都農業科技職業學院成立機電工程分院開始，學院就籌劃著要建立一個由機電工程分院專用的學生實習工廠，此工廠包含普通機床車間、數控機床車間、鍛壓與鑄造車間、焊接車間、鉗工車間。由于實習工廠是新建，無任何電氣設備原始設計資料，因此所有的供配電系統都須從頭設計。現就此工廠供配電系統進行如下設計。

一、實習工廠電氣主接線方案的確定

實習工廠電氣主接線方案的確定對供電系統的可靠供電和經濟運行有非常密切的關系，因此，選擇主接線時應滿足下列要求：

1.設計應符合國家標準和有關設計規范的要求，能充分保證在進行各種操作切換時工作人員的人身安全和設備安全，以及在安全條件下進行維護檢修工作；

2.根據實習工廠用電負荷的要求，保證供電的可靠性和電能質量；

3.保證運行操作和維護人員及設備的安全，配電裝置應緊湊合理，排列盡可能對稱，便于運行值班人員記憶，便于巡視；

4.根據實習工廠的近期和長遠規劃，為將來發展留一定余地。

由于學生實習工廠對供電的可靠性和靈活性要求不是很高，屬于三級用電負荷，在選擇主接線時為了全面考慮上述電氣主接線方案的要求，經過技術經濟比較，權衡利弊，再考慮電網的可靠性與經濟性這兩個方面的矛盾之后決定，此線路應該采用單母線不分段主接線形式。此種接線形式具有線路簡單、使用的設備少、一次性投資較低的優點。

二、實習工廠供電系統負荷計算

要使供電系統能夠在正常條件下可靠地運行，則其中各個元件（包括電力變壓器、開關設備及導線、電纜等）都必須選擇得當，除了滿足工作電壓的要求外，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因此應該先對供電系統中各個環節的電力負荷進行統計計算。通過負荷的統計計算求出的、用來按發熱條件選擇供電系統中各元件的負荷值，稱為計算負荷。它是電力供電系統設計計算的基本依據，計算負荷確定得是否正確合理，將直接影響到電器和導線的選擇是否經濟合理，如果計算負荷確定過大，將使電器和導線選得過大，造成投資和有色金屬的浪費，如果計算負荷確定過小，又將使電器和導線運行時增加電能損耗，并產生過熱，引起絕緣過早老化，甚至燒毀，以致發生事故，同樣給學院造成損失。由此可見，計算負荷的正確具有很大的意義。

三、實習工廠主電源供電電壓等級確定

1.實習工廠供電系統既復雜又重要，具有供電半徑小而范圍廣、負荷多而操作頻繁、廠房環境復雜、低壓配電線路長等特點。因此，選擇供電方式時，應力求簡單可靠按供電可靠性和經濟性的要求而定，度應考慮線路運行的安全和方便、周圍環境的特點及線路安裝的可能性。運行經驗表明：供電系統如果接線復雜，不僅會增大投資，使繼電保護和自動裝置困難、維護不方便，而且由于電路串聯元件過多，因元件故障或誤操作而產生的事故也隨之增多，處理事故和恢復供電的操作也較復雜，有可能會延長停電時間，造成供電可靠性差。因此，根據電壓等級，實習工廠擬定用10kv作為主電源供電。

四、計算負荷的確定

工廠企業變、配電所運行時的實際負荷不等于所有用電設備的額定負荷之和。這是因為所有的用電設備不可能全部同時運行，每臺用電設備也不可能全部帶滿負荷，各種用電設備的功率因數也不可能完全相同。因此，在選擇電氣設備和導線之前，必須確定一個假設負荷，以便按此負荷滿足發熱條件來選擇電氣設備，此假設負荷稱計算負荷。計算負荷產生的熱效應和實際變動負荷產生的熱效應是相等的。所以根據計算負荷選擇的電氣設備和導線，在實際運行中其最高溫升就不會超過允許值。

(一) 普通機床車間計算負荷的確定

由于普通機床車間機床設備較多，且所有機床負荷大致平均，沒有特大型用電設備，因此采用需要系數法求車間計算負荷。

1.由于同類型設備的需要系數值是很接近的，可以用一個典型值來表示，這就是需要系數。所以根據用電設備性質，將需要系數相近的用電設備歸于一組，因此，普通機床車間可分為機床類、風機類和照明類三組。

2.求各組的設備容量

（1）機床類設備容量等于各機床銘牌上的額定容量之和：

Pe1=1.5×5+0.75×12+4.7+3.2+2.5+3.5+5.5+4.7+8.5+6.7+5.6=61.4 KW

（2）風機類的設備容量等于銘牌上的額定功率之和：Pe2=12 KW

（3）照明類的設備容量等于燈泡上標出的額定功率總和：Pe3=0.06×25=1.5 KW

該車間的照明屬于單相設備，為該車間三相用電設備容量（61.4+12）KW的2%，未超過15%的規定值，在確定計算負荷時可不換算。

3.根據工廠企業《各用電設備組的需要系數KX及功率因數表》查得各組KX、cosφ、tgφ后進行計算。機床類的計算負荷KX1風機類的計算負荷KX2照明類的計算負荷KX3。

4.確定普通機床車間總的計算負荷：

∑PJ= PJ1+PJ2+ PJ3=23.08 KW

∑QJ2=QJ1+QJ2=28.44 Kvar

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（二）數控機床車間計算負荷的確定

由于數控機床車間中，機床設備容量差別較大，因為這些容量較大的少數設備在投入運行時對總計算負荷有額外影響，所以采用二項式系數法求車間計算負荷。

1.由于同類型設備的二項式系數值是相近的，也可以用一個典型值來表示。根據用電設備性質，將二項式系數相近的用電設備歸于一組，同樣，數控機床車間也可分為機床類、風機類和照明類三組。

2.求各組的設備容量

（1）機床類設備容量等于各機床銘牌上的額定容量之和：

Pe1=1.5×5+0.75×8+1.5×2+3.2+4.5+30.5×2+40×2=165.2 KW

（2）風機類的設備容量等于銘牌上的額定功率之和：Pe2=4 KW

（3）照明類的設備容量等于燈泡上標出的額定功率總和：Pe3=0.06×21=1.26 KW

3.根據工廠企業《用電設備組的需要系數、二項式系數及功率因數值》表查得各組設備二項式系數b、c，最大容量設備臺數x、功率因數cosφ和tgφ后進行計算。

（1）機床類的計算負荷（b=0.14、c =0.5、x=5、cosφ1=0.5、tgφ1=1.73）：

PJ1= bPe1+ cPx1=0.14×165.2+0.5×(30.5×2+40×2+4.5)= 95.88KW

QJ1= PJ1×tgφ1=95.88×1.73=165.9 Kvar

（2）風機類的計算負荷（b=0.65、c =0.25、x=5、cosφ2=0.8、tgφ2=0.75）：

PJ2= bPe2+ cPx2=0.65×4+0.25×4= 3.6KW

QJ2= PJ2×tgφ2=3.6×0.75=2.7 Kvar

（3）照明類的計算負荷，由于照明燈是純電阻性負載，而且功率不大，因此只需采用需要系數法確定其計算負荷即可（KX3=0.8、cosφ3=1）：

PJ3= KX3×Pe3=0.8×1.26= 1.0KW

4.確定數控機床車間總的計算負荷：

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（三）鍛壓與鑄造車間計算負荷的確定

該車間所有設備都是熱加工設備，總容量為57 KW。由于設備不多，而且種類較單一，所以，直接采用需要系數法進行計算。查工廠企業《各用電設備組的需要系數KX及功率因數表》得KX=0.3、cosφ=0.65、tgφ=1.17

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五、變壓器選擇

由上述可知，學生實習工廠所有車間設備計算容量為272.8KVA，考慮到實習車間以后還要發展、擴建，所以在選擇變壓器時，應留有一定的裕量。但是，為了減少一次性投入費用，從經濟的角度出發，發展裕量又不能留得太大，由此可以選擇容量為315KVA、額定電壓為10KV/0.4KV的三相油浸自冷式有載調壓銅繞組電力變壓器，其型號為S9—10/0.4。此變壓器由10KV電源線引進高壓側電源，經電壓變換后，電壓為0.4KV，除去5%的變壓器次級損耗，0. 38 KV的電壓接到低壓側配電母線上，同時為學生實習工廠的五個實習車間提供電能量。

六、高、低壓開關設備（高壓斷路器）的選擇與校驗

1.一般原則

供配電系統中的電氣設備總是在一定的電壓、電流、頻率的工作環境條件下工作的，所以電氣設備的選擇除了滿足在正常工作條件下安全可靠運行外，還應滿足在短路故障條件下不損壞，開關電器還必須具有足夠的斷流能力，并適應所處的位置、環境溫度以及防塵、防腐、防火、防爆等環境條件。因此，電氣設備的選擇應按工作環境要求選擇型號，按工作電壓選擇電氣設備的額定電壓，按最大負荷電流選擇電氣設備的額定電流。當設備選擇以后，還要按短路條件校驗電氣設備的動穩定性和熱穩定性，開關電器還必須校驗斷流能力。

2.高壓斷路器的選擇

高壓斷路器是接在變壓器的高、低壓側，對變壓器的短路或過載現象進行保護的開關設備，因此應對其遮斷容量的斷流能力進行選擇。根據變壓器的容量及其高、低壓的額定電壓可知，變壓器原邊電流為I1=S/U1=315/10=31.5A，副邊電流I2= S/U2=315/0.4=787.5A。因此，斷路器參考數據表可知，變壓器高壓側應選SN10-10型高壓少油斷路器，其額定電壓為10KV，斷流容量為500MVA，開斷電流為31.5A，極限通過電流為80KA，熱穩定電流為31.5A，熱穩定時間為2S，固有分閘時間為0.06S，合閘時間為0.2S。變壓器低壓側應選DW10-1000型低壓斷路器，其脫扣器額定電流為800A，脫扣器整定電流倍數為2倍。

按照這一精心設計，我們學院校辦工廠的電力系統將會安全、可靠地運行，在運行過程中也會得到優質電能的供應，而且還不會造成電能的浪費。

參考文獻：

陳小虎主編 《工廠供電技術》高等教育出版社

劉介才主編《企業供配電系統設計》機械工業出版社