工厂供配电系统设计中的相关问题

摘要：工厂的供配电系统，其是由厂内的降压变电所、车间变电所、用电设备、高压配电线路、低压配电线路组成。供配电系统主要是对电力系统中的电能进行降压，再分配电能至工厂的各个生产车间。在设计工厂的供配电系统、总降压变电所时，需要根据各个厂房、车间的负荷数量与性质，考虑工厂的生产工艺对于负荷的实际要求、以及负荷的布局，解决对厂内各个部门、生产线的安全可靠、技术经济的电能分配问题。本文首先说明了工厂供配电系统的设计原则，然后从负荷计算、变压器选择、主接线设计、线路敷设等六方面详细探讨了工厂供配电系统设计中的要点。

关键词：工厂；供配电；电能；变压器；防雷

Abstract: the factory power supply and distribution system, it by factory step-down substation, workshop substation, power equipment, high pressure distribution line, low-voltage distribution lines. Power supply and distribution system is mainly to the electricity power system to buck, redistribution electrical energy to each production workshop of the factory. In the design of factory power supply system, the general step-down substation, need according to the load quantity and nature of each workshop, workshop, consider the plant production process the layout of the actual requirements for load, and load, solving each department within the factory, production of safe and reliable, technical and economic power allocation problem. At first, this paper illustrates the design principles of plant power supply and distribution system, and then from the main load calculations, transformer selection, wiring design, circuit installation and so on six aspects point in plant power supply and distribution system design is discussed in detail.

Key words: factory; Power supply and distribution; Electrical energy; Transformer; Lightning protection.

中图分类号：TU852文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

工厂供配电系统的设计原则

（一）国家政策的执行

在进行工业供配电系统的设计时，必须严格遵守国家相关标准、规定，坚决执行低能减排、节约稀有金属等国家方针与技术经济政策。

（二）先进性与安全性

供配电系统的设计，应把人身安全与设备安全放在首位，在此基础上确保供配电的电能质量合格，同时还应保证供电设备技术的先进、价格的合理、采用效率高、能耗低等。

（三）设计方案的合理性

供配电系统的设计，应根据工厂的性质，实际所需的负荷性质、电能容量，以及当地的供电条件等因素进行分析，合理规划设计方案。供配电系统的设计关系着工厂的生产运作，也将影响到工厂的可持续发展。工厂电力系统的工作人员，必须充分掌握供配电设计的相关知识，以便适应设计需要。

（四）可持续发展原则

设计应根据工厂的性质、规模及未来发展的规划进行编制，在妥善处理近期的建设问题后，应充分考虑其与长期发展的关系，分析日后规模扩建的可能性，从全局出发，做到统筹兼顾。

工厂供配电系统设计的要点

（一）工厂负荷的计算

计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要依据。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。负荷计算的方法主要有几下几种：

需要系数法

用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。

利用系数法

采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数的计算负荷。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较困难，在电气设计中一般不用。

二项式法

在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。

负荷密度法

当已知某建筑面积负荷密度ρ时，某建筑的平均负荷可按下式计算：

Pav =ρ·A（kW）

式中：ρ——负荷密度（kW/m2）

A——某建筑面积（m2）

在建筑方案设计阶段，可采用建筑面积负荷密度法进行负荷估算。在建筑施工阶段设计时，可采用需要系数法进行复核。

（二）变压器的选择

在供电设计中，变压器的容量一般是根据用电设备的计算负载，并考虑适当的裕度来确定的。实践证明，要精确的确定计算负荷是很困难的。不管采用哪种计算方法，所得结果均比实际负载偏高。因而，变压器负载率很低，造成了很大的损失和浪费。同时，由于选择变压器容量偏大，致使开关设备、无功补偿装置及导线等容量也相应增大，加大了一次投资费用。

根据几年来多种文献资料的研究和讨论结果普遍认为：从变压器年电能损耗最小的原则，求起比较合理的负载率，并按此选择变压器容量能获得较佳的节电效果。

（三）变配电所所址的选择

变配电所所址的选择，应根据下列要求并经过技术经济分析比较后确定。

尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

进出线方便，特别是要便于架空进出线。

接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。

不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。

不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染原下风侧。

（四）主接线设计

1、导线和电缆选择的条件

（1）发热条件

导线和电缆（含母线）在通过计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

（2）允许电压损耗

导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗的校验。

（3）经济电流密度

35kV及以上的高压线路，规定宜选“经济截面”，即按国家规定的经济电流密度来选择导线和电缆的截面，达到“年费用支出最小”的要求。一般10kV及以下的线路可不安经济电流密度选择。但长期运行的低压特大电流线路（例如电炉的短网和电解槽的母线）仍应该按经济电流密度选择。

（4）机械强度

导线的截面应不小与最小允许截面，由于电缆的机械强度很好，因此电缆可不校验机械强度，但需校验短路热稳定度。

（5）短路时的动稳定度和热稳定度

导体的截面应满足短路时的动稳定度和热稳定度，以保证短路时不至损坏。

工厂的主接线形式

（1）有工厂总降压变电所或高压配电所的车间变电所

其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首段，即总配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器室和低压配电室，其高压侧多数不安装开关，或只安装简单的隔离开关、熔断器、避雷器等。

凡是高压架空进线，变电所高压侧必须装设避雷器，以防雷电波沿着架空线路侵入变电所击毁电力变压器及其他设备的绝缘。而采用高压电缆进线时，避雷器则装设在电缆的首端，而且避雷器的接地端要连同电缆的金属外皮一起接地。此时变压器高压侧一般可以不再装设避雷器。如果变压器高压侧为架空线又经过一段电缆引入时，则变压器高压侧仍应装设避雷器。

（2）工厂无总变、配电所的车间变电所

工厂内无总降压变电所和高压配电所时，其车间变电所往往就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下，就可以不设高压配电室，其高压侧的开关电器就装在变压器室的墙上或电杆上，而在低压侧计量电能，或者其高压柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能。

（五）线路敷设

1、架空线路的敷设

工厂架空线路长期漏天运行，受环境和气候影响会发生断线、污染等故障。为确保线路长期安全运行，必须按相关规定敷设并经常性的巡视和检查，以便及时消除设备隐患。

架空线路的敷设以及电杆尺寸应满足下面四个要求：

（1）不同电压等级线路的档柜（也称跨柜，即同一线路上相邻两电杆中心线之间的距离）不同。一般380V线路档柜为50～60m，6～10KV线路档距为80～120m。

（2）同杆导线的线距与线路电压等级及档距等因数有关。380V线路线距约0.3～0.5m，10V线路线距约0.6～1m。

（3）弧垂（架空导线最低点与悬挂点间的垂直距离）要根据档距、导线型号与截面积、导线所受拉力及气温条件等决定。垂弧过大易碰线；过小易造成断线或倒杆。

2、电缆线路的敷设

电缆线路与架空线路相比，具有成本高，投资大，维修不便等缺点，但是它具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜架设架空线路时，只有敷设电缆线路。

（六）防雷措施

1、防雷的设备

雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属针称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。相应的接闪的金属带和接闪的金属网称为避雷带和避雷网。

防雷技术

（1）架空线路的防雷措施

①架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。

②高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空。

③用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装设保护间隙。

④设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。

（2）配电所的防雷措施

①装设避雷针：室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。

②高压侧装设避雷器：这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏变电所的关键设备。

③低压侧装设避雷器：主要用在多雷区，用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。

结语

综上，电能是保证工厂正常生产的第一生命线，设计一套合理、科学的供配电系统，能够有效促进工厂生产电气化的实现。因此在进行供配电系统的设计时，要严格遵守国家相关标准与规范，根据工厂的规模、性质，有针对性的进行供配电设计，从而确保设计的合理性、科学性、有效性。

参考文献

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