工厂电气系统安装分析报告.doc

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1、 .学习情境 3 工厂电气系统安装项目1 工厂电气动力系统安装3.1.1施工技术准备1.识图1）设计说明（1）设计依据按照国家标准GB5005295 供配电系统设计规范、GB500539410kV及以下变电所设计规范、GB5005495低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下一般设计原则：a遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。b安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能较先进的电气产品。c近期为主、考虑发展应根据工程特点、规模和发展

2、规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。d全局出发、统筹兼顾必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。（2）设计范围工厂供电设计包括变配电所设计、配电线路设计和电气照明等。a变配电所设计无论工厂总降压变电所或车间变电所，设计的内容都基本相同。工厂高压配电所，则除了没有主变压器的选择外，其余的设计内容也与变电所设计基本相同。变配电所的设计内容应包括：变配电所负荷的计算和无功功率的补偿，变配电所所址的选择，变电所主变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主结线方案的选择，进出线的选择，短路计算及开

3、关设备的选择，二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定，防雷保护与接地和接零的设计，变配电所电气照明的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制变配电所主电路图、平剖面图、二次回路图及其它施工图纸。b配电线路设计工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线路的设计。其设计内容应包括：配电线路路径及线路结构型式的确定，负荷的计算，导线或电缆及配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，防雷保护与接地和接零的设计等。最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制厂区

4、配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其它施工图纸。车间配电线路设计，包括车间配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线及配电设备和保护设备的选择、线路敷设设计等。最后也需编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制车间配电线路系统图、平面图及其他施工图纸。c电气照明设计工厂电气照明设计，包括厂区室外照明系统设计和车间(建筑)内照明系统设计。无论是厂区室外照明设计还是车间内照明设计，其内容均应包括：照明光源和灯具的选择，灯具布置方案的确定和照度的计算，照明负荷计算及导线的选择，保护与控制设备的选择等。最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概(预)算，绘制照明系统图、平面图及其它施工图纸。

5、(3）设计的程序与要求工厂供电设计，通常分为扩大初步设计和施工设计两个阶段。大型设计，也有分为初步设计、技术设计和施工设计三个阶段，或分为方案设计、初步设计和施工设计三个阶段的。如果设计任务紧迫，设计规模较小，又经技术论证许可时，也可直接进行施工设计。a扩大初步设计扩大初步设计的任务，主要是根据设计任务书的要求，进行负荷的统计计算，确定工厂的需电容量，选择工厂供电系统的原则性方案及主要设备，提出主要设备材料清单，并编制工程概算，报上级主管部门审批。因此，扩大初步设计资料应包括工厂供电系统的总体布置图、主电路图、平面布置图等图纸及设计说明书和工程概算等。为了进行扩大初步设计，在设计前必须收集以下

6、资料：a)亡厂的总平面图，各车间(建筑)的土建平、剖面图。b)工艺、给水、排水、通风、取暖及动力等工种的用电设备平面布置图及主要的剖面图。并附有备用电设备的名称及有关技术数据。c)用电设备对供电可靠性的要求及工艺允许停电的时间。d)全厂的年产量或年产值及年最大负荷利用小时数，用以估算全厂的年用电量和最高需电量。e)向当地供电部门收集下列资料：可供的电源容量和备用电源容量；供电电源的电医、供电方式(架空线还是电缆，专用线还是公用线)、供电电源回路数、导线或电缆的型号规格、长度以及进入工厂的方位；电力系统的短路数据或供电电源线路首端的开关断流容量；供电电源首端的继电保护方式及动作电流和动作时限的整

7、定值，电力系统对工厂进线端继电保护方式及动作时限配合的要求；供电部门对工厂电能计量方式的要求及电费计收办法；对工厂功率因数的要求；电源线路厂外部分设计和施工的分工及工厂应负担的投资费用等。f)向当地气象、地质及建筑安装等部门收集下列资料：当地气温数据，如年最高温度、年平均温度、最热月平均最高温度、最热月平均温度以及当地最热月地面下o81om处的土壤平均温度等，以供选择电器和导体之用；当地海拔高度、极端最高温度与最低温度等，也是供电器选择之用；当地年雷暴日数，供设计防雷装置之用；当地土壤性质或土壤电阻率，供设计接地装置之用；当地常年主导风向、地下水位及最高洪水位等，供选择变、配电所所址之用；当地

8、曾经出现过或可能出现的最高地震烈度，供考虑防震措施之用；当地电气工程的技术经济指标及电气设备和材料的生产供应情况等，供编制投资概算之用。必须注意：在向当地供电部门收集有关资料的同时，也应向当地供电部门提供一定的资料，如工厂的生产规模、负荷的性质：需电容量及供电的要求等，并应与供电部门最后达成供用电协议。b 施工设计施工设计是在扩大初步设计经上级主管部门批准后，为满足安装施工要求而进行的技术设计，重点是绘制施工图，因此也称为施工图设计。施工设计须对初步设计的原则性方案进行全面的技术经济分析和必要的计算和修订，以使设计方案更加完善和精确，有助于安装施工图的绘制。安装施工图是进行安装施工所必需的全套

9、图纸资料。安装施工图应尽可能采用国家颁发的标准图样。施工设计资料应包括施工说明书，各项工程的平、剖面图，各种设备的安装图，各种非标准件的安装图，设备与材料明细表以及工程预算等。施工设计由于是即将付诸安装簏工的最后决定性设计，因此设计时更有必要深入现场调查研究，核实资料，精心设计，以确保工厂供电工程的质量。2）负荷计算由于需要系数等计算方法前面章节已作介绍，本部分仅介绍在当设备台数较少而容量差别较大时的低压干线与分支线的负荷计算中常用的二项式法。(1) 用二项法进行负荷计算二项式法认为计算负荷由两部分构成，一部分是由所有设备运行时产生的平均负荷，另一部分是由于大型设备（容量最大的x台）的投入产生

10、的负荷。其中b，c称为二项式系数。二项式系数也是通过统计得到的数据。二项式法的基本公式是 式中，bPe为表示用屯设备组的平均功率，其中Pe是用电设备组的设备总容量，其计算方法如前需要系数法中所述；cPx为表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中Px，是x台最大容量的设备总容量；b、c为二项式系数。其余的计算负荷Q30、S30和I30的计算与前述需要系数法的计算相同但必须注意：按二项式法确定计算负荷时，如果设备总台数n少于附录表1中规定的最大容量设备台数x的2倍(即n X/3时才需计及电阻。 如果不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值为 三相短路容量为 下面讲述供电系统

11、中各主要元件如电力系统、电力变压器和电力线路的阻抗计算。至于供电系统中的母线、线圈型电流互感器的一次绕组、低压断路器的过电流脱扣线圈及开关的触头等的阻抗，相对来说很小，在短路计算中一般可略去不计。在略去上述的阻抗后，计算所得的短路电流自然稍有偏大；但用稍偏大的短路电流来校验电气设备，倒可以使其运行的安全性更有保证。 a)电力系统的阻抗 电力系统的电阻相对于电抗来说，很小，一般不予考虑。电力系统的电抗，可由电力系统变电所高压馈电线出口断路器(参看图34)的断流容量SOC来估算，这SOC就看作是电力系统的极限短路容量SK。因此电力系统的电抗为 式中，UC为高压馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电

12、路总阻抗的计算，免去阻抗换算的麻烦，此式的UC可直接采用短路点的短路计算电压；SOC为系统出口断路器的断流容量，可查有关手册或产品样本；如只有开断电流IOC数据，则其断流容量这里UN为其额定电压。 b)电力变压器的阻抗 (a)变压器的电阻RT 可由变压器的短路损耗Pt近似地计算。 故 式中，UC为短路点的短路计算电压；SN为变压器的额定容量；Pk为变压器的短路损耗，可查有关手册或产品样本。 (b)变压器的电抗Xt 可由变压器的短路电压(即阻抗电压)UK近似地计算。因 故式中，UK为变压器的短路电压(阻抗电压UZ)百分值，可查有关手册或产品样本c)电力线路的阻抗 (a)线路的电阻RWL。 可由导

13、线电缆的单位长度电阻R。值求得，即式中，R。为导线电缆单位长度的电阻，可查有关手册或产品样本；l为线路长度。 (b)线路的电抗XWL。 可由导线电缆的单位长度电抗x。值求得，即式中，X。为导线电缆单位长度的电抗，可查有关手册或产品样本；l为线路长度。 如果线路的结构数据不详时，x。可按下表1.1-2取其电抗平均值，因为同一电压的同类线路的电抗值变动幅度一般不大 。电力线路每相的单位长度电抗平均值(km) 表3.1-2线路结构线路电压6-10kV220/380V架空线路O38O32电缆线路O08O066 求出短路电路中各元件的阻抗后，就化简短路电路，求出其总阻抗，然后计算短路电流周期分量磴。其他

14、短路物理量的计算公式见第三节第二节。 必须注意：在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。 由和Q=U2X可知，元件的阻抗值与电压平方成正比，因此阻抗换算的公式为 式中，R、X和UC为换算前元件的电阻、电抗和元件所在处的短路计算电压；、为换算后元件的电阻、电抗和短路点的短路计算电压。 就短路计算中考虑的几个主要元件的阻抗来说，只有电力线路的阻抗有时需要换算，例如计算低压侧的短路电流时，高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧。而电力系统和电力变压器的阻抗，由于它们的计算公式中均含有u：，因此计算

15、阻抗时，公式中U。直接代以短路点的计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。5)工厂变配电所及其一次系统本节首先介绍工厂变配电所的任务、类型及开关触头间电弧产生和熄灭的基本知识，然后重点讲述变配电所的一次设备和主电路图，对一次设备着重介绍其功能、结构特点、基本原理及其选择，对主电路图着重阐述其基本要求及一些典型电路的分析，最后讲述工厂变配电所的所址选择、布置、结构、安装图及运行维护等知识。本章是本课程的重点，也是从事工厂供电设计与运行必备的基础知识。（1）工厂变配电所的任务和类型 a 变配电所的任务 变电所(tansformer substation)担负着从电力系统受电，经过变压，然后配

16、电的任务。 配电所(distribution sulbstation)担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。显然，变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。 b 变配电所的类型 工厂变电所分总降压变电所(head stepdown substation)和车间变电所(shop trans一。former substation)。一般中小型工厂不设总降压变电所。 图3.1-4 车间变电所的类型1、2-内附式 3、4-外附式 5-车间内式 6-露天（或半露天）式7-独立式 车间变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：a) 车间附设变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间的墙共

17、用，变压器室的大门朝车间外开。如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可进一步分为内附式(如图3.1-4中的12)和外附式(如图3.1-4中的3、4)。b) 车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开(如图3.1-4中的5)。 c) 露天变电所变压器安装在室外抬高的地面上(如图3.1-4中的6)。如果变压器的上方设有顶板或挑檐的，则称为半露天变电所。 d) 独立变电所整个变电所设在与车间建筑物有一定距离的单独建筑物内(如图3.1-4中的7)。外墙 e) 杆上变电台 变压器安装在室外的电杆上，又称柱上变电所。f）地下变电所整个变电所设置在地下。g）楼上变电所整个变电所设

18、置在楼上。6）电弧(1)产生电弧的根本原因 开头触头在分断电流时之所以会产生电弧，根本的原因在于触头本身及触头周围的介质中含有大量可被游离的电子。这样，当分断的触头之间存在着足够大的外施电压的条件下，就有可能强烈电离而产生电弧。 (2)产生电弧的游离方式 a热电发射 当开关触头分断电流时，阴极表面由于大电流逐渐收缩集中而出现炽热的光斑，温度很高，因而使触头表面分子中外层电子吸收足够的热能而发射到触头间隙中去，形成自由电子。 b高电场发射 开关触头分断之初，电场强度很大。在这种高电场的作用力，触头表面的电子可被强拉出来，使之进入触头间隙，也形成自由电子。 c碰撞游离 当触头间隙存在着足够大的电场

19、强度时，其中的自由电子以相当大的动能向阳极移动，在移动中碰撞到中性质点，就可能使中性质点中的电子游离出来，从而使中性质点变成带电的正离子和自由电子。这些游离出来的带电质点在电场力的作用下，继续参加碰撞游离，结果使触头间介质中的离子数越来越多，形成“雪崩”现象。当离子浓度足够大时，介质击穿而发生电弧。 d热游离 电弧的温度很高，表面温度达30004000，弧心温度可高达10000。在这样的高温下，电弧中的中性质点可游离为正离子和自由电子(据研究，一般气体在900010000时发生游离，而金属蒸气在4000左右即发生游离)，从而进一步加强了电弧中的游离。触头越分开，电弧越大，热游离也越显著。 、

20、由于上述几种游离方式的综合作用，使得触头在带电开断时产生电弧并得以维持。 (3)电弧的熄灭 a熄灭电弧的条件 要使电弧熄灭，必须使触头间电弧中的去游离率大于游离率，即其中离子消失的速率大于离子产生的速率。 b熄灭电弧的去游离方式 a)正负带电质点的“复合” 复合就是正、负带电质点重新结合为中性质点。这与电弧中的电场强度、混度及电弧截面等有关。电弧中的电场强度越弱，电弧的温度越低，电弧截面越小，则带电质点的复合越强。此外，复合与电弧接触的介质性质也有关。如电弧接触的表面为固体介质，则由于较活泼的电子先使介质表面带一负电位，带负电位的介质表面就吸引电弧中的正离子而造成强烈的复合。 b)正负带电质点

21、的“扩散” 扩散就是电弧中的带电质点向周围介质中扩散开去，从而使电弧区域的带电质点减少。扩散的原因，一是由于电弧与周围介质的温度差，另一是由于电弧与周围介质的离子浓度差。扩散也与电弧截面有关。电弧截面越小，离子扩散也越强。 上述带电质点的复合和扩散，都使电弧中间的离子数减少，即去游离增强，从而有助于电弧的熄灭。(4)对电气触头的基本要求 电气触头是开关电器中极其重要的部件。开关电器工作的可靠程度，与触头的结构和状况有着密切的关系。为了更好地理解高低压开关电器的结构原理，这里先谈谈对电气触头的基本要求。 a满足正常负荷的发热要求正常负荷电流(包括过负荷电流)长期通过触头时，触头的发热温度不应超过

22、允许值。为此，触头必须接触紧密良好，尽量减小或消除触头表面的氧化层，尽量降低接触电阻。 b具有足够的机械强度 能经受规定的通断次数而不致发生机械故障或损坏。 c具有足够的动稳定度和热稳定度在可能发生的最大的短路冲击电流通过时，触头不致因电动力作用而损坏；并在可能最长的短路时间内通过短路电流时所产生的热量，不致使触头过度烧损或熔焊。 d具有足够的断流能力在开断所规定的最大负荷电流或短路电流时，触头不应被电弧过度烧损，更不应发生熔焊现象。为了保证触头在闭合时尽量减少触头电阻，而在通断时又使触头能经受电弧高温的作用，因此有些开关的触头分为工作触头和灭弧触头两部分。工作触头采用导电性好的铜(或镀银)触

23、头，灭弧触头则采用耐高温的铜钨等合金触头。通路时，电流主要由工作触头通过。通断电流时，电弧基本上在灭弧触头间产生，不致使工作触头烧损。7)动力配电系统图图3.1-5 动力配电箱系统图以进线引自变配电室的一个总动力配电箱进行说明： 该箱进线引自变配电室的500A回路，导线采用BV聚氯乙烯绝缘铜芯线，3根185mm2作为相线，两根95mm2作为N线与PE线，穿直径100mm的钢管，埋地敷设。接入型号为HD12-600/41的刀开关（其中600表示额定电流，4表示4极，1表示带灭弧室）后分为四条回路：AP1、APd1、AP3和备用回路。AP1回路装设型号为TSM21-400L/3300-315A的断

24、路器，导线为BV聚氯乙烯绝缘铜芯线。该箱还设有N线排和PE线排。3.1.2 主要材料准备1)高压一次设备 (1)概述 变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路(primary circuit)或一次回路，亦称主电路、主结线(主接线)。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备(primary equipment)或一次元件。 凡用来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路，称为二次电路(see()ndarycircuit)或二次回路，亦称副电路、二次结线(二次接线)。二次电路通常接在互感器的二次侧。二次电路中的所有电气设备，称为二次设备(secondary eqtfipment)或二次

25、元件。 一次设备按其功能来分，可分为以下几类。 a变换设备其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。 b控制设备其功能是按电力系统工作的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关。 c保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。 d补偿设备其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高系统的功率因数，例如并联电容器。 e成套设备它是按一次电路结线方案的要求，将有关一次设备及：二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。 本节只介绍一次电路中常用的高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷

26、开关、高压断路器及高压开关柜等。 (2)高压熔断器 熔断器(fuse，文字符号为FU)是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体(fuseelement)熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。 工厂供电系统中，室内广泛采用RNl、RN2型高压管式熔断器，室外则广泛采用Rw4、RWlo(F)等型跌开式熔断器。 高压熔断器全型号的表示和含义如下： a RNl和RN2型户内高压熔断器 RNl型与RN2型的结构基本相同，都是瓷质熔管内充石英砂填料的密闭管式熔断器。RNl型主要用作高压线路和设备的短路保护，也能

27、起过负荷保护的作用，其熔体要通过主电路的电流，因此其结构尺寸较大，额定电流可达100A。而RN2型只用作高压电压互感器一次侧的短路保护。由于电压互感器二次侧全部接阻抗很大的电压线圈，致使它接近于空载工作，其一次侧电流很小，因此RN2型的结构尺寸较小，其熔体额定电流一般为0.5A。 图3.1-6 RN1、RN2型高压熔断器 图3.1-8 RW4-10（G）型跌开式熔断器图3.1-7 RN1、RN2型高压熔断器的熔管剖面示意图 图3.1-6是RNl、RN2型高压熔断器的外形结构，图3.1-7是其熔管剖面示意图。 由图3.1-7可知，熔断器的工作熔体(铜熔丝)上焊有小锡球。锡是低熔点金属，过负荷时锡

28、球受热首先熔化，包围铜熔丝，铜锡的分子互相渗透而形成熔点较铜的熔点低的铜锡合金，使铜熔丝能在较低的温度下熔断，这就是所谓“冶金效应”(metallurgieal effeet)。它使得熔断器能在不太大的过负荷电流或较小的短路电流时动作，提高了保护的灵敏度。又由图可知，这种熔断器采用几根熔丝并联，以便在它们熔断时能产生几根并行的电弧，利用粗弧分细灭弧法来加速电弧的熄灭。而且这种熔断器的熔管内是充填有石英砂的，熔丝熔断时产生的电弧完全在石英砂内燃烧，因此灭弧能力很强，能在短路后不到半个周期即短路电流未达冲击值i。之前即能完全熄灭电弧、切断短路电流，从而使熔断器本身及其所保护的电压互感器不必考虑短路

29、冲击电流的影响，因此这种熔断器属于“限流”熔断器(cur”rentlimiting fuse)。 当短路电流或过负荷电流通过熔体时，工作熔体熔断后，指示熔体也相继熔断，其红色的熔断指示器弹出，如图3.1-7中虚线所示，给出熔断的指示信号。 b Rw4和Rwlo(F)型户外高压跌开式熔断器运行时是封闭的，可以防止雨水浸入。在分断小的短路电流时，由于上端封闭形成单端排气，使管内保持足够大的压力，这样有利于熄灭小的短路电流所产生的电弧。而在分断大的短路电流时，由于管内产生的气压大，使上端薄膜冲开而形成两端排气，这样有助于防止分断大的短路电流时可能造成的熔管爆裂，从而有效地解决了自产气熔断器分断大小故

30、障电流的矛盾。 Rwlo一10(F)型跌开式熔断器是在一般跌开式熔断器的静触头上加装简单的灭弧室，因而能带负荷操作。这种负荷型跌开式熔断器有推广应用的趋向。 跌开式熔断器依靠电弧燃烧使产气管分解产生的气体来熄灭电弧，即使是负荷型跌开式熔断器加装有简单的灭弧室，其灭弧能力都不强，灭弧速度不快，不能在短路电流到达冲击值之前熄灭电弧，因此属“非限流”熔断器。 (3)高压隔离开关 高压隔离开关(highvoltage disconneclfor，文字符号为QS)的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。因此它的结构有如下特点，即断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都

31、是足够可靠的，能充分保证人身和设备的安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。然而可用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。 图3.1-9 GN8-10/600型高压隔离开关 高压隔离开关按安装地点，分户内式和户外式两大类。图3.1-9是(3N8型户内高压隔离开关的外形。 高压隔离开关全型号的表示和含义如下： (4)高压负荷开关高压负荷开关(highvoltage load switch，文字符号为QL)，具有简单的灭弧装置，因而能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但它不能断开短路电流，因此它必须与高压熔断器串联使用，以借助熔断器来切断短路故障。负荷开关断开后，与隔离开关一样，具有明显