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摘要：本文以某啤酒厂全厂的总配电及部分车间配电系统的设计为背景，对该工厂供电系统主接线进行合理的设计，电力负荷计算，短路电流计算做以介绍。
关键词：工厂供电车间配电继电保护电力设备
1引言
国家统计局公布的数据显示：我国啤酒产量在连续9年名列世界第二后，2002年以2386.83万吨超过了美国的2200多万吨的产量，位居世界第一。2003年国内啤酒消费量达到2500万吨，成为世界上最大的啤酒消费市场。这些数据凸显了我国啤酒市场发展之快速、地位之重要。海南亚洲太平洋酿酒有限公司是一个快速发展的企业，年產量也逐年稳步上升，在未来的五年里，年产量将上升到30万吨。一个企业的快速发展，离不开对能源的需求。因此，搞好工厂供电工作，不仅对电力工业是一种促进，而且，对发展工业生产，实现工业现代化也具有十分重要的意义。本文主要针对啤酒厂的一些重要负荷的电路，如酿造车间的配电进行设计。
2 变电室主接线的设计
2.1工厂配电线路的分布图
根据工厂的平面图，设计出在工厂内由高压配电室出线到车间变压器的高压线路走线，如下图图1所示。
2.2 负荷参数计算
工厂生产的流程图如图2所示
图2 啤酒酿造工艺流程
2.2.1三相用电设备组计算负荷的确定
计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，主要有需要系数法和二项式法。本设计将采用需要系数法计算用电设备组计算负荷。用电设备组计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的有功计算负荷应为
P30=K∑KLPe/ηeηWL
式中：
K∑——同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；
KL——负荷系数，即设备组在最大负荷时输出的功率与运行的设备容量之比；
ηe——平均效率，即设备组在最大负荷时输出的功率与取用功率之比；
ηWL——平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首端功率之比。
令上式中的K∑KL/（ηeηWL）=Kd，这Kd即“需要系数”。需要系数的定义式为
Kd= P30/Pe是用电设备组在最大负荷时需用的有功功率与其设备容量的比值。
实际上，需要系数值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能及生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。
在生产过程中，总结出经验知，啤酒厂的用电负荷都属于同一类型的用电负荷，即属于通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机。其用电设备组的需要系数为0.8，功率因数值cosφ为0.8，tgφ为0.75。
表1：2#变电所的技术参数
2.2.2单相用电设备组计算负荷的确定
在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有电炉、电灯等各种单相设备。单相设备接在三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15％，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量15％时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
2.2.3变压器功率损耗计算
①变压器有功功率损耗，按下式计算：
ΔPT≈ΔPO+ΔPKβ2 其中β=S30/SN
②变压器无功功率损耗，按下式计算：
ΔQT≈SN(IO%/100+UK%β2/100)
在负荷计算中，对于S9系列低损耗电力变压器的功率损耗可简化公式计算：
有功功率损耗ΔPT≈0.015S30
无功功率损耗ΔQT≈0.06S30
因此 1#变压器的功率损耗：ΔPT=5.28ΔQT=21.1
2#变压器的功率损耗：ΔPT=12ΔQT=48
3#变压器的功率损耗：ΔPT=1.28ΔQT=5.1
变压器总损耗：ΔPT=18.56 ΔQT=74.2
2.2.4工厂的计算负荷、功率因数、无功补偿
工厂计算负荷是选择工厂电源进线及其一、二次设备的基本依据，也是计算工厂功率因数和工厂需电容量的基本依据。其主要的计算结果表2。
《供电营业规则》规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100KVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。”而此时全厂的功率因数为cosφ=0.747，要使功率因数由0.747提高到0.90，必须装设的无功补偿装置容量为
QC=ΔqCP30 ，式中ΔqC称无功补偿率。查相关资料可知，此时ΔqC=0.42。
故QC=375.9kvar。
2.3短路电流计算
2.3.1短路电流计算
短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。
造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压击穿，或者是设备绝缘受外力损伤而造成短路。
在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。
系统短路情况示意图：
1）求d-1点的三相短路电流和短路容量（Uc1=10.5KV）
①电力系统的电抗：电力系统的短路断流容量为200MVA
X1=Uc12/Soc=0.55Ω
②架空线路的电抗：查得X0=0.35Ω/km，因此
X2=X0l=0.35Ω
电路总电抗X∑(d-1)=X1+X2=0.9Ω
③三相短路电流周期分量有效值：
I(d-1)(3)=Uc1/ X∑(d-1)=10.5/ *0.9=6.74KA
④三相短路冲击电流及其有效值：
ish(3)=2.55I″(3)=2.55*6.74=17.18KA
I∞(3)=1.51I″(3)=1.51*6.74=10.17KA
⑤三相短路容量：
S(d-1)(3)=Uc1I(d-1)(3)= *10.5*6.74=122.58MVA
2）求d-2点的三相短路电流和短路容量（Uc2=0.4KV）
①电力系统的电抗：
X1′=Uc22/Soc=(0.4KV)2/200MVA=8*10-4Ω
②架空线路的电抗：
X2′=X0l(Uc2/Uc1)2=0.35*1*(0.4/10.5)2=0.508*10-3Ω
③电力变压器的电抗：查得UK%=4,因此
X3=UK%Uc22/100SN=(4*0.4KV2)/(100*500KVA)=12.8*10-3Ω
电路总电抗X∑(d-2)=X1′+X2′+X3=14.11*10-3Ω
④三相短路电流周期分量有效值：
I(d-2)(3)=Uc2/ X∑(d-2)=0.4KV/( *14.11*10-3Ω)=16.37KA
⑤三相短路冲击电流及其有效值：
ish(3)=1.84I″(3)=1.84*16.37=30.12KA
I∞(3)=1.09I″(3)=1.09*16.37=17.84KA
⑥三相短路容量：
S(d-2)(3)=Uc2I(d-2)(3)= *0.4*16.37=11.34MVA
同理，可得出各个短路点的计算结果，如表4：
表3：
3 结论
两个多月的设计，我查阅了大量相关的资料和参考书，顺利完成了本次主接线设计，巩固了大学四年所学的专业知识，且了解了很多专业的前沿信息。在此过程中，培养了认真负责的工作态度，兢兢业业的敬业精神，这为我以后走向工作岗位作好了准备。在此，特别感谢张宝珍老师的悉心指导，感谢李婉萍老师的教导。
由于本人水平有限，不妥之处，敬请批评指正。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：工厂供电车间配电继电保护电力设备
1引言
国家统计局公布的数据显示：我国啤酒产量在连续9年名列世界第二后，2002年以2386.83万吨超过了美国的2200多万吨的产量，位居世界第一。2003年国内啤酒消费量达到2500万吨，成为世界上最大的啤酒消费市场。这些数据凸显了我国啤酒市场发展之快速、地位之重要。海南亚洲太平洋酿酒有限公司是一个快速发展的企业，年產量也逐年稳步上升，在未来的五年里，年产量将上升到30万吨。一个企业的快速发展，离不开对能源的需求。因此，搞好工厂供电工作，不仅对电力工业是一种促进，而且，对发展工业生产，实现工业现代化也具有十分重要的意义。本文主要针对啤酒厂的一些重要负荷的电路，如酿造车间的配电进行设计。
2 变电室主接线的设计
2.1工厂配电线路的分布图
根据工厂的平面图，设计出在工厂内由高压配电室出线到车间变压器的高压线路走线，如下图图1所示。
2.2 负荷参数计算
工厂生产的流程图如图2所示
图2 啤酒酿造工艺流程
2.2.1三相用电设备组计算负荷的确定
计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，主要有需要系数法和二项式法。本设计将采用需要系数法计算用电设备组计算负荷。用电设备组计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的有功计算负荷应为
P30=K∑KLPe/ηeηWL
式中：
K∑——同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比；
KL——负荷系数，即设备组在最大负荷时输出的功率与运行的设备容量之比；
ηe——平均效率，即设备组在最大负荷时输出的功率与取用功率之比；
ηWL——平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首端功率之比。
令上式中的K∑KL/（ηeηWL）=Kd，这Kd即“需要系数”。需要系数的定义式为
Kd= P30/Pe是用电设备组在最大负荷时需用的有功功率与其设备容量的比值。
实际上，需要系数值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能及生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。
在生产过程中，总结出经验知，啤酒厂的用电负荷都属于同一类型的用电负荷，即属于通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机。其用电设备组的需要系数为0.8，功率因数值cosφ为0.8，tgφ为0.75。
表1：2#变电所的技术参数
2.2.2单相用电设备组计算负荷的确定
在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有电炉、电灯等各种单相设备。单相设备接在三相线路中，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能地平衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15％，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量15％时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
2.2.3变压器功率损耗计算
①变压器有功功率损耗，按下式计算：
ΔPT≈ΔPO+ΔPKβ2 其中β=S30/SN
②变压器无功功率损耗，按下式计算：
ΔQT≈SN(IO%/100+UK%β2/100)
在负荷计算中，对于S9系列低损耗电力变压器的功率损耗可简化公式计算：
有功功率损耗ΔPT≈0.015S30
无功功率损耗ΔQT≈0.06S30
因此 1#变压器的功率损耗：ΔPT=5.28ΔQT=21.1
2#变压器的功率损耗：ΔPT=12ΔQT=48
3#变压器的功率损耗：ΔPT=1.28ΔQT=5.1
变压器总损耗：ΔPT=18.56 ΔQT=74.2
2.2.4工厂的计算负荷、功率因数、无功补偿
工厂计算负荷是选择工厂电源进线及其一、二次设备的基本依据，也是计算工厂功率因数和工厂需电容量的基本依据。其主要的计算结果表2。
《供电营业规则》规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100KVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。”而此时全厂的功率因数为cosφ=0.747，要使功率因数由0.747提高到0.90，必须装设的无功补偿装置容量为
QC=ΔqCP30 ，式中ΔqC称无功补偿率。查相关资料可知，此时ΔqC=0.42。
故QC=375.9kvar。
2.3短路电流计算
2.3.1短路电流计算
短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。
造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压击穿，或者是设备绝缘受外力损伤而造成短路。
在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。
系统短路情况示意图：
1）求d-1点的三相短路电流和短路容量（Uc1=10.5KV）
①电力系统的电抗：电力系统的短路断流容量为200MVA
X1=Uc12/Soc=0.55Ω
②架空线路的电抗：查得X0=0.35Ω/km，因此
X2=X0l=0.35Ω
电路总电抗X∑(d-1)=X1+X2=0.9Ω
③三相短路电流周期分量有效值：
I(d-1)(3)=Uc1/ X∑(d-1)=10.5/ *0.9=6.74KA
④三相短路冲击电流及其有效值：
ish(3)=2.55I″(3)=2.55*6.74=17.18KA
I∞(3)=1.51I″(3)=1.51*6.74=10.17KA
⑤三相短路容量：
S(d-1)(3)=Uc1I(d-1)(3)= *10.5*6.74=122.58MVA
2）求d-2点的三相短路电流和短路容量（Uc2=0.4KV）
①电力系统的电抗：
X1′=Uc22/Soc=(0.4KV)2/200MVA=8*10-4Ω
②架空线路的电抗：
X2′=X0l(Uc2/Uc1)2=0.35*1*(0.4/10.5)2=0.508*10-3Ω
③电力变压器的电抗：查得UK%=4,因此
X3=UK%Uc22/100SN=(4*0.4KV2)/(100*500KVA)=12.8*10-3Ω
电路总电抗X∑(d-2)=X1′+X2′+X3=14.11*10-3Ω
④三相短路电流周期分量有效值：
I(d-2)(3)=Uc2/ X∑(d-2)=0.4KV/( *14.11*10-3Ω)=16.37KA
⑤三相短路冲击电流及其有效值：
ish(3)=1.84I″(3)=1.84*16.37=30.12KA
I∞(3)=1.09I″(3)=1.09*16.37=17.84KA
⑥三相短路容量：
S(d-2)(3)=Uc2I(d-2)(3)= *0.4*16.37=11.34MVA
同理，可得出各个短路点的计算结果，如表4：
表3：
3 结论
两个多月的设计，我查阅了大量相关的资料和参考书，顺利完成了本次主接线设计，巩固了大学四年所学的专业知识，且了解了很多专业的前沿信息。在此过程中，培养了认真负责的工作态度，兢兢业业的敬业精神，这为我以后走向工作岗位作好了准备。在此，特别感谢张宝珍老师的悉心指导，感谢李婉萍老师的教导。
由于本人水平有限，不妥之处，敬请批评指正。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。