论文部分内容阅读
【摘 要】 对于水厂安全运行而言，高质量的配电系统对稳定供水是至关重要的，如若突然断定停止供水，将会给水厂带来较大的经济损失，也会给城市人民生活带来不便。本文主要对水厂配电系统的设计与安装进行了探讨。
【关键词】 水厂配电系统；设计；安装
随着社会经济的发展，城市化进程的加快，对于水厂的需求也就越来越高，水厂能否安全稳定的运行，直接影响到当地城市的经济和人民的正常生活。而配电系统作为水厂的重要组成部分，其设计与安装必须要保证稳定性，确保水厂能够持续稳定的运行。
一、水厂配电系统的设计
在水厂配电系统设计中，一般是采用需要系数法，是把车间或工段的用电设备按性质分把不同情况应用需要系数法将性质相摈弃负荷进行归类计算补偿前变压器母线的计算负荷，下面本文通过某水厂的负荷计算进行分析。
（一）鼓风机：
K=0.8；cos=0.8；tan=0.75
3645KVA
（而）抽水泵：
=0.77；cos=0.8；tan=0.75
619.85KVA
（二）一车间照明部分371.91
车间照明的安装容量，由车间工艺平面图可知车间照明总面积约为1080M2（单位面积安装功率为6W/M2，计算高度8-12M），則本车间均匀布置的一般照明负荷为：
P30=A×α=1080×6×KW=6.48KW
表1 其他部分的照明负荷如表
单独使用一般照明度（LX） 面积（M2） 安装功率（W）
工具库 30 3×6 120
工艺室 30 3×6 120
低压配电室 30 3×7.5 120
高压配电室 20 3×7.5 75
高压室 30 3×7.5 100
总计 535
总照明负荷：
P∑30=6.48+0.535≈7（KW）
=0.65；cos=0.8；tan=0.75
脱水机房，以及其他如泵房等三级负荷计算方法和一车间一样，计算结果如下表2所示：
（三）功率补偿
无功补偿计算
表2 负荷计算结果表
编号 名称 类别 设备容量 需要系数 计算负荷
/A
1 滤池 鼓风机 364 0.8 0.8 0.75 291.2 218.4 364
抽水泵 644 0.77 0.8 0.75 495.88 371.91 619.85
照明 7 0.65 0.8 0.75 4.55 3.42
合计 728.30 564.04 921.17 1350
2
加药加氯 加药加氯机 360 0.8 0.8 0.75 288 216 360
搅拌机 638 0.77 0.8 0.75 491.26 368.445 614.08
照明 7 0.65 0.8 0.75 4.55 3.42
合计 721.11 558.49 913 1320
注释：关于同期系数的取值，参考文献里规定一般取0.85-0.95之间，这里考虑到主要负荷都是三班连续作业制，所以取
所以，功率因子能达到设计要求。
（四）补偿电容器的选择
在车间变电所内进行低压集中补偿，查手册选用PGJ1型无功功率自动补偿屏，内装BW-0.4-12型电容器，考虑到变压器也需要功率补偿，故选用20个，安装容量为20×12KVar=240KVar。
分两个电容柜分别对两个低压母线端进行补偿。
二、变压器出力计算
通过上面的论证我们可以得到：选择变压器暗备用方式，每个变压器在正常情况下承担占总负荷约50%的负荷，每台变压器都按最大负荷的70%选择。那么变压器的效率就等于0.71%，在我们的造纸一车间中，总负荷为808.92KVA。
但是在实际中，变压器的出力是当地的气候条件有联系的，尤其是温度。设变压器安装地点的年平均气温，则每升高，变压器出力应减少1%，因此变压器的实际出力为：
考虑到我们的变电所为室内型，户内变压器由于散热条件较户外型差，一般变压器室出风口与进风口之间有大约的温差，从而使变压器中间的变压器环境温度较之户外大约高出，因此变压器的实际出力要比同地的户外变压器又减少8%，即变压器的实际出力为：
SN=K’θSNT=（0.92-）SNT
注释：式中，K’θ为户内变压器的温度校正系数
在我们的设计中，已知该地区年最热月：七月平均温θav=22.1℃
S’N=S30*70%=808.92*70%=566.24KVA
那么：
考虑选择的变压器，由于油式的变压器的过负荷能力相对于干式教强，所以选择SL-630/10型变压器两台。
三、一次回路的设计
配电系统一次回路主要涉及配电方式、变配电所主接线、所用电源、配电装置的选择、高压电器的选择等方面。
（一）配电方式
根据对供电可靠性的要求、变压器容量及分布、地理环境等情况，配电系统宜采用放射式，也可采用树干式、环式及其组合方式。
水厂用电负荷多为二、三级负荷，多采用双回路放射式、单回路放射式的接线方式。双回路放射式的特点：线路互为备用，用于配电给二级负荷。电源可靠时，可供电给一级负荷。单回路放射式的特点：一般用于配电给二、三级负荷或专用设备，但对二级负荷供电时，尽量要有备用电源。 （二）变配电所的电气主接线
10kV配电系统的主接线宜采用单母线、单母线分段，大、中型水厂的10kV配电系统主接线，主要采用单母线分段，小型水厂采用单母线不分段。
（三）所用电源
10kV配电所所用电源宜引自所内或就近的配电变压器220/380V侧。重要或规模较大的配电所，宜设所用变压器。装设的开关柜内的所用干式变压器的容量不宜超过30kVA。当有两回所用电源时，宜装设备用电源自动投入装置。
（四）配电装置的选择
配电系统主要采用成套高压配电装置，主要使用的高压电器为高压断路器、高压负荷开关和高压负荷开关-熔断器组。以下对常用的配电装置进行简要的介绍。
高压开关柜：高压开关柜主要有金属封闭开关柜和环网负荷开关柜，金属封闭开关柜仍以空气绝缘为主，其型式仍为固定式和移出式两种。
移出式开关柜（如KYN28A-12）采用组装结构，产品尺寸精度高，外型美观，且手车小型化，主开关可移至柜外，手车可互换，检修维护方便。
环网负荷开关柜（如SM6）的优、缺点：与金属封闭式开关柜比较，具有体积小、结构相对简单、运行维护工作量少、成本较低等优点，适用于10kV环网供电、双电源供电和终端供电系统，亦可用于箱式变电站。优点：环网负荷开关柜多采用限流熔断器保护变压器，当变压器发生短路时，限流熔断器可在10ms内切除故障，其切断时间远远小于断路器的全开断时间，比用断路器保护油浸变压器更为有效。缺点或局限：由于环网负荷开关柜保护功能简单，不适用于对保护和自动化要求较高的场所。
断路器：目前使用的高压断路器主要有真空断路器和六氟化硫断路器等，由于真空断路器具有体积小、可靠性高，可连续多次操作、开断性能好、灭弧迅速、灭弧室不需检修、运行维护简单、无爆炸危险及噪声低等技术性能，在水厂35kV及以下变电所中被广泛应用。六氟化硫断路器多使用在35kV系统中。
由于真空断路器在各种不同类型电路中的操作，都会使电路产生过电压。为了限制操作过电压，真空断路器一般就配置金属氧化物避雷器。
负荷开关：高压负荷开关主要包括隔离负荷开关、通用负荷开关、专用负荷开关、专用负荷开关和特殊用例负荷开关。
高压熔断器：目前常用的高压熔断器分为三种：一般熔断器、后备熔断器及全范围熔断器。
选择高压熔断器熔体时，应保证前后两级熔断器之间、熔断器与电源侧继电保护之间、以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。
高压熔断器应能在最短的时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。
四、继电保护和自动装置
继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求。供配电系统的继电保护主要有线路保护、变压器保护、电动机保护、母线分段断路器保护等几类，保护配置和整定计算详见相关手册及规范。保护原理主要有：电流保护、电压保护、纵联差动保护等。目前，随着计算机技术的发展，给设计中10kV配电系统广泛采用微机继电保护装置。微机保护除输入量的采集外，所有计算、逻辑判断都是由软件完成的，因此，微机继电保护的配置变得非常简单，只需要将电流互感器、电压互感器等检测组件的信号输入至微机保护装置，并将微机保护的动作信号输出至相应的断路器即可。保护用电流互感器、电压互感器根据继电保护的需要进行配置。微机继电保护装置的特点：
1、可靠性高
2、动作正确率高
3、保护性能容易得到改善
4、易于获得各种附加功能
5、使用灵活方便
6、维护调试方便。
五、变电所主接线
选用两台变压器的变电所，可以采用两变压器最大运行方式为并联运行和最大运行方式为分裂式运行，最大并联式运行两台变压器共同承担负荷，当发生短路或发生故障时，两台变压器共同承担，这样不是很合理，如果采用最大方式为分裂室，低压端采用母线分段，在正常情况下，各台变压器分别对母线1，2段进行供电，低压端在一般情况下互不影响，增加了可靠性。
系统构成：本系统由两台主变压器T1、T2及高低压两个总线组成（高低压母线组成）
电流流向：10KV电压的电能引入高压母线后，分别经过隔离开关QS1，断路器QF1和隔离开关QS2，断路器QF2两路进入变压器T1、T2，通过变压器T1，T2降为220V/380V电压，然后分别供低压单母线负载使用。
可靠性分析：这种主接线适用于装有两台变压器或有多条出线的变电所。在正常运行状态下QF5断开，两台变压器分裂运行，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，很快就可以恢复整个变电所的供电，当电源进线发生故障时，可以用高压联络线维持对系统的供电，所以供电可靠性比较高。可以用作一、二级负荷的供电。
六、变电站微机综合自动化
在水厂工程中，10kV配电系统广泛采用了微机综合自动化系统，并且与厂内工艺设备自控系统进行了集成。变电站微机综合自动化可实现继电保护、电网安全监控、电量和非电量监测、设备参数自动调整、中央信号、电压无功综合控制、电能自动分时统计、事故跳闸过程参数自动记录、事件按时排序、事故处理提示、微机控制免维护直流电源供电和微机运行一体化功能。变电站微机综合自动化的基本功能为随时在线监视正常运行情况的运行参数及设備运行状况；自检、自诊断设备本身的异常运行；用一台工业主机来统一。
七、结语
配电系统作为水厂重要的组成部分，必须要保证期稳定性和安全性，这就需要配电系统在设计和安全中，结合水厂的实际情况，综合考虑到各种影响因素，从而保证配电系统的质量，进而确保水厂能够安全有效的运行。
参考文献：
[1]陆训.浅谈水厂配电设计中的接零和接地保护[J].科技致富向导，2013，（21）.
[2]杨勇.刍议如何提高水厂配电系统无功补偿实效性[J].机电工程技术，2014，（3）.
[3]李炜，管利君.水厂电气设计探讨[J].科技情报开发与经济，2011，（12）.
【关键词】 水厂配电系统；设计；安装
随着社会经济的发展，城市化进程的加快，对于水厂的需求也就越来越高，水厂能否安全稳定的运行，直接影响到当地城市的经济和人民的正常生活。而配电系统作为水厂的重要组成部分，其设计与安装必须要保证稳定性，确保水厂能够持续稳定的运行。
一、水厂配电系统的设计
在水厂配电系统设计中，一般是采用需要系数法，是把车间或工段的用电设备按性质分把不同情况应用需要系数法将性质相摈弃负荷进行归类计算补偿前变压器母线的计算负荷，下面本文通过某水厂的负荷计算进行分析。
（一）鼓风机：
K=0.8；cos=0.8；tan=0.75
3645KVA
（而）抽水泵：
=0.77；cos=0.8；tan=0.75
619.85KVA
（二）一车间照明部分371.91
车间照明的安装容量，由车间工艺平面图可知车间照明总面积约为1080M2（单位面积安装功率为6W/M2，计算高度8-12M），則本车间均匀布置的一般照明负荷为：
P30=A×α=1080×6×KW=6.48KW
表1 其他部分的照明负荷如表
单独使用一般照明度（LX） 面积（M2） 安装功率（W）
工具库 30 3×6 120
工艺室 30 3×6 120
低压配电室 30 3×7.5 120
高压配电室 20 3×7.5 75
高压室 30 3×7.5 100
总计 535
总照明负荷：
P∑30=6.48+0.535≈7（KW）
=0.65；cos=0.8；tan=0.75
脱水机房，以及其他如泵房等三级负荷计算方法和一车间一样，计算结果如下表2所示：
（三）功率补偿
无功补偿计算
表2 负荷计算结果表
编号 名称 类别 设备容量 需要系数 计算负荷
/A
1 滤池 鼓风机 364 0.8 0.8 0.75 291.2 218.4 364
抽水泵 644 0.77 0.8 0.75 495.88 371.91 619.85
照明 7 0.65 0.8 0.75 4.55 3.42
合计 728.30 564.04 921.17 1350
2
加药加氯 加药加氯机 360 0.8 0.8 0.75 288 216 360
搅拌机 638 0.77 0.8 0.75 491.26 368.445 614.08
照明 7 0.65 0.8 0.75 4.55 3.42
合计 721.11 558.49 913 1320
注释：关于同期系数的取值，参考文献里规定一般取0.85-0.95之间，这里考虑到主要负荷都是三班连续作业制，所以取
所以，功率因子能达到设计要求。
（四）补偿电容器的选择
在车间变电所内进行低压集中补偿，查手册选用PGJ1型无功功率自动补偿屏，内装BW-0.4-12型电容器，考虑到变压器也需要功率补偿，故选用20个，安装容量为20×12KVar=240KVar。
分两个电容柜分别对两个低压母线端进行补偿。
二、变压器出力计算
通过上面的论证我们可以得到：选择变压器暗备用方式，每个变压器在正常情况下承担占总负荷约50%的负荷，每台变压器都按最大负荷的70%选择。那么变压器的效率就等于0.71%，在我们的造纸一车间中，总负荷为808.92KVA。
但是在实际中，变压器的出力是当地的气候条件有联系的，尤其是温度。设变压器安装地点的年平均气温，则每升高，变压器出力应减少1%，因此变压器的实际出力为：
考虑到我们的变电所为室内型，户内变压器由于散热条件较户外型差，一般变压器室出风口与进风口之间有大约的温差，从而使变压器中间的变压器环境温度较之户外大约高出，因此变压器的实际出力要比同地的户外变压器又减少8%，即变压器的实际出力为：
SN=K’θSNT=（0.92-）SNT
注释：式中，K’θ为户内变压器的温度校正系数
在我们的设计中，已知该地区年最热月：七月平均温θav=22.1℃
S’N=S30*70%=808.92*70%=566.24KVA
那么：
考虑选择的变压器，由于油式的变压器的过负荷能力相对于干式教强，所以选择SL-630/10型变压器两台。
三、一次回路的设计
配电系统一次回路主要涉及配电方式、变配电所主接线、所用电源、配电装置的选择、高压电器的选择等方面。
（一）配电方式
根据对供电可靠性的要求、变压器容量及分布、地理环境等情况，配电系统宜采用放射式，也可采用树干式、环式及其组合方式。
水厂用电负荷多为二、三级负荷，多采用双回路放射式、单回路放射式的接线方式。双回路放射式的特点：线路互为备用，用于配电给二级负荷。电源可靠时，可供电给一级负荷。单回路放射式的特点：一般用于配电给二、三级负荷或专用设备，但对二级负荷供电时，尽量要有备用电源。 （二）变配电所的电气主接线
10kV配电系统的主接线宜采用单母线、单母线分段，大、中型水厂的10kV配电系统主接线，主要采用单母线分段，小型水厂采用单母线不分段。
（三）所用电源
10kV配电所所用电源宜引自所内或就近的配电变压器220/380V侧。重要或规模较大的配电所，宜设所用变压器。装设的开关柜内的所用干式变压器的容量不宜超过30kVA。当有两回所用电源时，宜装设备用电源自动投入装置。
（四）配电装置的选择
配电系统主要采用成套高压配电装置，主要使用的高压电器为高压断路器、高压负荷开关和高压负荷开关-熔断器组。以下对常用的配电装置进行简要的介绍。
高压开关柜：高压开关柜主要有金属封闭开关柜和环网负荷开关柜，金属封闭开关柜仍以空气绝缘为主，其型式仍为固定式和移出式两种。
移出式开关柜（如KYN28A-12）采用组装结构，产品尺寸精度高，外型美观，且手车小型化，主开关可移至柜外，手车可互换，检修维护方便。
环网负荷开关柜（如SM6）的优、缺点：与金属封闭式开关柜比较，具有体积小、结构相对简单、运行维护工作量少、成本较低等优点，适用于10kV环网供电、双电源供电和终端供电系统，亦可用于箱式变电站。优点：环网负荷开关柜多采用限流熔断器保护变压器，当变压器发生短路时，限流熔断器可在10ms内切除故障，其切断时间远远小于断路器的全开断时间，比用断路器保护油浸变压器更为有效。缺点或局限：由于环网负荷开关柜保护功能简单，不适用于对保护和自动化要求较高的场所。
断路器：目前使用的高压断路器主要有真空断路器和六氟化硫断路器等，由于真空断路器具有体积小、可靠性高，可连续多次操作、开断性能好、灭弧迅速、灭弧室不需检修、运行维护简单、无爆炸危险及噪声低等技术性能，在水厂35kV及以下变电所中被广泛应用。六氟化硫断路器多使用在35kV系统中。
由于真空断路器在各种不同类型电路中的操作，都会使电路产生过电压。为了限制操作过电压，真空断路器一般就配置金属氧化物避雷器。
负荷开关：高压负荷开关主要包括隔离负荷开关、通用负荷开关、专用负荷开关、专用负荷开关和特殊用例负荷开关。
高压熔断器：目前常用的高压熔断器分为三种：一般熔断器、后备熔断器及全范围熔断器。
选择高压熔断器熔体时，应保证前后两级熔断器之间、熔断器与电源侧继电保护之间、以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。
高压熔断器应能在最短的时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。
四、继电保护和自动装置
继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四项基本要求。供配电系统的继电保护主要有线路保护、变压器保护、电动机保护、母线分段断路器保护等几类，保护配置和整定计算详见相关手册及规范。保护原理主要有：电流保护、电压保护、纵联差动保护等。目前，随着计算机技术的发展，给设计中10kV配电系统广泛采用微机继电保护装置。微机保护除输入量的采集外，所有计算、逻辑判断都是由软件完成的，因此，微机继电保护的配置变得非常简单，只需要将电流互感器、电压互感器等检测组件的信号输入至微机保护装置，并将微机保护的动作信号输出至相应的断路器即可。保护用电流互感器、电压互感器根据继电保护的需要进行配置。微机继电保护装置的特点：
1、可靠性高
2、动作正确率高
3、保护性能容易得到改善
4、易于获得各种附加功能
5、使用灵活方便
6、维护调试方便。
五、变电所主接线
选用两台变压器的变电所，可以采用两变压器最大运行方式为并联运行和最大运行方式为分裂式运行，最大并联式运行两台变压器共同承担负荷，当发生短路或发生故障时，两台变压器共同承担，这样不是很合理，如果采用最大方式为分裂室，低压端采用母线分段，在正常情况下，各台变压器分别对母线1，2段进行供电，低压端在一般情况下互不影响，增加了可靠性。
系统构成：本系统由两台主变压器T1、T2及高低压两个总线组成（高低压母线组成）
电流流向：10KV电压的电能引入高压母线后，分别经过隔离开关QS1，断路器QF1和隔离开关QS2，断路器QF2两路进入变压器T1、T2，通过变压器T1，T2降为220V/380V电压，然后分别供低压单母线负载使用。
可靠性分析：这种主接线适用于装有两台变压器或有多条出线的变电所。在正常运行状态下QF5断开，两台变压器分裂运行，任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，很快就可以恢复整个变电所的供电，当电源进线发生故障时，可以用高压联络线维持对系统的供电，所以供电可靠性比较高。可以用作一、二级负荷的供电。
六、变电站微机综合自动化
在水厂工程中，10kV配电系统广泛采用了微机综合自动化系统，并且与厂内工艺设备自控系统进行了集成。变电站微机综合自动化可实现继电保护、电网安全监控、电量和非电量监测、设备参数自动调整、中央信号、电压无功综合控制、电能自动分时统计、事故跳闸过程参数自动记录、事件按时排序、事故处理提示、微机控制免维护直流电源供电和微机运行一体化功能。变电站微机综合自动化的基本功能为随时在线监视正常运行情况的运行参数及设備运行状况；自检、自诊断设备本身的异常运行；用一台工业主机来统一。
七、结语
配电系统作为水厂重要的组成部分，必须要保证期稳定性和安全性，这就需要配电系统在设计和安全中，结合水厂的实际情况，综合考虑到各种影响因素，从而保证配电系统的质量，进而确保水厂能够安全有效的运行。
参考文献：
[1]陆训.浅谈水厂配电设计中的接零和接地保护[J].科技致富向导，2013，（21）.
[2]杨勇.刍议如何提高水厂配电系统无功补偿实效性[J].机电工程技术，2014，（3）.
[3]李炜，管利君.水厂电气设计探讨[J].科技情报开发与经济，2011，（12）.