工业供配电毕业设计说明书 .docx
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1、湖南水利水电职业技术学院HUNan Technical College of Water Resources and Hydro Power毕业设计成果Graduation practice achievement设计项目名称飞腾工业供配电电气设计(电气一次部分说明书)姓名:专业:班级:学号:指导老师:任务下达日期: 2012年 11月15日设计完成日期: 2012年 12 月 07日电力工程系编前言随着现代工业的发展,人们对供配电的质量要求越来越高,例如电器设备外观及寿命、供配电可靠性、占用空间的大小等。质高价低的产品,即节能又不污染环境的产品最受欢迎。当然,由于环境的复杂,具体工程的要求是
2、不同的,所需要的最合理配电方案也就不同了。所以在电气行业中,任何一个新的配电工程都需要根据各方面的要求来具体的设计,尽管工作量很大,但是对电能使用上可以做到安全、稳定、节能并可持续发展。另外,对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高,利用现代电子技术、传感器技术、通讯技术、计算机及网络技术,将电力设备在正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量同工厂集散控制系统DCS、PLC、企业资源计划管理融合在一起,达到高层次、高透明度的良好管理,已成为一种必然趋势和发展方向。在数字化的时代,INTERNET风靡全球,也改变着全世界。它正式宣布数字化网络时代已经来临。这意味着一切运行和经营管理方式
3、均需数字化,并且必须与电脑、通信相融合。从80年代末到90年代初,随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术、抗干扰技术等新技术的迅速发展,特别是网络通讯技术的发展使得电力自动化技术得到了空前发展。各大公司开始把这些技术应用于配电系统,也就是所谓的把强电控制与微电子技术、计算机技术、网络通讯技术相结合,从而诞生了智能型开关柜及相关产品,如德国西门子公司SIVACON系列,英国ALSTOM公司GALAXIS和TRIMLINE系列,ABB公司HONOR系列等。智能化是电气设备的发展趋势,但各式各样的智能控制都是要建立在合理的电气线路的基础上的。为此,掌握配电工程的设计思路是十分必要的。目录设计任务书
4、3一、设计目的3二、毕业设计选题3三、毕业设计内容3四、设计的要求5电气一次部分设计说明书7一、确定变电所电气主接线7二、用电负荷的计算9三、变压器的选择11四、拟定的主接线方案12五、进行短路电流计算13六、电气设备的选择和校验13七、确定电压互感器、电流互感器的配置19八、损耗20九、防雷与接地28十、电气设备布置设计32十一、电气部分总体布置方案33十二、布置的基本要求33总结34致谢- 35 -主要参考书目设计任务书一、 毕业设计目的毕业设计是实践教学必不可少的实训环节,是学生对课程与专业知识的巩固和综合运用。通过本毕业设计,让学生初步掌握一个工厂供配电工程设计的思想、要求、内容、方法
5、和步骤,加深学生对专业理论知识的理解与运用,锻炼学生分析、处理与解决实际工程问题的能力,培养和提高学生使用技术规范、技术资料进行有关计算、设计、绘图和编写技术文件的基本技能与综合能力,为今后参加企业事业单位供配电和变电所电气设计、安装、运行、检修、试验打下基础。通过毕业设计使学生在以下几方面的能力得到训练和提高:综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力;掌握文献检索、资料查询的基本方法及获取新知识能力;书面和口头表达的能力;团结协作工作的能力。二、毕业设计的选题合理的选题,可将专业所学的各知识点联系起来,将理论与工程实际有机结合,并综合运用,有利于培养学生的独立分析与解决问题能力。供用电技
6、术专业在电气工程中涵养的内容很广,适应面较宽,设计选题可选取企事业单位供配电工程电气设计,也可选取中小型变电所变电工程设计。三、毕业设计内容设计有关原始资料:(1)本工程为飞腾工业股份有限公司供配电设计;(2)本公司占地面积157.5亩,职工155人,厂区平面布置图;(3)本公司供配电为降压型配电所,无高压负荷;(4)本公司拟设加工、检验、辅助、检修四个车间,其中加工车间有大型制冷设备;(5)由于本公司地理位置较高,供水水压偏低,经市水务局批准,同意拟设抽水加压泵站:(6)系统电源电源情况:本厂由正西向2公里处一110KV变电所公用干线取得工作电源。所内两台主变压器,10回10KV出线,一回出
7、线断路器为KYN28-13/1250(查的开断电流为25KA);另一回路出线为ZN12-10/2000。高压侧有电气联系的架空线总长为70KM,电缆线总长为20KM。降压变电所中本出线系统阻抗:最大运行方式下为0.185,最小运行方式为0.25。(7)负荷情况见下表:飞腾工业股份有限公司用电负荷情况序号车间名称总负荷(KW)同类设备台数单台三相设备功率(kw)单相负荷(kw)工作性质1加工冷加工2875207565三班热加工177535一班制冷20044520三班2检验200101550二班3辅助40084540三班4检修250102230一班6泵站432(互备用)21.57生活300100四
8、、毕业设计的要求4.1总体要求集中布置,明确要求,提倡讨论,独立完成,严禁抄袭和拷贝现象。4.2成果要求(1)设计说明书一份(2)设计计算书一份(3)电气设计图纸;(4)主接线图(5)配电所电气设备总体布置图(6)高压开关柜配置图4.3电气一次部分设计内容(1)引接方案;(2)电气设备的选择和校验;(3)功率因数计算,节能计算,无功补偿方式确定;(4)供配电所变电所的总体布置:根据所推荐的电气主接方案进行电气布置。(5)进行配变电所的总体布置,根据系统资料和负荷地理接线图进行布置,要求将生活和生产区分开。(6)估算计量、控制和保护等二次屏的数量,确定控制室的尺寸和布置;(7)防雷设计;(8)接
9、地电阻计算及接地装置选择。电气一次部分设计书一、确定变电所电气主接线(1)基本要求对主接线的基本要求有可靠性、灵活性、经济性和发展性等四个方面。1)可靠性。为了向用户提供持续、优质的电力,主接线首先必须满足可靠性要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践,要充分做好调研工作,力求避免决策失误,鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况,充分做好调查研究工作显得尤为重要。主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备,而且包括相应的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性,不要孤立地分析一次系统的可靠性。为了提高主接线的可靠性,选用运行可靠性高的设备是条捷径,这就要兼顾可靠性和经济性两方
10、面,做出切合实际的决定。2)灵活性。电气主接线的设计,应当适用在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时,可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件,并方便地设置安全措施,不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。3)经济性。方案的经济性主要体现在投资省、升压站占地面积小和电能损耗小三方面。主接线力求简单,以节省一次设备的使用数量;继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下,简化配置、优化控制电缆的走向,以节省二次设备和控制电缆的长度;采取措施限制短路电流,得以选用价廉的轻型设备,节省开支。主接线的选型和布置方式,直接影响到整个升压站的占地面积。应经济合理地选择变压器的类型(
11、双绕组、三绕组、自藕变、有载调压等)、容量、台数和电压等级。4)发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,完成过渡期的改扩建,且对一次和二次部分的改动的工作量最少。(2)变电所的主接线方式一般如下:35-110KV线路为两回及以下时,宜采用桥形、线路-变压器组等接线,超过两回时,宜采用分段单母线的接线。35-60KV线路为8回及以上时,宜采用双母线接线。在110KV线路为6回及以上时,宜采用双母线接线。在采用分段单母线或双母线的35KV-110KV主接线中,当不允许停电检修断路器时,可设置旁路母线。采用SF6断路器的的主接线不宜设旁路母线。当
12、变电所设有两台变压器时,6-10KV侧宜采用分段单母线,线路为12回路及以上时,亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时,可设置旁路母线。当6-35KV配电装置采用手车式高压开关时,不宜设置旁路母线。对每一电压等级所选用的方案列表进行分析,详细比较可靠性和灵活性,在对方案的经济性和定量分析。通过经济比较,选出适合该变电所的主接线方案。(3)提出可行的电器主接线方案,(至少两种)根据变电所有关的原始方案,就35KV和11KV母线方案进行比较,然后拟出两个以上的电器主接线方案,经技术经济比较,选择一合理的最佳方案作为设计推荐方案。(4)电器主接线方案的技术比较:应根据变电所的具体情况,电力的要求、
13、在网络中的位置、出线的电压等级、回路数、负荷的性质等,一般进行以下几个方面的比较:1)供电的可靠性;2)运行的安全性和灵活性;3)接线简单、清晰、维修检修方案;4)继电保护简单化和自动化程度高;5)新技术和新设备的采用等。(5)对电气主接线方案进行经济比较1)投资:结合设备的投资和场地的开挖填方土建投资进行综合比较;2)年运行费用(比较不同部分的折旧费、维护费等);3)电能损耗。二、用电负荷的计算:为了计算一个客户的总用电量,正确合理地选择客户变、配电站的电气设备和导线、电缆,。用电设备按工作性质分三类:第一类为长时工作制用电设备。第二类为短时工作制用电设备。对于第三类反复短时工作制用电设备。
14、为表征其反复短时的特点,通常用暂载率来表述。其计算公式为:式中 暂载率每周期的工作时间,min;每周期的停歇时间,min;设备容量确定反复短时工作制时机容量的确定,其设备容量PN是指暂载率25=25%时的额定容量。如值不为25%,则可按下式进行换算,使其变为25%时额定容量,其计算公式为:式中 给定的设备暂载 暂载率时的额定设备容量,Kw。确定计算负荷方法:确定计算负荷的常用方法有需要系数法和二项式系数法两种。(1)按需要系数法确定计算负荷在需要确定的计算负荷中,四个物理量之间的关系为:或或式中功率因数;功率因数角甲的正切值;有功计算负荷,Kw;无功计算负荷,kvar;在计算负荷,kVA;计算
15、电流,A;三相用电设备的额定电压。需要系数法:式中该组用电设备的有功计算负荷,Kw;该组用电设备的需要系数;该组用电设备的总容量,kW;(2)二次系数法: Pjs=bPN+式中c、b二项式系数。PN 该组所有用电设备的总额定功率,Kw; bPN用电设备平均负荷,kW;该组中n台功率最大的用电设备的总额定功率,Kw;表示用电设备组n台容量最大的设备运行时的附加负荷,kw。三、变压器的选择变电器容量和数量的选择,根据计算负荷的大小与负荷等级的需求(飞腾工业股份有限公司的加工车间的冷加工负荷属于二级负荷,一般为三级负荷)初步设想采用两台变压器对用电设备分组供电。正常工作状态下,两台变压器同时供电,分
16、别向下列两组供电设备供电:带有二类负荷的加工车间:冷加工同类设备20台,三相设备75KW,单相65KW,热加工同类设备17台,三相设备75KW,单相35KW,制冷同类设备4台,三相设备45KW,单相20KW。三类负荷:检验车间200KW,辅助车间400KW,检修车间250KW,泵站21.5KW,生活300KW。根据以上负荷情况选取两台变压器计算如下:任一台变压器单独运行时,应能满足不小于总计算负荷60%70%的需要,即S(0.60.7)S任一台变压器单独运行时,应能满足全部一、二级负荷的需要,所以根据以上的要求表3-1 SC9-250010型系列树脂浇注干式电力变压器的技术参数型号电压等级(K
17、V)额定容量(KVA)负载损耗(KW)空载损耗(KW)短路电压U%SC9-25001010250015.882.856四、拟定的主接线方案方案一:方案二:备选方案一为分段单母线形式,该接线形式接线简单清晰,设备少,经济性好,操作方便,便于扩建,也便于采用成套式配电装置。隔离开关仅用于检修,不作为操作电器,不易发生误操作。但可靠性低,调度不方便。任一回路故障或回路断路器检修时,该回路要停电;母线范围内检修或故障时,全站要停电。电源只能并列运行,不能分列运行,并且线路侧发生短路时,短路电流较大。备选方案二为单母线接线的形式,该接线形式接线简单,操作方便,可靠性较不分段单母线有所提高,扩建方便,调度
18、较单母线灵活。但供电可靠性较低。任一回路检修或故障,该回路要停电;任一段母线范围内检修或故障时,该母线段上的所有回路都要停电。按技术指标,装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案。从按经济指标来论,则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案,但从飞腾股份有限公司的供电可靠性要求,我们决定采用装设二台主变的单母线分段主接线方案。五、进行短路电流计算对一般工厂来说,电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量的系统。这次设计也把电力系统看作无限大容量的系统。短路电流的计算一般有两种方法即欧姆法(有名单位制法)、两相短路法和标么值法。本次设计采用标么值法(相对单位值法)。标幺
19、值可定义为物理量的实际值与所选定的基准值间的比值,即电力系统中的发电机、变压器、电抗器等电气设备的铭牌数据中所给出的阻抗参数,通常是以其本身额定值为基准的标幺值或百分值,即以各自的额定电压U和额定功率S作为基准值的。六、电气设备的选择和校验变配电系统中高低压电器对电能起着接收、分配、控制和保护作用。高低压电器主要有断路器、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器及成套配电装置等。电器的选择原则是根据环境及系统参数确定电器的形式和参数,保证正常工作时安全可靠,故障时不致损坏,并且在技术合理的情况下注意节约,其选择步骤如下:一、按正常工作条件,选择时要跟据以下几个方面:(1)环境条件:产品制造上分户内型及
20、户外型,户外型设备工作条件较差,选择时要注意。根据电器的工作环境确定,使用户内式设备还是户外式设备。此外,还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、防火等要求。(2)电压:根据设备装设处的电网电压等级确定设备的额定电压,应使装设地点的电路额定电压小于或等于设备的额定电压,即但设备可在高于其铭牌标明的额定电压1015%情况下安全运行。(3)电流:电气设备铭牌上给出的额定电流是指周围空气温度为时电气设备长期允许通过的电流。选择设备或载流导体时应保证满足以下条件:式中设备铭牌标出的额定电流;该设备或载流导体长期通过的最大工作电流。目前我国规定电器产品的=C,如果电气设备或载流导体所处的周围环境是时,则设备或载流导
21、体允许通过电流可修正如下:式中、分别为设备或载流导体的在长期工作时允许温度和实际环境温度。二.按短路条件校验(1)动稳定校验即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相比,且式中设备动稳定电流的幅值;冲击电流。某些电气设备(例如电流互感器)由制造厂家提供动稳定倍数,选择设备时的要求:式中电流互感器一次侧的额定电流。(2)热稳定校验:导体或电器通过短路电流时,各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为:对电流互感器则应满足下面的热稳定关系或式中有产品目录给定的热稳定倍数;电流互感器一次侧额定电流;有产品目录给定的热稳定时间。6.1高压断路器的选择高压断路器的型式选择,除满足各项技术条件
22、和环境条件外,还应考虑安装调试和运行维护的方便。一般635kV选用真空断路器,35500kV选用SF6断路器。高压断路器选用的项目有额定电压、额定电流,校验的项目有额定开断电流、热稳定、动稳定。额定开断电流选择在额定电压下,断路器能保证正常开断的最大短路电流称为额定开断电流。高压断路器的额定开断电流,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即当断路器的较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I进行选择即短路关合电流的选择在断路器合闸之前,若线路上已存在短路故障,则在断路器合闸过程中,动、静触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过(预击穿),更容易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏。且断
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