金属制品厂高压设计毕业论文.doc 26页

'金属制品厂高压设计毕业论文目录1引言11.1设计内容及步骤11.2总供电负荷统计21.3计算负荷31.4无功功率补偿52供电网电气主接线的设计62.1电气主接线设计要求62.2电气主接线的常见形式72.3主接线方案83供电网短路电流计算103.1有关短路的概念103.2短路的危害113.3进行短路电流的计算114变电所一次设备的选择与校验134.1一次设备的选择与校验校验的原则134.2变电所高压侧一次设备的选择144.3变电所熔丝型号选择155变电所二次回路方案选择及继电保护的整定175.1二次回路方案选择175.2继电保护的整定18结论21致谢22参考文献23附录A24 1引言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：1)安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。2)可靠：应满足电能用户对供电可靠性的要求。3)优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。4)经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.1设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。1)电力负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。2)工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便3)工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短24 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流4)继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。5)改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。1.2总供电负荷统计表1-1江阴某金属制品厂供电总负荷厂房编号厂房名称负荷类别设备容量需要系数功率因数1铸造车间动力5200.40.71.02照明100.91.002锻压车间动力2400.30.651.17照明100.91.003金工车间动力3900.320.651.12照明100.91.004工具车间动力2900.350.651.33照明100.91.005电镀车间动力4500.60.80.75照明100.91.006热处理车间动力2600.620.820.82照明100.91.007装配车间动力1700.40.751.02照明100.91.008机修车间动力1000.30.71.17照明50.91.009锅炉车间动力1150.80.81.05照明30.91.0010仓库动力500.40.90.75照明20.91.0011生活区照明4000.81.00.4824 1.3计算负荷1.2.1电力负荷计算概述采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下:1)铸造车间动力部分:；；照明部分：；2)锻压车间动力部分:；照明部分:；3)金工车间动力部分:；照明部分:；4)工具车间动力部分:；照明部分:；24 5)电镀车间动力部分:；照明部分:；6)热处理车间动力部分:；照明部分:；7)装配车间动力部分:；照明部分:；8)机修车间：动力部分：；照明部分:；9)锅炉房：动力部分:24 ；照明部分:；10)仓库动力部分：；照明部分：；生活区照明：取全厂的同时系数为：，，则全厂的计算负荷为：；1.4无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：这时低压侧的功率因数为：，为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取。要使低压侧的功率因数由0.78提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：24 取:=700则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：计算电流：变压器的功率损耗为：变电所高压侧的计算负荷为：补偿后的功率因数为：满足（大于0.90）的要求。2供电网电气主接线的设计2.1电气主接线设计要求用单线图接线表示三相系统。把供配电网中的变压器、互感器、断路器等电气设备在接线图中用特定的电气符号代替表明用电的基本的负荷，接线形式等信息的示意图。主接线的设计要求如下：1)满足系统和用户对供点可靠性和电能质量的要求。2)具有一定的灵活性。3)操作为求简单合理。4)经济上应合理。24 5)有发展和扩展的可能。主接线的常用电气符号见图2-1图2-1常用电气符号2.2电气主接线的常见形式变电所工厂等的电气一次接线形式主要包括单母线和双母线。单母线又分为单母分段，单母不分段，弹幕分段带旁路等形式。双母线又分为双母线，双母分段，双母分段带旁路等形式。2.2.1单母线单母线接线特点是只有一组母线WB，所有电源回路和出线回路均经过一台断路器和一组隔离开关在母线上并列运行。优点:接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点:不过灵活可靠，在一原件（母线及母线隔离开关等）故障或检修均需整个配电装置停电。只能用于某些出现回路较少，对供电可靠性要求并不高的小容量配电所中。适用范围：6-220kv配电网。2.2.2单母线分段为了改善单母线接线的工作性能，可利用分段断路器QF将母线适当分段。分段数目取决于电源数目、容量、出线回数。当高的可靠性及灵活性广泛应用于回路不多的负荷较重中小型电厂或35-110kv变电所。2.2.4双母线接线双母线Ⅰ、Ⅱ24 其间通过母线断路器QF相连，可通过QF及两侧隔离开关分别切换母线，大大改善灵活性。优点:1)检修任一母线时不中断供电，只需要进行倒母线操作。2)运行方式灵活。3)检修任一回路母线隔离开关时，只中断该回路。4)检修任一回路断路器时，可用母联断路器代替其工作。缺点：1)变更运行时，需要进行倒母线操作，较为复杂。2)检修任一回路断路器时，该回路仍需要短时停电。3)增加了母线隔离开关及母线涨渡，配电装置机构复杂。运行要求等，一般采用2-3段，尽量将电源与负荷均衡分布在母线上。优点：用断路器将母线隔离分段后，对重要用户可以从不同引出段，引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电，提高供电可靠性。缺点：当一段或母线隔离开关事故时该段母线的回路都要在检修间内停电；当任意断路器检修时，所在回路也将停电；架空线出现交叉跨越，扩建时需要任两方均很扩建：2.2.3双母线旁路母接线双母线分段带旁路母线接线比单母线分段接线方式增设了旁路母线WP及各出线回路中相应的隔离开关1QSp。分段断路器QFd间作旁路QFp，并设有分段隔离开关QSd。双母线分段带旁母线中平时旁母不带电，需要时应先对旁母充电。2.3主接线方案方案一：单母线接线原理图如下：24 图2-2单母线接线原理图此种接线方式的特点是只有一只母线WB，所有电源回路和出线回路均经过一台断路器和一组隔离开关连接在母线上并列运行。方案二：单母线分段接线原理图如下：图2-3单母线分段接线原理图由于供电网对可靠性，稳定性要求较高，因此通过对两种接线方案的对比分析，单目线分段接线方式的可靠性和稳定性较强，对于重要用户可保证其用电稳定。因此，此次设计采用单目线分段接线方式。具体电气接线图：24 图2-4单目线分段接线具体电气接线图3供电网短路电流计算3.1有关短路的概念电力系统的短路是指三相系统中想与相之间或相与地不正常的连接，以及中性点直接接地系统中相与地（N）及相与地线（PE）直接爱你的非正常连接。常见的短路种类有单相短路，两相短路，两相接地短路并接地三相短路。各种类型的示意图，表示符号与发生概率如表3-1。表3-1各类型短路发生概率表名称短路类型符号发生概率不对称短路单相短路K(1)65%两相短路K(2)10%两相接地短路K(1,1)20%对称短路三相短路K(3)5%24 3.2短路的危害短路造成后危害程度一般与短路类型，地点和持续的时间等因数有关。短路引起的后果通常分为以下几种。设备遇到破坏。短路处常常发生电弧烧毁电气设备，同时短路电流可能引起和大的电动力，使设备发生变形或损坏。因此各种电气设备和导称应有足够的电气稳定度和热稳定度。电压严重降低，对用户产生的影响极大。短路也同时引起电网的电压降低，特别是靠近电路点处的电压降低得更多，结果可能导致部分或全部用户的供电遭到破坏。短路电流计算目的：选择导体和电器；确定中性点的接线方式。3.3进行短路电流的计算本厂的供电系统简图如下图3-1所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。图3-1供电系统简图下面采用标么制法进行短路电流计算。1)确定基准值：24 取，，则：2)计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：电力系统的电抗标么值：架空线路的电抗标么值：3)电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此：短路等效电路图如图3-2所示:图3-2短路等效电路图计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量总电抗标么值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：24 三相短路容量：计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量总电抗标么值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流：三相短路容量：4变电所一次设备的选择与校验4.1一次设备的选择与校验校验的原则1）按工作电压选择：设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即高压设备的额定电压应不小于所在系统的最高电压，即，，，高压开关设备、熔断器、互感器及支柱绝缘额定电压。3）按工作电流选择：设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即4）按断流能力选择：设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。5)隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验:a)动稳定校验条件:或24 、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。b)热稳定校验条件:4.2变电所高压侧一次设备的选择根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取：高压断路器：ZN2-10/600高压熔断器：RN1-10/150电流互感器：LQJ-10/5电压互感器：JDZJ-10高压隔离开关：GN6-10/200变电所高压侧一次设备的校验见表4-1表4-1变电所高压侧一次设备的校验表校验项目电压kV电流A动稳定电流热稳定电流断流能力kA4skA装设点条件参数数据3803428.359.6335.36232.442一次设备型号额定参数低压断路器DW15-4000/40003804000———80低压熔断器RM10系列380—————电压互感器JDG3-0.5380/100—————电流互感器LQJ、LMZ1380—————24 4.3变电所熔丝型号选择1)保护电力线路的熔断器熔体电流的选择保护线路的熔体电流，应满足下列条件：熔体额定电流应不小于线路的计算电流，以使熔体在线路正常运行时不致熔断，即熔体额定电流还应躲过线路的尖峰电流，以使熔体在线路上出现正常尖峰电流时也不致熔断。由于尖峰电流是短时最大电流，而熔体加热熔断需一定时间，所以满足条件为：式中，K为小于1的计算系数。对供单台电动机的线路熔断器来说，此系数应根据熔断器的特性和电动机的起动情况决定：起动时间在3s以下（轻载起动），宜取K=0.25~0.35；起动时间在3~8s（重载起动），宜取K=0.35~0.5；启动时间超过8s或频繁起动、反接制动，宜取K=0.5~0.8。对多台电动机的线路熔断器来说，此系数应视为线路上容量最大的一台电动机的起动情况、线路尖峰电流与计算电流的比值接近于1，则可取K=1.但必须说明，由于熔断器品种繁多，特性各异，因此上述有关计算系数K的统一取值方法都不一定很恰当，故GB50055—1993《通用用电设备配电设计规范》规定：保护交流电动机的熔断器熔体额定电流“应大于电动机的额定电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机恰当电流和起动时间交点。当电动机频繁起动和制动，熔体的额定电流应再加大1~2级。”熔断器保护还应与被保护的线路相配合，使之不致发生因过负荷和短路引起绝缘导线或电缆过热起燃而熔体不熔断的事故，因此还应满足条件：式中，为绝缘导线和电缆的允许载流量；为绝缘导线和电缆的允许短路是过负荷倍数。如果熔断器只作短路保护时，对电缆和绝缘导线，取2.5；对明敷绝缘导线，取1.5。如果熔断器不只作短路保护，而且要求作过负荷保护时应取为1（当则取为0.85）。对有爆炸性气体和粉尘的区域内的线路应取为0.8。24 由于电压互感器二次侧的负荷很小，因此保护高压电压互感器的RN2型熔断器的熔体额定电流一般为0.5A。2)选择熔断器是应满足下列条件：a．熔断器的额定电压应不低于线路的额定电压。b.熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流。c.熔断器的类型应符合安装条件（户内或户外）及被保护设备对保护的技术要求。3)熔断器还必须进行断流能力的校验：对限流式熔断器（如RN1、RT0等），由于限流式熔断器能在短路电流达到冲击值之前完全熔断并熄灭电弧，切除短路，因此需满足条件：式中，为熔断器的最大分断电流；为熔断器安装地点的三相次暂态短路电流有效值，在无限大容量系统中，。对非限流式熔断器（如RW4、RM10等），由于非限流式熔断器不能在短路电流达到冲击值之前熄灭电弧，切除短路，因此需满足条件：式中，为熔断器安装地点的三相短路冲击电流有效值。对具有断流能力上下限的熔断器（如RW4等跌开式熔断器），其断流能力的上限应满足下列条件：式中，为熔断器的最小分断电流；为熔断器所保护线路末端两相短路电流（对中性点不接地的电力系统）。4)为了保证熔断器在其保护区内发生短路故障时可靠的熔断，按规定，熔断器保护的灵敏度应满足下列条件：式中，为熔断器的额定电流；24 为熔断器保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流；对TN系统和TT系统，为线路末端的单相短路电流或单相接地故障电流；对IT系统和中性点不接地系统，为线路末端的单相短路电流或单相接地故障高压熔断器来说，为低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧之值；K为灵敏系数的最小比值，如表4-2所示。表4-2熔断器保护的灵敏度熔体额定电流4~10A16~32A40~63A80~200A250~500A熔断时间5s4.555670.4s891011—5变电所二次回路方案选择及继电保护的整定5.1二次回路方案选择1）二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。2）高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3）电测量仪表与绝缘监视装置10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。低压动力线路：装设电流表一只。4）电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。24 5.2继电保护的整定继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。(1)变压器继电保护变电所内装有两台10/0.42000的变压器。低压母线侧三相短路电流为，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。a.过电流保护动作电流的整定：，故其动作电流：动作电流整定为9A。b.过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为。c.电流速断保护速断电流倍数整定24 取，故其速断电流为：因此速断电流倍数整定为：(2）10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流2.008kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）整定的动作电流取，，，故，根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为12A。整定的动作时限：母线三相短路电流反映到中的电流:对的动作电流的倍数，即：由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定的实际动作时间：=0.6s。的实际动作时间：母线三相短路电流反映到中的电流：24 对的动作电流的倍数，即：所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。(3）0.38KV侧低压断路器保护整定项目：a.瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。b.短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足:取1.2。另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。c.长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足：取1.1d.过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足：：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。e.热脱扣器动作电流整定：满足：取1.1，一般应通过实际运行进行检验。24 结论通过这次毕业设计，我加深了对供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，像高低压系统。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，在设计过程中最重要是是能够将理论与实际相结合，并提高自学的能力。通过这次比较完整的给金属制品厂高压变配电高压供配电系统电气设计，使我摆脱了单纯的理论知识的学习，把学到的知识和实际设计相结合起来，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识的能力，解决实际供配电问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。这是我们在设计的过程中体会到的。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我经过努力之后完成的毕业设计更有满足感。对于各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用在实际生活当中。本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论是系统的高低压供配电，还是变压器一次设备的选择等问题，我都查阅了大量的资料，并从中摘要整理，融入到我的毕业设计中，因为我知道每一个设计的背后都需要大量资料数据的支持。高压供配电系统电气设计方案是多种多样的，由于我的知识储备量以及时间等方面的原因，或许会导致我的设计中存在比如内容不是很完善，计算不是很全面等一些问题，这无疑是很让我自身感到遗憾的，但是这些不完善会是我今后努力的方向，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会将我击退的，只会更好的鞭策我前行。在今后的学习生活或工作中，我会继续做到将理论联系实际，把学到的书本上的知识应用到实际生活中，积累更多的经验，并铭记此次毕业设计中学到的、看到的、体会到的所有东西，不断充实自己，完善自己。24 致谢在本人的写作过程中，杨飞虎老师给予了大力的帮助和指导，在此深表感谢！同时也感谢其他帮助和指导过我的老师和同学，在设计的过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意，谢谢你们的书籍让我有许多参考借鉴的地方，可以使我的毕业设计如此的充实和完善。最后要感谢在整个论文写作过程中帮助过我的每一位人。首先，也是最主要感谢的是我的指导老师，杨飞虎老师。在整个过程中他给了我很大的帮助，在论文题目制定时，他首先肯定了我的题目大方向，但是同时又帮我具体分析使我最后选择江阴美托供电线路设计这个具体目标，让我在写作时有了具体方向。在论文提纲制定时，我的思路不是很清晰，经过老师的帮忙，让我具体写作时思路顿时清晰。在完成初稿后，老师认真查看了我的文章，指出了我存在的很多问题，在此十分感谢杨老师的细心指导。在临近毕业之际，我还要借此机会向在这给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们的辛勤栽培。不积跬步无以至千里，每一位任课老师认真负责的态度是我学习的榜样，在他们的悉心帮助下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，才能让我顺利完成毕业论文。24 参考文献[1]刘介才.工厂供电.机械工业出版社,2005年[2]雷振山.中小型变电所实用设计手册.中国水利水电出版社,2000年[3]刘介才.实用供配电技术手册.中国水利水电出版社,2002年[4]王子午,徐泽植.常用供配电设备选型手册.煤炭工业出版社,1998年[5]王子午,陈昌.10kV及以下供配电设计与安装图集中册.煤炭工业出版社,2002年[6]刘国钧，陈绍业，王凤翥．图书馆目录．第1版．北京：高等教育出版社，1957[7]傅承义，陈运泰，祁贵中．地球物理学基础．北京：科学出版社，1985，447[8]华罗庚，王元．论一致分布与近似分析．中国科学，1973（4）：339~35724 附录A图A1.1厂区供电线路规划图24 图A1.2变电所低压配电主接线图24'