電氣工程課程設(shè)計(jì)-塑料制品廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2012年 7月 18 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 電氣工程課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題目

2、 塑料制品廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名 學(xué)號(hào) </p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　對(duì)一個(gè)塑料制品工廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)首先

3、根據(jù)廠方給定的全廠各車間電氣設(shè)備及車間變電所負(fù)荷計(jì)算表進(jìn)行電力負(fù)荷計(jì)算，然后根據(jù)對(duì)計(jì)算負(fù)荷的分析選定主變壓器和各車間變電所的變壓器型號(hào)及其聯(lián)接組別，在設(shè)計(jì)中根據(jù)本廠供電電源和廠供電要求進(jìn)行架空線路的選擇，根據(jù)電力部門對(duì)工廠功率因數(shù)的要求計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率并以此選擇相應(yīng)的補(bǔ)償電容器。然后對(duì)線路設(shè)定短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流的計(jì)算作為各設(shè)備的選型依據(jù)?？紤]到對(duì)變壓器的保護(hù)在設(shè)計(jì)中對(duì)主變壓器設(shè)置以下繼電保護(hù)：瓦斯保護(hù)、過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)。

4、</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1] 劉介才.工廠供電 [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.44-48</p><p>　　[2] 王健明，蘇文成．供電技術(shù) [M] ．西安：電子工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[3] 何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析 [M] ．武漢：

5、華中科技大學(xué)出版社，2004．</p><p>　　[4] 張桂香．機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南 [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．</p><p>　　完成期限 2012.7.10至2012.7.18 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人

6、 </p><p>　　2012 年 7 月 9 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)要求1</b></p><p><b>　　2電力負(fù)荷計(jì)算1</b></p><p>

7、;　　3變電所高壓電器設(shè)備選型4</p><p>　　3.1補(bǔ)償電容器選擇4</p><p>　　3.2主變壓器的選擇5</p><p>　　3.3各變電所變壓器選擇5</p><p>　　4短路電流的計(jì)算6</p><p>　　4.1三相短路電流的計(jì)算目的6</p><p>　　4

8、.2短路電流的計(jì)算公式6</p><p>　　4.3各母線短路電流列表7</p><p>　　5主變壓器繼電保護(hù)7</p><p>　　5.1保護(hù)裝置及整定計(jì)算8</p><p>　　6變電所設(shè)備的選擇校驗(yàn)9</p><p>　　6.1高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)9</p><p>　　6.2

9、導(dǎo)線與電纜的選擇與校驗(yàn)9</p><p>　　6.3低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)10</p><p>　　7防雷與接地裝置設(shè)計(jì)10</p><p><b>　　8總 結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　1設(shè)

10、計(jì)要求</b></p><p>　　為某塑料制品廠設(shè)計(jì)全廠總配變電所及配電系統(tǒng)。</p><p>　　1. 短路電流計(jì)算。</p><p>　　2. 主要電氣設(shè)備選擇。</p><p>　　3. 主變壓器的繼電保護(hù)。</p><p>　　4. 變電所設(shè)備的選擇校驗(yàn)。</p><p>

11、　　5. 防雷和接地裝置的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2電力負(fù)荷計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)公式： </p><p>　　分別計(jì)算出各車間的有功和無功功率及視在功率的計(jì)算值填入表2-1、2-2、2-3、2-4、2-5。</p><

12、p>　　表2-1 1號(hào)變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V側(cè)）</p><p>　　故，，最大視在功率，最大功率因數(shù)。</p><p>　　供電局要求該廠35kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大功率因數(shù)應(yīng)大于0.9，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：</p>

13、;<p>　　表2-2 2號(hào)變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V側(cè)）</p><p>　　故，，最大視在功率，最大功率因數(shù)。</p><p>　　供電局要求該廠35kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92。</p><p>　　考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大功率因數(shù)應(yīng)大于0.9，暫取0.

14、92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：</p><p>　　表2-3 3號(hào)變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V側(cè)）</p><p>　　故，，最大視在功率，最大功率因數(shù)。</p><p>　　供電局要求該廠35kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92。</p><p>　　考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大

15、于有功損耗，因此380V側(cè)最大功率因數(shù)應(yīng)大于0.9，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：</p><p>　　表2-4 4號(hào)變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V側(cè)）</p><p>　　故，，最大視在功率，最大功率因數(shù)。</p><p>　　供電局要求該廠35kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92。</p&

16、gt;<p>　　考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大功率因數(shù)應(yīng)大于0.9，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：</p><p>　　表2-5 5號(hào)變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V側(cè)）</p><p>　　故，，最大視在功率，最大功率因數(shù)。</p><p>　　供電局要求該廠35kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，

17、380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得大于0.92。</p><p>　　考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大功率因數(shù)應(yīng)大于0.9，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：</p><p>　　3變電所高壓電器設(shè)備選型</p><p>　　3.1補(bǔ)償電容器選擇</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)中上級(jí)要求,而全廠自然功率

18、因數(shù)：</p><p>　　234/3998.95=0.587<0.9</p><p>　　因此需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。提高功率因數(shù)的方法分為改善自然功率因數(shù)和安裝人工補(bǔ)償裝置兩種。</p><p>　　安裝人工補(bǔ)償裝置的方法既簡(jiǎn)單見效又快，因此，這里采用在低壓母線裝設(shè)電容屏的方法來提高功率因數(shù)。</p><p>　　考慮到主變壓器的無功損耗

19、遠(yuǎn)大于有功損耗，因此暫取來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量。 </p><p><b>　　故：補(bǔ)償無功功率</b></p><p>　　采用24個(gè)BWF6.3-100-1并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，總共補(bǔ)償容量</p><p><b>　　。</b></p><p>　　3.2主變壓器的選擇</p

20、><p>　　由于該廠的負(fù)荷屬于二級(jí)負(fù)荷，對(duì)電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障后檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電，故選兩臺(tái)變壓器（暗備用），每臺(tái)容量按</p><p>　　因此選兩臺(tái)S9-2000/35型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和35kV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表3-

21、1所示。</p><p>　　表3-1無功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷</p><p>　　3.3各變電所變壓器選擇</p><p>　　安裝兩臺(tái)變壓器互相暗備用，其容量按</p><p>　　因此選兩臺(tái)S9-1250/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　安裝兩臺(tái)變壓器互相暗備用，其容量按&l

22、t;/p><p>　　因此選兩臺(tái)S9-1000/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　安裝一臺(tái)變壓器，其容量按</p><p>　　因此選一臺(tái)S9-800/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　安裝一臺(tái)變壓器，其容量按</p><p>　　因此選一臺(tái)S9-50

23、0/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　安裝兩臺(tái)變壓器互相暗備用，其容量按</p><p>　　因此選兩臺(tái)S9-250/10型低損耗配電變壓器，其聯(lián)接組別采用Yyn0。</p><p>　　表3-2 各變壓器型號(hào)及其參數(shù)</p><p><b>　　4短路電流的計(jì)算</b></p&

24、gt;<p>　　4.1三相短路電流的計(jì)算目的</p><p>　　為了保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，擇電氣設(shè)備時(shí)，要用流過該設(shè)備的最大短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，以保證設(shè)備在運(yùn)行中能夠經(jīng)受住突發(fā)短路引起的發(fā)熱和點(diǎn)動(dòng)力的巨大沖擊。</p><p>　　同時(shí)，為了盡快切斷電源對(duì)短路點(diǎn)的供電，繼電保護(hù)裝置將自動(dòng)地使有關(guān)斷路器跳閘。繼電保護(hù)裝置的整定和斷路器的選擇，也需要短路電流數(shù)

25、據(jù)。</p><p>　　4.2短路電流的計(jì)算公式</p><p>　　采用標(biāo)幺值計(jì)算方法，基準(zhǔn)容量，基準(zhǔn)電壓</p><p>　　電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值：</p><p>　　電力線路的電抗標(biāo)幺值： </p><p>　　電力變壓器的電抗標(biāo)幺值：</p><p>　　三相短路電流周期分量有效值：

26、 </p><p>　　短路點(diǎn)處的次暫態(tài)短路電流： </p><p><b>　　短路沖擊電流：</b></p><p>　?。ǜ邏合到y(tǒng)） (低壓系統(tǒng))</p><p><b>　　沖擊電流有效值：</b></p><p>　?。ǜ邏合到y(tǒng)） (低壓系統(tǒng))</p>

27、<p><b>　　三項(xiàng)短路容量： </b></p><p><b>　　，， </b></p><p>　　4.3各母線短路電流列表</p><p>　　根據(jù)下圖和以上公式計(jì)算母線短路電流：</p><p>　　圖4.1 短路計(jì)算電路</p><p>　　圖4.

28、2 短路計(jì)算等效電路</p><p>　　表4-1 母線短路電流列表</p><p><b>　　5主變壓器繼電保護(hù)</b></p><p>　　5.1保護(hù)裝置及整定計(jì)算</p><p>　　1.瓦斯保護(hù)：采用FJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器，當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部產(chǎn)生輕微瓦斯或右面下降時(shí)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)因嚴(yán)重故障產(chǎn)生大

29、量瓦斯時(shí)，則動(dòng)作于跳閘。</p><p>　　2.裝設(shè)反時(shí)限過電流保護(hù)：采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。</p><p>　　3.電流互感器的選擇</p><p><b>　　高壓側(cè)：</b></p><p>　　電流互感器采用三角形接法，計(jì)算電流互感器變比：</p>

30、;<p>　　選用電流互感器變比：</p><p>　?。?）過電流動(dòng)作電流的整定</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　, , , ，</b></p><p><b>　　因此：</b></p><p>　　

31、故動(dòng)作電流整定為7A。</p><p>　?。?）過電流保護(hù)電流動(dòng)作時(shí)間的整定</p><p><b>　　過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間</b></p><p>　　故其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可整定為最短的0.7s。</p><p>　　（3）過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)</p><p>　　所以，滿足規(guī)定的靈敏

32、系數(shù)1.5的要求。</p><p>　　4.裝設(shè)電流速斷保護(hù)：采用GL15型繼電器的電流速斷裝置來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）速斷電流的整定</p><p>　　速斷電流倍數(shù)整定為 ，滿足規(guī)定的倍數(shù)。</p><p>　?。?）電流速斷保護(hù)靈敏度系數(shù)的整定</p><p>　　所以，滿足規(guī)定的靈敏系數(shù)2的要求。&

33、lt;/p><p>　　6變電所設(shè)備的選擇校驗(yàn)</p><p>　　電氣設(shè)備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時(shí)設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運(yùn)行方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。</p><p>　　電氣設(shè)備按在正常條件下工作進(jìn)行選擇，就是要考慮電氣裝置的環(huán)境條件和電氣要求。環(huán)境條件是指電氣裝置所處的位置（室內(nèi)或室外）、環(huán)境溫度、海拔高度以及有無防塵、防腐

34、、防火、防爆等要求。</p><p>　　電氣要求試紙電氣裝置對(duì)設(shè)備的電壓、電流、頻率（一般為50Hz）等的要求：對(duì)一些斷流電器入開關(guān)、熔斷器等，應(yīng)考慮其他斷流能力。</p><p>　　6.1高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)</p><p>　　對(duì)于高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)項(xiàng)目見表6-1：</p><p>　　表6-1 高壓設(shè)備器件的校驗(yàn)項(xiàng)目</p>

35、;<p>　　6.2導(dǎo)線與電纜的選擇與校驗(yàn)</p><p>　　導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負(fù)荷電流即線路計(jì)算電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過其正常運(yùn)行時(shí)允許的電壓損耗。對(duì)于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進(jìn)行電壓損耗校驗(yàn)。</p><p>　　導(dǎo)線（包括裸線和絕緣導(dǎo)線）截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對(duì)于電纜，不必校驗(yàn)其機(jī)械強(qiáng)度，但需校驗(yàn)其短路熱穩(wěn)定度。</p><p&

36、gt;<b>　　母線的選擇：</b></p><p>　　按發(fā)熱條件來選擇，即滿足母線容許載流量I>Ic（計(jì)算電流），即選擇LGJ-50。35kV的架空線的截面選擇：</p><p>　　6.3低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)</p><p>　　低壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件如表6-2所示：</p><p>　　表6-2

37、 低壓一次設(shè)備校驗(yàn)</p><p>　　7防雷與接地裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　變配電所防雷措施：</b></p><p>　　（1）室外配電裝置裝設(shè)避雷針來防護(hù)直接雷擊。</p><p>　?。?）高壓側(cè)裝設(shè)避雷器，用來保護(hù)主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞這一關(guān)鍵設(shè)備，為此要求避雷器靠近主變

38、壓器。避雷器的接地端應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)及金屬外殼等連接在一起，在每路進(jìn)線終端和每段母線上，裝有閥式避雷器。如果進(jìn)線是具有一段引入電纜的架空線路，則在架空線路終端的電纜頭處裝設(shè)閥式避雷器或排氣式避雷器，其接地端與電纜頭外殼相聯(lián)后接地。</p><p>　?。?）低壓側(cè)裝設(shè)避雷器，用在多雷區(qū)防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當(dāng)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)，其中性點(diǎn)可裝閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護(hù)

39、間隙。</p><p>　　防雷的設(shè)備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷器，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。當(dāng)線路上出現(xiàn)危及設(shè)備絕緣的雷電過電壓時(shí)，避雷器的

40、火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥?，使過電壓對(duì)大地放電，從而保護(hù)了設(shè)備的絕緣。避雷器的型式主要有閥式和排氣式。35kV的架空線路上，在進(jìn)出變配電所的一段線路上裝設(shè)避雷線。</p><p>　　電氣設(shè)備的某部分與大地之間做良好的電氣連接稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體，或接地極。專門為接地而人為裝設(shè)的接地體，稱為人工接地體。兼做接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝

41、土基礎(chǔ)等，稱為自然接地體。連接接地體與設(shè)備、裝置接地部分的金屬導(dǎo)體稱為接地線。接地線在設(shè)備、裝置正常運(yùn)行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。接地線與接地體合稱為接地裝置，由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個(gè)整體，稱為接地網(wǎng)，其中接地線又分為接地干線和接地支線。接地干線一般應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點(diǎn)與接地網(wǎng)連接。</p><p><b>　　8總 結(jié)</b><

42、;/p><p>　　1．由于本廠年均溫度過高，變壓器應(yīng)放在室內(nèi)，整個(gè)主控制室和高壓配電室坐南朝北，這樣便于主控制室采光。</p><p>　　2．變電所應(yīng)靠近負(fù)荷中心并且要盡量使進(jìn)出線方便，同時(shí)也要考慮到擴(kuò)建時(shí)更換大一級(jí)容量變壓器的可能，所以可確定變電所的位置在大路旁，這樣便于變壓器的運(yùn)行、檢修和運(yùn)輸，而且變壓器投入運(yùn)行時(shí)線路損耗最小。</p><p>　　3．主控制室

43、內(nèi)裝設(shè)有低位配電屏，主變保護(hù)屏，中央信號(hào)，中央信號(hào)繼電器及電度表屏，主變保護(hù)控制屏，主變控制屏，中央信號(hào)布置在北側(cè)，正對(duì)著值班人員。</p><p>　　4．35kV電源線由變電所東部引進(jìn)，配電裝置采用低式布置，避雷器，電源變壓器及它的保護(hù)用的熔斷器，低式布置在母線兩端，避雷器，電源變壓器布置在主控制器的東側(cè)，6kV高壓電纜從高壓配電室引進(jìn)來，低電壓經(jīng)穿墻套管進(jìn)入主控制室，配電裝置間隔為5m，進(jìn)線相間距離為1.3

44、m，最大允許尺度為0.7m。</p><p>　　5．母線的配電裝置分別設(shè)在兩個(gè)單獨(dú)的房間內(nèi)，兩個(gè)配電室之間通過兩面雙開鋼門相連接，另外兩個(gè)配電室來由一個(gè)外開式雙開鋼門。 電容器應(yīng)單獨(dú)放置在一個(gè)房間內(nèi)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉介才.工廠供電 [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.<

45、/p><p>　　[2] 王健明，蘇文成．供電技術(shù) [M] ．西安：電子工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[3] 何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析 [M] ．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004．</p><p>　　[4] 張桂香．機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南 [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[5] 江文，許慧中．

46、供配電技術(shù) [M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[6] 李梅.電工基礎(chǔ) [M] ．北京：中國(guó)電力出版社，2004.</p><p>　　[7] 項(xiàng)根，曾克娥．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用 [M] ．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[8] 呂繼紹．繼電保護(hù)整定計(jì)算與實(shí)驗(yàn) [M] ．武漢：華中工學(xué)院出版社，1983.&