【正文】 合自動化系統(tǒng)的相關研究開始于 20 世紀 80 年代中后期。隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，變電站綜合自動化技術也得到了迅速發(fā)展。變電站綜合自動化是將變電站二次設備 (包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等 )經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸、配線路的 自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護。變電站綜合自動化系統(tǒng)，即利用微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)，代替常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替常規(guī)的繼電保護屏，變電站綜合自動化系統(tǒng)可以 3 采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便監(jiān)視和控制變電站內各種設備的運行和操作。由此看來，在電力系統(tǒng)自動化技術日新月異的今天，變配電綜合自動化系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。所以，將變配電站的綜合自動化技術應用到電壓等級低一級的供配電室，從而進行工 廠供配電室的綜合自動化設計是十分必要的。 研究設計的主要內容 本課題設計的主要內容如下： 一、通過對工廠供配電最優(yōu)化方案的研究，設計出高壓供電線路，從而確定增容后系統(tǒng)的接線方案。 二、優(yōu)化方案實施過程中，分析系統(tǒng)屬性確定無功補償?shù)姆绞?，根?jù)負荷計算，短路電流計算和動熱穩(wěn)定校驗計算，選擇出符合條件的電氣設備。 三、根據(jù)供配電一次回路的特點，設計出變配電系統(tǒng)的二次回路，同時，采取必要的節(jié)能措施以減少改造成本。 四、通過工廠供配電系統(tǒng)的可行性分析，設計出符合本廠供配電的綜合自動化系統(tǒng)。 五、采取有力措施提 高變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性。 六、根據(jù)工廠實際情況，設計出本廠的變配電室綜合自動化系統(tǒng)軟件。 4 2 工廠用電負荷計算 負荷計算的定義 一、 計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用 30 分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據(jù)。 二、 平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年 平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。 負荷計算的方法 負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。 由于本機械廠用電部門較多，用電設備臺數(shù)較多，設計采用需要系數(shù)法予以確定 一、單臺組用電設備計算負荷的計算公式 有功計算負荷 (單位為 kW)： 30 deP K P? () 式中： 30P — 設備有功計算負荷 (單位為 kW)； eP — 用電設備組總的設備容量 (不含備用設備容量，單位為 kW)； dK — 用電設備組的需要系數(shù)。 5 無功計算負荷 (單位為 kvar) 30 30 tanQP?= () 式中： 30Q — 設備無功計算負荷 (單位為 kvar)； ?tan — 對應于用電設備組功率因數(shù) ?cos 的正切值。 視在計算負荷 (單位為 kVA) 3030 cosPS ?= () 式中： 30S — 視在計算負荷 (單位為 kVA)； ?cos — 用電設備組的功率因數(shù)。 計算電流 (單位為 A) 3030 3 NSI U= () 式中： 30I — 計算電流 (單位為 A)； 30S — 用電設備組的視在功率 (單位為 kVA)； NU — 用電設備組的額定電壓 (單位為 kV)。 二、多組用電設備計算負荷的計算公式 有功計算負荷 (單位為 kW) 3 30z p iP K P? ∑? ∑ () 式中： zP3 — 多組用電設備有功計算負荷 (單位為 kW)； ??iP30 — 所有設備組有功計算負荷 30P 之和； ??PK— 有功負荷同時系數(shù)，可取 ～ 。 無功計算負荷 (單位為 kvar) 3 30z q iQ K QΣ= ∑ () 式中： zQ3 — 多組用電設備無功 計算負荷 (單位為 kvar)； 6 30iQ∑ — 所有設備組無功計算負荷 30Q 之和； qKΣ — 無功負荷同時系數(shù)，可取 ～ 。 視在計算負荷 (單位為 kVA) 223 3 3z z zS p Q? + () 計算電流 (單位為 A) 33 3 zzNSI U= () 功率因數(shù) 33coszzPS?? () 負荷統(tǒng)計計算 根據(jù)提供的資料，列出負荷計算表。因設計的需要，計算了各負荷的有功功率、無功功率、視在功率、計算電流等。表中生活區(qū)的照明負荷中已經(jīng)包括生活區(qū)各用戶的家庭動力負荷。具體負荷的統(tǒng)計計算見附錄三。 7 3 工廠供配電系統(tǒng)設計 高壓供電線路設計 配電 室選址 一、配電所的設計要求 : 供電可靠，技術先進，保障人身安全，經(jīng)濟合理，維修方便。 根據(jù)工程特點，規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，以近期為主，適當考慮發(fā)展，正確處理近期建設和原期發(fā)展的關系，進行遠近結合。 結合負荷性質，用電容量，工程特點，所址環(huán)境，地區(qū)供電條件和節(jié)約電能等因素，并征求建設單位的意見，綜合考慮，合理確定設計方案。 變配電所采用的設備和元件，應符合國家或行業(yè)的產(chǎn)品技術標準，并優(yōu)先選用技術先進，經(jīng)濟適用和節(jié)能的成套設備及定型產(chǎn)品。 地震基本強度為 7 度及以上的地區(qū)，變配電所的設計和電氣設 備的安裝應采取必要的抗震措施。 二、變配電所選址： 變配電所地址選擇應根據(jù)下列要求綜合考慮確定： 接近負荷中心； 接近電源側； 進出線方便； 運輸設備方便； 不應設在有劇烈震動或高溫的地方； 不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所； 不應設在廁所，浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，也不宜與上述場所相貼鄰； 8 不應設在地勢低洼和可能積水的場所； 不應設在有爆炸危險的區(qū)域里； 不宜設在有火災危險區(qū)域的正上方或正下方。 負荷等級的劃分 一、符合下列情 況之一時，應為一級負荷： 中斷供電將造成人身傷亡時。 中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如 :重大設備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復等。 中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如 :重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷 ，應視為特別重要的負荷。 二、符合下列情況之一時，應為二級負荷： 中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如 :主要設備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如 :交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。③不屬于一級和二級負荷者應為三級負荷。 根據(jù)工廠的生產(chǎn)特性，并考慮中斷供電對其所產(chǎn)生的影響情況，故將本廠的用電負荷劃分為二級負荷。 9 對接線方案的選擇 一、主接線方案設計原則與要求 變電所的主接線，應根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設備特點及負荷性質等條件確定，并應滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。 安全 應符合有關國家標準和技術規(guī)范的要求，能充分保證人身和設備的安全。 可靠 應滿足電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。 靈活 應能必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，且適應負荷的發(fā)展。 （ 經(jīng)濟 在滿足上述要求的前提下，盡量使主接線簡單，投資少，運行費用低，并節(jié)約電能和有色金屬消耗量。 二、常見主接線方案 只裝有一臺主變壓器的變電所主接線方案 只裝有一臺主變壓器的變電所，其高壓側一般采用無母線的接線，根據(jù)高壓側采用的開關電器不同，有三種比較典型的主接線方案： （ 1）高壓側采用隔離開關 熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案； （ 2）高壓側采用負荷開關 熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案； （ 3）高壓側采用隔離開關 斷路器的主接線方案。 裝有兩臺主變壓器的變電所主接線方案 裝有兩臺主變壓器的變電所的典型主接線方案有： （ 1）高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案； 10 （ 2）高壓采用單 母線、低壓單母線分段的主接線方案； （ 3）高低壓側均為單母線分段的主接線方案。 三、主接線方案確定 10kV側主接線方案的擬定 由工廠負荷計算表（見附錄三）可知，高壓側進線有一條 10kV的公用電源干線，為滿足工廠二級負荷的要求，又采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡線的方式取得備用電源，因此，變電所高壓側有兩條電源進線，一條工作，一條備用，同時為保證供電的可靠性和對擴建的適應性所以 10kV側可采用單母線或單母線分段的方案。 380V側主接線方案的擬定 由原始資料可知，工廠用電部門較多，為保證供電的可靠性和靈活 性可采用單母線或單母線分段接線的方案，對電能進行匯集，使每一個用電部門都可以方便地獲得電能。 方案確定 根據(jù)前面章節(jié)的計算，若主變采用一臺 S11 型變壓器時，總進線為兩路。為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側采用單母線分段形式，低壓側采用單母線形式，其系統(tǒng)圖見圖 。 若主變采用兩臺 S11 型變壓器時，總進線為兩路，為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側采用單母線分段形式，兩臺變壓器在正常情況下分裂運行，當其中任意一臺出現(xiàn)故障時另一臺作為備用，當總進線中的任一回路出現(xiàn)故障時兩臺變壓器并列運行。低壓側采用也單母線分段形式 ，其系統(tǒng)圖見圖 。 11 圖 采用一臺主變時的系統(tǒng)圖 圖 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖 12 表 上表 ，從上表可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案優(yōu)于裝設一臺主變的方案。從經(jīng)濟指標來看，裝設一臺主變的方案優(yōu)于裝設兩臺主變的方案。由于集中負荷較大，已經(jīng)大1250kVA,低壓側出線回路數(shù)較多，且有一定量的二級負荷，考慮今后增容擴建的適應性，從技術指標考慮，采用于裝設兩臺主變的方案。 配電柜選擇 對于配電柜選擇的選擇，應滿足下列要求 : 一、高壓開關柜的結構應 保證工作人員的安全和便于運行、維護、檢查、檢修和試驗。 二、高壓開關柜的結構應有足夠的機械強度，以保證在操作一次設備 比較項目 裝設一臺主變的方案 裝設兩臺主變的方案 技術指標 供電安全性 滿足要求 滿足要求 供電可靠性 基本滿足要求 滿足要求 供電質量 由于一臺主變，電壓損耗略大 由于兩臺主變并列，電壓損耗略小 靈活方便性 只有一臺主變，靈活性不好 由于有兩臺主變，靈活性較好 擴建適應性 差一些 更好 經(jīng)濟指標 電力變壓器的 綜合投資額 按單臺 ，綜合投資 為 2 = 萬元 按單臺 ，綜合投資 為 4 = 萬元 高壓開關柜（含計量柜）的綜合投資額 按每臺 萬元計 ,綜合投資約為 5 = 萬元 6 臺 GG1A（ F）型柜綜合投資約 為 6 = 電力變壓器和高壓開關柜的年運行費 主變和高壓開關柜的折舊和維修 管理費約 7 萬元 主變和高壓開關柜的折舊和維修 管理費約 10 萬元 交供電部門的一次性供電貼費 按 800 元 /kVA 計， 貼費為 1600 萬元 =128萬元 貼費為 2 1000 =160萬元 13 時，二次設備不會產(chǎn)生永久性變形和影響性能的彈性變形。 三、開關柜內必須有工作位置、試驗位置、以保證手車處于以上位置時，不能隨意移動。 四、開關柜內手車的推進與拉出