【正文】 III 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書 系：電氣與信息工程系 專業(yè)：電氣自動化技術(shù) 指導(dǎo)教師 曹志平 學(xué)生姓名 吳邦 課題名稱 XX 機(jī)械廠降壓變電所的二次回路設(shè)計 內(nèi)容及任務(wù) 根據(jù)工廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際情況，初步確定變電所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，并由此確定二次回路方案 ,選擇整定繼電保 護(hù)裝置 .最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷 ,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確大、深入 ,知識面寬。 設(shè)計主要介紹了總降 壓 變電所的設(shè)計及設(shè)備的選型和整定校驗。最后，我們還有對變電所一次系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)、絕緣監(jiān)測、電能測量以及信號系統(tǒng)等二次系統(tǒng)的設(shè)計。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送 和 分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則可能對工業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果。 （ 2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。 工廠供電設(shè)計的一般原則 按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB5005295 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、 GB5005394 《 10kv及以下設(shè)計規(guī)范》、 GB5005495 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則： （ 1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； 2 必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。 按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。 本 人 的主要工作 （ 1） 要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負(fù)荷的實際情況，并 適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所位置與型式； （ 2） 確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型； （ 3） 選擇變壓所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備和進(jìn)出線； （ 4） 確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置； （ 5） 要求寫出設(shè)計說明書，繪制設(shè)計圖樣。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟(jì)的分配電能問題。列出負(fù)荷計算表、表達(dá)計算成果。 （ 4） 廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情 況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。 （ 5） 工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算 工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計算。如工廠有大型同步電動機(jī)還可以采 4 用控制電機(jī)勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。 （ 8） 繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)計 為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護(hù)裝置。 無功計算負(fù)荷 30 30 tanQP ??? ，其中 tan? 為對應(yīng)于用電設(shè)備組 cos? 的正切值。 ： 30 deP K P??=90KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 2. 鍛壓車間： 30 deP K P??=105KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 3熱處理車間： 30 deP K P??=90KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 5 4. 電鍍車間： 30 deP K P??=125KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 5. 倉庫： 30 deP K P??=8KW 30 30 tanQP ??? =6kvar ?? ?cos/3030 PS 10KVA 30 30 /3NI S U? = 6. 工具車間： 30 deP K P??=108KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 180KVA 30 30 /3NI S U? = 7. 金工車間： 30 deP K P??=80KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 8. 鍋爐房： 30 deP K P??=35KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 9. 裝配車間： 30 deP K P??=54KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 10. 機(jī)修車間： 30 deP K P??=32KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 11. 生活區(qū)： 30 deP K P??=245KW 30 30 tanQP ??? = ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 各車間的照明負(fù)荷總和計算如下： 30 deP K P??= 6 ?? ?cos/3030 PS 30 30 /3NI S U? = 多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定 確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)的因素。 總的視在計算負(fù)荷為： 2230 30 30S P Q??= 總的計算電流為： 30 30 /3NI S U? = 由以上可得出各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷如表 。 裝設(shè)一臺主變壓器，型式采用 S9，其容量 NTS? 不應(yīng)小于總計算負(fù)荷 30S 。 圖 （ 2） 暗備用。 K V ASSS TNT 7 30. ??? 根據(jù)計算可選擇兩臺 S9800/10 型低損耗配電變壓器。工廠擁有 負(fù)荷較大的 二級負(fù)荷，如果二級負(fù)荷斷電將會給機(jī)械廠造成巨大損失。 高壓開關(guān)柜 總費用比一臺變壓器方案 比一臺主變的方案多投資 萬元 。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺制法（又稱相對單位制法） ， 本設(shè)計采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計算 。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。 短路電流計算 短路電流計算電路 如圖 。環(huán)境條件就是指電氣裝置所處的位置、環(huán)境溫度、海拔以及有無防塵、防腐、 防火、防爆等的要求。電流互感器二次側(cè)額定電流一般為5A 或者 1A。 由于本設(shè)計是 10kV 電源進(jìn)線，則可選用較為經(jīng)濟(jì)的固定式高壓開關(guān)柜，這里選擇 GG1A10Q（ F） 型。 低壓側(cè)電氣設(shè)備的選擇 低壓一次設(shè)備的選擇，與高壓一次設(shè)備一樣，必須滿足在正常條件下的短路故障條件下工作的要求，同時設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。 （ 2） 電壓損耗條件 導(dǎo)線和電纜在通過正常最大負(fù)荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應(yīng)超過 其正常運行時允許的電壓損耗。此種選擇原則，稱為 “ 年費用支出最小 ” 原則。母線也應(yīng)校驗短路時的穩(wěn)定度。對長距離大電流及 35kV 以上的高壓線路，則可先按經(jīng)濟(jì)電流密度確定經(jīng)濟(jì)截面，再校驗其它條件。 ：查相關(guān)資料， 10kV鋁及鋁合金最小允許最小截面為 35mm2，所以不滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求，故改選 LJ35型鋁絞線。 ： 30 30 /3NI S U? = 10= 由 30 1NTII? = 及土壤溫度 25℃，查相關(guān)資料，初選纜芯為 25mm2的交聯(lián)電纜，其 3090AalII??，滿足發(fā)熱條件。 低壓母線的選擇 (1) 饋電給鑄造車間的線路選擇 采用 VLV221000 型聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 ： 由 30I = 及地下 處土壤溫度 25℃ ，查相關(guān)資料，初選 300mm2，其 30347 AalII??，滿足發(fā)熱條件。 ： 首先查得相關(guān)資料，取 top =,真空斷路器 toc 為 ，取 ，再加 ，得短路假想時間 tima =++=，因此可確定短路熱穩(wěn) 19 定度的最小截面為 ( 3 )m in / 2 2 5 0 0 0 .7 / 7 6 2 4 7 .7 0A I tim a C?? ? ? ?22mm mm 由 于前面所選 150mm2，所以改選 300mm2的聚氯乙烯絕緣電纜，即可選 VLV2210003 300+1 150 四芯電纜。 (5) 饋電給倉庫的線路選擇 采用 VLV221000 型聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 ： 由 30I = 及地下 處土壤溫度 25℃ ，查相關(guān)資料，初選 240mm2，其 30319 AalII??，滿足發(fā)熱條件。 ： 首先查得相關(guān)資料，取 top=,真空斷路器 toc 為 ，取 ，再加 ，得短路假想時間 tima =++=，因此可確定短路熱穩(wěn)定度的最小截面為： ( 3 )m in / 2 2 5 0 0 0 .7 / 7 6 2 4 7 .7 0A I tim a C?? ? ? ?22mm mm 由于前面所選 185mm2，所以改選 300mm2的聚氯乙烯絕緣電纜，即可選 VLV2210003 300+1 150 四芯電纜。 (9) 饋電給裝配車間的線路選擇 采用 VLV221000 型聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 發(fā)熱條選擇： 由 30I =32A 及地下 處土壤溫度 25℃ ，查相關(guān)資料，初選 25mm2，其3087AalII??，滿足發(fā)熱條件。 ： 變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離設(shè)為 250m，而查有關(guān)資料得 LJ240 的0R =(線間幾何距離為 計 )，而生活區(qū) 30P =280kW， 30Q =,所以： %5%%1 0 0)3 8 0/(% ??????? alUVU 2 8 0 k w ( 0 . 1 4 0 . 2 5 ) 1 3 4 . 4 k v a r 0 . 3 0 . 2 5U 5 2 . 3 2 V0 . 3 8 k v? ? ? ? ?? ? ? 22 所以對生活區(qū)采用一回 LJ185架空線路供電是不 行的。 對于高壓側(cè)為 6～ 10kV 的車間變電所主變壓器來說，通常裝設(shè)有帶時限的過電流保護(hù)；如過電流保護(hù)動作時間大于 ～ 時，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。 對于高壓側(cè)為 35kV 及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和瓦斯保護(hù)；在有可能過負(fù)荷時，也需裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。當(dāng)以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側(cè)裝設(shè)保護(hù)。 (5) 保護(hù)裝置對各側(cè)母線的各類短路應(yīng)具有足夠的靈敏性。 變壓器的 反時限 過電流保護(hù) 在此設(shè)計中，我們采用較為經(jīng)濟(jì)的反時限過流保護(hù)。這時斷路器因其跳閘線圈 YR 去分流而跳閘，切斷短路故障。 （ 2） 保護(hù)動作時間 的整定 考慮到車間變電所為系統(tǒng)終端變電所，因此其過電流保護(hù)的 10 倍動作電流的動作時間整定為 。 因為設(shè)計中我們采用的是 GL 系列電流繼電 器，則利用 KA2 繼電器的電磁元件來實現(xiàn)電流速斷保，而感應(yīng)元件則用來作反時限的過流保護(hù)，因此非常經(jīng)濟(jì)。 瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器。其中 T 表示電力變壓器， KG 表示瓦斯繼電器， KS 表示 26 圖 變壓器瓦斯保護(hù)電路 信號繼電器， KM表示中間繼電器， QF 表示斷路器， YR表示跳閘線圈， XB表示切換片。這大量的油氣混合體在經(jīng)過氣體繼電器時，沖擊擋板，使下油杯下降。 變壓器瓦斯保護(hù)動作后的故障分析 ， 變壓器瓦斯保護(hù)動作后，可由蓄積 于氣體繼電器 內(nèi)的氣體性質(zhì)來分析和判斷故障的原因幾處理要求 。 高壓聯(lián)絡(luò)線的過電流保護(hù)的組成、原理，無論是定時限還是反時限，均與變壓器的過電流保護(hù)相同。 速斷保護(hù) 同樣，聯(lián)絡(luò)線的速斷保護(hù)也與變壓器的速斷保護(hù)一樣。 由于工廠變電所是樹型式電力系統(tǒng)。 （ 3）低壓斷路器的業(yè)型應(yīng)符合安裝條件、保護(hù)性能及操作方法的要求，因此應(yīng)同時選擇其操作機(jī)構(gòu)型號。因此對操作電源的可靠性要求很高，容量要求足夠大，盡可能不受供電系統(tǒng)運行的影響。 其中，蓄電池主要有鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池兩種；整流電源主要有硅整流電容儲能式和復(fù)式整流兩種。 采用交流操作電源，可使二次回路大大簡化，投資大大減少，工作可靠