【正文】 指導(dǎo)教師 吳秋瑞 完成日期 2020 年 6 月 6 日 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) The Design of Chemical plant power supply and distribution system for DAMING 大名化纖廠變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目 大名化纖廠變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電 01014班 學(xué)生姓名 馬立敏 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 電氣工程分院 導(dǎo)師 姓名 吳秋瑞 導(dǎo)師 職稱 副教授 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 工廠廠區(qū)供電和配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。 總降變電所及車間變電所的設(shè)計(jì)。 二、基本要求 根據(jù)進(jìn)出線的負(fù)荷特點(diǎn)，供電方式，負(fù)荷計(jì)算，選變壓器容量，短路計(jì)算，高壓設(shè)備選擇計(jì)算，設(shè)備選型。 防雷和接地裝置設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)不低于 15篇，其 中外文 2篇以上。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 紡煉車間中，紡絲機(jī)，功率： 244千瓦， o s, ???XK 。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 劉介才 . 工廠供電：第三版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 劉介才 . 現(xiàn)代電工技術(shù)手冊 . 北京：中國水利水電出版社 ， 2020 劉光源 . 電工實(shí)用手冊 . 北京：中國電力出版社 ， 2020 五、進(jìn)度計(jì)劃 2月 24日 3月 31日收集資料，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，熟悉 R14， R15軟件，裝機(jī)調(diào)試 。 5月 1日 5月 31日完成全部設(shè)計(jì)，圖紙出全。 6月 13日準(zhǔn)備答辯。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 當(dāng)前，在我國電力工業(yè)持續(xù)、快速發(fā)展，市場化改革在探索中前進(jìn)，西電東送，南北互供，全國互連網(wǎng)大格局正在形成。 研究方法： 通過自己所學(xué) 的相關(guān)課程，如工廠供電，自動控制原理數(shù)字電路、模擬電路電子線路 CAD以及控制電機(jī)等；以及通過借閱圖書館相關(guān)資料和上網(wǎng)收集相關(guān)課題信息；最后到實(shí)地進(jìn)行考察，如參觀一些生產(chǎn)電器設(shè)備的企業(yè)，或者去參觀新型小區(qū)的供配電系統(tǒng)。進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)將不同工作制的用電設(shè)備的額定功率換算為統(tǒng)一的計(jì)算功率，采用二項(xiàng) 式法和需要系數(shù)法。 工廠供電工作要很好的為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切 實(shí)保證工廠和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到下列基本要求。 （ 2） 可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性即連續(xù)供電的要求。 （ 4） 經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要省，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能的節(jié)約電能和減少有色金屬。對于大型工廠及某些電源進(jìn)線電壓為 35KV 及以上的中型工廠，通 常經(jīng)過兩次降壓，先經(jīng)過總降變電所，其中有較大容量的電力變壓器，將 35KV 及以上的電源電壓降為 10KV 的配電電壓，然后通過10KV 的高壓配電線將電能送到各個(gè)車間變電所。變電所擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓，然后分配電能的任務(wù)。變配電所是工廠供電系統(tǒng)的樞紐，在工廠中占有特殊重要的地位。值班室應(yīng)盡量靠 近高低壓配電室且有門直通。值班室的門應(yīng)朝外開，高低壓配電室和電容器室的門應(yīng)朝值班室開或朝外開?？紤]到變壓器低壓出線通常是采用矩形裸母線，因此變壓器的安裝位置，宜靠近低壓配電室 。 （ 5） 適應(yīng)發(fā)展要求 變壓應(yīng)考慮到擴(kuò)建時(shí)有更換大一級容量變壓器的可 能。既要考慮到變配電所留有擴(kuò)建的余地，又要不妨礙工廠或車間今后的發(fā)展。 小型化變電所采用全戶外布置，為達(dá)到整體布局合理、減少占地面積， 35kV及 10kV 均采用半高型布置方式；進(jìn)站道路設(shè)在 35kV 及 10kV 配電裝置之間，便于設(shè)備運(yùn)輸，道路寬度為 米；變壓器與 10kV 配電裝置布置在一側(cè)，利于設(shè)備的檢修、維護(hù)。 無人值班變電所具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： ? 采用無人值班管理模式能提高勞動生產(chǎn)率，減少人為誤操作，提高運(yùn)行可靠性； ? 隨著電網(wǎng)復(fù)雜程度的提高，各級調(diào)度中心要求采集更多的信息 ,以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況，而變電站實(shí)行無人值班的先決條件是必須具備“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”等“四遙”功能，從而使調(diào)度要求得到滿足； ? 提高變電站的可控性 ,要求更多地采用遠(yuǎn)方集中控制、操作、反事故措施等 ； ? 利用當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等提供的先進(jìn)技術(shù)裝備 ,改變傳統(tǒng)二次設(shè) 備模式 ,簡化系統(tǒng) ,信息共享 ,減少占地面積 ,降低造價(jià)，小型化變電所只設(shè) 35 平方米左右控制室。 3 電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式 在三相交流電力系統(tǒng)中，作為供電電源的發(fā)電機(jī)和電力變壓器的中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：一種是電源中性點(diǎn)不接地，一種是電源中性點(diǎn)經(jīng)阻抗接地，再一種是中性點(diǎn)直接接地或低電阻接地。如果其單 相接地電流大于一定數(shù)值時(shí)，則采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式；我國KV110 即以上的系統(tǒng)，則都采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。 ? TN－ S 系統(tǒng) ? TN－ C 系統(tǒng) ? TNCS 系統(tǒng) （ 2） TT 系統(tǒng)，如圖 12 所示 。 ? TN－C－ 三相設(shè)備 單相電源負(fù)荷系統(tǒng)三相設(shè)備 單相電源負(fù)荷系統(tǒng)4 圖 11 低壓配電的 TN 系統(tǒng) 三相設(shè)備 單相電源負(fù)荷系統(tǒng)單相 新規(guī)范是“以人為核心”，在保證“適用、安全、衛(wèi)生、美觀”的前提下，對安全方面提出了相當(dāng)嚴(yán)格的要求。 下面介紹不宜采用 TN— C 系統(tǒng)的原因，以及新規(guī)范中的三種低壓配電系統(tǒng)的接地形式和故障防范。保護(hù)性接地又分為接地和接零兩種形式。而接零則是指外露可導(dǎo)電部 分通過保護(hù)線 (PE)或 PEN 線與供電系統(tǒng)的接地點(diǎn)進(jìn)行直接電氣連接 (交流系統(tǒng)中，接地點(diǎn)即為中性點(diǎn) )。由于 TN— C 系統(tǒng)中采用的是保護(hù)接零，即用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分與 PEN 有良好的導(dǎo)線連接。但由于 TN— C系統(tǒng)需要依靠 PEN 線中的不平衡電流來維持三相電壓的均衡，所以 TN— C 系統(tǒng)一般適用于三相負(fù)荷較平衡的場合。一旦 PEN 線發(fā)生斷路故障或 PEN 線接觸電阻增大時(shí)，中性點(diǎn)電位將嚴(yán)重地偏移，使用電設(shè)備外露可導(dǎo)電的金屬外殼帶電，造成電擊事故的發(fā)生。所以不宜使用 TN— C 系統(tǒng)。用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分保護(hù) (PE)線接至與電力系統(tǒng) 接地點(diǎn)無直接關(guān)聯(lián)的接地極上。所以木管三相負(fù)荷是否平衡、中性線是否帶電， PE線均不會帶電，用電設(shè)三相設(shè)備 單相電源負(fù)荷圖 3 低壓配電的 系統(tǒng)6 備外露導(dǎo)電部分亦不會帶電，保證了使用安全。所以必須采用漏電保護(hù)器來切斷電源 ，才能提高 TT 系統(tǒng)觸電保護(hù)的靈敏度，使 TT 系統(tǒng)更為安全可靠。整個(gè)系統(tǒng)的中性線 (N)與保護(hù)線 (PE)是分開的，用電設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接到 PE 線上。由于 TN— S 系統(tǒng)中性線 N 與保護(hù)接地線 PE 除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線從變電站低壓母線處便分開了，所以與 TT 系統(tǒng)一樣，不管中性線 N 是否帶電， PE 線均不帶電，與跳線連接的設(shè)備外殼同樣均不會帶電。因此， TN— S 接地系統(tǒng)明顯提高了使用安全性。 TN— C— S 系統(tǒng)該系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分通過保護(hù)線與接地點(diǎn)連接，系統(tǒng)中前一部分線路的中性線 N 與保護(hù)線 PE 是合一的，第二部分是 TN— S 系統(tǒng)，即 N 與 PE 線是分開的 (圖 4)。因此在住宅中采用 TN— C— S 系統(tǒng)，實(shí)際上就成了 TN— S 系統(tǒng) 。 （ 3） 接地故障的防范 接地故障不同于一般的電氣短路故障。由于接地故障比較隱蔽，經(jīng)常是多次火災(zāi)發(fā)生的起因，而且往往還伴隨接地故障而發(fā)生電擊人身傷害事件。 不能隨意更改接地系統(tǒng)若原先采用的是 TN— C— S 系統(tǒng) (100kVA 以上變壓器，中性點(diǎn)接地電阻為 4? ， PE 四線接地電阻為 10? )改變成為 TT 系統(tǒng)。 嚴(yán)禁 PE 線與 N 線連接若 PE 線與 N 線連接便成了 TN— C 系統(tǒng)，其不良后果前面已經(jīng)討論了。護(hù)功能除空調(diào)電源外，其他電源插座電路應(yīng)設(shè)置漏電保護(hù)裝置。辦公樓，宿舍內(nèi)的用電器通常由 插座供電，電源插座上應(yīng)安裝額定動作電流不大于 30mA 的快速漏電保護(hù)器，以防止電擊造成的人身傷害事故。所以要在住宅的電源進(jìn)線處安裝額定動作電流為 300mA 的漏電保護(hù)器，并帶有 O． 15s 的延時(shí)，可以避免電氣火災(zāi)的發(fā)生 (低于 500mA 的電弧能量尚不足以引燃起火 )。對特別潮濕的衛(wèi)生間應(yīng)作局部等電位連接措施來防止間接電擊。 在本設(shè)計(jì)中包括電力負(fù)荷的計(jì)算，短路電流的計(jì)算，高低壓設(shè)備的選擇，導(dǎo)線電纜的選擇，廠供電系統(tǒng)的過電流保護(hù)以及防雷接地等很多方面的問題。 電力負(fù)荷指用電設(shè)備或 用電單位所耗用的電功率或電流的大小。 一級負(fù)荷為中斷供電將造成人身傷亡者；或中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失者。 三級負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，指所有不屬于一、二級負(fù)荷者。 一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。 二級負(fù)荷也屬于重要負(fù)荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺。 三級負(fù)荷屬不重要的一般負(fù)荷，對供電電源無特殊要求。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到功率因數(shù)要求時(shí)，則需考慮人工補(bǔ)償。假設(shè)功率因數(shù)由 ?cos 提高到 ??cos ，這時(shí)在負(fù)荷需要的有功功率 30P 不變的條件下，無功功率將由 30Q 減小到?30Q ，視在功率將由 30S 減小到 ?30S ，相應(yīng)的負(fù)荷電流 30I 也得減小， 這將使系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗相應(yīng)降低，既節(jié)約了電能，又提高了電壓質(zhì)量，而且可選較小容量的供電設(shè)備和導(dǎo)線電纜， 因此提高功率因數(shù)對電力系統(tǒng)大有好處?？梢詼p少電度電費(fèi)的開支，從而使工廠獲得一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 表 21 各車間負(fù)荷分配 車間名稱 設(shè)備容量 計(jì)算負(fù)荷 ? ?KWPe ? ?KWP30 ? ?var30 kQ ? ?KVAS30 紡煉車間 1524 原液車間 1027 酸站 鍋爐房 排毒機(jī)房 200 150 其他附屬車間 150 105 考慮同時(shí)系數(shù) (有功 ) (無功 ) 2425 1909 3086 變壓器損耗 (有功 ) (無功 ) ?COS 補(bǔ)償?shù)?所需電容器容量 全廠計(jì)算負(fù)荷 2629 12 3 變配電所及主變壓器的選擇 變電所主變壓器的選擇 變壓器的選擇 電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)中的電能電壓升高 或降低，以利用電能的合理輸送、分配和使用。對供有大量一、二級負(fù)荷的變電所，宜采用兩臺變壓器，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，另一臺變壓器能對一、二級負(fù)荷繼續(xù)供電。 2. 對季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動較大而宜于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，也可考慮采用兩臺變壓器。但是負(fù)荷集中而容量相當(dāng)大的變電所，雖為三級負(fù)荷，也可采用兩臺或以上變壓器。 變電所主變壓器容量的選擇 1. 只裝一臺主變壓器的變電所 主變壓器容量 ST(設(shè)計(jì)中，一般可概略地當(dāng)作其額定容量 SN T）應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件： a．任一臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷 S30 額的大約 60％～ 70％的需要，即 30)~( SST ? b．任一臺變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷 S30(Ⅰ +Ⅱ )的需要，即 ST≥ S30(Ⅰ +Ⅱ ) 由于車間負(fù)荷較大，并具有一類負(fù)荷，所以變電所采用兩臺變壓器的供電方式。 13 紡煉車間變電所計(jì)算負(fù)荷： KWKWKWP 3 5 2 0 530 ??? v a 0 4 7v a 1 4v a 3 230 kkkQ ??? K V AK V AS 1 7 1 0 4 3 5 8 2230 ??? 其中一類負(fù)荷為： KWKWKWKWP 7 4 1 530 ???? v a 8 3v a a r4 8 0v a kkkkQ ???? K V AK V AS 9 7 8 7 7 2230 ??? (2) 原液車間、酸站、排毒機(jī)房以及其他附屬車間由原液車間變電所供電 原液車間變電所計(jì)算負(fù)荷： KWKWKWKWKWP 1 9 41 0 51 5 2 1 630 ????? v a a a a a kkkkkQ ????? K V AK V AS 1 5 0 2 1 9 4 2230 ??? 其中一類負(fù)荷： KWKWKWKWP ???? v a 5 8v a r1 1 3v a r38v a kkkkQ ???? K V AK V AS 2230 ??? (3) 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知：紡煉車間變電所計(jì)算負(fù)荷 KVA1716 其中一類負(fù)荷為 KVA970 ? ? K V AK V ASS TN 2 0 1~ 0 2 ~ 30 ??? KVASS TN 97030 ??? 選用兩臺 10/10009?S 三相雙繞組變壓器 原液車間變電所計(jì)算負(fù)荷 KVA1508 ，其中一類負(fù)荷 ，選用兩臺10/10009?S 三相雙繞組變壓器。 KV35 配電裝置擬采用屋外