某冶金机械修造厂全厂总降压及配电系统设计毕业设计.doc

2015本科毕业设计（论文）摘 要电能是当今工业生产的主要动力能源。随着工业电气自动化技术的迅速发展，工厂用电量的飞速增长，对电能的质量、供电可靠性以及经济技术指标等的要求也日益提高。供电设计是否完善可靠，不仅影响工厂的基本投资建设、运行费用以及有色金属消耗量，同时也反映了工厂供电可靠性和工厂的生产性，它与企业的经济效益，人身和设备安全等是密切相关的。在文章里，我们认真仔细地对工厂所提供的原始资料进行分析。首先进行电力负荷运算，根据功率因数要求在低压母线侧进行无功补偿，进而对主变和各车间变压器进行选择。同时对架空线也进行了选择和校验。我们对35KV 和6KV母线处发生短路时的短路电流进行计算，得到最大运行方式和最小运行方式下相对应的短路电流。而且根据本厂对继电保护的要求，进行了继电保护装置的整定计算。关键词：供电设计，电力负荷，短路电流，继电保护IIIABSTRACTElectricity is the main power of todays industrial production. With the rapid development of industrial electrical automation technology, with the rapid growth of power plant, the power quality, supply reliability and economic technical index requirements are also increasing. The power supply design is perfect and reliable, not only affect the plants basic construction investment, operation cost and the consumption of non-ferrous metals, but also reflects the factory power supply reliability and factory production, and the economic efficiency of enterprises, people and equipment safety is closely related to each other.In the article, the original data we carefully provided to factory analysis. First, the power load calculation, according to the power factor requirements of reactive power compensation in the low-pressure side of the bus, then the main transformer and the workshop transformer selection. At the same time also on overhead line selection and validation. We calculate the short-circuit current of short circuit 35KV and 6KV bus when the maximum short-circuit current, operation mode and operation mode corresponding to the minimum. And according to the requirements of relay protection of the factory, the relay protection setting calculation device.Keywords: power supply design,Power load,Short circuit current,Relay protection1. THE INTRODUCTION TO GENERAL RESEARCH INSTITUTE FOR NON-FERROUS METALSJ. 有色金属,1987,02:76-82.1. Non-ferrous Metals Companies Post Gloomy Operating Results for Q1-Q3J. China Nonferrous Metals Monthly,2013,11:9-10.2. Guangxi non-ferrous metal industry speeding up its restructuringJ. China Nonferrous Metals Monthly,2007,08:1-4.目 录摘 要IABSTRACTII第1章 设计任务及原始资料11.1 设计任务11.2 原始资料11.3 电力负荷计算2第2章 变压所高压电气设备选型52.1 主变压器的选择52.2 架空线路的选择52.3 补偿电容器的选择52.4 各车间变电所的选择第3章 短路电流的计算 3.1 三相短路电流的计算目的 3.2 短路电流的计算公式 3.3 各母线短路电流的计算第4章 主变压器继电保护4.1 保护要求 4.2 整定计算 结 论6参考文献7致 谢8附录1 硬件电路原理图92015本科毕业设计（论文）第1章 设计任务及原始资料1.1设计任务完成某冶金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计1.2 原始资料（1） 供用电协议1) 工厂电源从电业部门某220/35千伏变电所，用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里。2) 1. Non-ferrous Metals Companies Post Gloomy Operating Results for Q1-Q3J. China Nonferrous Metals Monthly,2013,11:9-10.3) 2. Guangxi non-ferrous metal industry speeding up its restructuringJ. China Nonferrous Metals Monthly,2007,08:1-4.4) 供电系统短路技术数据区域变电所35KV母线短路数据如下：系 统 运 行 方 式短 路 容 量说 明最大运行方式兆伏安35KV最小运行方式兆伏安35KV5) 电业部门对本厂提出的技术要求1 区域变电所35千伏配出现路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒；2 在总降压变电所35千伏侧进行测量；3 本厂的功率因素值应在0.9以上；4 本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属二级负荷；5 厂的自然条件a. 最热月平均最高气温为30C；b. 土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20C；c. 年雷暴日为31天；d. 土壤冻结深度为1.10米；e. 夏季主导风向为南风。（2） 全厂各车间负荷计算表如下：序号名称设备容量(KW)负荷等级123456铸钢车间铸铁车间铆焊车间木模车间锻造车间机修车间(综合楼)2000615120038522018050%50%10%20%0.40.40.30.40.30.250.650.70.450.70.550.651.171.021.981.021.521.17高压设备 电弧炉(10) 工频炉 空压机21250230022500.90.80.850.870.90.850.570.480.62各车间380伏负荷序号车间或电单位名称设备容量(千瓦) 计 算 负 荷变压器台数及容量备注P(千瓦)Q(千乏)S(千伏安)(1)No1变电所2X12501铸钢车间20000.40.650.17720842.41107.70.9(2)No2变电所2X4001铸铁车间10000.40.71.02246250.9351.42砂库1100.70.61.3366100.3120.13小计280.8316.1422.80.9(3)No3变电所2X8001铆焊车间12000.30.451.98324641.52718.721#水泵房280.750.80.753小计0.9(4)No4变电所1X4001变压站3900.850.750.882木型车间185.850.350.61.33154157.082203机修车间1500.250.650.174552.6569.264锻造车间2200.30.551.525制材场200.280.61.336综合楼200.910180187小计217209.73301.790.9(5)No5变电所1锅炉房3000.750.80.7522#水泵房280.750.80.753仓库(1、2)88.120.30.651.174污水提升站14.650.80.755小计0.9各车间6000V负荷计算序号车间或电单位名称设备容量(千瓦)计 算 负 荷说 明P(千瓦)Q(千乏)S(千伏安)1电弧炉2 X 12500.90.870.5722501282.52586.22工频炉2 X 3000.80.90.48480230.4533.333变压机2 X 2500.850.850.62425263.55004小计31551776.43620.7说明：NQ1 、NQ2车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。1付强. 电力机车主变压器故障诊断技术研究D.中南大学,2013.2宋宛净. 变电工程全寿命周期成本优化方法研究D.湖南大学,2013.3王姿雅. 韶山7型电力机车主变压器的分析与计算D.湖南大学,2001.论文正文要求10000字以上。第2章 变压所高压电气设备选型2.1 主变压器的选择 主变压器的选择主要根据负荷计算表1-3。因为要求全厂的功率因数在0.92以上，所以要进行无功补偿1,4-5，从而计算出补偿后变电所的视在功率。本厂的负荷性质属于二级负荷，可靠性要求较高，所以主变压器应选择两台，其中一台备用。当一台故障时，另一台可以马上投入运行以保证此冶金机械修造厂全厂的供电需求。2.1.1 无功补偿计算 总有功功率 P = 0.9*4696.8kw=4226.4kw 总无功功率 Q = 0.9*3786.15kvar=3407.5 kvar 总视在功率 S = 5428.95KVA 全厂功率因数 =4226.4/5428.95=0.778 0.922.1.2 主变压器的选择 主变压器选择要求 ，故选择型号为SC8-6300/35的变压器两台。一台工作，一台备用。表2-1主变型号及参数型号（W）总质量电压组合(kV)联结组标号标准节能W%kg高压低压SC8-6300/351150096603700080.716900356.3Y,d111陶海军. 分布式智能型无功补偿系统研究D.浙江大学,2014.2宋舜波. 智能低压无功补偿系统的设计D.杭州电子科技大学,2013.1姜京京,唐昊. 浅谈无功补偿和几种无功补偿设备J. 黑龙江科技信息,2010,35:67+132.2栗然,唐凡,刘英培,王铁强,贾京华,程伦. 双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案J. 中国电机工程学报,2012,19:16-23+180.3王成福,梁军,张利,冯江霞,韩学山. 考虑风功率分布规律的风电场无功补偿容量优化决策J. 电力系统自动化,2012,14:119-124.2.2 架空线路的选择2.2.1根据经济电流密度选择导线截面积因为工业电源从电业部门某220/35千伏变电所用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个做工作电源，一个做备用电源，两个电源不并列运行。架空线最大工作电流： A 因为本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属于二级负荷，所以选取经济电流密度：导线的经济截面积：选LGJ-95型铝导线。2.2.2长时允许电流校验导线截面积LGJ-95型铝导线，长期允许工作电流，最高允许温度为900C 。其中长时允许电流：线路承受的最大负荷电流就为符合要求。2.2.3电压损失校验双回路供电，每条导线上的最大负荷电流： 线路电压损耗百分比：=2.97%1.5符合要求。4.2.3过电流保护的动作电流整定：按照躲过最大负荷电流整定计算来得到电流继电器的整定值其中： 为电机的自动启动系数。整定值为6A，动作时限t=2.0S根据小运行方式下，被保护线路末端发生短路的情况进行校验段灵敏度校验：其中：为折算到高压侧的低压侧两相短路电流最小短路电流值。故符合要求。4.2.4 过负荷保护动作于发出信号，时限一般取415s。动作电流按下式整定： 式中可靠系数，视变压器过负荷能力而定，可取1.051.15； 继电器返回系数，取0.80.85； 变压器额定电流。20结 论通过这次的课程设计，我更加了解了工厂变电和供电的相关知识，经过课题分析、查找资料，了解进行这次设计需要的步骤，把所需要的资料整理出来，然后进行设计。在设计过程中，我们遇到很多困难，但是通过查找资料，和队友商量，最后都能把问题解决。尤其是我们对在这学期学习的供配电技术比较离散，都是一些模糊的感念。通过这次实验，我们对供配电技术有了一个比较系统的了解，尤其是对车间电力负荷的计算、变电所的设计和电路的保护方面有了更加深入的理解。团结就是力量，这句话真的不假。在这次实验中，我们充分发挥了团队精神。首先我们对这次设计有了深入的讨论，然后大家分配任务，积极查找相关资料，并且每天聚在一起讨论各种方案的可行性。我们每个人都要对这次设计的原理有深入的了解，这样我们才能更好的配合队友在其它部分的设计。这次设计我分到的是对这次设计任务的准备工作，主要是对工厂各方面的资料的收集和分析，最重要的是工厂各车间的电荷计算。其中我遇到几个难题，例如对各车间分配变电站和对变压器的选择，经过我和队友们的找资料并加以分析，最后解决问题。我们自主学习、独立思考、分析问题解决问题的能力都得到了提高。这对我们以后的工作和学习都有很大的帮助。参考文献1 刘介才. 工厂供电设计指导M. 北京：机械工业出版社，2008.2 张保会、尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社.20103 贾立荣. 35KV变电站设计研究 .河北东光061600.20094 林智生. 几种35kV变电站设计方案优化的探讨.福建省安溪县电力公司!362400.20105 熊信银. 发电厂电气部分（第四版）.中国电力出版社.20106 余建明,同向前,苏文成. 供电技术M. 北京：机械工业出版社，1997.7 吕继绍. 电力系统继电保护设计原理M . 北京：水利电力出版社，1992.8 何仰赞，温增银. 电力系统分析M . 武汉：华中科技大学出版社，2002：133-146.9 辜承林，陈乔夫，熊永前.电机学（第三版）.华中科技大学出版社.2010 图3-3 电气主接线图湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料2015届本科毕业设计（论文）资料第二部分 过程管理资料过程管理资料目录一、2014届毕业设计（论文）课题任务书（ 1）二、湖南工业大学本科毕业设计（论文）开题报告（ 3）三、本科毕业设计（论文）中期报告（ 7）四、毕业设计（论文）指导教师评阅表（ 8）五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表（ 9）六、毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表（10） 湖南工业大学本科毕业设计（论文）过程管理资料2015届毕业设计（论文）课题任务书学院(部)：电气与信息工程学院 专业（方向）：测控技术与仪器 指导教师张 三学生姓名张三丰课题名称基于单片集成控制单元的数控电压源设计内容及任务内容：以单片集成控制单元为核心，设计一个小功率数控开关电压源。电源输入交流电压220V（85V265V），输出直流电压范围为+315V，要求输出电压采用数字显示并可通过按键调节，具有过压保护、短路保护、过热保护功能。任务：（1）高频开关变压器设计，开关电源单片集成控制单元外围电路设计，保护电路设计，单片机数控电路设计，单片机程序设计；（2）按时完成开题报告、中期检查报告等过程材料；（3）完成与课题相关的实验（仿真）；（4）完成毕业设计论文（报告）。拟达到的要求或技术指标技术要求：（1）输入电压：AC85V265V，输入频率：47Hz63Hz；（2）输出电压范围：+315V ；（3）输出额定电流：6A；（4）额定输出功率： 100W；（5）电源效率：不低于84%；（6）输出纹波电压：不高于50mV（峰峰值）；（7）负载稳定度：负载从0%到100%不高于0.5%；（8）隔离电阻：输入输出间500V/100M。其他要求：（1）实验（仿真）方案合理，实验数据、实验结果真实可靠；（2）具有一定的文献资料检索与应用能力并应用到毕业设计中；（3）论文正文字数不少于10000字，整体满足规范性和诚信要求。进度安排起止日期工作内容2013.12.012013.12.31熟悉设计任务书，撰写开题报告2014.01.012014.03.05系统总体方案设计2014.03.062014.03.20硬件系统设计2014.03.212014.04.10系统软件设计2014.04.112014.04.20系统调试、完善设计2014.04.212014.05.10撰写论文2014.05.102014.05.20论文修改，毕业答辩主要参考资料1 王小双，林辉基于TOP227Y的单片反激电源设计J微电机，2009，42（6）：63-66.2 曹海洋，张玉成，朱启伟等EMI滤波器技术在开关电源中的应用与研究J电源学报，2012，10（1）：76-79.3 张怡高功率因数反激式开关电源的设计与仿真J山西科技，2012，27（5）：90-92.4 马慧娟基于TOPSwitch的反激式开关电源设计J电子设计应用，2008，（6）：107-112.5 许水平，施蔚加基于TOP256Y的开关电源设计J电子技术应用，2009，35（8）：71-75.6 李全文，周刚，苟春涛，何婉多用途开关电源的设计J内江师范学院学报，2010，25（z1）：136-137.7 姜淑华基于单片机的高精度数控电流源的设计J机械与电子，2012，（5）：59-61.8 沙占友新型单片开关电源设计与应用技术M北京：电子工业出版社，2004：1-485.系（教研室）意见签名：年 月 日学院(部)主管领导意见签名：年 月 日湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 （2015届）学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 李金科 班 级：电自1103 学号 11401700701 指导教师姓名： 彭华厦 职称 副教授 2014年12月 29日题目：某治金机械修造厂全厂总降压变电所及配电系统设计1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。35kV变电站在农网建设及中小型企业供电中起到了重大作用。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。35kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建35kV变电所。改革开放以来，全国的电力工业发展速度突飞猛进，35kV变电所在全国电力系统中仍具有重要的地位。尤其在临近220kV变电所的周边地区，投资建设35kV变电所具有工程造价低廉、建设周期短、经济效益高等优点。随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。变电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。35kV变电站现在最然在用电电量大和经济发达的城市已不再新建，但由于它具有投资少、见效快、建设周期短、安装、运行、维护、检修技术力量较容易解决等特点，在中小型企业工厂及广大的农村地区这种供电方式仍将长期存在。我国部分地区在近几年的农网改造过程中就新建了一大批35kV变电站。变电站自动化系统的基本功能包括：数据采集、数据计算和处理、越限和状态监视、开关操作控制和闭锁、与继电保护交换信息、自动控制的协调和配合、与变电站其他自动化装置交换信息和与调度控制中心或集控中心通信等。目前应用较广泛的变电站自动化系统的结构形式主要有三种类型。 于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。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。 电气化程度是衡量一个国家现代化水平的一个重要标志，随着电力系统自动化水平的提高，变电所综合自动化系统得到了发展。厂站综合自动化是集网络技术、通信技术、电力技术多学科多领域为一体，而形成的完整、安全可靠的综合自动化系统。自20世纪80年代末至今，我国变电所在新技术的运用上得到了飞速发展，如变电所监控技术，可通过远程监测、遥控和数据采集等来实时跟踪和采集变电所运行情况，反馈状态信息，达到及时控制各种危险事故；同时仿真技术也在变电所得到广泛的应用，对变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行仿真，在变电所运行人员的培训中起到重要作用，提高了培训效率，缩短了培训周期，也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩缩短事故处理埋单，从而确保电网安全、可靠、经济运行；另输电技术也得到更新如FACTS技术、紧凑型技术、导线能改善等技术的结合，主要有：（1）串并联补偿；（2）紧凑型线路；（3）动态无功补偿技术；（4）大截面耐热导线等。参考文献：1 刘介才. 工厂供电设计指导M. 北京：机械工业出版社，2008.2 张保会、尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社.20103 贾立荣. 35KV变电站设计研究 .河北东光061600.20094 林智生. 几种35kV变电站设计方案优化的探讨.福建省安溪县电力公司!362400.20105 熊信银. 发电厂电气部分（第四版）.中国电力出版社.20106 余建明,同向前,苏文成. 供电技术M. 北京：机械工业出版社，1997.7 吕继绍. 电力系统继电保护设计原理M . 北京：水利电力出版社，1992.8 何仰赞，温增银. 电力系统分析M . 武汉：华中科技大学出版社，2002：133-146.9 辜承林，陈乔夫，熊永前.电机学（第三版）.华中科技大学出版社.20102. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案2.1 选题依据变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来，在电力系统中起着至关重要的作用。35kV变电站在农网建设及中小型企业供电中起到了重大作用。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。本次毕业设计内容为35KV降压变电所的电气设计。本次任务的主要目的在于总结、归纳、整理大学四年来所学知识，系统地进行再学习，从一个比较高的高度来掌握所学习过的知识，体现了由薄变厚再由厚变薄的学习理念；培养学生对于各科知识的综合运用能力、分析问题的能力和解决实际问题的能力，最终掌握实际工程设计的基本技能；检测大学四年来的学习成果。2.2 主要研究内容原始数据：1、供用电协议 工厂与电业部门所签定的供用电协议主要内容如下：（1）工厂电源从电业部门某220/35千伏变电所，用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里。（2）供电系统短路技术数据区域变电所35千伏母线短路数据如下：系统运行方式短路容量说明最大运行方式Sdmax=200兆伏安最小运行方式Sdmin=175兆伏安（3）电业部门对本厂提出的技术要求：a. 区域变电所35千伏配出现路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒；b. 在总降压变电所35千伏侧进行测量；c. 本厂的功率因素值应在0.9以上。d. 本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属二级负荷。2、全厂各车间负荷计算表如下：序号车间或用电单位名称设备容量（千瓦）KXCostan计算负荷变压器台数及容量备注KxP30Q30S30 各车间380负荷（1）NQ1变电所1铸钢车间20000.40.650.170.91铸铁车间10000.40.71.022砂库1100.70.61.333小计0.9（2）NQ2变电所（3）NQ3变电所1铆焊车间12000.30.451.9821#水泵房280.750.80.753小计0.9（4）NQ4变电所1变压站3900.850.750.882机修车间1500.250.650.173锻造车间2200.30.551.524木型车间185.850.350.61.335制材场200.280.61.336综合楼200.9107小计（5）NQ5变电所1锅炉房3000.750.80.7522#水泵房280.750.80.753仓库（1、2）88.120.30.651.174污水提升站140.650.80.755小计各车间6千伏高压负荷序号用电单位名称设备容量（千瓦）KxCostan计算负荷说明P30(千瓦)Q30 (千瓦)S30 (千瓦)说明：NQ1 、NQ2车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。3、全厂总平面布置图4、厂的自然条件（1）气象:a. 最热月平均最高气温为30C；b. 土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20C；c. 年雷暴日为31天；d. 土壤冻结深度为1.10米；e. 夏季主导风向为南风。（2）地质及水文条件