刘明辉毕业设计

1、绪论1题目的背景和意义车间供电就是指车间所需电能的供应和分配，又称车间配电。众所周知电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能及易于有其它的能量转化而来又易于转化成其他的能量以供应。电能的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化【8】。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在车间里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小【6】。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人

2、的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。如果车间的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好车间供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。随着我国汽车行业的快速发展，汽车厂的规模越来越大，工艺越来越先进，对各车间的配电要求也越来越高【4】。使其必须在技术上得到相应的调整以适应现在的发展。冲压车间对电能的质量，供电的可靠性以及技术经济性指标的要求也日益提高。一个安全可靠而又经济的配电系统对于任何一个车间都至关重要。配电系统是否完善直接关系到车间能否安全生产。冲压车间对配电的要求特别高，供电质量差不仅会影响汽车外壳的制造同时也会对电网造成冲击。同时如果冲压车间的

3、配电不合理也会对将会造成企业投资增加，扩建困难，运行成本增加等。本次配电系统设计旨在针对汽车冲压车间，根据冲压车间的负荷特性设计一个安全，可靠，优质，经济的配电系统。并且尽量节约，材料，设备，能源和资金等。2 题目研究现状概述电气化程度是衡量一个国家现代化水平的一项重要标志。我国对电能的使用历史相对较短，建国之后才逐步开始配电网的建设工作，“先天不足”导致我国配电技 术长期落后于世界水平【1】.近年来，随着我国的经济的飞速发展，科学技术水平日渐提高，电力发展取得了长足进步我国在20世纪8O年代末就启动了配电网自动化的研究，先后花费了十几年在部分地区进行了试点，尽管起步不晚可在配电网 自动化试验

4、初期。自动化技术发展并不完善存在许多技术难题没有攻克 同时也没有 相应的设备和成功 的经 验能供人们借鉴。配电网自动化发展之初不可避免地遭遇了许多挫折然而随着配电技术的发展我国目前的配电网自动化建设已初具规模。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。国内最早的配电自动化终端装置一般都依赖进口设备，但是，随着国内自动化技术水平的提高，配电自动化的关键设备由依赖进口逐步转向相信国产设备，配电终端已有了国产的入网许可产品，其功能与性能价格比更有利于各供电部门选用目前的供配电系统。配电终端经历了监控功能的配电远动装置具有故障诊断功能的集中式配电终端装置一具有面保护功能的分布式配电

5、终端装置几个发展阶段。配电系统主要采用树干式和放射式。而除了一些大型企业是以单独回路放射式供电外，其余多数企业是以树干式供电为主。其故障与检修时影响面较大，恢复供电时间较长。配电系统中开关设备的选用与断路器为主。很少采用负荷开关，从而使成本增加，难以适应社会的发展。城市电网必须采用新技术即采用环形电网的供配电方式。汽车发展的很大程度取决于实验技术的发展【2】.车间配电的主要任务是保证电源安全，可靠，优质，经济【9】汽车工业生产的大规模扩大，给汽车工厂的供配电设计也提出可相应的要求。是汽车车间的供配电的设计在安全可靠的前提下，必须在技术上作相应的调整以适应变化了的情况【7】冲压车间是制作汽车外壳

6、零件的制作车间，是汽车制造厂四大工艺车间之一。主要用电力设备有压力机，起重机，机械手，开卷落料剪切线等。其中压力机是冲压车间最为重要，安装数量最多，容量最大的生产设备。属冲击性载荷，即在一，个工作周期内只有较短时间承受工作负荷。目前冲压车间配电系统主要根据工艺提供的用电设备参数，依据«工业与民用配电设计手册»进行设计【3】.在实际运行中出现了变压器，无功补偿，配电干线。各级主开关级电缆等容量等选择偏大的情况。造成前期资源量费，系统运行不经济。目前大部分汽车厂都有冲压车间配电系统的变压器，无功率补偿装置，母线槽，设备配电开关以及线路均存在负荷率过低使得配电系统整体容量还是比实

7、际值大许多，主要是由以下原因造成（1） 工艺提供的用电设备用电参数不合理。（2） 负荷计算选择的需要系数不准确。（3） 配电开关及线路的选择没有考虑断续载荷的工作性质【3】。3 题目要完成的主要内容和预期目标 车间配电的主要任务是保证电源安全，可靠，优质，经济。（1） 安全：在电能供应分配和使用中，不应该发生人身事故和设备事故。（2） 可靠：根据可靠性的要求，工厂内部的电荷分为一级负荷，二级负荷，三级负荷。一级负荷因为突然停电会造成设备损坏或人身伤亡，因此必须由两个独立电源供电。二级负荷突然断电或造成较大的经济损失或造成社会秩序的混乱因此需要两个回路供电。三级负荷突然断电造成的影响或损失不大对

8、供电没有特殊要求。（3） 优质：应满足车间对电压，频率，波形不畸变等电能要求。（4） 经济：在满足以上要求的前提下，供配电系统要尽量结构简单，投资要少，运行费用要低。本次的课题是某汽车厂冲压车间配电系统设计，主要完成以下内容。（1） 冲压车间配电系统总容量规划。（2） 冲压车间负荷组成及及特性。（3） 冲压车间的负荷计算和无功补偿计算。（4） 冲压车间短路电流的计算。（5） 继电保护的选择与整定。（6） 电气设备的选择。（7）防雷装置和接地装置的设计负荷计算 负荷计算是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际变动的负荷时产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。 常用的负荷

9、计算方法有需要系数法.利用系数法和单位指标法三种。单位指标法又分为单位面积功率法.综合单位指标法和单位产品耗电量法。需要系数法计算简便，计算精度一般，适用于各种项目，尤其是变电所负荷计算；利用系数法计算精度高，计算较繁琐，适用于设备容量已知的各类项目，尤其是工业企业负荷计算；单位指标法计算简便，误差较大，适用于设备容量不确定的各类项目，单位面积功率和综合指标法适用于民用建筑工程，单位产品耗电量法适用于工业企业工程。由于需要系数法简单方便，计算结果较符合实际故采用这种方法。 以国内某个大型合资汽车公司冲压车间为例，该冲压车间规划新建A,B两条自动化冲压生产线预留一条冲压生产线（C线）。冲压线均为

10、四线生产方式，用电设备清单如下。 表1 冲压车间用电设备清单序号用电设备名称分类数量单机容量/kw总容量/kw一冲压AB生产线负荷12250T压力机PDF柜2600120021000T压力机PDF柜636021603试模压力机PDF柜12202204开卷剪切落料线PDF柜1100010005起重机61358106拆多级，机械手控制柜1070707输送线2751508其他1437437二冲压C线预留负荷2105三公用负荷174合计8956 对于单组用电设备计算负荷公式如下。有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 式中 -该用电设备组的需要系数。 -功率因数角正切值 -该用电设备的额定

11、电压。（1）冲压车间压力机设备的需要系数为KX=0.25 32250T压力机PDF柜，1000T压力机PDF柜，试模压力机PDF柜，开卷剪切压力机PDF柜总容量为有功计算负荷为无功计算负荷视在计算负荷 （2） 输送线的需要系数 3有功计算负荷为无功计算负荷为视在计算负荷(3) 起重机的需要系数 取需要系数为0.154 有功计算负荷为 无功计算负荷为 视在计算为(4) 对于生产厂房及办公室，阅览室，实验室照明。其需要系数为4 有功功率为 无功功率为 视在功率为（5） 对于其他设备 1有功功率为无功功率为视在功率为（6） 对于冲压C线预留负荷 1 无功功率为 无功功率为 视在功率为(7)则该冲压车

12、间总有功功率为 总无功功率为总视在功率为变压器台数和无功功率补偿一变压器台数选择原则选择变压器台数时，应考虑以下原则（1） 应满足用电负荷对供配电可靠性的要求。对供有大量一二级电荷的变电所，应采用两台变压器，当在技术上经济上比较合理时，也可以采用三台变压器；对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所联络连作为备用电源，或另有备用电源。（2） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑用两台变压器。（3） 对于一般的三级负荷，采用一台主变压器。但是符合集中且容量相当大的三级负荷，也可采用两台或多台变压器。（4） 考虑符合的发展，留有一定的余地。二变

13、压器容量的选择（1）单台变压器容量的确定装单台变压器时，其额定容量SN应能满足全部用电设备计算负荷SC，考虑负荷发展留有余量并考虑变压器经济运行，即 (2)两台变压器容量的确定 装两台变压器时，每台变压器额定容量SN应能同时满足以下条件：任意一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷SC的60%-70%的要求，即 任意一台变压器单独运行时，应能满足一二级负荷SC的需要，即 对于冲压车间我们3 无功功率补偿选用三级负荷，为了安全可靠性我们选用两台主变压器。因此可选用两台容量均为1600KVA的变压器具体型号为S9-1600/10 （1）功率因数  功率因数低对供配电系统的影响 

14、功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：  1） 使配电设备的容量增加：在三相交流系统中，电流和有功功率的关系式是： 其中有功功率P是系统向用电设备提供的，要转化为其他形式能量的功率，这部分功率是不能减少的。因此在电压一定时，功率因数越小，即无功分量越大，则电流越大。若要承受较大的电流，系统电气设备的容量必然要加大，这就会增加系统成本，使电气设备利用率降低。  2）使供电系统的损耗增加：从供配电系统功率损耗计算式中不难看出，通过系统的电流增加，系统上的功率损耗也会增加。 3）使电压损失增加：线路电流越大，电压损失也就越大。  4）使发电机效率

15、降低：系统中负荷对无功功率需求量增大时，发电机必须增发相应的无功功率去平衡，这样就降低了效率。  （2）提高功率因数的方法 要使供配电系统的功率因数提高，一般可从两个方面采取措施。一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不用任何补偿装置时的功率因数；一是采取人工补偿的方法使使总功率因数得以提高，总功率因数是指采用了补偿装置后得到的功率因数。  采用人工补偿提高功率因数的方法：人工补偿方法有发电机补偿、电容器补偿、调相机补偿和静止补偿器补偿，常用的主要有两种，一是采用同步电动机补偿，一是采用并联电容器补偿。  （3）并联电容器补偿并联电容器容量的确定1）采用

16、固定补偿方式补偿容量的计算在变电所610kV高压母线上进行人工补偿时，一般采用固定补偿，补偿容量按下式计算。 (3-1)式 (3-1)中，Qcc为补偿容量；Pav为平均有功功率，Pav=KalPc或Wat，Pc为有功计算负荷，Kal为有功负荷系数；tanav1为补偿前平均功率因数的正切值；tanav2为补偿后平均功率因数的正切值。2) 采用自动补偿方式补偿容量的计算在变电所0.38kV母线上进行补偿时，一般常用自动补偿，即根据功率应属测量值按功率因数设定值，自动投入或切除电容器。 （3-2）式（3-2）中，tan1为自然功率因数角的正切值；tan2为总功率因数角的正切值。并联电容器台数确定在确

17、定了并联电容器的容量后，根据并联电容器的型号，来确定并联电容器的数量。 （3-3）式（3-3）中，QcN为单个电容器的额定容量。对于有上式计算所得的数值，应取相近偏大的整数，如果是单相电容器还应取为3的倍数，以便三相均衡分配。变压器的选择（1）冲压车间供电负荷统计取同时系数 （2） 冲压车间的无功功率补偿（将功率因数提高到0.9以上） 取所以需要无功补偿选用BWF6.3-100-1W考虑补偿容量三相平衡，应装设15台，每相三台。此时并联电容器容量为15*100=1500kvar，实际功率因数为满足要求。 车间变电所主接线下图为电缆进线和架空进线单台变压器的车间变电所的主接线图。一次侧为线路变压

18、器组接线二次侧为单母线不分段接线。电缆进线的车间变电所主接线 架空进线的车间变电所主接线 车间变电所为双回路进线有两台变压器时，采用一次侧双线路变压器组接线二次侧单母线分段接线，如图所示。 图3-7 双回路进线车间变电所主接线本工厂的车间变电所采一次侧双线路变压器组接线二次侧单母线分段接线。短路电流计算 一.短路的原因 系统中最常见的故障就是短路，短路就是指一切非正常情况下的相与相之间或相与地之间的电气连接。产生短路的原因有：电力系统中电气设备绝缘被损坏、有关人员误操作、自然灾害等。  二 短路的后果 短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在大电力系统

19、中，短路电流可达几万安甚至几十万安。短路电流对系统产生较大的危害。  短路时要产生很大的点动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。  短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。  短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。  严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统结列。  由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便

20、正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。 三 短路的种类三相交流系统的短路种类主要有三相短路.两相短路.单相短路和两相接地短路。 四 短路计算的目的为确保电力设备在短路时不致损坏，减轻短路的危害，需要计算短路电流。短路计算的目的有：选择和检验电气设备；进行继电保护装置的选型与整定计算；分析电力系统故障及稳定性；选择限制短路的措施。 五 短路电流计算2选用标幺值计算短路电流（1） 确定基准值取则 (2)计算短路电流中各主要原

21、件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值（取断路器的断流容量为200MVA） 架空线路的电抗标幺值 电力变压器的电抗标幺值(3) 计算K1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他三相短路电流 三相短路容量(4) 计算K2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他三相短路电流 三相短路容量5变电所高低压设备的选择 电气设备选择的一般原则 供配电系统中的电气设备总是在一定的电压，电流，频率和工作环境条件下工作的，电气设备除了满足正常的工作条件外，还应能够承受一定的短路电流，开关电器还必须具有足够的断

22、流能力，并适应一定的环境条件。电气设备的选择应根据以下原则：(1)按使用环境和工作条件选择电气设备型号所选择的电气设备必须适应设备所处的位置（户内或户外），环境温度，海拔高度以及防尘防火防腐防爆等环境条件。(2) 按正常工作条件选择电器设备 按工作电压选择电器设备的额定电压一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.11.15倍，而电气设备所在的电网电压波动一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，电气设备的额定电压UN应不低于其所接电网的额定电压UN s，即 UNUN s 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流电气设备的额定电流IN是指在规定的环境温度下，设备的长期允许电流Ial。因此，

23、所选择设备的额定电流IN应不小于实际通过它的最大负荷电流Imax（或计算电流Ic），即 INI max或 INI c(3)按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定为了保证电气设备在短路故障时不致损坏，就必须按最大可能的短路电流校验电气设备的动稳定和热稳定。 短路动稳定校验条件导体或电气设备在冲击短路电流所产生的电动力作用下不致损坏。启动动稳定校验条件为 或 （6-1）式（6-1）中i max和I max分别为电气设备的极限通过电流峰值和有效值。 短路热稳定校验条件电气设备载流导体在动态短路电流的作用下，其发热温度不超过载流导体短路时的允许发热温度。导体或电气设备通过短路电流时，应满足的热稳定条件为 （6-2）式（6-2）中，It为电气设备的t秒热稳定试