【《某柴油机厂配变电所电气系统设计》7900字（论文）】

某柴油机厂配变电所电气系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u53201绪论 2201631.1课题研究背景及目的 2214661.2论文设计内容 2132972柴油机厂的主接线方案的选择 2277262.1电气主接线图概念 313432.2柴油机厂的主接线图 3206082.3柴油机厂的主接线方案的选择 4225123柴油机厂的电力负荷及其计算 6173353.1柴油机厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求 62743.2三相用电设备负荷的计算 7292153.3单相用电设备负荷的计算 8251043.4功率因数的补偿计算 8198714主变压器的选择 927444.1变电所的主变压器的台数的选择 9323354.2变电所的主变压器的容量的选择 10256845短路电流的计算 11275415.1短路电流的概念 11304245.2短路电流的计算 11192495.3短路电流的计算表 1382386柴油机厂车间的配电 13199156.1低压配电线路的接线方案 1359246.2太阳能照明系统 14319307一次设备的选择 1578187.1断路器 15151227.2隔离开关 15129287.3熔断器 16113427.4避雷器 162317810KV高压进线和引入电缆的选择 1653829380v低压出线的选择 171853510二次回路方案的选择及电源的选择 181192110.1二次回路方案的选择 181039910.2二次回路电源的选择 182778211继电保护的整定 19909911.1继电保护的选择 192751411.2变压器继电保护 191155911.3防雷与接地 2032700参考文献 22摘要：随着我国经济日新月异的快速发展，工业用电是一个重要用电领域，工业用电也越来越重视电能传输的稳定性和可靠性性。研究对象为一柴油机厂，通过分析工厂的用电负荷，明确负荷等级，调整母线所接负荷，确定系统方案，通过计算短路电流和动稳定检查，选择和调试合适的电气设备。确定需要的无功补偿，确定变电站的位置和形式，确定变压器的型号和数量，然后选择设备，选择二次回路方案，最后设置继电保护和防雷接地。通过精密的计算和校验确定合适的接线方案，选择合适的保护设备，使工厂可以经济安全可靠的运行，并最大的提高用电效率。关键词:用电负荷；短路电流；无功补偿；用电效率]1绪论]1.1课题研究背景及目的工厂和人民生活所需的大部分电力由公共电力系统提供，总厂用电负荷的确定与当时工厂的生产规模相适应。然而，随着社会需求的增加和工厂生产规模的扩大，配电网的供电能力往往不能满足生产发展的要求。因此，经过几年的发展，在工厂中，尽管电能是工业生产的主要能源和动力，但其在产品成本中所占的比例通常很小，从而降低了生产成本，减轻了劳动强度并改善了工人的工作条件，促进生产过程的自动化，如果工厂的电源突然中断，可能会对工业生产造成严重后果。即使是短期停电，也会造成重大设备损坏或报废大量产品，甚至造成重大人身事故，给国家和人民带来经济效益或生态效益，甚至是重大的政治损失。1.2论文设计内容本文以一个某柴油机厂为例，根据其所具有的车间，用电设备分别计算出各个车间的用电负荷，母线负荷，以及功率因数的补偿。再根据所计算出来的负荷选择合适的母线和馈线，以及一次二次用电设备和计算变电站和无功补偿柜中变压器的容量和数量，然后计算短路电流。设计出二次回路的保护方案以及继电保护方案。本文共分为十章内容如下：第一章进行柴油机厂的主接线方案的选择，首先选择柴油机厂的主接线图，然后选择柴油机厂的主接线方案。第二章对机械设备进行电气负荷及计算。首先，对柴油机厂用电负荷进行了分类，并对其供电要求进行了阐述。然后对三相电气设备进行负荷计算，再对单相电气设备进行负荷计算。计算，最后是功率因数的补偿计算。第三章选择主变压器，选择变电站主变压器的数量和容量。第四章短路电流的计算了解短路电流的概念分析，短路电流造成的原因再预计短路电流造成的后果进行短路电流的计算，再绘出短路电流的计算图。第五章柴油机厂车间的配电设计低压配电线路的接线方案再进行方案比较。第六章选择一次设备选择断路器、隔离开关、熔断器和避雷器。第七章是10kV高压进线和进线电缆的选择。第八章380V低压插座的选择。第九章二次回路方案的选择和电源的选择，先选择二次回路方案，再选择二次回路电源。第十章继电保护整定继电保护和变压器继电保护的选择。2柴油机厂的主接线方案的选择2.1电气主接线图概念电气主接线图顾名思义就是主电路图，它是表示电能分配和传输的方向的电路图，所以所有工厂的电气设备，配电装置的分布等都和它有着直接的关系。这与电力系统的安全稳定运行，包括投资成本有很大关系,主接线图有两种绘制形式：系统主接线图,按送电顺序绘制设备与线路的关系。主要用于变电站,装置的主接线图根据主接线中高低压层装置之间的连接进行连接,可以明确电压等级的成套设备内部连接的关系，这种方案适合施工图用。电气主接线图应满足以下要求：可靠性：为了可以向用户提供安全稳定的电力，要满足可靠性的要求，例如，电能的可靠性会和工厂所生产的产品质量有很大的关系，如果电能不稳定，会造成大量的机械零件的生产不合格，引起重大的损失和不必要的浪费，同时也会损伤用电设备。灵活性：便于操作人员的掌控，并且在电力调度方面可以方便改变运行方式，并且在发生电力事故时可以以最短的时间排除故障，将损失降到最低。同时也要考虑工厂或企业在未来几十年的发展和扩建方面增加负荷。经济性：必须根据实际情况选择出既可以满足用电要求又安全可靠的方案还需要实用。尽量少用电气设备减少成本。柴油机厂将两条10kV电源线全部分配,公用进线方案由电厂或电力系统变电所作为正常电源。2.2柴油机厂的主接线图1996年发布的《电源业务规则》规定10kV及以下的电源用户应配备专用的电能计量柜，因此，GG-1A-J高压计量柜位于两线制主开关的前面，仅使用电流互感器和电压互感器连接计费电表。由于需要将其与计量柜连接，因此使用带有输入断路器的高压开关柜，因此采用GG-1A（F）-11型。图1主接线图2.3柴油机厂的主接线方案的选择根据主接线的设计原理和一般要求，我们首先确定主接线的两种接线方案，如图2和图3所示。图2主接线图（1）图2的方案A是使用单电源单总线的电源模式来设计的。图2方案A优点接线方法简单明了，设备体积小，经济方便。图2方案A缺点：单母线接线的可靠性可能很差。当母线故障时，必须关闭整个工厂的电源并进行维修。图3方案B主接线简图（2）图3采用双电源双总线供电方式设计方案B优点：供电可靠性能高。方案B缺点：主接线的建设费用较高。3柴油机厂的电力负荷及其计算3.1柴油机厂电力负荷的分级及其对供电电源的要求柴油机厂用电负荷分类：本厂用电负荷按GB50052--1995《供配电系统设计规范》的规定，按对供电可靠性和供电的损耗或影响程度划分。对于放坡，荷载可分为一级荷载、二级荷载和三级荷载。符合下列条件之一的，为一级负荷：电源中断会造成人身伤亡；供电中断会造成重大的政治和经济损失。符合下列条件之一的，为二级负荷：供电中断会造成巨大的政治和经济损失；第三级负荷不是一级或二级负荷。3.2三相用电设备负荷的计算金属切削机床设备容量：对于批量生产的金属冷加工机器电机，所需系数为：，，有功计算负荷：无功计算负荷：桥式起重机容量；对于机器、机器修理、装配和其他车间的锅炉和起重机，所需系数为：，有功计算负荷：无功计算负荷：3.3单相用电设备负荷的计算车间面积：设备容量：对于生产厂房和办公室、阅览室、实验室照明，所需系数：，，有功计算负荷：无功计算负荷：3.4功率因数的补偿计算该设计要求功率因数等于或大于0.9，这显然不符合要求，并且需要无功功率补偿。无功手动补偿装置：有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单，操作维护方便，有源损耗小，装配灵活等优点，因此，并联电抗器是电源系统中最常用的电抗器。考虑到主变压器的无功损耗分量大于有功损耗，380V侧最大负载的功率因数应略大于0.9，临时使用0.92来计算380V侧无功补偿容量：=(tan-tan)=972[tan(arccos0.724）—tan(arccos0.92)]=512.01kvar选用低压单相并联电容器BWF0.4-75-1/3，单台容量75kvar。式中：为电容器铭牌上的额定容量，kvar；为电容器在实际工作电压下的容量，kvar；为电容器的额定电压，kV；U为电容器实际运行电压，kV；每个电容器的实际无功容量为=75（380/400)²=67.69kvar实际应选用的电容器的个数为=512.01/67.69≈8（个）4主变压器的选择4.1变电所的主变压器的台数的选择只有一台主变的变电站：主变压器容量sn.t应满足所有电气设备的总计算负荷s30，即图4一台主接线方案有两台主变的变电站：当任何一个变压器单独运行时，它应该能够满足总计算负载S30的60％-70％，即：变压器单独运行时，应满足所有一次和二次负荷的要求。即：图5两台主接线方案表1主接线方案比较比较项目一台主变两台主变技术指标安全性满足要求满足要求可靠性满足要求满足要求质量电压损耗较大电压损耗较小灵活方便性灵活性稍差灵活性较好扩建适应性稍差稍好经济指标电力变压器综合投资额S9-1000/10的单价为7776万元，变压器的综合投资约为单价的两倍，综合投资约为27.776=15.552万元发现S9-800/10的单价为6885万元，因此两台变压器的综合投资约为46.885=27.54万元，相比多投资一台主变方案11.988万元高压开关柜gg-1a（f）型机柜按1万元/台计，综合投资按设备的1.5倍计算。因此，高压开关柜的综合投资约为11.54=6万元本项目使用6套GG-1A（F）机柜，综合投资约为61.51=9万元，相比多投资一台主变方案3万元4.2变电所的主变压器的容量的选择车间变电站主变电站的最大容量：车间变电站主变电站的最大容量，考虑使变压器靠近车间负荷中心，以减少低压的功率损耗，电压损耗和金属消耗配电线。应适当考虑负荷的发展：应适当考虑未来5-10年电力负荷的增长，留有一定的回旋余地。本工厂的负荷属于三级负荷，并且补偿后：可选用500kVA变压器。考虑到今后发展的需要，选用了一台s9-630/10型变压器。5短路电流的计算5.1短路电流的概念短路是指电源在没有负载的情况下直接连接电气设备的导线的状态，也称为短路状态。5.2短路电流的计算绘制计算电路及计算：500500MVAk-1k-2LGJ-95,8km10.5kVS9-1000/100.4kV(2)(3)电源G（1）求出点k-1处的三相短路电流和短路容量（）计算短路中每个组件的电抗和总电抗：电力系统的电抗：架空线路的电抗：由表查得，因此首先画出k-1点短路的等效电路，然后将总阻抗计算为：k-1k-1k-2三相短路电流周期分量RMS：三相短路次级瞬态电流和稳态电流：三相短路浪涌电流和第一期短路全电流RMS：三相短路容量：（2）求k-2点的短路电流和短路容量（）计算短路中每个组件的电抗和总电抗电力系统的电抗：架空线路的电抗：电力变压器的电抗：由表查得，因此画出k-2点短路的等效电路并计算其总电抗为：计算三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量RMS：三相短路次级瞬态电流和稳态电流：三相短路浪涌电流和第一期短路全电流RMS：三相短路容量：5.3短路电流的计算表表2短路电流的计算表短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/k-12.122.122.125.413.238.6k-220.320.320.337.422.114.16柴油机厂车间的配电6.1低压配电线路的接线方案工厂低压配电线的基本接线可分为径向，干线和环形三种。辐射：电力从变电站的低压配电面板提供给主配电箱，然后再配电箱。这种类型的布线具有很高的电源可靠性，并且具有许多开关设备和配电线。通常用于大容量或重要负载的电力设备中，或者车间负荷布置不整齐，或者车间是有爆炸危险的工厂，必须从与车间隔离的房间中取出线路。干线式：适用于小容量电源和统一配电设备。这种类型的配线可减少配电主电源和开关设备的数量，但是主电源故障会影响所连接的电气设备，并且电源的可靠性也很差。环型：每个车间变电站的低压侧可以通过低压联络线连接以形成环形连接，电源可靠性高，保护装置设置复杂。由以上分析，本设计宜采用放射式接线。6.2太阳能照明系统太阳能LED庭院照明系统中，光伏控制器位于杆的低端，易于维修和更换，电池采用阀控密封铅酸免维护电池，降低了系统维护成本。图6太阳能LED庭院灯结构图该系统利用了光电效应原理，当环境照度小于30〜50Lux时，系统会根据检测到的信号电压变化自动使用控制器打开输出，提供稳定的直流电源并驱动LED灯。单灯每夜累计照明时间需要为10小时（h）；电池板每天平均有效光照时间为3.8小时（h）；电池板需求20％的预留。Wp÷17.5v=（1.67x10hx120％）÷3.8hWp÷17.5v=5.27(AH)Wp=92.25（W）根据上述要求，该系统使用了天通光伏事业部的95W（19V/5A）太阳能电池板，能量板全部由光伏部门包装，生产和供应。电池组型号：t095m365，见下表3所示。表3电池组件型号型号T095M365功率（Pm）95W开路电压（Voc）23.18V峰值电压（Vm）19V短路电流（Isc）5.4A峰值电流（Im）5A高透光率低铁钢化玻璃，透光率大于92%；电池组件转换效率高，多晶硅片P≧15%；单晶硅片P≧17%；绝缘强度≧50MΩ，抗风能力为60m/s，耐冲击强度满足冰雹冲击。7一次设备的选择7.1断路器断路器是指在正常电路条件下能闭合、携带和断开电流，在非正常回路条件（包括短路条件）下能在规定时间内闭合和携带电流的开关装置。在这里，由于最大的正常工作电流IG=5995A除以10kV，它被安排在户外。选用断路器作为室内低油断路器，型号为：SN3-10I表4SN3-10I断路器技术参数额定工作电压（kv）额定工作电流（A）额定开端电流(KA)动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)额定热稳定时间(S)1063016401647.2隔离开关隔离开关是不带灭弧装置的开关装置。这里，10kV时的最高正常工作电流为ig=59.95A，布置在室内。所选隔离开关型号为：gw2-10g表5GW2-10G断路器技术参数额定工作电流（KV）额定工作电流（A）极限通过电流峰值（KA）热稳定电流（KA）热稳定时间（S）10600602047.3熔断器熔断器也称为保险丝，由iec127标准定义为“保险丝连接”。这里的熔断器是用来保护电压互感器的，因为10kV时的最高厂用工作电流ig=59.95A，所以选用高压限流熔断器型号：rxw0-10/0.5表6RXW0-10/0.5熔断器技术参数额定工作电压（KV）额定工作电流（A）额定断流容量（MVA）重量（KG）101051000237.4避雷器避雷器可保护电气设备免受瞬态过电压的侵害，并可以切断自电流且不会引起系统接地短路的电气设备。这里，电磁阀式避雷器要根据电压水平和工作环境来选择。型号为：FCZ3-10表7FCZ3-10避雷器技术参数额定电压（KV）灭弧电压（KV）工频放电电压（有效值）（KV）冲击放电电压峰值不大于（KV）电导电流直流试验（KV）电流（A）1041708511250250-400810KV高压进线和引入电缆的选择采用LGJ钢芯铝绞线敷设，接入10kV公共干线。根据发热情况选择，由==57.7A室外环境温度33°，查表，初选lgj-35，其35°C时的=149A>,满足发热条件。验证机械强度，检查表，最小允许横截面积=25，lgj-35符合要求，所以选择它。由于这条线很短，所以不需要验证电压损失。采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆埋于二者之间。根据发热情况选择，由==57.7A土壤环境为25°查表一次电缆截面为25的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。确认加热路径稳定，按式，A是母线截面积，单位为；满足热路径稳定性条件的最大横截面积，单位为；C是材料热稳定系数；为通过母线的三相短路稳态电流，单位是A；短路发热虚时间，单位为s。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电站保护动作时间为0.5s，断路器断开时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式<A=25。9380v低压出线的选择该线直接由VLV22-1000PVC绝缘铝芯电缆埋入。根据发热条件需要选择由=225.5A地下0.8米土壤温度25°C，一次取心断面150，其=242A>，满足发热条件。验证电压损耗,从厂房到变电所到厂区距离约50米，150的铝芯电缆的=0.25（根据堆芯工作温度75°计），=0.070，厂房的=105.6kW,=102.02kvar，替换数据:线路电压损耗为:<=5%。短路热稳定性检查会计算出满足短路热稳定性的最小横截面：满足短路热稳定性要求，电缆芯段为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯PVC绝缘铝芯电缆的中性芯不少于一半。10二次回路方案的选择及电源的选择10.1二次回路方案的选择高压断路器的控制和信号回路：高压断路器的控制回路取决于操作机构的类型和操作电源的类型。结合上述设备的选择和电源的选择，采用了弹簧操动机构的断路器控制和信号电路。电气测量仪表及绝缘监测装置：根据GBJ63-1990的要求，选用相应的电气测量仪表，并配备相应的绝缘监测装置。A.10kV供电线路：电能计量柜内设功率表和无功电能表，为了解负荷电流，安装电流表。B.变电所各母线：安装电压表测量电压，安装绝缘检测装置。C.电力变压器高压侧：电流表、有功电能表各装一只。D.380V供电线路及变压器低压侧：每侧配安培计。e.低压动力线路：装设电流表一只。电气测量仪表及绝缘监测装置：在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合型）和备用电源自动投入装置（APD）。10.2二次回路电源的选择二次回路操作电源分为直流电源和交流电源。电池组供电的直流操作电源具有腐蚀性，有爆炸危险；整流装置供电的直流操作电源安全，但经济性差。考虑到交流操作电源可以大大简化二次回路，大大降低投资，工作可靠，维护方便，这里使用交流操作电源。11继电保护的整定11.1继电保护的选择瓦斯保护：气体保护，也称为气体继电器保护，是一种基本且非常敏感的保护装置，用于保护油浸式电力变压器的内部故障。根据GB50062-1992的要求，对800kv·a及以上厂房的油浸式变压器和400kv·a及以上厂房的油浸式变压器应提供气体保护。反时限过流保护：GL-1510型感应过流继电器，两相两继电器接线，“解并跳闸”运行方式。11.2变压器继电保护过电流保护动作电流设定：可靠性系数，继电器返回系数，接线系数，电流互感器的电流比=100/5=20，，因此，动作电流为：因此，过电流保护动作电流设为10A。现在使用gl-15/10型电流互感器，这种电流继电器的返回系数；现在使用的是两相双继电器连接，故；根据所学知识，gl型继电器的可靠性系数为1.3，即。对于线路上的最大负载电流，可取，现取,即GG-1A（F）-03型电流互感器LQJ-10，取则变流比：动作电流：然后将电流继电器的电流限制设置为5A。变压器过电流保护：系统最低运行方式下变压器低压侧母线两相短路高压侧穿越电流值：保护的灵敏度；满足灵敏度的要求。速断电流的整定：变压器的电流速断保护：满足灵敏度的要求。11.3防雷与接地在变电站屋顶上安装避雷针和避雷带，并引入两根地线与变电站公用连接装置连接。如果变电站内的其他建筑物在直接雷电防护范围内，则不应单独提供避雷针，独立避雷针接地装置的接地电阻应符合规定。通常使用3-6长，2.5m长的管道，并在带有避雷针的塔附近布置一排多边形布置。管道间距为5m，插入地面，管道顶部距地面0.6m，接地管采用40mm×4mm镀锌扁钢焊接而成。下部导体由25毫米×4毫米的镀锌扁钢制成，焊接到接地体，用避雷针和钢筋焊接到测杆，并连接到避雷针。避雷针由直径20毫米的镀锌扁钢制成，长1至1.5米。独立避雷针接地装置与变电站共用的接地装置之间的距离应大于3m。采用16根长2.5m、50mm钢管，它沿变电站的三个侧面均匀排列，管道间距为5m，垂直打入地下，管道的顶部位于地面上方0.6米处。管子用40mm×4mm镀锌扁钢焊接。变电站的变压器室有两个接