电气工程专业论文 工厂供电.doc

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作 本 科 毕 业 论 文（设 计）题目：某机械厂全厂总压降变电所设计 TITLE：The design of step-down substation in the whole machinery factory学 院 年级专业 学生姓名 学 号 指导教师 完 成 日 期 2011年 3月本科毕业论文（设计）选题登记表学生姓名学号专业学 院指导教师姓名/职称题 目某机械厂全厂总压降变电所设计本选题的意义及国内外发展简况： 电能是生产的主要能源和动力，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，减轻工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。如果工厂供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，甚至给国家和人民带来重大经济损失。工厂供电系统设计的是否完善，不仅会影响工厂的安全生产和经济效益，还会影响电力系统的安全、经济运行。因此，做好工厂供电工作不仅对于发展工业生产、实现工业现代化具有十分重要的意义。由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。研究内容：本设计在分析给定的系统资料的基础上，根据所取得的电源情况，电负荷数据、气象资料等，已实现安全、可靠、优质、经济的供电系统为设计目标，完成对某机械厂全厂总压降变电所设计1、负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。2、UPS容量与设备选择3、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。4、工厂总降压变电所主结线设计5、工厂供、配电系统短路电流计算6、继电保护及二次结线设计研究方法、手段及步骤：（1）计算各车间负荷和无功补偿（2）UPS容量与设备选择（2）确定变电所的位置。选择变电所变压器台数、容量及型号（3）设计工厂总的降压变电所及接入系统（4）计算短路电流（5）选择变电所高低压设备（6）确定继电保护装置主要参考文献：1 杨岳 供配电系统 科学出版社 20072 孟祥忠 现代供电技术 清华大学出版社 20063 刘介才 工厂供电 机械工业出版社 20094 隋振有 宋立新 配电实用技术 中国电力出版社 20065 刘介才 工厂供电设计指导书 机械工业出版社 19996 张乃国 UPS供电系统应用手册 电子工业出版社 20047 张道民 短路电流计算 水利电力出版社 19598 苏文成 工厂供电 机械工业出版社 2002时间进度：12月 查找相关资料，学习相关文献、规程、手册、复习有关知识点 写开题报告，提出总体方案1-2月 进行负荷计算和无功补偿方面的设计，UPS容量与设备选择 确定各车间变电所的位置、变压器台数、容量及型号3月 变电所及接入系统设计，进行短路电流的设计， 选择变电所高低压设备和继电保护装置4月 画设计图纸，撰写和整理设计说明书，预答辩、答辩学生 （签名） 年 月 日指导教师意见： 指导教师 （签名） 年 月 日专业负责人意见：专业负责人 （签名） 年 月 日摘要 电能是工业生产的主要能源和动力，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电系统首先要能满足工厂生产和生活用电的需要，其次要确保安全，供电可靠，技术先进和经济合理，并做好节能。本设计根据某机械厂所取得的供电电源和该厂用电负荷的实际情况，并适当考虑生产的发展，按工厂供电的基本要求，对各车间进行了负荷计算和无功补偿；确定出了各变电所的位置及各变电所变压器台数、容量和型式；确定UPS系统组成及位置；计算了短路电流；选择了变电所高低压设备；配置了继电保护装置、防雷和接地装置；绘制设计图样，完成了机械厂的供配电系统设计。关键字：计算负荷，无功补偿，UPS，变压器，短路电流ABSTRACTElectric energy is the main energy and power for the production of industry. A goodpower supply design scheme is very important for enlarging the production of industry andrealizing indpstry modernization. The power supply system of factory should meet theneeds of the production and living firstly, and then ensure the safety of person and equipment, the reliability of power supply, the advancement of technology, the reasonablenessof economy, and at the same time economize on energy. Based on the electrical sourcewhich is achieved by the chemical fiber factory and loads in the factory, considered the de-velopment of the production, design is put up according for the basic demands of the powersupply. The loads and reactive power compensation are all calculated. The location of thesubstation and the number, the capacity and the type of the transformer are confirmed, determine UPS system composition and location ,the short-circuit current is calculated, and thelow-voltage and high-voltage electrical equipments are chosen. Relaying protection equipment lighting protection and earth-termination systems are confirmed. Design drawingpapers are finished. The power supply system' s design for chemical fiber factory isaccomplished. KEY WORDS: calculated load, reactive power compensation, UPS, transformer, shortcmcutt current目录本科毕业论文（设计）选题登记表II摘要VABSTRACTVI1.绪论12.设计任务书32.1 设计要求32.2 设计依据32.2.1工程总平面图32.2.2 工厂负荷数据32.2.3 供电电源情况43.设计说明计算书53.1 负荷计算53.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式53.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式53.2 无功功率补偿63.3 变电间的所址选择及负荷中心的确定73.4 变电间主变压器及主接线方案的选择73.5 UPS容量与设备选择103.5.1 UPS总体概述103.5.2 UPS的容量选择103.5.3 UPS的性能要求113.5.4 UPS供电方案113.6 短路电流计算143.6.1 短路的原因143.6.2 短路的后果143.6.3 短路的危害143.6.4 短路电流计算143.7 变电所一次设备的选择校验163.8 主变压器继电保护183.8.1 保护要求183.8.2 整定计算193.9 变电间的防雷保护20参考文献211 刘介才 工厂供电 机械工业出版社 200921结束语22众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，也易于转换为其它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它高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。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。在工厂里，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。例如在机械工业中，电费开支仅占成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工广在供电设备上的投资也仅占总投资的5%左右。电能在工业生产中的重要性并不在于它在成本中或投资总额中所占比重的多少，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，提高劳动生产效率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工业供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来重大的经济损失。因此，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化具有十分重要的意义。所以在本设计中采用UPS与旁路并路给设备供电，平时采用UPS供电，当突然停电或电源端故障时，可由蓄电池通过逆变器将直流转换成交流电给设备供电，给线路抢修提供宝贵时间，也防止设备造成损失或停产，另外UPS所提供的是优质电源，保障了设备的稳定运行。当UPS故障、检修或保养时，由STS切换到旁路，实现毫秒级切换，从而使设备正常运行。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，不应发生人生事故和设备事故。（2） 可靠。应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。（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，既要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只考虑一个单位的局部利益，更要有全局观点。2.设计任务书2.1 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所得位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择UPS的容量与设备选择，确定变电所主接线方案及高低压设备，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。2.2 设计依据 2.2.1工程总平面图图1工程总平面图2.2.2 工厂负荷数据本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6小时。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数功率因数1铸造车间动力4000.30.7照明100.81.02锻压车间动力4500.30.65照明160.713金工车间动力5000.20.65照明200.81.04工具车间动力4300.30.6照明100.91.05电镀车间动力3200.50.8照明100.81.06热处理车间动力2000.60.8照明100.81.07装配车间动力2000.30.7照明120.81.08机修车间动力2200.20.65照明80.81.09锅炉房动力600.70.8照明20.81.010仓库动力200.40.8照明10.81.02.2.3 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可有附近一条10kv的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。3.设计说明计算书3.1 负荷计算电力负荷又称电力负载，有以下两种含义:1)电力负荷指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。2）电力负荷指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小。3.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（kw） = 无功计算负荷（kvar） = 视在计算负荷（KV·A）= 计算电流（A）= 3.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（kw）= 无功计算负荷（kvar）= 视在计算负荷（K·VA）= 计算电流（A）=表2 各厂房和生活区的负荷计算表编号名称计算负荷1铸造车间128122.4177.1269.12锻压车间146.2158215.3327.13金工车间116117164.8250.34工具车间138171.6220.2334.55电镀车间168120206.5313.76热处理车间12896160243.17装配车间69.661.292.7140.88机修车间50.451.572.1109.59锅炉车间43.631.553.881.710仓库8.8610.716.2总计996.6935.2=0.8，=0.85797.3794.91125.91710.63.2 无功功率补偿无功功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。本设计中UPS内置电容装置和系统中的有源滤波器起到补偿无功功率的作用，该厂380V侧最大负荷时的功率因数为0.75.而供电部门要求的最大负荷功率因数因稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tan1-tan2)=797.3tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)kvar=363.6kvar取所需补偿的容量为400kvar，则补偿后的380v侧负荷为890kVA。3.3 变电间的所址选择及负荷中心的确定变配电间地址选择的一般原则变配电间地址的选择，应根据下列要求并经技术、经济分析比较确定：1） 尽量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。2） 进出线方便，特别是要考虑便于架空进出线。3） 靠近电源侧，特别是在选择工厂总变配电间时要考虑这一点。4） 设备运输方便，以便运输电力变压器和高低压开关柜等大型设备。5） 不应设在有剧烈振动或高温的场所。6） 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。7） 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。8） 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB 500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。9） 不应设在地势低洼和可能积水的场所。本设计负荷中心在6号车间附近。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号车间的西侧紧靠车间建造变电间，型式为独立式。3.4 变电间主变压器及主接线方案的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑可用以下两种方案： 装设一台变压器，其供电可靠性基本满足要求，电压损耗大，灵活性稍差，综合投资，运行成本，电费相对较低 装设两台变压器，其供电安全性和可靠性都满足要求，电压损耗较小，灵活性高，综合投资，运行成本，电费相对较高。从技术指标来看装设两台变压器的主接线方案优于装设一台变压器的方案，但是按经济指标来看，方案一比方案二更值得操作，而且本厂采用UPS供电，使方案一技术上的缺点也进行了弥补，所以本设计将采用装设一台变压器的主接线方案。变压器型号为S9，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选S9-1000/10。由于UPS系统有通过其本身给设备供电的线路，另外还有维修旁路的供电线路，总共两路。故需要两台此S9型号的变压器分别供电，以保障UPS系统的正常运行。主接线方案如图2所示。图2 10kV配电系统图3.5 UPS容量与设备选择3.5.1 UPS总体概述随着企业生产现代化水平不断提高，订单式生产的时间性要求越来越高，企业间的竞争日益加剧，订单交货的准时性、产品质量的良品率、生产成本的不断降低等等对企业的竞争力要求越来越高。于此同时，国际、国内能源的紧缺，供电环境及供电质量却日益恶劣，而用电设备对于供电电网的质量要求也越来越高。这就使很多企业日益将UPS应用到生产在线，以提高生产力来应对日趋激烈的竞争。UPS供电系统的建设目的，是通过UPS供电系统给精密设备供电，为用电设备提供高质量的、不间断电源，来保证用电设备正常工作。UPS不间断电源系统可以解决电源断电、电压尖峰、频率漂移、谐波干扰、过电压、电压波动及噪声电压等由市电电源质量对前端设备造成的危害。本设计中采用UPS给设备供电就是给设备提供优质电源，并且在电源发生故障时有蓄电池给设备供电，防止设备断电造成设备损坏以及经济损失。图3 UPS室平面图3.5.2 UPS的容量选择