電氣工程畢業(yè)設(shè)計

1、1.1 工廠供電的意義和要求 工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕

2、工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1）安全: 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠: 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。

3、（3）優(yōu)質(zhì): 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4）經(jīng)濟(jì): 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2 工廠供電設(shè)計的一般原則按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、gb50053-94 10kv及以下設(shè)計規(guī)范、gb50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；（2） 安全可靠、先進(jìn)合理；（3） 近期為主、考慮發(fā)展；（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。2 負(fù)荷

4、計算和無功功率補償2.1 負(fù)荷計算1)單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式: 有功計算負(fù)荷 無功計算負(fù)荷 視在計算負(fù)荷 計算電流2)單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式： 有功計算負(fù)荷 無功計算負(fù)荷 視在計算負(fù)荷 計算電流3）各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算如表2.1表2.1 機(jī)械廠負(fù)荷計算表編號名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)計 算 負(fù) 荷1鑄造車間動力3000.370.681.08111.0119.7163.2248.0照明7.80.81.006.20.06.228.4小計307.8117.2119.7167.5254.52鍛壓車間動力2800.250.631.2370.086.3111.1168.8照明70.81.00

5、5.60.05.625.5小計28775.686.3114.7174.33金工車間動力3000.250.631.2375.092.5119.0180.9照明90.81.007.20.07.232.7小計30982.292.5123.7188.04工具車間動力3400.30.631.23102.0125.7161.9246.0照明7.80.81.006.20.06.228.4小計347.8108.2125.7165.9252.05電鍍車間動力1750.50.750.8887.577.2116.7177.3照明80.81.06.40.06.429.1小計28393.977.2121.6184.76

6、熱處理車間動力1450.50.750.8872.563.996.7146.9照明7.50.81.006.00.06.027.3小計152.578.563.995.1144.47裝配車間動力1500.350.71.0252.553.675.0114.0照明7.80.81.006.20.06.228.4小計157.858.753.679.5120.8166.4機(jī)修車間動力1550.250.651.1638.845.359.690.6照明3.50.81.002.80.02.812.7小計158.541.645.361.593.59鍋爐房動力750.50.750.8837.533.150.076.0照

7、明1.50.81.001.20.01.25.5小計76.538.733.150.977.410倉庫動力200.350.850.617.04.38.212.5照明1.50.81.001.20.01.25.5小計21.58.24.39.314.111生活區(qū)照明3200.750.950.33240.078.9252.6383.9總計（380v側(cè)）動力1940957.87793.65照明381.4計入=0.8=0.850.75766.29674.601020.931549.782.2 無功功率補償 由表2.1可知，該廠380v側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有0.75.而供電部門要求該廠10kv進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷

8、是功率因數(shù)不應(yīng)該低于0.91?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380v側(cè)最大負(fù)荷是功率因素應(yīng)稍大于0.91，暫取0.91來計算380v側(cè)所需無功功率補償容量：故選pgj1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為bw0.4-12-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，總共容量725=360kvar。因此無功補償后工廠380v側(cè)和10kv側(cè)的負(fù)荷計算如表2.2所示。表2.1 負(fù)荷計算表項 目計算負(fù)荷380v側(cè)補償前負(fù)荷0.75766.29674.601020.931549.78380v側(cè)無功補償容量-360380v側(cè)補償后負(fù)荷0.935766.29314.6828.41258

9、.6主變壓器功率損耗125010kv側(cè)負(fù)荷總計0.91778.3364.6859503 變電所位置和型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按功率矩法來確定，計算公式為式（3.1）和（3.2）。變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心.工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側(cè),任作一直角坐標(biāo)的x軸和y軸,測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置,例如p1(x1,y1) 、p2(x2,y2) 、p3(x3,y3)等.而工廠的負(fù)荷中心設(shè)在p(x,y),p為p1+p2+p3+=pi.因此仿照力學(xué)中計算重心的力矩方程,可得負(fù)荷中心的坐標(biāo): (3.1) (3.2) 圖3

10、.1 xx機(jī)械廠總平面圖 按比例k在工廠平面圖中測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置表3.1所示表3.1 負(fù)荷點的坐標(biāo)位置表坐標(biāo)軸12345678910生活區(qū)x()0.980.980.983.33.33.33.37.256.769.6y()4.32.751.164.32.751.14.33.11.57.1由計算結(jié)果可知，x=2.6 y=2.4工廠的負(fù)荷中心在6號廠房的西南角?？紤]的方便進(jìn)出線及周圍環(huán)境情況，決定在6號廠房的西側(cè)緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設(shè)式。4 變電所主變壓器的選擇和主結(jié)線方案的選擇4.1 變電所主變壓器的選擇 根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列

11、兩種可供選擇的方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器型式采用s9型，而容量根據(jù)式，選=1000=859kva，即選一臺s9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2）裝設(shè)兩臺主變壓器 型號亦采用s9，而每臺變壓器容量按式和式選擇，即=(0.60.7）=（0.60.7）859=515kva601kva且=(167.5+127.5+53.7)=348.7kvr因此選兩臺s9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均采用yyn0。4.2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考

12、慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計下列兩種主接線方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示 （2）裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案，如圖4.2所示 圖4.1 裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案 圖4.2 裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案4.3 兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 如表4.1所示。表4.1 兩種主接線方案的比較比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資由手冊

13、查得s91000單價為15.1萬元，而由手冊查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為215.1萬元=30.2萬元由手冊查得s9630單價為10.5萬元，因此兩臺綜合投資為410.5萬元=42萬元，比一臺變壓器多投資11.8萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額查手冊得 gga（f）型柜按每臺3.5萬元計，查手冊得其綜合投資按設(shè)備價1.5倍計，因此其綜合投資約為41.53.5=21萬元本方案采用6臺gga（f）柜，其綜合投資額約為61.53.5=31.5萬元，比一臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費參照手冊計算，主變和高壓開關(guān)柜的折算和維修管理費每年為4.8

14、93萬元（其余略）主變和高壓開關(guān)柜的折舊費和維修管理費每年為7.067萬元，比一臺主變的方案多耗2.174萬元供電貼費按800元/kva計，貼費為10000.08=80萬元貼費為26300.08萬元=100.8萬元，比一臺主變的方案多交20.8萬元 從表4.1可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案。5 短路電流的計算5.1 繪制計算電路 如圖5.1所示圖5.1 短路計算電路5.2 確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè)，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，則 5.3 計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1) 電力系統(tǒng) 已知=500mva,故=100mva/500mva=0.2（2) 架空線路

15、lj-120的=0.35/km，而線長12km故=(0.3512)=3.8（3) 電力變壓器 %=4.5,故=4.5因此繪短路計算等效電路如圖5.3所示圖5.3 等效電路5.4 10kv側(cè)三相短路電流和短路容量（1) 總電抗的標(biāo)幺值 =0.2+3.8=4.0（2) 三相短路電流周期分量有效值=1.38ka（3) 短路次暫態(tài)短路電流=1.38ka（4) 短路穩(wěn)態(tài)電流 =1.38ka（5) 短路沖擊電流 =2.551.38ka=3.52ka（6) 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.511.38ka=2.08ka（7) 三項短路容量 =25mva5.5 380kv側(cè)三相短路電流和短路容量（1）

16、總電抗的標(biāo)幺值 =0.2+3.8+4.5=8.5（2） 三相短路電流周期分量有效值=16.9ka（3） 短路次暫態(tài)短路電流=16.9ka（4） 短路穩(wěn)態(tài)電流 =16.9ka（5） 短路沖擊電流 =1.8416.9ka=31.2ka（6） 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.0916.9ka=18.4ka（7） 三項短路容量 =11.8mva以上計算結(jié)果綜合如表5.1表5.1 短路的計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/ka三相短路容量/mvak-11.381.381.383.522.0825l-216.916.916.931.218.411.86 變電所一次設(shè)備的選擇校驗6.1 10kv側(cè)一次設(shè)備

17、的選擇校驗 如表6.1所示表6.1 10kv側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)1057.71.383.522.86一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器sn10-10i/63010kv630a16ka40ka512高壓隔離開關(guān)gn-10/20010kv200a25.5ka500高壓熔斷器rn2-1010kv0.5a50ka電壓互感器jdj-1010/0.1kv電壓互感器jdzj-10電流互感器lqj-1010kv100/5a31.8ka81二次負(fù)荷0.6避雷器fs4-1010kv戶 外 式 高 壓隔離開關(guān)gw4-15g/2

18、0012kv400a25kv500表6.1所選一次設(shè)備均滿足要求。6.2 380v側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 如表6.2所示。表6.2 380v側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩(wěn)定 度熱 穩(wěn)定 度其 他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)3801258.616.931.2199.7一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)低壓斷路器dw15-1500/3d380v1500a40kv低壓斷路器dz20-630380v630a30ka低壓斷路器dz20-200380v200a25ka低壓刀開關(guān)hd13-1500/30380v1500a電流互感器lmzj1-0.5500v1500/5a電流互感器lmz1-0.5

19、500v100/5160/5避雷器戶外隔離開關(guān)表6.2所選一次設(shè)備均滿足要求。6.3 高低壓母線的選擇 參照表528，10kv母線選lmy-3（），即母線尺寸為；380v母線選lmy-3,即母線尺寸為，而中性線母線尺寸為。7 變電所進(jìn)出線以及鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇7.1 10kv高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇（1）10kv高壓進(jìn)線的選擇校驗 采用lj型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kv公用干線。1) 按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度，查表8-36，初選lj-16，其時的滿足發(fā)熱條件。2）校驗機(jī)械強度 查表8-34，最小允許截面，因此按發(fā)熱條件選擇的lj-16不滿足機(jī)械強度要求，故改選lj-35。由于此線路很

20、短，不需校驗電壓損耗。（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用yjl22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。 1）按發(fā)熱條件選擇 由及土壤溫度查表8-44，初選纜芯截面為的交聯(lián)電纜，其，滿足發(fā)熱條件。2）校驗短路熱穩(wěn)定 按式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面式中c值由表5-13差得；按終端變電所保護(hù)動作時間0.5s，加斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s計，故。 因此yjl22-10000-325電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。7.2 380v低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路 采用vlv22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇

21、由及地下0.8m土壤溫度，查表8-43，初選纜芯截面，其，滿足發(fā)熱條件。2）校驗電壓損耗 由圖11-3所示工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為100m，而由表8-42查得的鋁芯電纜（按纜芯工作溫度計），又1號廠房的=117.2kw，=119.7kvar，因此按式得：故滿足允許電壓損耗的要求。3) 短路熱穩(wěn)定度校驗 按式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面由于前面按發(fā)熱條件所選的纜心截面小于，不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為的電纜，即選的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（2）饋電給2、3、4、5、6、7、8、9號廠房的線路 都比10號的小， 亦采用vlv-22-100

22、0-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)。（3）饋電給10號廠房（倉庫）的線路 由于倉庫就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯絕緣的鋁芯導(dǎo)線blv-1000型（見表8-30）5根（包括3根相線、一根n線、1根pe線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫），查表8-41，相線截面初選，其,滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，n線和pe線也都選為，與相線截面相同，即選用塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑25mm的硬塑管埋地敷設(shè)。2）校驗機(jī)械強度 查表8-35，最小允許截面積,因此上面所選的導(dǎo)線滿足機(jī)械強度要求。3) 校驗電壓損耗 所穿選管線，估計長44m，而由查8

23、-39查得,又倉庫的,因此故滿足允許電壓損耗的要求。（4）饋電給生活區(qū)的線路 采用blx-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇 由及室外環(huán)境溫度為，查表8-40，初選-1240,其時的=455a,，滿足發(fā)熱條件。2）校驗機(jī)械強度 查表8-35，最小允許截面積，因此blx-100-1240滿足機(jī)械強度要求。 3）校驗電壓損耗 由圖11-3所示工廠平面圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約160m，而由表8-36查得其阻抗與blx-100-1240近似等值的lj-185的阻抗=，,又生活區(qū)的,因此=30.1v=7.9%=5%不滿足允許電壓損耗要求。所以采用blk-1000-1120的三

24、相架空線路，pen均采用blk-1000-175絕緣線。7.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 采用yjl22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10kv母線相聯(lián)。（1）按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負(fù)荷容量共362kva，362kva/10=20.9a,而最熱月土壤平均溫度為,因此查表8-44，初選纜芯截面為的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜（注：該型電纜最小芯線截面積為），其,滿足發(fā)熱條件。（2）校驗電壓損耗 由表8-42可查得纜芯為25的鋁芯電纜的 (纜芯溫度按計)，而二級負(fù)荷的=264.6kw，=242.9kvar線路長度按2km計，因此=87.

25、3v=0.87%=5%由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。（3）短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表7.1所示。表7.1 型號規(guī)格表線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10kv電源進(jìn)線lj-35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜yjl22-10000-325交聯(lián)電纜（直埋）380v低壓出線至1號廠房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）至2號廠房vlv22-1000-3240+1120 四芯塑料電纜（直埋）至3號廠房vlv22-1000-3240+1120 四芯塑料電纜（直埋）至4號廠房vlv22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）至5號廠房vlv22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）至6號廠房vlv22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（直埋）至7號廠房vlv22