電氣系統(tǒng)設計文獻綜述

1、成績：建筑科技大學畢業(yè)設計（論文）文獻綜述院（系）： 信息與控制工程學院專業(yè)班級：自動化0901畢業(yè)設計 論文方向某污水處理工程電氣系統(tǒng)設計綜述題目：電氣系統(tǒng)設計學生：薛超指導教師:登峰2013年 3 月20 日電氣系統(tǒng)設計摘要：本文簡單介紹了電氣系統(tǒng)設計的基本原則、防雷接地、電纜敷設等相關容。為設計污水處理電氣系統(tǒng)打下牢固基礎。關鍵詞：電氣系統(tǒng)；電纜敷設；工作原理；防雷接地/、八1. 前言隨著世界工業(yè)化進程的迅猛發(fā)展，環(huán)境問題日益嚴峻。生產(chǎn)和生活污水這一重要污染源 引起了世界各國政府的關注。治理水污染的課題已被列入世界環(huán)保組織的工作日程之一。而 防止水污染最行之有效的措施就是興建污水處理廠，

2、將污水變?yōu)閷Νh(huán)境沒有危害的凈水再排 放到自然環(huán)境中?，F(xiàn)代污水處理廠的規(guī)模越來越大，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生故障，將會造成設備 癱瘓，導致全廠停運，造成重大損失。因此，合理的供配電系統(tǒng)設計是保證污水處理廠正常 運行的必要前提。污水處理工程供電屬于工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。 眾所周知，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換而來， 又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調節(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)濟生活中應 用極為廣泛。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

3、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)品質量，提高勞動生產(chǎn) 率，降低生產(chǎn)成本，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突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，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)濟建設具有十分 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)濟建設，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，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，就必須達到以下基本

4、要求：（1 ） 安全 在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（2 ） 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3 ） 優(yōu)質 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。（4 ） 經(jīng)濟 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，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的 當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。2. 電氣系統(tǒng)設計的基本原則按照國家標準 GB50052-95 供配電系統(tǒng)設計規(guī)、 GB50053-94 10kv 及以下設計規(guī)、GB50054-95 低壓配電設計規(guī)等的規(guī)定，進行電氣系統(tǒng)設計必

5、須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； 必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政 策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經(jīng)濟政策。（2）安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格， 技術先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。（3 ） 近期為主、考慮發(fā)展；應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與 遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合 理確定設計方案。電氣系統(tǒng)設計是整個工廠設計中的重要組成部分。電氣系統(tǒng)設計的質量直接影響到工廠 的生產(chǎn)及發(fā)

6、展。作為從事電氣系統(tǒng)設計的人員，有必要了解和掌握電氣系統(tǒng)設計的有關知識， 以便適應設計工作的需要3. 電氣系統(tǒng)設計容及步驟電氣系統(tǒng)系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及 負荷布局，結合國家供電情況，解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本容 有以下幾方面： 負荷計算工廠變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的 功率損耗，從而求出工廠變電所高壓側計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算 成果。 工廠變電所變壓器的臺數(shù)及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置工廠變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建 和備用的需要，確

7、定變壓器的臺數(shù)和容量。 工廠變電所主接線設計根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。 工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng) 供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及 兩相短路電流。 改善功率因數(shù)裝置設計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)， 通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所 需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需移相電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容 器柜或

8、放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率， 改善功率因數(shù)。 變電所高、低壓側設備選擇參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側電器設備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根 據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設 計成果。 繼電保護及二次結線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、 母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。 并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設計

9、包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表， 控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖 或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。 變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護圍計算，避免產(chǎn) 生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波。的避雷器的規(guī)格型號， 并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地 電阻計算。 工廠變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī) 定，進行外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。4 污水處理廠電氣設備特點及設計原則污水處

10、理廠工藝及設備性能要求供電可靠，一般不允許停電。所以，污水處理廠供電系統(tǒng)應按二級負荷標準實施。污水處理廠中的主要電氣設備包括以下兩類： 中壓大功率設備，主要是鼓風機等，采用中壓供電方式； 低壓小功率設備，包括攪拌器、水泵、電動閥門等，一般采用按流程分區(qū)供電方式。針對以上特點，污水處理廠的供配電系統(tǒng)設計應遵循以下原則：a.考慮供電的可靠性，采用兩路電源供電。b 根據(jù)不同設備的功率大小及電壓等級，合理配置變配電室，優(yōu)化負荷組合，縮短供電距離，節(jié)約電力設備成本。根據(jù)當?shù)仉娏Σ块T要求，合理配置無功補償裝置。c.根據(jù)設備需要，選擇合適的啟動方式，并兼顧對整個系統(tǒng)及周圍設備的影響。d 考慮周圍環(huán)境及氣候影

11、響，安裝防雷設備，選用合理的接地方式5 防雷接地系統(tǒng)和電纜敷設5.1 防雷和接地為防止11 kV配電裝置遭受來自輸電線路的雷電波的侵害。 在11 kV配電站開關柜母線上裝設氧化鋅避雷器。低壓配電裝置設浪涌保護器。為防止直擊雷的襲擊，在廠區(qū)較高建筑物 屋面裝設避雷帶或避雷網(wǎng)。為降低電氣系統(tǒng)故障情況下的人體接觸電壓，建筑物做總等電位 聯(lián)結。所有進出建筑物的各種金屬管道、電纜保護管、電纜金屬外皮及PE線等均采用鍍鋅扁鋼或導線分別與等電位端子箱連接。室外構筑物上所有正常不帶電的設備金屬外殼、金屬構 架等均采用鍍鋅扁鋼就近與構筑物處的接地裝置相連。5.2 電纜敷設在建筑物采用電纜溝及電纜橋架敷設。當電纜

12、穿管敷設時，要做到盡量暗敷，注意美觀 及便于工人行走。在廠區(qū)采用電纜溝、直埋及電纜橋架敷設。電纜從變配電室引出至室外， 同一路徑電纜少于 6根時直埋敷設：電纜較多時沿電纜溝或電纜橋架敷設；構筑物外電纜明敷 時均穿撓性防水金屬管保護，構筑物電纜、電線均穿管敷設。直埋敷設的電纜采用金屬鎧裝。 在電纜溝及橋架敷設的電纜采用非鎧裝。電纜進出建 （構）筑物處均穿保護管。為防止電纜火災 蔓延采取以下措施：在電纜溝必要部位設耐火隔墻和防火門、電纜刷防火涂料；電纜孔洞以 耐火材料封堵等。所有電纜溝入室的電氣預留孑 L施工后要用防水材料進行封堵。防止雨水倒6 車間變電所電氣系統(tǒng)設計6 1 車間配電系統(tǒng)設計根據(jù)生

13、產(chǎn)工藝要求、車間環(huán)境、用電設備分布情況、生產(chǎn)特點以及設備容量按下述步驟 進行設計：1確定車間配電系統(tǒng)的接線方式和敷設方法； 2確定車間配電支干線、干線和配電箱等的計算負荷； 3選擇導線、母線的截面積和型號；4進行配電系統(tǒng)短路電流的計算；5選擇各種用電設備的保護與控制設備； 6繪制車間配電系統(tǒng)平面圖。6 2 車間變配電所設計根據(jù)車間的負荷性質、容量和分布情況及高壓電源的進線方向和方式進行設計。具體容 是：1車間變電所位置和變壓器臺數(shù)、容量的確定； 2確定車間高、低壓配電系統(tǒng)的主接線，并繪制主接線圖； 3選擇高、低壓配電裝置；4計算車間無功功率補償容量，設計無功補償裝置； 5設計防雷保護、接地裝置

14、和保安措施等； 6向協(xié)作設計專業(yè)組提供工藝要求；7繪制變配電所平面圖7 總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計7 1 總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計的基本容總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產(chǎn)工藝對電負荷 的要求，以及負荷布局，結合國家電網(wǎng)供電情況，解決對全廠各部門安全、可靠、經(jīng)濟的分 配電能問題。其基本容有以下幾個方面。1負荷計算；2總降壓變電所位置和主變電器臺數(shù)和容量的選擇；3總降壓變電所主接線設計；4廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計；5工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算；6改善功率因數(shù)裝置設計7變電所高、低壓側設備選擇；8繼電保護及二次接線設計；9變電所防雷裝置設計；10 總降壓變電所變、配電

15、裝置總體布置設計。7 2 總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計的方法和步驟設計的指導思想應該是在保證安全可靠供電的前提下，以經(jīng)濟而簡便的方式分配和使用 電能，并要遵守國家政策、法令和電業(yè)部門的有關規(guī)定。通常設計的方法和步驟可參照下述 順序進行。1搜集設計需要的基礎資料，做全場負荷計算，并向電業(yè)部門提出用電申請。2參照生產(chǎn)工藝要求和計算負荷數(shù)量以及國家規(guī)定的功率因數(shù)，確定主變壓器臺數(shù)和容 量，并進行補償無功功率計算，草擬主接線圖。3就幾處可建總降壓變電所位置，列出幾種不同的廠區(qū)配電布置方案，通過技術經(jīng)濟比 較，確定最佳廠區(qū)高壓配電線路布置方案并選定配電電壓。4做短路電流計算， 用與選擇變電所高、 低壓設備

16、， 并完成總降壓變電所主接線圖設計，配電線路結構設計，接地和防雷裝置設計。5進行繼電保護、測量、控制、信號裝置等二次接線設計。6根據(jù)主接線圖和二次接線圖，進行總降壓變電所室、外變配電設備總體布置設計。7按配電裝置和操作要求，房間結構特點進行電照明設計。8 設備選型供配電系統(tǒng)中的電氣設備是在一定的電壓、電流、頻率和工作環(huán)境條件下工作的，電氣設備的選擇，除了應滿足在正常工作時能安全可靠運行之外，還應滿足在短路故障時不至損壞的條件，開關電器還必須具有足夠的斷流能力，并適應所處位置，環(huán)境溫度，海拔高度， 以及防塵，防腐，防火，防爆等環(huán)境條件。電氣設備選擇應遵循以下四個原則：1按工作要求和環(huán)境條件選擇電

17、氣設備的型號；2按正常工作條件選擇電氣設備的額定電壓和額定電流； 按工作電壓選擇電氣設備的額定電壓。電氣設備的額定電壓UN應不低于其所在線路的額定電壓Uw.n，即U NU W.N( 8-1 ) 2 按最大負荷電流選擇電氣設備的額定電流。電氣設備的額定電流應不小于實際通過它的最大負荷電流 I max 即IN I max(8-2 )3.按短路條件校驗電氣設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；4開關電器斷流能力校驗。8.1 高壓開關電器的選擇8.1.1 高壓斷路器的選擇例如一戶變電所，故選擇戶少油斷路器，以選擇變壓器二次側高壓斷路器為例，設變壓器數(shù)據(jù)如下：變壓器 10/0.4kV， 1600kVA ，三相最大短路電

18、流為 32.76kA ，沖擊短路電流為60.27kA，三相短路容量為22.7MVA 。根據(jù)變壓器二次側的額定電流來選擇斷路器的額定電流I 2NSn1600.3 0.42312A(8-3)型少油斷路器，比較其計算參數(shù)和裝設地點電氣條件查表得，選擇 SN10-10III/3000后得知，所選斷路器合格。高壓隔離開關的選擇由于隔離開關主要是用于隔離而不是分斷正常負荷電流和短路電流，因此，只需要選擇 其額定電壓和額定電流，校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。由以上計算數(shù)據(jù)可選擇GN6-10T/600高壓隔離開關。選擇計算結果列于表8.1中。表8.1高壓隔離開關選擇校驗表序號GN6-10T/600選擇要求裝設地點電氣條

19、件結論項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1Un10kVU W.N10kV合格2In600AI C465A合格3I max52kAiish32.76A合格4IT22200 kA S12 T11 ima213.5 kA S合格電流互感器的選擇一般情況下，計量用的電流互感器變比的選擇應使其一次額定電流Im不小于線路中電流互感器用于計量和保護。計算電流I熱穩(wěn)定校驗（匚1訃）氣I（3）tima（ 8-5 ）以小球磨車間為例，額定電壓為0.4kV，額定電流為465A，選變比為400/5A 的LQJ-10型電流互感器，Kes=160，Kt =75，t=1s，0.5級二次繞組的Z2n =0.4。準確度校驗S2NI；nZ2n 5

20、2 0.4 10VAS2I 2N (RWLRru )= (0.5 0.5 3) 52 、3 2/(53 2.5)0.1= 7.15 S2N 10VA滿足準確度要求。 動穩(wěn)定校驗Kes &I1N 160 1.414 0.4 90.5 Ish 8.5kA 滿足動穩(wěn)定要求。 熱穩(wěn)定校驗(KtI1N)2t (75 0.4)2 1 900 I (3)2Tima3.35 1.2 13.5kA2S滿足熱穩(wěn)定要求。所以選擇LQJ-10 400/5A型電流互感器滿足要求配電所高壓開關柜的選擇高壓開關柜是按一定的線路方案將有關一、二次設備組裝而成的一種高壓成套配電裝置, 在發(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護

21、發(fā)電機、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓 開關設備、保護電器、監(jiān)視儀表和母線、絕緣子等。高壓開關柜有固定式和手車式(移可式)兩大類型。由于本設計是 10kV 電源進線，則可選用較為經(jīng)濟的固定式高壓開關柜，這里選擇KYN28A-12(Z) 型. 低壓開關柜選擇 GGD3 型。不應電流9 導線、電纜的選擇導線和電纜的選擇必須滿足安全，可靠，經(jīng)濟的條件。所以，進行導線和電纜截面選擇 時必須按照下列選擇原則： 按允許載流量選擇導線和電纜截面導線和電纜 （包括母線 ）在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度， 超過其正常運行時的最高允許溫度。以防止導線因過熱而引起絕緣損壞或老化。這就要

22、求通 過導線或電纜的最大負荷電流不應大于其允許載流量。 按允許電壓損失選擇導線和電纜截面 導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正 常運行時允許的電壓損耗，以保證電壓質量。 按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜截面 經(jīng)濟電流密度是指使線路的年運行費用支出最小的電流密度。按這種原則選擇的導線和 電纜截面稱為經(jīng)濟截面。對于 35kV 及以上的高壓線路及電壓在 35kV 以下但距離長， 大的線路，宜按經(jīng)濟電流密度選擇，對 10kV 及以下線路，通常不按此原則選擇。 按機械強度選擇導線和電纜截面 導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機

23、械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜， 還應滿足工作電壓的要求。10負荷計算的方法負荷計算的方法有估算法、需要系數(shù)法、單相負荷計算及二項式法等幾種。 一般設計均采用需要系數(shù)法。主要計算公式有：有功功率：PjKdPe(10-1)無功功率：QjP tan(10-2)視在功率：SjPj / cos(10-3)計算電流：ijSj/、.3un(10-4)11 總結經(jīng)過幾天的資料搜集和整理，我對電氣系統(tǒng)的整體設計有了初步的了解，相信通過此次 對課題的整體認識對我后續(xù)課題的設計會有很大的幫助。觀看相關電氣設計系統(tǒng)資料也讓我 對系統(tǒng)設計中要注意的一些問題有了一定了解，讓自己以后對系統(tǒng)的構思能夠更加完善。通過此