劉明輝畢業(yè)設計

1、緒論1題目的背景和意義車間供電就是指車間所需電能的供應和分配，又稱車間配電。眾所周知電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能及易于有其它的能量轉化而來又易于轉化成其他的能量以供應。電能的分配既簡單經(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【8】。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。在車間里，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【6】。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)品質量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人

2、的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。如果車間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，做好車間供電工作對于發(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。隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車廠的規(guī)模越來越大，工藝越來越先進，對各車間的配電要求也越來越高【4】。使其必須在技術上得到相應的調整以適應現(xiàn)在的發(fā)展。沖壓車間對電能的質量，供電的可靠性以及技術經(jīng)濟性指標的要求也日益提高。一個安全可靠而又經(jīng)濟的配電系統(tǒng)對于任何一個車間都至關重要。配電系統(tǒng)是否完善直接關系到車間能否安全生產(chǎn)。沖壓車間對配電的要求特別高，供電質量差不僅會影響汽車外殼的制造同時也會對電網(wǎng)造成沖擊。同時如果沖壓車間的

3、配電不合理也會對將會造成企業(yè)投資增加，擴建困難，運行成本增加等。本次配電系統(tǒng)設計旨在針對汽車沖壓車間，根據(jù)沖壓車間的負荷特性設計一個安全，可靠，優(yōu)質，經(jīng)濟的配電系統(tǒng)。并且盡量節(jié)約，材料，設備，能源和資金等。2 題目研究現(xiàn)狀概述電氣化程度是衡量一個國家現(xiàn)代化水平的一項重要標志。我國對電能的使用歷史相對較短，建國之后才逐步開始配電網(wǎng)的建設工作，“先天不足”導致我國配電技 術長期落后于世界水平【1】.近年來，隨著我國的經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科學技術水平日漸提高，電力發(fā)展取得了長足進步我國在20世紀8O年代末就啟動了配電網(wǎng)自動化的研究，先后花費了十幾年在部分地區(qū)進行了試點，盡管起步不晚可在配電網(wǎng) 自動化試驗

4、初期。自動化技術發(fā)展并不完善存在許多技術難題沒有攻克 同時也沒有 相應的設備和成功 的經(jīng) 驗能供人們借鑒。配電網(wǎng)自動化發(fā)展之初不可避免地遭遇了許多挫折然而隨著配電技術的發(fā)展我國目前的配電網(wǎng)自動化建設已初具規(guī)模。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高。變電所綜合自動化系統(tǒng)得到了發(fā)展。國內(nèi)最早的配電自動化終端裝置一般都依賴進口設備，但是，隨著國內(nèi)自動化技術水平的提高，配電自動化的關鍵設備由依賴進口逐步轉向相信國產(chǎn)設備，配電終端已有了國產(chǎn)的入網(wǎng)許可產(chǎn)品，其功能與性能價格比更有利于各供電部門選用目前的供配電系統(tǒng)。配電終端經(jīng)歷了監(jiān)控功能的配電遠動裝置具有故障診斷功能的集中式配電終端裝置一具有面保護功能的分布式配電

5、終端裝置幾個發(fā)展階段。配電系統(tǒng)主要采用樹干式和放射式。而除了一些大型企業(yè)是以單獨回路放射式供電外，其余多數(shù)企業(yè)是以樹干式供電為主。其故障與檢修時影響面較大，恢復供電時間較長。配電系統(tǒng)中開關設備的選用與斷路器為主。很少采用負荷開關，從而使成本增加，難以適應社會的發(fā)展。城市電網(wǎng)必須采用新技術即采用環(huán)形電網(wǎng)的供配電方式。汽車發(fā)展的很大程度取決于實驗技術的發(fā)展【2】.車間配電的主要任務是保證電源安全，可靠，優(yōu)質，經(jīng)濟【9】汽車工業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)模擴大，給汽車工廠的供配電設計也提出可相應的要求。是汽車車間的供配電的設計在安全可靠的前提下，必須在技術上作相應的調整以適應變化了的情況【7】沖壓車間是制作汽車外殼

6、零件的制作車間，是汽車制造廠四大工藝車間之一。主要用電力設備有壓力機，起重機，機械手，開卷落料剪切線等。其中壓力機是沖壓車間最為重要，安裝數(shù)量最多，容量最大的生產(chǎn)設備。屬沖擊性載荷，即在一，個工作周期內(nèi)只有較短時間承受工作負荷。目前沖壓車間配電系統(tǒng)主要根據(jù)工藝提供的用電設備參數(shù)，依據(jù)«工業(yè)與民用配電設計手冊»進行設計【3】.在實際運行中出現(xiàn)了變壓器，無功補償，配電干線。各級主開關級電纜等容量等選擇偏大的情況。造成前期資源量費，系統(tǒng)運行不經(jīng)濟。目前大部分汽車廠都有沖壓車間配電系統(tǒng)的變壓器，無功率補償裝置，母線槽，設備配電開關以及線路均存在負荷率過低使得配電系統(tǒng)整體容量還是比實

7、際值大許多，主要是由以下原因造成（1） 工藝提供的用電設備用電參數(shù)不合理。（2） 負荷計算選擇的需要系數(shù)不準確。（3） 配電開關及線路的選擇沒有考慮斷續(xù)載荷的工作性質【3】。3 題目要完成的主要內(nèi)容和預期目標 車間配電的主要任務是保證電源安全，可靠，優(yōu)質，經(jīng)濟。（1） 安全：在電能供應分配和使用中，不應該發(fā)生人身事故和設備事故。（2） 可靠：根據(jù)可靠性的要求，工廠內(nèi)部的電荷分為一級負荷，二級負荷，三級負荷。一級負荷因為突然停電會造成設備損壞或人身傷亡，因此必須由兩個獨立電源供電。二級負荷突然斷電或造成較大的經(jīng)濟損失或造成社會秩序的混亂因此需要兩個回路供電。三級負荷突然斷電造成的影響或損失不大對

8、供電沒有特殊要求。（3） 優(yōu)質：應滿足車間對電壓，頻率，波形不畸變等電能要求。（4） 經(jīng)濟：在滿足以上要求的前提下，供配電系統(tǒng)要盡量結構簡單，投資要少，運行費用要低。本次的課題是某汽車廠沖壓車間配電系統(tǒng)設計，主要完成以下內(nèi)容。（1） 沖壓車間配電系統(tǒng)總容量規(guī)劃。（2） 沖壓車間負荷組成及及特性。（3） 沖壓車間的負荷計算和無功補償計算。（4） 沖壓車間短路電流的計算。（5） 繼電保護的選擇與整定。（6） 電氣設備的選擇。（7）防雷裝置和接地裝置的設計負荷計算 負荷計算是指導體中通過一個等效負荷時，導體的最高溫升正好和通過實際變動的負荷時產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負荷就稱為計算負荷。 常用的負荷

9、計算方法有需要系數(shù)法.利用系數(shù)法和單位指標法三種。單位指標法又分為單位面積功率法.綜合單位指標法和單位產(chǎn)品耗電量法。需要系數(shù)法計算簡便，計算精度一般，適用于各種項目，尤其是變電所負荷計算；利用系數(shù)法計算精度高，計算較繁瑣，適用于設備容量已知的各類項目，尤其是工業(yè)企業(yè)負荷計算；單位指標法計算簡便，誤差較大，適用于設備容量不確定的各類項目，單位面積功率和綜合指標法適用于民用建筑工程，單位產(chǎn)品耗電量法適用于工業(yè)企業(yè)工程。由于需要系數(shù)法簡單方便，計算結果較符合實際故采用這種方法。 以國內(nèi)某個大型合資汽車公司沖壓車間為例，該沖壓車間規(guī)劃新建A,B兩條自動化沖壓生產(chǎn)線預留一條沖壓生產(chǎn)線（C線）。沖壓線均為

10、四線生產(chǎn)方式，用電設備清單如下。 表1 沖壓車間用電設備清單序號用電設備名稱分類數(shù)量單機容量/kw總容量/kw一沖壓AB生產(chǎn)線負荷12250T壓力機PDF柜2600120021000T壓力機PDF柜636021603試模壓力機PDF柜12202204開卷剪切落料線PDF柜1100010005起重機61358106拆多級，機械手控制柜1070707輸送線2751508其他1437437二沖壓C線預留負荷2105三公用負荷174合計8956 對于單組用電設備計算負荷公式如下。有功計算負荷 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流 式中 -該用電設備組的需要系數(shù)。 -功率因數(shù)角正切值 -該用電設備的額定

11、電壓。（1）沖壓車間壓力機設備的需要系數(shù)為KX=0.25 32250T壓力機PDF柜，1000T壓力機PDF柜，試模壓力機PDF柜，開卷剪切壓力機PDF柜總容量為有功計算負荷為無功計算負荷視在計算負荷 （2） 輸送線的需要系數(shù) 3有功計算負荷為無功計算負荷為視在計算負荷(3) 起重機的需要系數(shù) 取需要系數(shù)為0.154 有功計算負荷為 無功計算負荷為 視在計算為(4) 對于生產(chǎn)廠房及辦公室，閱覽室，實驗室照明。其需要系數(shù)為4 有功功率為 無功功率為 視在功率為（5） 對于其他設備 1有功功率為無功功率為視在功率為（6） 對于沖壓C線預留負荷 1 無功功率為 無功功率為 視在功率為(7)則該沖壓車

12、間總有功功率為 總無功功率為總視在功率為變壓器臺數(shù)和無功功率補償一變壓器臺數(shù)選擇原則選擇變壓器臺數(shù)時，應考慮以下原則（1） 應滿足用電負荷對供配電可靠性的要求。對供有大量一二級電荷的變電所，應采用兩臺變壓器，當在技術上經(jīng)濟上比較合理時，也可以采用三臺變壓器；對只有二級負荷而無一級負荷的變電所，也可采用一臺變壓器，并在低壓側架設與其他變電所聯(lián)絡連作為備用電源，或另有備用電源。（2） 對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大的工廠變電所，可考慮用兩臺變壓器。（3） 對于一般的三級負荷，采用一臺主變壓器。但是符合集中且容量相當大的三級負荷，也可采用兩臺或多臺變壓器。（4） 考慮符合的發(fā)展，留有一定的余地。二變

13、壓器容量的選擇（1）單臺變壓器容量的確定裝單臺變壓器時，其額定容量SN應能滿足全部用電設備計算負荷SC，考慮負荷發(fā)展留有余量并考慮變壓器經(jīng)濟運行，即 (2)兩臺變壓器容量的確定 裝兩臺變壓器時，每臺變壓器額定容量SN應能同時滿足以下條件：任意一臺變壓器單獨運行時，應滿足總計算負荷SC的60%-70%的要求，即 任意一臺變壓器單獨運行時，應能滿足一二級負荷SC的需要，即 對于沖壓車間我們3 無功功率補償選用三級負荷，為了安全可靠性我們選用兩臺主變壓器。因此可選用兩臺容量均為1600KVA的變壓器具體型號為S9-1600/10 （1）功率因數(shù)  功率因數(shù)低對供配電系統(tǒng)的影響 

14、功率因數(shù)低是無功功率大的表現(xiàn)，無功功率大會對系統(tǒng)造成如下影響：  1） 使配電設備的容量增加：在三相交流系統(tǒng)中，電流和有功功率的關系式是： 其中有功功率P是系統(tǒng)向用電設備提供的，要轉化為其他形式能量的功率，這部分功率是不能減少的。因此在電壓一定時，功率因數(shù)越小，即無功分量越大，則電流越大。若要承受較大的電流，系統(tǒng)電氣設備的容量必然要加大，這就會增加系統(tǒng)成本，使電氣設備利用率降低。  2）使供電系統(tǒng)的損耗增加：從供配電系統(tǒng)功率損耗計算式中不難看出，通過系統(tǒng)的電流增加，系統(tǒng)上的功率損耗也會增加。 3）使電壓損失增加：線路電流越大，電壓損失也就越大。  4）使發(fā)電機效率

15、降低：系統(tǒng)中負荷對無功功率需求量增大時，發(fā)電機必須增發(fā)相應的無功功率去平衡，這樣就降低了效率。  （2）提高功率因數(shù)的方法 要使供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高，一般可從兩個方面采取措施。一是提高用電設備的自然功率因數(shù)，自然功率因數(shù)是指不用任何補償裝置時的功率因數(shù)；一是采取人工補償?shù)姆椒ㄊ故箍偣β室驍?shù)得以提高，總功率因數(shù)是指采用了補償裝置后得到的功率因數(shù)。  采用人工補償提高功率因數(shù)的方法：人工補償方法有發(fā)電機補償、電容器補償、調相機補償和靜止補償器補償，常用的主要有兩種，一是采用同步電動機補償，一是采用并聯(lián)電容器補償。  （3）并聯(lián)電容器補償并聯(lián)電容器容量的確定1）采用

16、固定補償方式補償容量的計算在變電所610kV高壓母線上進行人工補償時，一般采用固定補償，補償容量按下式計算。 (3-1)式 (3-1)中，Qcc為補償容量；Pav為平均有功功率，Pav=KalPc或Wat，Pc為有功計算負荷，Kal為有功負荷系數(shù)；tanav1為補償前平均功率因數(shù)的正切值；tanav2為補償后平均功率因數(shù)的正切值。2) 采用自動補償方式補償容量的計算在變電所0.38kV母線上進行補償時，一般常用自動補償，即根據(jù)功率應屬測量值按功率因數(shù)設定值，自動投入或切除電容器。 （3-2）式（3-2）中，tan1為自然功率因數(shù)角的正切值；tan2為總功率因數(shù)角的正切值。并聯(lián)電容器臺數(shù)確定在確

17、定了并聯(lián)電容器的容量后，根據(jù)并聯(lián)電容器的型號，來確定并聯(lián)電容器的數(shù)量。 （3-3）式（3-3）中，QcN為單個電容器的額定容量。對于有上式計算所得的數(shù)值，應取相近偏大的整數(shù)，如果是單相電容器還應取為3的倍數(shù)，以便三相均衡分配。變壓器的選擇（1）沖壓車間供電負荷統(tǒng)計取同時系數(shù) （2） 沖壓車間的無功功率補償（將功率因數(shù)提高到0.9以上） 取所以需要無功補償選用BWF6.3-100-1W考慮補償容量三相平衡，應裝設15臺，每相三臺。此時并聯(lián)電容器容量為15*100=1500kvar，實際功率因數(shù)為滿足要求。 車間變電所主接線下圖為電纜進線和架空進線單臺變壓器的車間變電所的主接線圖。一次側為線路變壓

18、器組接線二次側為單母線不分段接線。電纜進線的車間變電所主接線 架空進線的車間變電所主接線 車間變電所為雙回路進線有兩臺變壓器時，采用一次側雙線路變壓器組接線二次側單母線分段接線，如圖所示。 圖3-7 雙回路進線車間變電所主接線本工廠的車間變電所采一次側雙線路變壓器組接線二次側單母線分段接線。短路電流計算 一.短路的原因 系統(tǒng)中最常見的故障就是短路，短路就是指一切非正常情況下的相與相之間或相與地之間的電氣連接。產(chǎn)生短路的原因有：電力系統(tǒng)中電氣設備絕緣被損壞、有關人員誤操作、自然災害等。  二 短路的后果 短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流比正常負荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)

19、中，短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。短路電流對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害。  短路時要產(chǎn)生很大的點動力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞，甚至引發(fā)火災事故。  短路時電路的電壓驟降，嚴重影響電氣設備的正常運行。  短路時保護裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。  嚴重的短路要影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)結列。  由此可見，短路的后果是十分嚴重的，因此必須盡力設法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進行短路電流的計算，以便

20、正確地選擇電氣設備，使設備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。為了選擇切除短路故障的開關電器、整定短路保護的繼電裝置和選擇限制短路電流的元件（如電抗器）等，也必須計算短路電流。 三 短路的種類三相交流系統(tǒng)的短路種類主要有三相短路.兩相短路.單相短路和兩相接地短路。 四 短路計算的目的為確保電力設備在短路時不致?lián)p壞，減輕短路的危害，需要計算短路電流。短路計算的目的有：選擇和檢驗電氣設備；進行繼電保護裝置的選型與整定計算；分析電力系統(tǒng)故障及穩(wěn)定性；選擇限制短路的措施。 五 短路電流計算2選用標幺值計算短路電流（1） 確定基準值取則 (2)計算短路電流中各主要原

21、件的電抗標幺值 電力系統(tǒng)的電抗標幺值（取斷路器的斷流容量為200MVA） 架空線路的電抗標幺值 電力變壓器的電抗標幺值(3) 計算K1點短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流 三相短路容量(4) 計算K2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流 三相短路容量5變電所高低壓設備的選擇 電氣設備選擇的一般原則 供配電系統(tǒng)中的電氣設備總是在一定的電壓，電流，頻率和工作環(huán)境條件下工作的，電氣設備除了滿足正常的工作條件外，還應能夠承受一定的短路電流，開關電器還必須具有足夠的斷

22、流能力，并適應一定的環(huán)境條件。電氣設備的選擇應根據(jù)以下原則：(1)按使用環(huán)境和工作條件選擇電氣設備型號所選擇的電氣設備必須適應設備所處的位置（戶內(nèi)或戶外），環(huán)境溫度，海拔高度以及防塵防火防腐防爆等環(huán)境條件。(2) 按正常工作條件選擇電器設備 按工作電壓選擇電器設備的額定電壓一般電氣設備允許的最高工作電壓為設備額定電壓的1.11.15倍，而電氣設備所在的電網(wǎng)電壓波動一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.15倍。因此，電氣設備的額定電壓UN應不低于其所接電網(wǎng)的額定電壓UN s，即 UNUN s 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IN是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，設備的長期允許電流Ial。因此，

23、所選擇設備的額定電流IN應不小于實際通過它的最大負荷電流Imax（或計算電流Ic），即 INI max或 INI c(3)按短路條件校驗電氣設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定為了保證電氣設備在短路故障時不致?lián)p壞，就必須按最大可能的短路電流校驗電氣設備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。 短路動穩(wěn)定校驗條件導體或電氣設備在沖擊短路電流所產(chǎn)生的電動力作用下不致?lián)p壞。啟動動穩(wěn)定校驗條件為 或 （6-1）式（6-1）中i max和I max分別為電氣設備的極限通過電流峰值和有效值。 短路熱穩(wěn)定校驗條件電氣設備載流導體在動態(tài)短路電流的作用下，其發(fā)熱溫度不超過載流導體短路時的允許發(fā)熱溫度。導體或電氣設備通過短路電流時，應滿足的熱穩(wěn)定條件為 （6-2）式（6-2）中，It為電氣設備的t秒熱穩(wěn)定試