電氣工程其自動化課程設(shè)計

1、前言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。電能既易于由其余形式的能量變換而來，又易于變換為其余形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)理和丈量，有益于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。所以，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個公民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能固然是工業(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?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，其實不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總數(shù)中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化今后可以大大增添產(chǎn)量，提升產(chǎn)質(zhì)量量，提升勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減少工人

2、的勞動強度，改進(jìn)工人的勞動條件，有益于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，假如工廠的電能供應(yīng)忽然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的結(jié)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，擁有十分重要的意義。因為能源節(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(shè)擁有十分重要的戰(zhàn)略意義，所以做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、增援國家經(jīng)濟建設(shè)，也擁有重要的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，的確保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就一定達(dá)到以下基本要求：1）安全:在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不該發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。2）靠譜:應(yīng)滿足電能用戶對供電靠譜性的要求。3）優(yōu)良:應(yīng)

3、滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求4）經(jīng)濟:供電系統(tǒng)的投資要少，運轉(zhuǎn)花費要低，并盡可能地節(jié)約電能和減罕有色金屬的耗費量。其余，在供電工作中，應(yīng)合理地辦理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照料局部的當(dāng)前的利益，又要有全局看法，能顧全全局，適應(yīng)發(fā)展。工廠供電設(shè)計的一般原則依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB50053-9410kv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)計一定依據(jù)以下原則：1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；2）安全靠譜、先進(jìn)合理；3）近期為主、考慮發(fā)展；4）全局出發(fā)、兼?zhèn)浼鎮(zhèn)洹?負(fù)荷計算和無功功率賠償負(fù)荷計算單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算

4、式:有功計算負(fù)荷P30PeKd無功計算負(fù)荷Q30P30tan視在計算負(fù)荷S30P30S30cos計算電流I303UN單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算式：有功計算負(fù)荷P30(bPe)i(cPx)max無功計算負(fù)荷Q30(bPetan)i(cPx)maxtanmax視在計算負(fù)荷S30P302Q302計算電流I30S303UN3）各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算如表3表機械廠負(fù)荷計算表設(shè)需備要編容系名類數(shù)costan號量稱別KdPekW動30力0鑄1造車照0間明小計動28力0鍛2壓車照07間明小28計7動30力0金照903工車明間30小計9動34力0工照04具車明間小計動17力5電照85鍍車明間28小計3動14熱

5、5力6辦理照0車間明計算負(fù)荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A4小計動15裝力0照7配車0明間小計動15機力5照修車0明間小計動75力9鍋照0明爐房小計動20力1倉照00庫明小計1生照321活區(qū)明0動19力40總計照（38明0V側(cè)）計入Kp=Kq=無功功率賠償由表可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)不該該低于?？紤]到主變壓器的無功消耗遠(yuǎn)大于有功消耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷是功率要素應(yīng)稍大于，暫取來計算380V側(cè)所需無功功率賠償容量：QcP30(tan1tan2)766.29（tanarccos0.75tanarccos0.9

6、2)349kvar應(yīng)選PGJ1型低壓自動賠償屏，并聯(lián)電容器為型，采納其方案1（主屏）1臺與方案53（輔屏）4臺相組合，總合容量側(cè)的負(fù)荷計算如表所示。項目cos380V側(cè)賠償前負(fù)荷380V側(cè)無功賠償容量5=360kvar。所以無功賠償后工廠380V側(cè)和10KV表負(fù)荷計算表計算負(fù)荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A-360380V側(cè)賠償后負(fù)荷主變壓器功率損1250耗10kV側(cè)負(fù)荷總計859506變電所地址和型式的選擇變電所的地址應(yīng)盡量湊近工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按功率矩法來確立，計算公式為式（）和（）。變電所的地址應(yīng)盡量湊近工廠的負(fù)荷中心.工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確立.即在工

7、廠平面圖的下面和左邊,任作向來角坐標(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)地址,比方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.所以模擬力學(xué)被騙算重心的力矩方程,可得負(fù)荷中心的坐標(biāo):Px1PxPx3(Px)1223iixPPPP123iPyPyPy3(Py)11223iiyP1P2P3Pi工廠生活區(qū)4大生活區(qū)的公共電源干線后廠門負(fù)荷中心街大街158廠區(qū)負(fù)荷中心269鄰廠10北37機械廠總平面圖大街比率1：2000圖XX機械廠總平面圖按比率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)地址表所示7表負(fù)荷點的坐

8、標(biāo)地址表坐1234567891生標(biāo)軸0活區(qū)X(6)Y(6)由計算結(jié)果可知，x=y=工廠的負(fù)荷中心在6號廠房的西南角?？紤]的方便進(jìn)出線及四周環(huán)境狀況，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。8變電所主變壓器的選擇和主結(jié)線方案的選擇變電所主變壓器的選擇依據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源狀況，工廠變電所的主變壓器考慮有以下兩種可供選擇的方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器型式采納S9型，而容量依據(jù)式SN.TS30，選sNT=1000S30=859kva，即選一臺S9-1000/10型低消耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由與周邊單位相聯(lián)的高壓聯(lián)系線來擔(dān)當(dāng)。（2）裝設(shè)兩臺主變壓器型號

9、亦采納S9，而每臺變壓器容量按式y(tǒng)piyi和式piSNTS30()選擇，即SNT=）S30=（）859=515kva601kva且SNTS30()=+=所以選兩臺S9630/10型低消耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦由與周邊單位相聯(lián)的高壓聯(lián)系線來擔(dān)當(dāng)。主變壓器的聯(lián)系組均采納Yyn0。變壓器主接線方案的選擇按上邊考慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計以下兩種主接線方案：（1）裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案，以以下圖（2）裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案，以以下圖9圖裝設(shè)一臺主變壓器的主結(jié)線方案圖裝設(shè)兩臺主變壓器的主結(jié)線方案兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較如表所示。10表兩種主接線方案的比較比較項目裝設(shè)一臺

10、主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技供電安全性滿足要求滿足要求術(shù)供電靠譜性基本滿足要求滿足要求指供電質(zhì)量因為一臺主變，電壓消耗較因為兩臺主變并列，電壓損標(biāo)大耗小靈巧方便性只一臺主變，靈巧性稍差因為有兩臺主變，靈巧性較好擴建適應(yīng)性稍差一些更好一些由手冊查得S91000單價由手冊查得S9630單價電力變壓器的為萬元，而由手冊查得變壓器為萬元，所以兩臺綜合投資為4綜合投資綜合投資約為其單價的2倍，萬元=42萬元，比一臺變壓器所以其綜合投資為2萬元=萬多投資萬元元經(jīng)高壓開關(guān)柜查手冊得GGA（F）型柜本方案采納6臺GGA（F）（含計量柜）的綜按每臺萬元計，查手冊得其綜柜，其綜合投資額約為6=濟合投資按設(shè)備價倍

11、計，所以其萬元，比一臺主變的方案多投合投資額綜合投資約為4=21萬元資萬元指參照手冊計算，主變和高壓主變和高壓開關(guān)柜的折舊電力變壓器和開關(guān)柜的折算和維修管理費每費和維修管理費每年為萬元，標(biāo)年為萬元（其余略）比一臺主變的方案多耗萬元高壓開關(guān)柜的年運行費供電貼費按800元/KVA計，貼費為貼費為2630萬元=萬1000=80萬元元，比一臺主變的方案多交萬元從表可以看出，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。11短路電流的計算繪制計算電路以以下圖圖短路計算電路確立短路計算基準(zhǔn)值設(shè)Sd100MVA，UdUc1.05UN，即高壓側(cè)Ud110.5kV，低壓側(cè)Ud20.4kV，

12、則Id1Sd100MVA5.5kA3Ud1310.5kVId2Sd100MVA144kA3Ud230.4kV計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值（1)電力系統(tǒng)已知故X1=100MVA/500MVA=Soc=500MVA,（2)架空線路LJ-120的X0故X2=100=/km，而線長12km10.524.5100=（3)電力變壓器UZ%=,故X3=1001000所以繪短路計算等效電路以以下圖12圖等效電路10KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1)總電抗的標(biāo)幺值X(K1)=X1X2=+=（2)三相短路電流周期重量有效值IK31Id1=5.5=XK14.0（3)短路次暫態(tài)短路電流I3=IK31=（4)短路穩(wěn)

13、態(tài)電流I(3)IK(3)1=（5)短路沖擊電流ish(3)2.55I(3)=短路后第一個周期的短路電流有效值(3)1.51I(3)=三項短路容量(3)Sd=100IshSK1X(K=25MVA1)4.0380KV側(cè)三相短路電流和短路容量（1）總電抗的標(biāo)幺值X(K2)=X1X2=+=（2）三相短路電流周期重量有效值IK32Id1=144=XK28.5（3）短路次暫態(tài)短路電流I3=IK32=（4）短路穩(wěn)態(tài)電流I(3)IK(3)2=（5）短路沖擊電流ish(3)1.84I(3)=短路后第一個周期的短路電流有效值Ish(3)1.09I(3)=三項短路容量SK(3)2Sd=100=X(K2)8.513以

14、上計算結(jié)果綜合如表表短路的計算結(jié)果三相短路電流/kA三相短路計算短路容量點/MVAIk(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)UNk-125l-214變電所一次設(shè)備的選擇校驗10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗如表所示表10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電電斷動熱其壓流流穩(wěn)穩(wěn)他能定定力度度裝置地址參UNINIK(3)ish(3)I(3)2tima條件數(shù)數(shù)10據(jù)額定參數(shù)高壓少油斷10kV630A16kA40kA512路器SN10-10I/630一高壓隔走開10kV200A500次關(guān)GN-10/200設(shè)高壓熔斷器10kV50kA備RN2-10型電壓互感器10/號JDJ-10規(guī)電壓互感器格JDZ

15、J-10電流互感器10Kv100/81二LQJ-105A次負(fù)荷避雷器10kVFS4-10戶外式高12kV400A25Kv500壓隔走開關(guān)GW4-15G/200表所選一次設(shè)備均滿足要求。380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗如表所示。15表380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電電斷動熱其壓流流穩(wěn)穩(wěn)他能定定力度度裝置地址參UNI30IK(3)ish(3)I(3)2tima條件數(shù)數(shù)380據(jù)額定參數(shù)低壓斷路器380V150040kVDW15-1500/3DA一低壓斷路器380V630A30kA次DZ20-630設(shè)低壓斷路器380V200A25kA備DZ20-200型低壓刀開關(guān)380V1500號HD13-15

16、00/30A規(guī)電流互感器500V1500格/5A電流互感器500V100/5160/5避雷器戶外隔走開關(guān)表所選一次設(shè)備均滿足要求。高低壓母線的選擇參照表528，10kV母線選LMY-3（404），即母線尺寸為40mm4mm；380V母線選LMY-（312010）806,即母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。16變電所進(jìn)出線以及周邊單位聯(lián)系線的選擇10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗采納LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。I30I1NT57.7A1)按發(fā)熱條件選擇由及室外環(huán)境溫度32C，查表8-36，初選LJ-16，其35C時的Ia

17、l93.5AI30滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度查表8-34，最小同意截面Amin35mm2，所以按發(fā)熱條件選擇的LJ-16不滿足機械強度要求，故改選LJ-35。因為此線路很短，不需校驗電壓消耗。（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗采納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I30I1NT57.7A及土壤溫度25C查表8-44，初選纜芯截面為Amin25mm2的交聯(lián)電纜，其Ial90AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗短路熱穩(wěn)固按式CM計算滿足短路熱穩(wěn)固的最小截面WAminI(3)15800.75mm218mm225mm277式中C值由表5-1

18、3差得；tima按終端變電所保護(hù)動作時間，加斷路器斷路時間，再加計，故tima0.75s。所以YJL22-10000-325電纜滿足短路熱穩(wěn)固條件。380V低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鍛造車間）的線路采納VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30254A及地下土壤溫度25C，查表8-43，初選纜芯截面185mm2，其Ial273AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗電壓消耗由圖11-3所示工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為100m，17而由表8-42查得185mm2的鋁芯電纜R00.21/km（按纜芯工作溫度75C計），X00.07km，又1號廠房

19、的P30=，Q30=，所以按式UpRqX得：UN117.2kW(0.210.1)119.7kvar(0.070.1)U0.38kV8.68vU%8.68VUal%5%100%2.3%380故滿足同意電壓消耗的要求。短路熱穩(wěn)固度校驗按式CM計算滿足短路熱穩(wěn)固的最小截面WAminI(3)tima170000.75mm2193.7mm2C76因為前面按發(fā)熱條件所選185mm2的纜心截面小于Amin，不滿足短路熱穩(wěn)固要求，故改選纜芯截面為240mm2的電纜，即選VLV22-1000-3240+1120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、

20、9號廠房的線路都比10號的小，亦采納VLV-22-1000-3240+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（庫房）的線路因為庫房就在變電所旁邊，并且共一建筑物，所以采納的聚氯乙烯絕緣的鋁芯導(dǎo)線BLV-1000型（見表8-30）5根（包含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I307.6A及環(huán)境溫度（年最熱月均勻氣溫）32C，查表8-41，相線截面初選4mm2，其Ial31AI30,滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，N線和PE線也都選為4mm2，與相線截面同樣，即采納BLV-1000-14mm2塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑25mm的硬塑管埋地敷設(shè)。2）校

21、驗機械強度查表8-35，最小同意截面積Amin2.5mm2,所以上邊所選4mm2的導(dǎo)線滿足機械強度要求。3)校驗電壓消耗所穿選管線，預(yù)計長44m，而由查8-39查得18R0=13.8km,X0=0.127km,又庫房的P30=4.8kW,Q30=1.4kvar,所以4.8kW(13.80.04)1.4kvar(0.1270.04)U0.38kV7.64V7.64V100%2%Ual%5%U%380V故滿足同意電壓消耗的要求。（4）饋電給生活區(qū)的線路采納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I30383.85A及室外環(huán)境溫度為33C，查表8-40，初選BLX-1000-1

22、240,其33C時的Ia1=455AI30,，滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度查表8-35，最小同意截面積Amin10mm2，所以BLX-100-1240滿足機械強度要求。3）校驗電壓消耗由圖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R0=0.14/km，X00.3/km,又生活區(qū)的P30240kW,Q3078.8kvar,所以240kW(0.140.2)78.8kvar(0.30.2)U0.38kV=30.1V100%=%Ua1=5%U%380不滿足同意電壓消耗要求。所以采納BLK-1000-1

23、120的三相架空線路，PEN均采用BLK-1000-175絕緣線。作為備用電源的高壓聯(lián)系線的選擇校驗采納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的周邊單位變配電所的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/310=而最熱月土壤均勻溫度為25C,所以查表8-44，初選纜芯截面為25mm2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25mm2），其Ial90AI30,滿足發(fā)熱條件。19（2）校驗電壓消耗由表8-42可查得纜芯為25mm2的鋁芯電纜的R0=1.54km(纜芯溫度按80C計)，X0=0.12km，

24、而二級負(fù)荷的P30=，Q30=線路長度按2km計，所以264.6kW(1.542)242.9kvar(0.122)U=10kV87.3V100%=%Ua1%=5%U%10000V因而可知該電纜滿足同意電壓消耗要求。（3）短路熱穩(wěn)固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)固校驗，可知纜芯25mm2的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)固要求的。綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)系線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表所示。表型號規(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）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）3至3號廠房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）80至4號廠房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）V至5號廠房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料電纜（直埋）低至6號廠房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料電纜（直埋）壓至7號廠房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）出至8號廠房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料電纜（直埋）線至9號廠房VLV22-1000-3240+1120四芯