畢業(yè)技術(shù)分析方案電氣班王浩

1、天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)環(huán)節(jié)技術(shù)報告系部名稱電氣工程系專業(yè) 電氣自動化專業(yè)題目名稱 建筑電氣在當(dāng)代的應(yīng)用學(xué)生姓名 王浩指導(dǎo)教師 吉紅2018年 3月建筑電氣在當(dāng)代的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計概述1.1 畢業(yè)設(shè)計題目建筑電氣在當(dāng)代的應(yīng)用1.2 畢業(yè)設(shè)計目的本設(shè)計是針對天津堿廠進(jìn)行的總結(jié)，涉及“發(fā)電廠電氣部分”、“電力系統(tǒng)分析”、“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”等課程有關(guān)內(nèi)容，通過設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析、解決本專業(yè)領(lǐng)域工程技術(shù)問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生獨立自學(xué)能力；使學(xué)生受到工程師的基本訓(xùn)練，即工程設(shè)計和科學(xué)研究的初步能力。1.3 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行 10kV 變電所擴大初步設(shè)計；繪制變電所電氣主接線圖；繪制配電裝置平面

2、圖及直擊雷保護(hù)范圍圖。負(fù)荷計算2.1 負(fù)荷概述天減變電所為綜合樓提供可靠的電源，負(fù)荷的確定是為了正確、合理地選擇電氣設(shè)備和線路，并為無功補償提高功率因數(shù)提供依據(jù)，由此再合理選擇變壓器開關(guān)電器等元件。電力負(fù)荷及其大小是供電設(shè)備設(shè)計計算的根本依據(jù)，正確合理地進(jìn)行負(fù)荷計算，對于投資的經(jīng)濟性，技術(shù)上的安全可靠性以及以后的經(jīng)濟運行和維護(hù)等關(guān)系重大，在本設(shè)計中采用需要系數(shù)法來確定計算負(fù)荷。無功功率補償所謂無功功率補償是把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量在相互轉(zhuǎn)化，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。根據(jù)天減的具體情況，及其無功補償方法的技術(shù)、經(jīng)濟比較

3、選用電力電容器補償中的并聯(lián)補償方法。并聯(lián)補償時把電容器并接到被補償設(shè)備的電路上，以提高功率因數(shù)，這種方法稱為并聯(lián)電容器補償，這種方法適用于用電單位。3.1 并聯(lián)電力電容器補償如圖3-1 所示為并聯(lián)電力電容器補償?shù)脑韴D。由圖可見電力電容器在圖中所示位置進(jìn)行無功補償時，線路WL1 輸送無功功率仍為無功功率，即，而變壓器輸送的無功功率則為，線路WL1 輸送的無功功率則為，因此，電源只需向電力負(fù)荷提供的功率。1/10通過以上可知并聯(lián)電力電容器降低了通過輸電線路及變壓器的功率或電流），同時也減少了對發(fā)電機無功功率的需求量。3.2 無功補償容量的計算根據(jù)設(shè)計要求與實際需要變電所的功率因數(shù)達(dá)到0.9，所以

4、對無功進(jìn)行補償。主變壓器選擇在發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。在輸配電系統(tǒng)中，變壓器起到橋梁作用，變壓器是借助電磁感應(yīng)原理，以相同的頻率，交換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。4.1 變電所變壓器容量、臺數(shù)、型號選擇變壓器容量變壓器空載運行時需用較大的無功功率，這些無功功率需由供電系統(tǒng)供給，變壓器容量如選的過大，不但增加投資，而且使變壓器長期處于輕載運行，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，使空載的損耗增加，功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加。若容量選的小，會使變壓器長期過負(fù)載，易損壞設(shè)備。變壓器的最佳負(fù)載率在 40%-70%之間，負(fù)載過高，損耗明顯增加，另一方面，

5、由于變壓器容量裕度小，負(fù)載稍有增長，便需要增容，更換大容量的變壓器，勢必增加投資，且影響供電?？傊x擇變壓器的容量，要以現(xiàn)有的負(fù)荷為依據(jù)，按照5-10年的發(fā)展計劃來確定，按照康威焦化綜合樓變電所的設(shè)計選用的變壓器容量為1000kVA。主變壓器臺數(shù)和型號1臺數(shù)變壓器的臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的特點和經(jīng)濟運行進(jìn)行選擇，要由負(fù)荷大小，對供電的可靠性和電能質(zhì)量的要求來決定，并兼顧節(jié)約電能、降低運行造價、維護(hù)設(shè)備等因素，確定變壓器臺數(shù)應(yīng)綜合考慮，進(jìn)行認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟比較。按負(fù)荷的等級和大小來說，對于帶一、二級負(fù)荷的變電所，當(dāng)一、二級負(fù)荷較多時，應(yīng)選兩臺或兩臺以上變壓器，如只有少量的一、二級負(fù)荷并能從相鄰的變電所取得

6、低壓備用電源，可以只采用一臺變壓器。對于像天津堿廠來說主要負(fù)荷是二、三類負(fù)荷 ，二級負(fù)荷主要是消防電梯、應(yīng)急照明等負(fù)荷；而三級負(fù)荷主要是電力設(shè)備和普通照明，根據(jù)需要擬裝設(shè)兩臺變壓器。2型號主變壓器的型號選擇主要考慮以下因素： 1） . 變電所的所址選擇； 2） . 建筑物的防火等級；3）. 建筑物的使用功能； 4） . 主要用電設(shè)備對供電的要求； 5） . 當(dāng)?shù)毓╇姴块T對變電所的管理體制等。設(shè)置在一類高、低壓主體建筑中的變壓器，應(yīng)選擇干式、氣體絕緣或非可燃性液體絕緣的變壓器；二類高、低壓主體建筑也宜如此，否則應(yīng)采取相應(yīng)的防火措施。主變壓器安裝在地下時，根據(jù)消防要求，不得選用可燃性油變壓器，地下

7、層一般比較潮濕，通風(fēng)條件不好，也不宜選用空氣絕緣的干式變壓器，而宜采用環(huán)氧樹脂澆注型或者六氟化硫型變壓器，綜合所述結(jié)合校的具體情況選型為SCB9-1000/10KV 變壓器。主變壓器確定天減下變電所的主變壓器型號為環(huán)氧樹脂澆注型，其技術(shù)參數(shù)如表2-1 所示。表 4-1 SCB9-1000/10變壓器技術(shù)參數(shù)2/10額定額定電壓 kV）空載負(fù)載短路空載型號容量高壓低壓損耗損耗阻抗電流變壓器連接組KVA）W）W）%）%）SCB9-1000/10100010.50.41660855061.04.2 干式變壓器的結(jié)構(gòu)為了確保供電安全，迫切需要即可深入負(fù)荷中心又無燃燒危險的變壓器，而當(dāng)今，隨著社會進(jìn)步，

8、干式變壓器得到了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)干式變壓器定義，所謂干式變壓器，就是指鐵心和繞組不浸入液體中的變壓器。干式變壓器的結(jié)構(gòu)與油浸式變壓器的差別不大，采用晶粒取向電工鋼片，軛和柱采用全斜接縫，心柱用鋼帶或自干型絕緣粘帶綁扎，也有用粘結(jié)劑將鐵心膠合，鐵心為防止因凝結(jié)而引起銹蝕，在鐵心表面涂有耐熱的防銹覆蓋漆或樹脂，容量較大時，鐵芯中要有氣道，氣道尺寸為15-20mm，而干式變壓器的繞組材料是銅箔或鋁箔，有時也采用銅線繞制，而低壓線圈 1000V 及以下），用銅箔 調(diào)度要求。可以靈活的投入和切除變壓器、線路、調(diào)配電源和負(fù)荷，能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調(diào)度要求。2

9、檢修要求?？梢苑奖愕耐＿\斷路器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備，進(jìn)行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。3擴建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設(shè)備改建量最小。3經(jīng)濟性經(jīng)濟性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。電氣主接線的原則1考慮變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求也不同。2考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù) 5 10 年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小和分布

10、、負(fù)荷增長速度以及地區(qū)網(wǎng)絡(luò)情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源數(shù)和出線回數(shù)。3考慮負(fù)荷的重要性分級和出線回數(shù)多少對主接線的影響對一級負(fù)荷，必須有兩個獨立電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，應(yīng)保證全部一級負(fù)荷不間斷供電；對二級負(fù)荷，一般要有兩個電源供電，且當(dāng)一個電源失去后，能保證大部分二級負(fù)荷供電。三級負(fù)荷一般只需一個電源供電。4考慮主變臺數(shù)對主接線的影響變電所主變的容量和臺數(shù)，對變電所主接線的選擇將產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、

11、靈活性要求低。4/105考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電、適應(yīng)負(fù)荷突增、設(shè)備檢修、故障停運情況下的應(yīng)急要求。電氣主接線的設(shè)計要根據(jù)備用容量的有無而有所不問。例如，當(dāng)斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當(dāng)線路故障時允許切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。5.2 電氣主接線設(shè)計程序1、電氣主接線的設(shè)計程序電氣主接線的設(shè)計伴隨著變電所的整體設(shè)計，即按照工程基本建設(shè)程序，歷經(jīng)可行性研究階段、初步設(shè)計階段、技術(shù)設(shè)計階段和施工設(shè)計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務(wù)的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設(shè)計思路、方法和步驟相同。(1

12、對原始資料進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如下：1本工程情況。主要包括：變電所類型；設(shè)計規(guī)劃容量；變壓器容量及臺數(shù)；運行方式等。2電力系統(tǒng)情況。電力系統(tǒng)近期及遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃 (510 年 ；變電所在電力系統(tǒng)中的位置 (地理位置和容量位置 和作用；本期工程和遠(yuǎn)景規(guī)劃與電力系統(tǒng)連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。3負(fù)荷情況。負(fù)荷的性質(zhì)及地理位置、電壓等級、出線回路數(shù)及輸送容量等。電力負(fù)荷在原始資料中雖已提供，但設(shè)計時應(yīng)該認(rèn)真地辯證地分析。因為負(fù)荷的發(fā)展和增長速度受政治、經(jīng)濟、工業(yè)水平和自然條件等方面影響。如果設(shè)計時，只依據(jù)負(fù)荷計劃數(shù)字，而投產(chǎn)時實際負(fù)荷小了，就等于積壓資金，否則電量供應(yīng)不足，就會影響其他工業(yè)的發(fā)

13、展。4環(huán)境條件。當(dāng)?shù)氐臍鉁?、濕度、覆冰、污穢、風(fēng)向、水文、地質(zhì)、海拔、地震等因素對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。特別是我國土地遼闊，各地氣象、地理條件相差甚大，應(yīng)子以重視。對重型設(shè)備的運輸條件也應(yīng)充分考慮。5設(shè)備制造情況。為使所設(shè)計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設(shè)計的先進(jìn)性、經(jīng)濟性和可行性。(2擬定主接線方案。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在原始資料分析的基礎(chǔ)上，可擬定若干個主接線方案。因為對電源和出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、容量以及母線結(jié)構(gòu)等考慮的不同，會出現(xiàn)多種接線方案(近期和遠(yuǎn)期 。應(yīng)依據(jù)對主接線的基本要求，從技

14、術(shù)上論證各方案的優(yōu)缺點，淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留 2 3 個技術(shù)上相當(dāng)，又都能滿足任務(wù)書要求的方案，再進(jìn)行可靠性定量分析計算比較，最后獲得技術(shù)合理、經(jīng)濟可行的主接線方案。(3 主接線經(jīng)濟比較。(4 短路電流計算。對擬定的電氣主接線，為了選擇合理的電器，需進(jìn)行短路電流計算。(5 電器設(shè)備的選擇。(6 繪制電氣主接線圖及其他必要的圖紙。(7 工程概算。包括：主要設(shè)備器材費；安裝工程費；其他費用。5.3 主接線設(shè)計主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)備常用的幾種形式，分為兩大類：有匯流母線的接線形式、無匯流母線的接線形式。短路計算選擇電氣設(shè)備、整定繼電保護(hù)、確定電氣主接線方案、考慮限制短路電流

15、的措施及分析電力系統(tǒng)是短路計算的最終目的。所謂短路是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接，既有相與相之間導(dǎo)體的金屬性短接或者經(jīng)小阻抗的短接，也有中性點直接接地系統(tǒng)或三相四線制系統(tǒng)中單相或多相接5/10地 穩(wěn)定度。短路必將造成局部停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大、給國民經(jīng)濟造成的損失也越大。短路也同時引起系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓降低特別是靠近短路點處降低得更多，短路點的電壓為零，結(jié)果可能導(dǎo)致非故障范圍部分或全部用戶的供電破壞。當(dāng)電壓降低到額定值的80左右時，電磁開關(guān)有可能斷開，因而中斷供電；當(dāng)電壓下降到30一 40。并持續(xù)達(dá)1s 以上時，電動機可能停止轉(zhuǎn)動，使工廠產(chǎn)品報廢，甚至造成人身傷亡事故。直到短

16、路故障被切除后，非故障系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓才能得以恢復(fù)。由此可見。短路的后果是十分嚴(yán)重的，且短路所引起的危害程度，與短路故障的地點、類型及持續(xù)時間等因素有關(guān)。為了保證電氣設(shè)備安全可靠運行，減輕短路的影響，除應(yīng)努力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素外，一旦發(fā)生短路，應(yīng)盡快切除故障部分，使系統(tǒng)的電壓在較短的時間內(nèi)恢復(fù)到正常值。為此，需要進(jìn)行短路電流計算，以便正確地選擇具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。電氣設(shè)備選擇與校驗在各級電壓等級的變電所中，使用各種電氣設(shè)備，諸如變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、母線、補償電容器等，這些設(shè)備的任務(wù)是保證變電所

17、安全、可靠的供電，因為選擇電氣設(shè)備時，必須慮及電力系統(tǒng)在正常和故障時的工作情況。所謂電氣設(shè)備的選擇，則是根據(jù)電氣設(shè)備在系統(tǒng)中所處的地理位置和完成的任務(wù)來確定它們的型號和參數(shù)。電氣設(shè)備選擇的總原則是在保證安全、可靠工作的前提下，適當(dāng)留有裕度，力求在經(jīng)濟上進(jìn)行節(jié)約。7.1 電氣設(shè)備及分類1、電氣設(shè)備電氣設(shè)備是指電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、變配電、用電設(shè)備的總稱，它包括發(fā)電機、變壓器及各種高低壓開關(guān)設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、導(dǎo)線、電纜和用電設(shè)備等。2、電氣設(shè)備的分類6/10電氣設(shè)備通常分類方法如下：1）.按電壓分通常把 1kV 以上的設(shè)備稱為高壓設(shè)備，1kV 以下的稱為低壓設(shè)備。2）.按電能質(zhì)量分交流設(shè)備、直流設(shè)備

18、、交直流兩用設(shè)備。3）.按設(shè)備所屬的電路性質(zhì)分一次設(shè)備、二次設(shè)備。4）.按是否組合分單元件設(shè)備、成套設(shè)備。5） .一次設(shè)備按其在一次電路中功能，又可分為發(fā)電設(shè)備、變換設(shè)備、控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、補償設(shè)備和用電設(shè)備。7.2 電氣設(shè)備選擇與校驗電氣設(shè)備的選擇是供配電系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。安全、可靠、經(jīng)濟、合理是選擇電氣設(shè)備的基本要求。電氣設(shè)備選擇的一般原則為：按正常工作條件下選擇額定電流、額定電壓及型號，按短路情況下校驗開關(guān)的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。在供配電系統(tǒng)中盡管各種電器設(shè)備的作用不一樣，但選擇的條件有諸多是相同的，在表 7-1 中列出了導(dǎo)體和電器選擇與校驗的工程。從表中可以看出為保證設(shè)

19、備可靠的運行，各種設(shè)備均應(yīng)按正常工作條件下的額定電壓和額定電流選擇，并按短路條件校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。7.3 高壓斷路器選擇與校驗高壓斷路器的選擇高壓斷路器是高壓電氣中的重要設(shè)備，是一次電力系統(tǒng)中控制和保護(hù)電路的關(guān)鍵設(shè)備，它在電網(wǎng)中的作用有兩方面，其一是控制作用，即根據(jù)電力系統(tǒng)的運行要求，接通或斷開工作電路，其二是保護(hù)作用，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，在繼電保護(hù)裝置的作用下，斷路器自動斷開故障部分，以保證無故障部分的正常運行。高壓斷路器的主要作用是：在正常運行時用它接通或切斷負(fù)荷電流；在發(fā)生短路故障或嚴(yán)重負(fù)荷時，借助繼電保護(hù)裝置用它自動、迅速地切斷故障電流，以防止擴大事故范圍。斷路器工作性能好壞直接

20、關(guān)系到供配電系統(tǒng)的安全運行。為此要求斷路器具有相當(dāng)完善的滅弧裝置和足夠強的滅弧能力。繼電保護(hù)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)是繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)裝置的統(tǒng)稱。它對保證系統(tǒng)安全運行和電能質(zhì)量、防止故障擴大和事故發(fā)生起著及為重要的作用。8.1 繼電保護(hù)對繼電保護(hù)的基本要求動作于跳閘線圈的繼電保護(hù)在技術(shù)上一般滿足以下幾個方面：1選擇性它是繼電保護(hù)裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)非故障元件仍繼續(xù)運行，盡量減小停電范圍。2靈敏性靈敏性是指對于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或非正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。3速動性速動性是指快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情7/10況下的工作時間，

21、以及減小故障元件的損壞程度。4可靠性可靠性是指在其規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動作，而在任何其他該保護(hù)不應(yīng)該動作情況下，則不應(yīng)該錯誤動作。繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)故障后工頻電氣量的主要特征變化如下：電流增大；電壓降低；電流與電壓之間的相位角發(fā)生變化；測量阻抗發(fā)生變化；出現(xiàn)負(fù)序和零序分量；電氣元件流入與流出電流的關(guān)系發(fā)生變化；利用故障時電氣量的變化特征，可以構(gòu)成各種作用原理的繼電保護(hù)。配電裝置配電裝置是發(fā)電廠和變電所的重要組成部分，在電力系統(tǒng)中起著接受和分配電能的作用，它是電氣主接線的連接方式，由開關(guān)電氣、保護(hù)和測量電氣、母線和必要的輔助設(shè)備組建而成的總體裝置。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生

22、故障時能迅速切斷故障部分，維持系統(tǒng)正常運行。防雷保護(hù)設(shè)計雷電所引起的大電壓將會對電氣設(shè)備和變電所的建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重危害，因此，在變電所和高壓輸電線路中必須采取有效措施，以保證電氣設(shè)備安全。10.1 雷電過電壓雷云放電在電網(wǎng)或者電力系統(tǒng)）中引起的過電壓，統(tǒng)稱雷電過電壓由于這種過電壓和電網(wǎng)的工作電壓本身沒有直接關(guān)系，其所需要的電磁場能量來自電網(wǎng)外部，所以又稱為外部過電壓，又由于雷云放電發(fā)生在大氣中，所以這種過電壓也成為大氣過電壓。該種過電壓通常為單極性，持續(xù)時間很短為級 幾微秒至幾十微秒）幅值可能很高可達(dá)100MV ）對電網(wǎng)危害很大，應(yīng)當(dāng)加以限制。雷電過電壓又分為：直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。直擊雷過電壓是由于雷直擊于電網(wǎng)引起的，感應(yīng)雷過電壓則是雷直擊于電氣設(shè)備附近，由于電磁感應(yīng)而在電網(wǎng)中產(chǎn)生的。感應(yīng)雷過電壓的幅值不太高，一般不超過 500-600kV ，它主要對 35kV 及以下電網(wǎng)構(gòu)成威脅。10.2 雷電的危害雷電的破壞作用主要是雷電波過電壓引起的，主要