化工厂车间变电所及低压配电系统设计

化工厂车间变电所及低压配电系统设计 摘 要 遵循安全、可靠、优质、经济的基本原则,提出工厂厂区供电的设计方案 。 本次设 计是关于化工厂氯乙烯车间变电所及车间低压配电系统设计。其中包括对车间进行了负荷 计算，变压器的选择，短路电流的计算以及主接线，二次回路，继电保护等各个方面的设 计。首先根据设计的任务和条件进行了各个部分的计算，然后根据计算的结果进行了车间 电气设备的选择及一、二次接线的设计，最后进行了继电保护及防雷和接地的设计。 关键词: 方案设计;工厂供电; 短路电流; 一、二次设备 Abstract According to the basic principles of safety, reliability, high quality and economic results, The power supply design program of the factory district is put forward. It is about design the Chemical plant to give or get an electric shock and the cartful a low pressure goes together with to give or get an electric shock system. The design includes the calculation of loads and short-circuit, electric current, the select of transformer and circuit, and design of main-circuit ,the second circuit ,protect. According to the duty and the condition of the design. carried the computation of each parts, then the basic on the result of the computation the workshop electrical equipment choice and one、two times wiring design, finally has carried on the protection andanti-radar and the earth design. Keywords: scheme design; plant power supply; the calculation carries; short-circuit electric current; one、 two times equipments 目录 前 言 ...................................................................... 1 1设计任务和条件 ............................................................ 1 1.1设计内容.............................................................................................................................. 1 1.2设计依据.............................................................................................................................. 1 1.3车间变电所配电范围 ............................................................................................................ 1 1.4负荷性质及电气设备选择 .............................................................................................. 1 2 总体方案设计 .............................................................. 3 3 各部分计算 ................................................................ 4 3.1车间负荷计算....................................................................................................................... 4 3.2无功功率补偿....................................................................................................................... 6 4 车间变电所主变压器的选择 .................................................. 7 5 变电所主接线的设计 ........................................................ 8 6 短路计算及变电所一次设备的选择 ............................................ 9 6.1 短路计算的相关公式 ..........................................................................................................10 6.2短路计算中应注意的问题 ....................................................................................................12 6.2.1 短路电流冲击系数的取值 .........................................................................................12 6.2.2 对电网中异步电动机负荷的处理 ..............................................................................12 6.2.3 系统等值电抗的估算 ................................................................................................13 6.2.4. 短路时母线残压的计算...........................................................................................13 7 变电所二次回路设计及继电保护整定 ......................................... 15 7.1 继电保护的任务 .................................................................................................................17 7.2 继电保护的要求 .................................................................................................................17 7.3 继电保护装置的操作电源 ...................................................................................................17 7.4 常用继电保护的结线及整定计算 .........................................................................................18 7.4.1 常用继电保护的结线 ................................................................................................18 7.4.2 继电保护的整定计算公式 .........................................................................................19 7.5 车间变压器的保护配置 .......................................................................................................19 8 变电所防雷和接地设计 ..................................................... 19 8.1 变电所的防雷保护 ..............................................................................................................19 8.2 接地保护 ............................................................................................................................20 总 结 ...................................................................... 20 前 言 工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量,会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂,如果能有一个高质量的供电系统,那么,就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统,有助于工厂增加产品产量,提高产品质量,降低生产成本,增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高,将会给企业,给国家造成不可估量的损失。 本次设计从工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂配电所及其一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保护，二次回路和防雷保护还有电气照明等方面入手按照国家的一些技术标准设计。 1设计任务和条件 1.1设计内容 本设计包括年产10万吨氯乙烯单体工程 氯乙烯界区内的电石除尘，电石破碎、乙炔发生、清静配置、渣浆输送、氯乙烯合成、单体压缩、精馏及污水处理、热水泵房、单体储罐、气柜、盐酸脱析、渣浆处理等工序的动力、防雷、防静电接地设计。 1.2设计依据 由工艺、动力、给排水、采暖通风、土建等专业提供的车间用电设备见表1。 1.3车间变电所配电范围 车间变电所设在氯乙烯单体车间西北角，承担为氯乙烯单体车间配电的任务 1.4负荷性质及电气设备选择标准 本厂为三班工作制，年最大负荷利用小时数为7000小时，属一级负荷。危险区域划分及其电气设备选型。本装置内气、单体压缩、精馏及污水处理、单体储罐、电石除尘、电石破碎、乙炔发生、清静配置盐酸脱析等工序划分为防爆二区。其它工序为非防爆区。在防爆区域所有电气设备均选用防爆电气设备，电动机为YB系列，操作柱为BZC 51系列，灯具选用BAD52系列，照明配电箱选用BXM51系列. 防爆等级为: Exde II BT4。在非防爆区域所有 电气设备均选用防水防尘防腐型.电动机为Y系列，操作柱为LNZ系列，灯具选用FAD系列。 表1 氯乙烯单体车间装置及相关参数一览表 装置名称 台数 规格型号 Pe(KW) Ue(V) Ie(A) 冷凝水泵 2 YB132S-4 5.5 380 11.6 污水泵 1 YB200L-4 30 380 56.8 喷雾冷却塔 2 YB200L-4 30 380 56.8 发生器给水泵 1 YB132S1-2 5.5 380 11.1 1,皮带机 1 YB180M-2 22 380 42 2,皮带机 1 YB180M-2 22 380 42 压缩机水站水泵 2 YB200L1-2 30 380 56.9 压缩机辅助油泵电机 3 YB160M2-2 15 380 29.4 粗破机 1 YB160L-2 18.5 380 35.5 细破机 2 YB160L-2 18.5 380 35.5 稳定塔进泵 2 YB225M-2 45 380 83.9 水环压缩机 2 YB315M-4 132 380 230 脱吸塔底泵 2 YB225M-2 45 380 83.9 清夜冷却泵 2 YB250M-2 55 380 102.7 水环真空泵 1 YB160M2-2 15 380 29.4 阻垢剂泵 2 YB801-4 0.55 380 1.5 引风机 1 YB280S-2 75 380 140.1 压缩机厂房吊车 1 YB280S-2 75 380 140.1 渣浆泵 2 YB250M-2 90 380 167 抗氧剂泵 2 YB801-4 0.55 380 1.5 缓蚀剂泵 2 YB90L-2 2.2 380 4.7 渣浆输送泵 2 YB250M-2 55 380 102.7 碱液循环泵 2 YB280S-2 75 380 140.1 清夜泵 2 YB200L1-2 30 380 56.9 表2 氯乙烯单体装置技术参数一览表 φ tanφ 装置名称 Pe(kw) kx cos冷凝水泵 5.5 0.8 0.84 0.646 污水泵 30 0.8 0.87 0.567 发生器给水泵 5.5 0.8 0.88 0.54 1,皮带机 22 0.8 0.88 0.54 2,皮带机 22 0.8 0.88 0.54 喷雾冷却塔 30 0.8 0.89 0.512 压缩机辅助油泵电机 15 0.8 0.84 0.646 压缩机水站水泵 30 0.8 0.89 0.512 稳定塔进泵 45 0.8 0.89 0.512 水环压缩机 132 0.8 0.89 0.512 脱吸塔底泵 45 0.8 0.89 0.512 清夜冷却泵 55 0.8 0.89 0.512 水环真空泵 15 0.8 0.84 0.646 新氢压缩机盘车电机 7.5 0.8 0.88 0.54 阻垢剂泵 0.55 0.8 0.76 0.882 引风机 75 0.8 0.89 0.512 压缩机厂房吊车 75 0.8 0.89 0.512 渣浆泵 90 0.8 0.89 0.512 发生器给水泵油泵电机 30 0.8 0.89 0.512 抗氧剂泵 0.55 0.8 0.76 0.882 缓蚀剂泵 2.2 0.8 0.86 0.593 渣浆输送泵 55 0.8 0.89 0.512 冷凝水泵 15 0.8 0.88 0.54 清夜泵 45 0.8 0.89 0.512 2 总体方案设计 本次设计是关于化工厂氯乙烯单体车间变电所及车间低压配电系统设计，我们最先从车间的布局考虑，参考了现在很多工厂的平面设计图对各部分的布局的可用性和经济性入手。 接下来开始进入工厂厂区的供电设计部分。先从各部分的计算入手，其中包括计算负荷和短路电流的计算和一次设备稳定度的效验，及低压配电屏的选择。接下来我们进行了对变电所高压进线和低压出线的选择，车间配电线路的设计。在变电所二次回路设计及继 电保护整定当中我们考虑了个方面的保护及对保护器具的选择。。 3 各部分计算 3.1车间负荷计算 一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。 此设计采用的是需用系数法来对车间装置进行电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑;单位产品耗电量法主要适用于某些工业。 3.1.1 按需要系数法确定负荷计算 3.1.1.1 需用系数法计算负荷的有关公式 A. 确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式: a. 有功计算负荷 (KW) ;式中，为用电设备组或用电单位的需要P,K,PK30xex 系数;为用电设备组或用电单位的总设备容量; Pe b. 无功计算负荷 Kvar Q,P,tan, 3030 式中，tan,为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值 P30c. 视在计算负荷(KV?A) S,30cos, S30I,UUd. 计算电流(A) 式中为用电单位供电电压额定值 30NN3 B. 确定多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷的公式: P,KPPa. 有功计算负荷 (KW) ,,3030,i KPP式中，为各组的计算负荷(KW);为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电,30,i KP干线负荷时可取=0.85,0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取, KP=0.8,0.9。 , b. 无功计算负荷 Kvar Q,KqQ,,3030,i 式中，为各组无功计算负荷(Kvar);为无功负荷同时系数，由设备组计算车间KqQ,30,i 配电干线负荷时可取=0.9,0.97，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取Kq, =0.85,0.95 。 Kq, 222c. 视在计算负荷(KV?A) S,P，Q303030 S30I,Ud. 计算电流(A) 式中为用电设备电压额定值(KV) U30NN3 e. 无功补偿公式 Q,P,(tan,,tan,)C3012 补偿前 ， ， 补偿后， cos,,0.85tan,,0.62cos,,0.95tan,,0.3311223.1.1.2 需用系数法计算负荷的结果 表3 氯乙烯车间装置 计 算 负 荷 一 览 表 装置名称 (KW) (Kvar) (KVA) PQS30,i30,i30,i冷凝水泵 4.4 2.842 5.24 污水泵 24 13.608 27.589 喷雾冷却塔 24 13.608 27.589 发生器给水泵 4.4 2.376 5 1,皮带机 17.6 9.5 20 2,皮带机 17.6 9.5 20 压缩机水站水泵 24 12.288 26.963 压缩机辅助油泵电机 24 15.505 28.57 粗破机 14.8 7.578 16.627 细破机 14.8 7.578 16.627 稳定塔进泵 36 18.432 40.445 水环压缩机 105.6 54.07 118.655 脱吸塔底泵 36 18.432 40.445 清夜冷却泵 44 22.528 49.432 水环真空泵 12 6.48 13.638 阻垢剂泵 0.44 0.388 0.587 引风机 60 30.72 67.407 压缩机厂房吊车 60 30.72 67.407 渣浆泵 72 36.864 80.89 发生器给水泵油泵电机 24 12.288 26.963 抗氧剂泵 0.44 0.388 0.587 缓侍剂泵 1.76 1.043 2.046 渣浆输送泵 44 22.528 49.432 碱液循环泵 60 30.72 67.407 清夜泵 24 12.288 26.963 压缩机 3.6 2.232 4.236 车间低压装置合计 P30(KW) Q30(Kvar) S30(KVA) 1349.28 786.60 1446.12 乘以同时系数 Kp=0.9 Kq=0.95 1214.35 747.27 低压无功补偿 -352.16 补偿后计算负荷 1214.35 395.10 1278.26 (依此数据选车间变压器) 3.2无功功率补偿 工厂中由于有大量的感应电动机等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂规律因数要求时，则考虑人工补偿。 工厂供电的功率因数，是衡量工厂对电能的利用程度及电气设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。根据国家标准,,3458—83《评价企业合理用电技术导则》规定，工业企业供电的功率因数应达到0. 9以上。又据国家标准,,50052—95《供配电系统设计规范》规定，“当采用提高自然功率因数后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。只有在经过技术经济比较确认采用同步电动机作为无功补偿装置合理时，才可采用同步电动机。 电力电容器选择计算: U%,QS(Kvar),用于调整母线电压时所需电容量 CK100 ,U%式中，为要实现的电压变化百分数，一般为1.5%~2.5%左右; S为该母线处系统的短路容量，MVA K 2%对于380V母线: Q,，450,0.09KvarC100 根据车间的负荷的无功补偿容量的计算可知，380V母线的无功补偿容量为352.10Kvar 380V母线侧并联电容器台数的选择计算: Q352.16，0.14c(台) n,,,,30q12c 综上所述: PGJ1型低压无功功率自动补偿屏 图1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏01号方案结线图 电容器为BW0.4—14—3型，每屏六个，84kvar;采用6步控制，每步投入14kvar。 4 车间变电所主变压器的选择 变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。 车间变电站变压器台数的选择原则: (1) 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器; (2)如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。 (3)当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立(公用)车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。 变压器容量的选择: (1) 变压器的容量ST(可近似地认为是其额定容量SN?T)应满足车间内所有用电 设备计算负荷S30的需要，即 ST?S30 ; (2)低压为0.4Kv的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV?A(JGJ/T16—92规定)或1250 KV?A(GB50053—94规定)。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。[这样选择的原因:一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KV?A的变压器更接近于负荷中心，减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量;另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。 除此之外，考虑到加氯乙烯单体车间在整个厂生产过程中所起到的作用，车间应该设有两台变压器，两套设备同时运行;每台变压器承担50%的计算负荷，两台变压器互为暗备用;装有两台变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足一下两个条件 任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%~70%的需要， 即 ST=(0.6~0.7)S30 任一台变压器单独运行时，应满足全部一 、二级负荷S30(?+?)的需要 (?+?) 即 ST?S30 综上所述: 依据车间低压装置的计算负荷可以选定氯乙烯单体车间变压器为: 选用10KV级S10系列节能型电力变压器两台。 其技术参数如下: 额定容量:1600KVA 一次侧额定电压:10000V 二次侧额定电压:400V 联结组别:Y，yn0或Dyn11 空载损耗:ΔPk=2.20KW 短路损耗:ΔPe=13.8KW 短路电压百分值:ud %=4.5 空载电流百分值:Ik %=0.6 5 变电所主接线的设计 电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又成为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字或图形符号并按工作顺序排列，详细的表示电气设备或成套装置的全部基本组成或连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。 电气设备的选择，配电装置的结构，今后供电的可靠性以及经济运行都与变电所的主接线有着密切的关系，因此要求设计的变电所的主接线在满足安全，可靠供电的前提下，尽可能使界限简单，经济。 为克服一般单母线存在的缺点，提高供电的可靠性和灵活性，把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段短路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。 单母线分段接线的优缺点 (1) 用短路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供 电; (2) 当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电 和不致使大面积停电 图2 电所主接线图 6 短路计算及变电所一次设备的选择 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路对供电系统产生极大的危害: (1)短路时产生很大的电动力和很高的温度，使故障元件和电路中的其他元件损坏; (2)短路时电压要骤降，严重影响电气设备的运行; (3)短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给经济造成的损失很大; (4)严重的短路要影响电力系统的运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系列解列; 在工厂供电系统中可能发生的短路形式有:三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。在可能发生的短路形式中，单相短路的机会最多，可能性也最大。而三相短路的可能性最小，但三相短路后的电流却最大，其危害和后果也系统解列，甚至电源停电，给企业、给国家造成严重的经济损失最严重。工厂供电系统若发生三相短路时大的三相短路电流进行计算，用以正确的选择和校验电气设备。高压电，强大的电动力和极高的温度会使故障元件和处于短路电路之中的其它电气设备都不能保证正常运行，严重时，可能造成。为此，应对危害最气设备的选择，其额定电压不应低于装置地点的额定电压。其额定电流也不低于通过设备的额定电流。供电系统中的主要高压电气设备都要进行三相短路电流校验。用三相短路冲击电流校验高压电气设备的动稳定性，用三相短路稳定的电流校验高压电气设备的热稳定性 6.1 短路计算的相关公式 表4 有名值与标幺值换算公式 参数名称 有名值 标幺值 说明 SS,功率 S 一般取,SdSd=100MVA UU,电压 U 一般取Ud=Uev ,Ud SIdI,I,电流 I d,I3Udd X是以Sd为, XSX基准容量的标dX,电抗 X = ,2幺值 XUdd 2U%SU%UkdKNX,X,变压器电抗 T,T100S100SNN XLS1d 为线路每公线路电抗 X,X,XLX,LL112Ud里电抗值 USX%X%UNdRRN电抗器电抗 %为电抗器X,XX,IR,RRN2100IU31003Nd铭牌上数值 2SSUddNX,,系统等值电抗 (MVA) 为某点短路X,SSS,SKKSS3IUKKKN容量，为该Ik (KA) IK点的三相短路 电流 2SUU%''d''NK电动机电抗 X, 为启动电KX,MSTMKS100SSTNN流倍数 根据经验值，一般10KV 电压级的基准数据如下示: ,=100MVA;=;基准电压为10.5KV;基准电抗为0.397;基准电流为9.16KA SUUddav 高压网络中对于无穷大电源系统三相短路标幺值法计算公式: ''1I,I,I, 为系统电源到短路点间的总阻抗; X,,,,t,,X,, S1''d''II,,I(KA) U为短路点处的平均电压，为次暂态短路电流 ,dX3U,,d ''''(MVA) S,3IUKN ''ik(KA) 为冲击电流，为短路电流冲击系数; i,2kIshshshsh 低压配电网络中短路电流的计算 (1) 高压侧系统的等值电抗 配电变压器容量较小，阻抗值较大，一般可认为短路时其高压侧母线电压保持不变， 即为无穷大电源系统。可据下式算出系统的等值阻抗(折算到400V 侧): 2400Z,m,;R,0.1X;X,0.995Zm,;S配电变压侧短路容量，KVA SSSSSkSK (2) 变压器的阻抗 22,PUU%U22KNKN R,m,;Z,m,;X,Z,Rm,TTTTT2100SSNN 式中，的单位为KW;的单位为V;的单位为KVA US,PNNK 22(1) 低压电网内电阻值较大，不能略去。用来代替计算中的电抗X。 Z,R，X (2) 一般采用标幺值法或有名值计算比较简便。 采用有名值计算时电压单位用V，电流用KA，容量用KVA，阻抗用。 m, 有关计算公式 UU(3)‘’(2)(3)avavI,I,I,,;I,0.866I ,KKK223Z3R，X,,, m,式中， 为短路回路每相的总阻抗，;、分别为短路回路每相的总电阻、总ZRX,,, m,电抗，;为平均额定线电压，V。 Uav 6.2短路计算中应注意的问题 ksh6.2.1 短路电流冲击系数的取值 高压电网中其它地点短路取1.8;1000V 及以下变压器低压侧0.4KV 短路时取1.3; 6.2.2 对电网中异步电动机负荷的处理 一些接在短路点附近(5m内)且容量较大的异步电动机(电动机容量大于100KW或总容量大于100 KW的感应电动机)，在短路初瞬次暂态阶段，短路点的电压为零，这些电动机因为有较大的惯性，转速不能立即降到零，因此其反电动势大于电网的剩余电压。此时看作一台发电机，能向短路点反馈次暂态短路电流和冲击短路电流。可按下公式计算: ''E0.9''M,,I,5.3II,I; MNMNMMN''0.17XM ''i,2KI,2K，5.3I,7.48KI; sh(M)sh(M)Msh(M)MNshMN ''式中，为电动机次暂态电势标幺值，一般取0.9; EM ''K为电动机次暂态电抗标幺值，一般取0.17;为电动机短路电流冲击系数，一般Xsh(M),M 高压电动机取1.4~1.6，低压电动机取1.0; 6.2.3 系统等值电抗的估算 Sd， 为系统分界母线处的短路容量(有时用该处断路器额定断流 X,SS,kSk 容量代替) 6.2.4. 短路时母线残压的计算 电网中发生三相短路时，短路点的电压降为零，短路点附近的电压也大为降低。为分析短路时电力系统的运行状态或因继电保护整定计算的要求，需要计算系统中某点在短路时的电压(残压) X, 为由短路点算起到系统某点的电抗标幺值; U,IXre,,,, 低压侧三相短路电流计算系统 图3 低压侧三相短路电流计算系统 表5 低压侧三相短路电流计算一览表 (3)''''短路点 I,I,I SiI,sh(M)shZq (KA) (KA) (KA) (MVA) d—1、9 148.81 344.67 162.2 102.98 d—2 27.18 61.13 29.63 18.81 d—3 85.41 192.09 93.1 59.1 d—4 20.13 45.27 21.94 12.66 d—5 117.35 263.92 127.91 81.21 d—6 10.35 23.28 11.28 7.17 d—7 8.37 18.82 9.12 5.79 d—8 33.65 75.68 36.68 23.28 备注: (3)I(1)---为三相短路时周期分量的有效值，用来作为推算其它各短路电流计算量的基本依据。 Zq (2)I---为三相短路电流的稳态有效值，用来校验电器和电路中载流部件的热稳定性。 ,''I(3)---为次暂态短路电流，用来作继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流量。 I(4)---为三相短路后第一周期内短路电流(指最严重情况下的最严重相的第一周期的电流峰值)的有效值，用来校验电器设备的动sh稳定性，有时也用作校验断路器的额定断流量。 i(5)---为三相短路冲击电流(指最严重短路情况下，三相短路电流中最严重相的第一周期的电流峰值)，用来校验电器设备和母线的sh动稳定性。 ''S(6)---为次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断能力。 i(7)---为电动机的反馈冲击电流 sh(M) i(8)---为考虑了电动机的反馈电流后短路电流的冲击值 sh, i,i，i sh,shsh(M) 7 变电所二次回路设计及继电保护整定 二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次回路运行的电路，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次回路在工厂供电系统虽是其一次设备的辅助系统，但它对一次的电路的安全、可靠、优质、经济地运行有着十分重要的作用，因此必须予以充分的重视。 各工序主要用电设备均采用现场及DCS(Distributed Control System)两地控制，现场操作柱要有电流显示，转换开关，开停按钮，电动机容量>110KW 时，采用数字式软起动柜进行减压起动.DCS系统给每台电机开车及停车两个信号，电气给DCS两个信号，一个运行信号，一个电机保护器4~20mA输出信号。 DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS具有以下特点: (1)高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用(2)开放性 局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 (3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。 采用JDB系列电动机综合保护器，主要是解决电机的过电流、过电压及断相时的保护问题。主要技术是通过电子元件对三相交流电进行检测及控制，当出现过电流、过电压及断相故障时自动对电机断电而施以保护。 对大功率电机采用数字软启动器进行降压启动，软起动器是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。 运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不 同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动与传统减压起动方式的不同之处是: (1)无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动 电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。 (2)有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。 (3)起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流 多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是: (1)在电机运行时可以避免软起动器产生的谐波 (2)软起动的晶闸管仅在起动停车时工作，可以避免长期运行使晶闸管发热，延长了使用寿命。 (3)一旦软起动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用 图5电动机综合保护器的电机控制二次回路接线图 图4数字式软启动柜减压启动二次回路接线图 7.1 继电保护的任务 (1) 故障时作用于跳闸。电力系统出现短路等故障时，作用于前方最近的断路器，使之迅速跳闸，切除故障部分，恢复系统其它部分的正常运行，同时发出信号，提醒运行值班人员及时处理事故。 (2)异常时发出信号。电力系统出现不正常工作状态如过负荷或故障苗头时，发出报警信号，提醒运行值班人员及时处理，以免发展为故障。 7.2 继电保护的要求 可靠性;选择性;灵敏性;速动性。 7.3 继电保护装置的操作电源 继电保护装置常用的操作电源采用镉镍蓄电池组直流操作电源。镉镍蓄电池组的优点:不受供电系统运行情况的影响，工作可靠，大电流放电性能好，使用寿命长，腐蚀性 小，投资少，运行维护简便。 7.4 常用继电保护的结线及整定计算 7.4.1 常用继电保护的结线 A. 定时限过电流保护的结线 图6定时限过电流保护的结线 图中QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器 KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈 KT----DS型时间继电器 KS----DX型信号继电器 B. 电流速断保护的结线 图7电流速断保护的结线 图QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器 KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈 7.4.2 继电保护的整定计算公式 A. 过电流保护动作电流整定计算公式 KKrelw 式中，为保护装置的可靠系数，对DL型电流继 I,IKOPL,maxrelKKrei 电器取1.2，对GL型电流继电器取1.3;为保护装置的结线系数，对两相两继电器式Kw 结线取1，对两相一继电器式结线取;为保护装置的返回系数，一般取0.8或0.85;3Kre Ki为电流互感器变流比;为线路或变压器的最大负荷电流。 IL,max B. 速断电流整定计算公式 KKrelw 式中为线路末端的最大短路电流 I,IIqbk,maxk,maxKi 7.5 车间变压器的保护配置 过电流保护-----防御内外部相间短路及作后备保护; 电流速断保护-----防御内外部引线短路; 瓦斯保护-----防御内部匝间故障，油面降低; 过负荷保护-----监视变压器的过负荷; 温度保护------监视变压器油温升高和冷却系统得故障; 8 变电所防雷和接地设计 8.1 变电所的防雷保护 本工程主要厂房为二类防雷建筑物，根据二类防雷建筑物的防雷措施规定，装设避 雷针做为防直击雷的措施. 独立避雷针的设置要求: (1)独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保 护物的反击。 S,0.3R，0.1h避雷针对被保护物不发生反击的最小距离Sa应满足下式的要求: ash 式中，Rsh为独立避雷针的冲击接地电阻;h为独立避雷针校验高度; (2)独立避雷针宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针,的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离式中，Se为地中距离，一般不S,0.3Resh 应小于3m。 (3)立避雷针不宜设在人经常通行的地方。 避雷针在地面上的保护半径r=1.5h，如被保护物的高度为时，在水平面上的保hhxx护半径按下列公式计算: rx 当时，;当时， h,h/2r,(h,h)ph,h/2r,(1.5h,2h)pxxxxxx p-----考虑到针太高时保护半径不成比例而应减小的系数。 5.530,h,120m当h?30m时，p=1;当时，。 p, h h---避雷针的高度;----避雷针在高度水平面上的保护半径; rhxx ----被保护物的高度; hx 该车间变电所的高度=10m ;避雷针高度h=30m;则避雷针保护的半径 hx r=(30-10)，1=20mx 8.2 接地保护 在电力系统中有两类接地保护方式:一类为中性点接地，即大电流接地系统;另一类为中性点不接地系统，即小电流接地系统。 为保证电气设备的正常工作和工作人员的安全，车间变压器采用中性点直接接地的方式，即工作接地。其它配电设备与电器采用接零保护，即将设备的金属外壳接到零线上;另外还需重复接地保护，这样当线路发生碰壳或接地短路时，可以降低零线对地电压，使人身避免触电危险。 总 结 工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量，会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂，如果能有一个高质量的供电系统，那么，就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统，有助于工厂增加产品产量，提高产品质量，降低生产成本，增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高，将会给企业，给国家造成不可估量的损失。 本次设计从工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂配电所及其一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保护，二次回路和防雷保护等方面入手按照国家的一些技术标准设计。用需要系数法对负荷进行了准确的计算。确定了单母线分段接线的主接线方式，从而实现了车间需求。通过与DCS系统的配合，加装电动机综合保护器等方法实现了电动机的远程监控。 致谢 通过这次毕业设计，我学会了综合的运用大学四年学的东西，学会了用严谨态度来做设计，为我走向社会打下了一个不错的基础，从一开始的比较迷茫，到最后能成功完成了这次设计，这里面有老师同学的帮助，也有自己努力。在这里我要感谢我的指导老师xxx，他在这次毕业设计中给了我很大的帮助。 参考文献: [1] 刘介才.工厂供电[M],机械工业出版社,1998 [2] 朴在林，变电所电气部分[M]， 中国水利水电出版社，2002 [3] 纪建伟 ，电力系统分析[M]，中国水利水电出版社 2002 [4] 孙国凯, 霍利民, 柴玉华. 电力系统继电保护原理[M], 中国水利水电出版社2002 [5] 吴希再、熊信银、唐国强 ，电力工程[M]， 华中科技大学出版社1995 [6]电力工程设计手册，中国电力出版社 ， 1998 [7]电力工程设备手册，中国电力出版社 ， 1998