1、天津渤海職業技術學院畢業環節技術報告系部名稱電氣工程系專業 電氣自動化專業題目名稱 建筑電氣在當代的應用學生姓名 王浩指導教師 吉紅2018年 3月建筑電氣在當代的應用畢業設計概述1.1 畢業設計題目建筑電氣在當代的應用1.2 畢業設計目的本設計是針對天津堿廠進行的總結，涉及“發電廠電氣部分”、“電力系統分析”、“電力系統繼電保護”等課程有關內容，通過設計培養學生綜合運用所學知識分析、解決本專業領域工程技術問題的能力；培養學生獨立自學能力；使學生受到工程師的基本訓練，即工程設計和科學研究的初步能力。1.3 畢業設計內容進行 10kV 變電所擴大初步設計；繪制變電所電氣主接線圖；繪制配電裝置平面

2、圖及直擊雷保護范圍圖。負荷計算2.1 負荷概述天減變電所為綜合樓提供可靠的電源，負荷的確定是為了正確、合理地選擇電氣設備和線路，并為無功補償提高功率因數提供依據，由此再合理選擇變壓器開關電器等元件。電力負荷及其大小是供電設備設計計算的根本依據，正確合理地進行負荷計算，對于投資的經濟性，技術上的安全可靠性以及以后的經濟運行和維護等關系重大，在本設計中采用需要系數法來確定計算負荷。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荷聯接在同一電路，當容性裝置釋放能量在相互轉化，感性負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。根據天減的具體情況，及其無功補償方法的技術、經濟比較

3、選用電力電容器補償中的并聯補償方法。并聯補償時把電容器并接到被補償設備的電路上，以提高功率因數，這種方法稱為并聯電容器補償，這種方法適用于用電單位。3.1 并聯電力電容器補償如圖3-1 所示為并聯電力電容器補償的原理圖。由圖可見電力電容器在圖中所示位置進行無功補償時，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，電源只需向電力負荷提供的功率。1/10通過以上可知并聯電力電容器降低了通過輸電線路及變壓器的功率或電流），同時也減少了對發電機無功功率的需求量。3.2 無功補償容量的計算根據設計要求與實際需要變電所的功率因數達到0.9，所以

4、對無功進行補償。主變壓器選擇在發電廠和變電站中，用來向電力系統或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。在輸配電系統中，變壓器起到橋梁作用，變壓器是借助電磁感應原理，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、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“大馬拉小車”現象，使空載的損耗增加，功率因數降低，網絡損耗增加。若容量選的小，會使變壓器長期過負載，易損壞設備。變壓器的最佳負載率在 40%-70%之間，負載過高，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。總之選擇變壓器的容量，要以現有的負荷為依據，按照5-10年的發展計劃來確定，按照康威焦化綜合樓變電所的設計選用的變壓器容量為1000kVA。主變壓器臺數和型號1臺數變壓器的臺數應根據負荷的特點和經濟運行進行選擇，要由負荷大小，對供電的可靠性和電能質量的要求來決定，并兼顧節約電能、降低運行造價、維護設備等因素，確定變壓器臺數應綜合考慮，進行認真的技術經濟比較。按負荷的等級和大小來說，對于帶一、二級負荷的變電所，當一、二級負荷較多時，應選兩臺或兩臺以上變壓器，如只有少量的一、二級負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荷是二、三類負荷 ，二級負荷主要是消防電梯、應急照明等負荷；而三級負荷主要是電力設備和普通照明，根據需要擬裝設兩臺變壓器。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） . 主要用電設備對供電的要求； 5） . 當地供電部門對變電所的管理體制等。設置在一類高、低壓主體建筑中的變壓器，應選擇干式、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，否則應采取相應的防火措施。主變壓器安裝在地下時，根據消防要求，不得選用可燃性油變壓器，地下

7、層一般比較潮濕，通風條件不好，也不宜選用空氣絕緣的干式變壓器，而宜采用環氧樹脂澆注型或者六氟化硫型變壓器，綜合所述結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氧樹脂澆注型，其技術參數如表2-1 所示。表 4-1 SCB9-1000/10變壓器技術參數2/10額定額定電壓 kV）空載負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 干式變壓器的結構為了確保供電安全，迫切需要即可深入負荷中心又無燃燒危險的變壓器，而當今，隨著社會進步，

8、干式變壓器得到了廣泛的應用，根據國家標準干式變壓器定義，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。干式變壓器的結構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，也有用粘結劑將鐵心膠合，鐵心為防止因凝結而引起銹蝕，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 調度要求。可以靈活的投入和切除變壓器、線路、調配電源和負荷，能夠滿足系統在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調度要求。2

9、檢修要求。可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修，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，無論一次和二次設備改建量最小。3經濟性經濟性主要是投資省、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中的地位和作用變電所在電力系統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、地區變電所、終端變電所、企業變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經濟性的要求也不同。2考慮近期和遠期的發展規模變電所主接線設計應根據 5 10 年電力系統發展規劃進行。應根據負荷的大小和分布

10、、負荷增長速度以及地區網絡情況和潮流分布，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和出線回數。3考慮負荷的重要性分級和出線回數多少對主接線的影響對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電源失去后，能保證大部分二級負荷供電。三級負荷一般只需一個電源供電。4考慮主變臺數對主接線的影響變電所主變的容量和臺數，對變電所主接線的選擇將產生直接的影響。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、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電、適應負荷突增、設備檢修、故障停運情況下的應急要求。電氣主接線的設計要根據備用容量的有無而有所不問。例如，當斷路器或母線檢修時，是否允許線路、變壓器停運；當線路故障時允許切除線路、變壓器的數量等，都直接影響主接線的形式。5.2 電氣主接線設計程序1、電氣主接線的設計程序電氣主接線的設計伴隨著變電所的整體設計，即按照工程基本建設程序，歷經可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設計思路、方法和步驟相同。(1

12、對原始資料進行分析，具體內容如下：1本工程情況。主要包括：變電所類型；設計規劃容量；變壓器容量及臺數；運行方式等。2電力系統情況。電力系統近期及遠景發展規劃 (510 年 ；變電所在電力系統中的位置 (地理位置和容量位置 和作用；本期工程和遠景規劃與電力系統連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。3負荷情況。負荷的性質及地理位置、電壓等級、出線回路數及輸送容量等。電力負荷在原始資料中雖已提供，但設計時應該認真地辯證地分析。因為負荷的發展和增長速度受政治、經濟、工業水平和自然條件等方面影響。如果設計時，只依據負荷計劃數字，而投產時實際負荷小了，就等于積壓資金，否則電量供應不足，就會影響其他工業的發

13、展。4環境條件。當地的氣溫、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質、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，應子以重視。對重型設備的運輸條件也應充分考慮。5設備制造情況。為使所設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，保證設計的先進性、經濟性和可行性。(2擬定主接線方案。根據設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，可擬定若干個主接線方案。因為對電源和出線回路數、電壓等級、變壓器臺數、容量以及母線結構等考慮的不同，會出現多種接線方案(近期和遠期 。應依據對主接線的基本要求，從技

14、術上論證各方案的優缺點，淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留 2 3 個技術上相當，又都能滿足任務書要求的方案，再進行可靠性定量分析計算比較，最后獲得技術合理、經濟可行的主接線方案。(3 主接線經濟比較。(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，需進行短路電流計算。(5 電器設備的選擇。(6 繪制電氣主接線圖及其他必要的圖紙。(7 工程概算。包括：主要設備器材費；安裝工程費；其他費用。5.3 主接線設計主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種形式，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備、整定繼電保護、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是短路計算的最終目的。所謂短路是指不同電位導電部分之間的不正常短接，既有相與相之間導體的金屬性短接或者經小阻抗的短接，也有中性點直接接地系統或三相四線制系統中單相或多相接5/10地 穩定度。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、給國民經濟造成的損失也越大。短路也同時引起系統網絡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，結果可能導致非故障范圍部分或全部用戶的供電破壞。當電壓降低到額定值的80左右時，電磁開關有可能斷開，因而中斷供電；當電壓下降到30一 40。并持續達1s 以上時，電動機可能停止轉動，使工廠產品報廢，甚至造成人身傷亡事故。直到短

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

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

18、、交直流兩用設備。3）.按設備所屬的電路性質分一次設備、二次設備。4）.按是否組合分單元件設備、成套設備。5） .一次設備按其在一次電路中功能，又可分為發電設備、變換設備、控制設備、保護設備、補償設備和用電設備。7.2 電氣設備選擇與校驗電氣設備的選擇是供配電系統設計的重要內容之一。安全、可靠、經濟、合理是選擇電氣設備的基本要求。電氣設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的開斷能力、短路熱穩定和動穩定。在供配電系統中盡管各種電器設備的作用不一樣，但選擇的條件有諸多是相同的，在表 7-1 中列出了導體和電器選擇與校驗的工程。從表中可以看出為保證設

19、備可靠的運行，各種設備均應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定和熱穩定。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備，是一次電力系統中控制和保護電路的關鍵設備，它在電網中的作用有兩方面，其一是控制作用，即根據電力系統的運行要求，接通或斷開工作電路，其二是保護作用，當電力系統中發生故障時，在繼電保護裝置的作用下，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荷電流；在發生短路故障或嚴重負荷時，借助繼電保護裝置用它自動、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、關系到供配電系統的安全運行。為此要求斷路器具有相當完善的滅弧裝置和足夠強的滅弧能力。繼電保護電力系統的繼電保護是繼電保護技術和繼電保護裝置的統稱。它對保證系統安全運行和電能質量、防止故障擴大和事故發生起著及為重要的作用。8.1 繼電保護對繼電保護的基本要求動作于跳閘線圈的繼電保護在技術上一般滿足以下幾個方面：1選擇性它是繼電保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除，保證系統非故障元件仍繼續運行，盡量減小停電范圍。2靈敏性靈敏性是指對于保護范圍內發生故障或非正常運行狀態的反應能力。3速動性速動性是指快速地切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性，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定的保護范圍內發生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不應該動作情況下，則不應該錯誤動作。繼電保護原理電力系統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生變化；測量阻抗發生變化；出現負序和零序分量；電氣元件流入與流出電流的關系發生變化；利用故障時電氣量的變化特征，可以構成各種作用原理的繼電保護。配電裝置配電裝置是發電廠和變電所的重要組成部分，在電力系統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，由開關電氣、保護和測量電氣、母線和必要的輔助設備組建而成的總體裝置。當系統中發生

22、故障時能迅速切斷故障部分，維持系統正常運行。防雷保護設計雷電所引起的大電壓將會對電氣設備和變電所的建筑物產生嚴重危害，因此，在變電所和高壓輸電線路中必須采取有效措施，以保證電氣設備安全。10.1 雷電過電壓雷云放電在電網或者電力系統）中引起的過電壓，統稱雷電過電壓由于這種過電壓和電網的工作電壓本身沒有直接關系，其所需要的電磁場能量來自電網外部，所以又稱為外部過電壓，又由于雷云放電發生在大氣中，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，持續時間很短為級 幾微秒至幾十微秒）幅值可能很高可達100MV ）對電網危害很大，應當加以限制。雷電過電壓又分為：直擊雷過電壓和感應雷過電壓。直擊雷過電壓是由于雷直擊于電網引起的，感應雷過電壓則是雷直擊于電氣設備附近，由于電磁感應而在電網中產生的。感應雷過電壓的幅值不太高，一般不超過 500-600kV ，它主要對 35kV 及以下電網構成威脅。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