电气工程自动化毕业论文17480.docx
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1、石家庄铁道学院毕业设计第1章 绪 论1.1 选题的背景和意义始于20世纪30年代的隧道掘进机施工法,随着5060年代机械工业和掘进机技术水平的不断提高,得到了很快的发展。到目前为止,世界上采用掘进机施工的隧道已超过1000座,总长度超过4000km。掘进机施工法已逐步成为长大隧道修建中主要的施工方法之一。随着隧道施工技技术机械化程程度的提高,隧隧道施工的耗耗电量也越来来越大,且负负荷集中。这这给电气设计计提出了更高高要求。为保保证施工质量量和施工安全全,确保隧道道施工的可靠靠性,合理的的施工供电设设计显得越来来越重要。在目前各种形式式的能源中,电电能具有如下下特点:易于于与其它形式式的能源相互
2、互转化;输配配简单经济;可以精确控控制、调节和和测量。因此此,电能在工工农业生产和和人民日常生生活中得到广广泛应用,生生产和输配电电能的电力工工业相应得到到极大发展。如如何安全、可可靠、经济、合合理地供配电电能和使用电电能是实现工工业电气自动动化的重要保保证和基础。1.2 国内内外研究现状状近代电气设计以以电能、电气气设备、电气气自动化技术术为主体的综综合性应用技技术。采用合合理配电方式式,采用高效效率变压器、电电动机和照明明电源、无功功功率补偿装装置和设备、监控电脑系系统等措施,减减少电能损耗耗,节约用电电1。供电的发展趋势势:(1)电源的发发展趋势:电电源电压范围围得以扩大,随随着负荷密度
3、度的增加,将将采用高压甚甚至超高压供供电。中、低低压配电系统统,从增加供供电容量提高高电能质量和和减少电能损损耗出发,220kV和6000V电压等级级正在酝酿应应用。(2)电力系统统的发展趋势势:根据用电电负荷的重要要级别和用电电设备的实际际要求,采用用自动控制技技术建立集中中监控和保护护,提高故障障检测和诊断断技术,应用用人工智能技技术建立高可可靠性、高质质量、低损耗耗、运行灵活活的电力系统统。(3)电气设备备的发展趋势势:根据标准准化、无油化化、小型化的的技术原则,电电气设备多选选用高绝缘裕裕度、低损耗耗及智能化、自自动化设备。(4)充分利用用计算机技术术:计算机技技术的应用在在供电部门和
4、和用电单位,通通过计算机及及其支持软件件,将各种信信息实时采集集、处理、传传递,实现有有效的控制和和协调,使电电气设备的运运行监控、系系统保护、用用电负荷管理理全面实现动动态优化管理理。(5)电力电子子技术在电力力系统和用电电系统中有着着广泛的应用用:电力电子子技术在电力力系统和用电电系统的应用用产生了很大大的经济效果果和节能效果果,发达国家家在用户终端端使用的电能能中,有600%以上的电电能至少经过过一次以上电电力电子变流流装置的处理理。在配电网网系统,电力力电子装置用用于防止电网网瞬时停电、瞬瞬时电压跌落落、闪变等,以以进行电能质质量控制,改改善供电质量量。在变电所所利用电力电电子装置更为
5、为操作系统提提供可靠的交交直流操作电电源。电力电电子技术的不不断进步给电电气工程的现现代化以巨大大的推动力。电电力电子技术术还将不断发发展,在电气气领域中实现现机电一体化化。(6)采用晶闸闸管变流装置置对长距离、大大容量电能实实现直流输电电:直流输电电解决了由于于交流线路存存在分布电抗抗和对地分布布电容,使电电缆中电压升升高且不便抑抑制的问题,而而且直流输电电线路具有架架设方便、能能耗小、导线线截面可得到到充分利用及及绝缘强度高高等优点,使使其更适宜远远距离大容量量输电。直流流输电联结不不同频率的电电网,并可实实现定电流控控制,限制短短路电流。近近年还发展起起来依靠电力力电子装置实实现柔性交流
6、流输电(FAACTS)。(7)无功补偿偿和谐波抑制制:这对电力力系统有重要要的意义。晶晶闸管控制电电抗器、晶闸闸管投切电容容器都是重要要的无功补偿偿装置。近年年来出现的静静止无功发生生器、有源电电力滤波器等等新型电力电电子装置具有有更为优越的的无功功率和和谐波补偿的的性能。1.3 供电电系统设计的的任务1.3.1 研究的主要要内容供电系统的设计计是根据电力力用户所处的的地理环境、地地区供电条件件、工艺和公公用工程设计计所提供用电电负荷资料等等进行的。供供电设计一般般分为两个阶阶段,初步设设计阶段和施施工图设计阶阶段。初级设设计主要落实实供电电源及及供电方式,确确定供电系统统方案;施工工图设计阶
7、段段则依据初步步设计方案具具体绘制施工工图,选定电电气设备2。1.3.2 供电设计的的主要内容按照工艺和公用用工程设计所所提供用电负负荷资料,计计算负荷;根据负荷等等级和计算负负荷,选定供供电电源、电电压等级和供供电方式;确定功率因因数及补偿措措施;根据环境和和计算负荷,选选择变电所位位置、变压器器数量和容量量;确定变配电电所主接线和和户外高压配配电方案;选择并校验验电气设备及及配电网线路路载流导体截截面;继电保护系系统设计和参参数整定计算算;确定高压变变电所的调度度方式;防雷设计和和接地设计;绘制供电系系统施工图;核算建设所所需器材与总总投资。第2章 负荷荷计算2.1 负荷荷计算2.1.1
8、负荷计算的的内容和目的的计算负荷是一个个假想的持续续性负荷,通通常采用300min的最最大平均负荷荷。这个负荷荷是设计时选选择电力系统统供电线路的的导线截面、变变压器容量、开开关电器及互互感器等额定定参数的依据据。在工程上上为方便计,亦亦可作为电能能消耗量及无无功功率补偿偿的计算依据据3。2.1.2 需要系数负负荷计算步骤骤根据施工用电平平面布置和用用电系统图,负负荷计算应从从开关箱、分分配电箱、总总电源箱逐级级进行,负荷荷计算通常采采用需要系数数法。(1)用电设备备组的计算负负荷及计算电电流有功功率(2-1)无功功率(2-2)视在功率(2-3)计算电流(2-4)(2)车间变电电所或配电干干线
9、的计算负负荷车间变电所或配配电干线的计计算负荷为各各用电设备组组的计算负荷荷之和再乘以以同时系数。有功功率(2-5)无功功率(2-6)视在功率 (2-7)以上式中:用电设备组组的设备功率率kW需要系数用电设备功功率因数角的的正切值 、有功、无无功同时系数数,分别取00.80.9和0.9930.997用电设备额额定电压kVV(3)总降压变变电所或配电电所的计算负负荷总降压变电所或或配电所的计计算负荷,为为各配电干线线的计算负荷荷之和再乘一一同时系数 和。对配电所所的和,分别取00.81和和0.951;对总降降压变电所的的和,分别取00.80.9和0.9930.997。计算变变电所高压侧侧负荷时,
10、应应加上变压器器的功率损失失。当简化计算时,同同时系数和都取 值。2.1.3 按需要系数数负荷计算的的结果(1)出口场区区负荷计算结结果列表如下下:表2-1 出出口场区用电电负荷一览表表用 电设 备用电负荷kW安 装容 量kW需用系数%Costg实 际负 荷kW无 功功 率kvarr视 在功 率kVA计 算电 流I30/A312出碴机9595600.750.885750.1675.9115.36风机55551000.80.755541.568.9104.7混凝土喷射4141600.750.8824.621.632.749.7空压机55110800.80.758866110167.1拌合站505
11、0500.80.752518.7531.2547.5水泵房水泵75150400.80.756056.2582.24125污水处理厂3030500.850.62159.3017.6426.8洞壁照明33100103034.56续表2-1用 电设 备用电负荷kW安 装容 量kW需 用系 数%Costg实 际负 荷kW无 功功 率kvarr视 在功 率kVA计 算电 流I30/A场区照明404055102202233.42生活办公100100700.90.487033.8877.76118.2合计544674419.6297.44取 398.6288.5492747.5(2)支洞场区区负荷计算结结果
12、列表如下下:表2-2 116#支洞场场区用电负荷荷一览表用 电设 备用电负荷kW安 装容 量kW需用系数%Costg实 际负 荷kW无 功功 率kvarr视 在功 率kVA计 算电 流I30/A312出碴机9595600.750.885750.1675.9115.36风 机55551000.80.755541.568.9104.7排水水泵2525800.870.572011.42334.98排水水泵5555400.870.572212.525.338.4混凝土喷射4141600.750.8824.621.632.749.7空压机55110800.80.758866110167.1拌合站5050
13、500.80.752518.7531.2547.5水泵75150400.80.756056.2582.24125污水处理厂3030500.850.62159.3017.6426.8洞壁照明33100103034.56场区照明404055102202233.42生活办公100100700.90.487033.8877.76118.2合计544674461.6321.3取 438.5311.7538817(3)出口作业业区负荷计算算结果列表如如下:表2-3 出出口作业区用用电负荷一览览表设备名称用电负荷kW安装容量kW需用系数%Costg实际负荷kW无 功功 率kvarr视 在功 率kVA计算电流
14、I30/A新鲜风机110220950.80.75209156.75261.25396.9行吊180180250.80.754533.7556.2585.46洞壁照明70701001070070106.361#污水处理厂3030500.850.62159.317.6426.8机车修理间3030500.651.171518.5523.8636.25水泵站90270600.80.75162121.5202.5307.68TBM修理间100100600.80.75604575113.95刀具修理间150150600.750.889079.2119.89182.15空气压缩机55110600.80.75
15、6649.582.5125.35锅炉房5050500.750.88252233.350.60钢筋车间5050700.701.023535.749.9975.95机械修理间100100600.651.176070.292.35140.3拌和站55165550.80.7590.7568.1113.46172.402#污水处理厂厂3030500.850.62159.317.6426.8场地照明505060103003045.58生活用电200200800.90.4816076.8177.47269.65出碴皮带机驱动动200600800.750.88480422.4639.39971.48备用200
16、.80.7520152537.98合计1647.7551233.055取 1565.3661196.06619702993.199(4)支洞作业业区负荷计算算结果列表如如下:表2-4 116#支洞用用电负荷一览览表设备名称用电负荷kW安装容量kW需用系数%Costg实际负荷kW无 功功 率kvarr视 在功 率kVA计算电流I30/A新鲜风机110110950.80.75104.578.38130.6198.47卷扬机132264700.80.75184.8138.4230.9350.8支洞照明1515100101501522.79拌和站7575550.80.7541.2530.951.578
17、.3水泵90270600.80.75162121.5202.5307.68机械修理间100100600.651.176070.292.3140.3污水处理厂3030500.850.62159.317.6426.8锅炉房5050500.750.88252233.350.6场地照明404060102402436.47生活用电7575850.90.4863.7530.670.71107.44合计695.3501.28取 660.5486.2820.21246.22.2 供电电电源、电压压等级和供电电方式的选择择施工场地主洞和和支洞的场区区平面图如附附录图所示。主洞的主要负荷荷为:TBMM38888.
18、5kW;主洞皮带机机600kkW;通风2220kW以及场地地用电。166#支洞的负负荷:支洞皮皮带机7550kW;主动皮皮带机6000kW;通风3330kW;排水23kW以及场地地用电。其中中各处通风、洞洞内照明、排排水属一级负负荷。出口66kV变变电所距离洞洞口200mm,容量为88150kVA。166#支洞666kV变电所离离支洞洞口100m,容量为11000kVA。根据以上情况,主主洞66/110kV的总降压压变电所设两两台主变压器器,一台供场场区和作业区区,再由场区区作业区的110/0.44kV箱式变电电站低压电缆缆4输电给各车间或设设备的配电箱箱;另设一台台临时变压器器单独供电给给T
19、BM,工工程过半后,再再改用16#支洞建的相相同变压器供供电。这样有有利于解决因因隧道过长压压降过大问题题。在出口场区单独独建设一台666kV/ 10kV变变压器,由110kV高压压电缆沿洞壁壁送入TBMM本机变压器器。电缆长度度9.5kmm。掘进到一一半时,由116#支洞处处的一台666kV/ 110kV变压压器提供电源源(架空引来来66kV),再由电缆缆引至TBMM本机变压器器。由于线路路较长,先补补偿TBM的的功率因数到到0.90,这这样可以降低低选择导线截截面,节约资资金。,可以得出出, 把功率因数调到到0.9,则则,需补偿:并联型电容器,此此时初选, 故线路的电压损损耗为:(2-8)
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