石化厂加氢车间变电所电气设计学位论文.docx
《石化厂加氢车间变电所电气设计学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石化厂加氢车间变电所电气设计学位论文.docx（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
石化厂加氢车间变电所电气设计学位论文
该论文配有开题报告，英文翻译！
需要者可以加我QQ：
844423381,将给予优惠!
XX学院
毕业设计说明书
课题石化厂加氢车间变电所电气设计——继电保护系统设计
同课题学生
专业
姓名
学号
指导教师
1引言…………………………………………………………………………………1
1.1工厂供电设计的意义、要求………………………………………………………1
1.2本次设计的内容及步骤……………………………………………………1
2一次系统的参与设计………………………………………………………………2
2.1变压器的选择………………………………………………………………………3
3短路电流的计算及电气设备的选择………………………………………………5
3.1短路电流的计算…………………………………………………………………5
3.2电气设备的选择……………………………………………………………………7
4继电保护系统的设计………………………………………………………………8
4.1继电保护的原理及其基本要求……………………………………………………8
4.2电力线路的继电保护……………………………………………………………10
4.3电力变压器的继电保护…………………………………………………………16
4.4数字式继电保护…………………………………………………………………21
5自动重合闸装置…………………………………………………………………22
6变电所的防雷保护与接地装置的设计…………………………………………25
6.1变电所的防雷措施………………………………………………………………25
6.2变电所电气装置的接地…………………………………………………………28
7电力系统的MATLAB仿真…………………………………………………………31
7.1电力系统工具箱…………………………………………………………………31
7.2本设计的仿真……………………………………………………………………32
结论……………………………………………………………………………………35
致谢……………………………………………………………………………………36
参考文献………………………………………………………………………………37
图1电力系统主接线图…………………………………………………………38
1引言
1.1工厂供电设计的意义、要求
电能是社会生产和生活中最重要的能源和动力。
电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础上的。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。
变电所是联系发电厂和用户的中间环节，由电力变压器和配电装置所组成，变电所的作用就是把电力系统供给的高压电能，经过变电站的各级降压，变成各种用电设备所需要的较低电压的电能，供给用电设备使用[5]。
工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。
解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面：
进线电压的选择,变配电所位置的电气设计,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设计等。
1.2本次设计的内容及步骤
10KV加氢车间变电所继电保护系统设计主要就是二次保护的设计，下面是本设计的详细步骤：
（1）收集资料,掌握电气设计的基本流程；
（2）参与一次系统的设计，确定出各个设备的型号参数，算出短路参数为二次设计提供数据；
（3）参与短路计算，并对配电设备进行选择；
（4）确定继电保护方案；
（5）建筑物防雷设计；
（6）接地装置设计；
（7）进行MATLAB仿真；
2一次系统的参与设计
本次设计的原始资料是石化加氢车间的用电符合统计表和变配电所容量计算表：
表2-1用电负荷统计表
序号名称
设备数量（台）
设备容量（台）
功率
因数
需要
系数
计算负荷
年工作时间（h）
年耗电量（kVh
总的
工作
总的
工作
kW
kvar
一10kV动力
新氢压缩机
2
1
1800
900
0.912
0.853
768
345.4
8000
4915000
循环氢压缩机
2
1
500
250
0.864
0.904
226
131.7
8000
1446000
反应进料泵
2
1
400
200
0.865
0.865
173
100.4
8000
1107000
小计
6
3
2700
1350
1167
577.5
7468000
二380kV动力
1
原料油泵
2
1
44
22
0.89
0.655
14.4
7.4
8000
92000
2
分馏塔顶回流泵
2
1
30
15
0.88
0.52
7.8
4.2
8000
50000
3
侧线汽提塔底泵
2
1
3
1.5
0.85
0.67
1
0.62
8000
6400
4
分馏塔底泵
2
1
60
30
0.89
0.6
18
9.2
8000
115000
5
高压注水泵
2
1
22
11
0.77
0.73
8
6.6
8000
51200
6
液氨泵
1
1
1.5
1.5
0.79
0.09
0.13
0.1
100
10
7
硫化剂泵
1
1
2.2
2.2
0.82
0.21
0.46
0.3
100
30
8
缓蚀剂泵
2
1
1.1
0.55
0.76
0.02
0.01
0.01
8000
60
9
污油泵
1
1
5.5
5.5
0.88
0.44
2.4
1.3
1200
2300
10
注碱泵
1
1
7.5
7.5
0.85
0.87
6.5
4
100
520
11
碱液泵
1
1
11
11
0.88
0.81
8.9
4.8
8000
57000
12
反应馏出物空冷器
1
1
37
37
0.86
0.48
17.8
10.6
8000
114000
13
精制溶剂油空冷器
1
1
37
37
0.86
0.47
17.4
10.3
8000
111400
14
分馏塔顶空冷器
1
1
22
22
0.83
0.5
11
7.4
8000
70400
15
引风机
1
1
11
11
0.84
0.8
8.8
5.7
8000
56320
16
防爆双梁桥式起重机
1
1
30.55
30.55
0.8
0.8
24.5
18.4
2000
39200
小计
22
16
325.35
245.3
147.1
90.93
765840
三
仪表用电
0.8
10
7.5
8000
64000
四
空调，轴流风机，吹灰器用电
0.8
10
7.5
8000
64000
五
照明所用电
0.8
50
37.5
3000
120000
低压负荷合计
22
16
325.35
245.3
0.83
217.1
143.43
1013840
取Kp=1Kq
=1
217.1
143.43
高低压负荷合计
28
19
3025.35
1595.3
1384.1
720.93
8482000
表2-2变配电所容量计算表
名称
10kV需要容量
380V需要容量
需要容量合计
变压器
台数×单台容量（kVA）
kw
kvar
kw
kvar
kw
kvar
COSΦ
高压负荷
1167
577.5
1167
577.5
低压负荷
217.1
143.43
217.1
143.43
变压器损耗
2.6
13
2.6
13
补偿电容功率
-60
-60
低压合计
219.7
96.43
219.7
96.43
0.92
2×315
总计
1167
577.5
219.7
96.43
1386.7
673.93
2.1变压器的选择
电力变压器是变电所最主要的一次设备，其作用是将电力系统中的电压升高或降低，以利于电能的合理输送分配和使用。
2.1.1主变压器台数的选择
主变压器应该根据负荷特点和经济运行要求选择。
符合下列之一时，适宜装设两台及其以上的变压器。
（1）有大量的一级和二级负荷。
（2）季节性负荷变化较大，适与采用经济运行方式。
（3）集中负荷较大
对于本设计的特点即应该选择两台主变压器。
当一台变压器故障或检修，另一台变压器容量能保证所有负荷计算。
2.1.2变压器容量的选择
根据原始资料：
P30。
2=217.1KWQ30.2=143.43Kvar
对于高压侧：
P30.3=P30.2+⊿PT
=P30.2+0.015S30.2
=221KW
Q30.3=Q30.2+⊿QT
=Q30.2+0.06S30.2
=159.04Kvar
而此时功率因数cosΦ=P30.3/S30.3=221÷272.28=0.81<0.9要求车间变电所高压侧的功率因数不得低于0.9。
低压补偿时，低压侧补偿后的功率略高于0.9。
这里取cosΦ=0.92。
而补偿前低压侧的功率因数只有0.81，由此可得低压电容屏的容量：
Qc=Q30.2-Q30.2'=P30.2（tanΦ-tanΦ'）
=217.1[tan（arccos0.81）-tan（arccos0.92）]
=217.1
（0.724-0.426）
=64.7KVA
主变压器的功率损耗：
ΔP=0.015S30.2=0.015
230.93=3.46
ΔQ=0.06S30.2=0.6
230.93=13.86
车间变电所高压侧的计算负荷：
有功计算负荷：
P30。
3=217.1+3.46=220.56KW
无功计算负荷：
Q30.3=143.43-64.7+13.86=92.59Kvar
视在计算负荷：
功率因数：
cosΦ=P30.3/S30.3=0.92,这一功率因数刚好满足要求。
计算电流：
考虑到今后的发展要求，对于本设计应该选择两台S9-315/10KV变压器。
3短路电流的计算及电气设备的选择
3.1短路电流的计算
工厂供电系统要求正常地不简断地用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。
但是由于种种原因，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。
短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。
短路后，短路电流比正常电流大得多；在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安[9]。
供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。
因此，短路电流计算是进行电网继电保护配置设计的基础[7]。
（1）短路计算电路图如下：
图3-1短路计算电路图
（2）短路等效电路图如下：
图3-2短路等效电路图
（3）选取基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud1=10.5kV，Ud2=0.4kV，则短路基准电流为：
（4）计算各元件电抗标幺值
发电机
线路WL1
变压器T1
线路WL2
变压器T3
（5）求k1点的总等效电抗标幺值及三相短路电流和短路容量：
总等效电抗
XΣ1*=X1*+X2*+（X3*+X4*）÷2=0.1+0.131+（0.72+0.073）÷2=0.63
三相短路电流周期分量有效值
Ik1=Id1/XΣ1*=5.5÷0.63=8.73KA
三相次暂态短路电流和短路稳态电流
Ik1=I∞k1=I"k1=8.73KA
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
Ish1=2.25Ik1=2.25
8.73=19.64KA
Ishk1=1.5Ik1=1.51
8.73=13.18KA
三相短路容量
Sk1=Sd/XΣ1*=100÷0.63=158.7MVA
（6）求k2点的总等效电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总等效电抗
XΣ2*=X1*+X2*+（X3*+X4*）÷2+X5*
=0.1+0.131+（0.72+0.073）÷2+12.7=13.33
三相短路电流周期分量有效值
Ik2=Id2/XΣ2*=144.3÷13.33=10.83KA
三相次暂态短路电流和短路稳态电流
Ik2=I∞k2=I"k2=10.83KA
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
ish2=1.84Ik2=1.84
10.83=19.93KA
Ishk2=1.09Ik2=1.09
10.83=11.8KA
三相短路容量：
Sk2=Sd/XΣ2*=100÷13.33=7.5MVA
计算结果可见下表：
表3-1短路电流统计表
短路计算
短路电流/KA
短路容量/MVA
Ik
I’’
Io
ish
Ish
Sk
K1
8.73
8.73
8.73
19.64
13.18
158.7
K2
10.83
10.83
10.83
19.93
11.8
7.5
3.2电气设备的选择
表3-2选用低压配电屏一览表
低压配电屏
所接干线
PGL2-34B
低压母线分段
PGL2-36B
干线01干线02照明
PGL2-36B
干线03干线04起重机仪表用电空调等
各低压配电屏主电路电器设备：
PGL2-34B：
HD13-1000一个
HD13-1000两个
DZ20-400一个
LMZJ1-0.5-400/5A一个
PGL2-36B：
HR5-200两个
HR5-100三个
LMZJ1-0.5五个
具体情况如下表：
表3-3干线所接设备一览表
干线编号
电流互感器
低压熔断器式刀快开关
01
LMZJ1-0.5-80/5
HR5-100
02
LMZJ1-0.5-185/5
HR5-200
03
LMZJ1-0.5-165/5
HR5-200
04
LMZJ1-0.5-165/5
HR5-200
05
LMZJ1-0.5-50/5
HR5-100
06
LMZJ1-0.5-20/5
HR5-100
07
LMZJ1-0.5-20/5
HR5-100
08
LMZJ1-0.5-80/5
HR5-100
4继电保护系统的设计
为保证一次系统的安全、可靠、经济运行，在变电所中设置了专门为一次系统服务的二次系统。
工厂供电系统的二次系统包括控制系统，信号系统，监测系统，继电保护和自动化系统等，是指示、监测和保护一次电路运行，保证一次系统的安全、可靠、经济运行的系统回路[15]。
4.1继电保护的原理及其基本要求
电力系统的故障指的是由于系统中某一元件的正常运行状态遭到破坏而无法正常供电的一种特殊状况。
其中最危险也是最常见的是各种类型的短路故障。
短路故障一般均有很大的短路电流产生，并且伴随有电弧，产生很大的热量和电动力，导致设备破坏，而且短路后，故障点处和附近的电压要急剧下降，影响其他用户的生产，严重的电力系统短路可导致整个系统的解列。
电力系统的不正常运行状态是指系统中电气元件的正常工作遭受破坏，但未发展成为故障时的情况。
最常见的不正常运行状态是过负荷运行，电气设备如长时间的过负荷运行会加速设备的绝缘老化，严重的会破坏设备，发展成为故障。
由上所述，电力系统的故障或不正常运行都可以引起系统部分或全部的正常运行状态遭受破坏，如不及时处理，其后果是十分严重的。
继电保护就是一种能够反应电力系统元件故障或不正常运行状态，并可让断路器跳闸或发出信号的一种自动装置[14]。
继电保护的作用是：
（1）被保护元件发生故障时能自动、迅速、准确而有选择性地借助断路器将故障元件从电力系统中切除，以保证系统的其他部分的正常运行，并使故障元件免受进一步的损坏。
（2）当被保护元件出现不正常运行状态时保护装置能发出信号，以便运行值班人员采取有效措施或由其他自动装置进行自动调整，以消除不正常运行状态。
根据工业企业供电系统的特点，继电保护和自动装置通常应具备下列特点：
（1）继电保护和自动装置是保证企业安全可靠用电及电能质量的重要手段。
在设计时，要按供电系统的可靠性要求、接线方式、运行方式的需要，并适当考虑供电系统发展的要求。
（2）无论系统运行方式如何改变或发生何种类型的故障，继电保护及自动装置均应能准确地反应。
（3）继电保护及自动装置本身应该力求简单、可靠，使用元件和接触点应尽量少，维护方便，并要有配合系统运行方式变化的灵活性。
（4）继电保护及自动装置的反应应该快速、及时、准确。
在电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变等问题，因此，利用故障时这些电气量的变化特征，可以构成各种不同原理的继电保护：
反应电流增大的过流保护，反应电压降低的低压保护等[12]。
对于作用于断路器跳闸的继电保护在技术上应该满足一下基本要求：
a.选择性b.速动性c.灵敏性d.可靠性
4.2电力线路的继电保护
电力线路（electricpowerline）是电力系统的重要组成部分，担负着传输和分配电能的重要任务。
按电压高低可以分为高压线路即1KV以上线路，低压线路即1KV以下线路。
按结构型式可以分为架空线路、电缆线路、车间线路。
因此，装设一定的保护是必要的。
4.2.1定时限过电流保护
定时限过电流保护是过电流保护中的一种，作用是作为本线路主保护拒动时的后备保护（近后备保护），作为下级相邻线路主保护拒动和断路器拒动时的后备保护（远后备保护）。
它不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长。
（1）工作原理
a.原理图与展开图如下：
图4-1定时限过电流保护原理图与展开图
b.原理：
当一次电路发生相间短路故障时，短路电流流过电流互感器的一次侧，该电流变换到电流互感器的二次侧使电流继电器KA1，KA2至少有一个动作，常开触点闭合，时间继电器KT启动，经过预先整定的时间延迟后，KT的延迟常开触点闭合，接通跳闸线圈YR，于是断路器跳闸，切除故障，信号继电器KS发出保护动作信号，断路器QF跳闸后，它的辅助常开触点跳开，切断YR线圈回路的电流，防止因为长时间通电而烧毁YR线圈。
定时限过流保护相对反时限过流保护而言简单可靠、完全依靠选择动作
时间来获得选择性，上下级的选择性配合比较容易，时限由时间继电器
根据计算后获取的参数来整定，与短路电流的大小无关，动作的选择性
能够保证动作的灵敏性，整定调试比较准确和方便。
（1）过电流保护的整定
a.计算示意图：
图4-2过电流保护计算示意图
为保证保护装置能正常运行情况下不动作，电流IOP必须躲过本线路的最大负荷电流I1max。
本设计采用DL-11型继电器，采用两相两继电器不完全星型接线。
所谓两相两继电器不完全星型接线是指未装设电流互感器和电流继电器的那一相在单相接地短路的时候，保护不起作用。
这中接线方式主要适用于6～35KV的小电流接地系统中。
如图：
图4-3两相不完全星形接线方式
b.动作电流的整定：
=58.45A
其中Ilmax可取（1.5～3）I30.3，本设计取2倍的I30.3。
继电器动作电流：
最小运行方式下线路末端两相短路电流为最小短路电流IK
（2）min。
IK
（2）min=0.866I（3）K-2=0.866×8.73KA=7.56KA
>1.5
所以，电流保护的灵敏度符合要求。
所谓最大最小运行方式从系统的角度看，最大运行方式时对应的系统等值阻抗最小，而最小运行方式对应的系统等值阻抗最大。
在最大运行方式下三相短路时通过保护装置的短路电流最大,最小运行方式下两相短路时则短路电流最小。
（2）动作时间的整定：
整定图如下:
图4-4过电流保护整定说明图
因为定时限过电流保护的时间精确，简便。
动作时间与短路电流的大小无关，不会因为短路电流的大小而使故障时间延长。
图中，T1=T2+⊿T.一般来说，⊿T取0.5S。
4.2.2线路的电流速断保护
电流速断保护是对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的过电流保护。
对于本设计采用DL-11型电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽取时间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触电接通断路器的跳闸回路。
（1）电流速断保护的整定（假设为K2点）
Iop=KrelIk（3）B.max
其中Krel为可靠系数，取1.2～1.3,Ik（3）B.max为本线路末端的最大三相短路电流,所以：
Iop=1.2×10.83=13KA
速断电流折算到一次侧即为：
Iop1=Iop×0.4/10.5=495.2A
（2）速断保护灵敏度的校验
>2
所以符合规程要求Ks>=2.0
（3）电流速断保护的“死区”及弥补
由于电流速断保护动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此，靠近末端的相当长一段线路上发生的不一定是最大短路电流（例如两相短路电流）时，电流速断保护不会动作。
这说明电流速断保护不能保护线路全长。
这种装置不能保护的区域叫做死区。
因此，凡是装有电流速断保护的线路必须都装设带时限的过流保护。
动作时间长一个时间级差⊿T=0.5～0.7S，而前后的过电流保护动作时间又要符合“阶梯原则”，以保证选择性。
4.2.3阶段式电流保护
由于电流速断不能保护线路全长，为保证迅速而有选择性的切除故障，将电流速断保护和定时限过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。
电路图如下：
图4-5阶段式电流保护原理图
4.2.4线路的过负荷保护
线路的过负荷保护只对可能经常出现过负荷
升级会员 