电气系统设计论文范文

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引言

磁悬浮制梁生产基地实际上是一个混凝土制品的生产基地。但是与其不同处是生产制造的每根轨道梁全长25M，重达180T，而且在每根梁上要精确安装上使列车前进的长定子线圈的组装件。所以同为混凝土制品厂，但生产工艺上有很大差别。加工制作轨道梁的主要生产工艺分：预应轨道制作生产中间装配出厂储放等。在整个制作流程中，轨道梁需在台座上保温养护，在恒温，恒湿的车间内装配加工。

作为向国际第一条用于商业运行的磁悬浮快速列车提供轨道梁的生产基地，其国际影响是很大的。而且磁浮交通的开通日期2003年1月已确定，根据倒计时，生产制作轨道梁的生产周期也相应确定。对于时间紧磁悬浮制梁生产基地实际上是一个混凝土制品的生产基地。但是与其不同处是生产制造的每根轨道梁全长25M，重达180T，而且在每根梁上要精确安装，制作技术含量极高的这样一个国际少有国内首创的磁悬浮制梁基地，要保证按时完成生产任务。除了工艺合理外，安全可靠的供电也是非常重要的。对于其供电负荷等级我国规范上还未明确规定，需要设计者对其供电系统负荷等级有个合理准确的定位。

1.负荷等级的确定

制梁基地能否按时完成轨道梁制作，是与按时通车有着直接的关系。涉及到中国在国际上的声誉，如果由于供电不可靠而造成180T梁报废，其时间及经济损失是非常之大的，因此对于制梁基地的生产用电负荷为一级。保证了其供电的可靠性。对于一级负荷的要求，供电规范上有明确要求。一级负荷应有两个电源供电，当一个电源发生故障，另一个电源应保证供电。

2.供电电源确定

工艺提供的设备总装机容量为13700KW，负荷分布在1.7公里厂区内。从技术角度及供电规划要求应选用35KV供电，考虑到基地使用年限不长，因为该变电所使用年限仅为制梁结束就完成历史使命。而且建一座35KV变电所的投资比较大。如何合理有效解决磁悬浮制梁生产基地电源是个重要问题。根据指挥部提供信息，磁浮交通的35KV牵引变电所已由供电局建成，考虑到目前由于磁浮交通还未建成变压器为空载运行，可以从该变电所配出10KV电源，供制梁基地使用。这样即节省投资又节省了建设35KV变电所的时间一举两得，经与供电局协商解决了供电电源的问题。

3.变电所位置的确定

工艺提供了整个基地工艺流程图，依据工艺设备的用电情况，集中设置10KW变电所显然不合理，造成了电源不能深入符合中心，影响供电质量，使得运行中损耗加大，根据工艺设备分布情况，将其分为四个供电区域（1）机加工灌浆车间（2）浇捣车间（3）提升泵房（4）生活区按用电情况由磁浮交通35KV变电所引出二路10KV电源每路10KV供电回路的负荷不超过6000KVA，满足了10KV供电规则。分别设置10KV变电所，将10KV变电所设置在负荷中心减小了供电半径提高了供电质量，保证了供电的可靠性

4.供电系统

4.1机加工灌浆车间供电系统

机加灌浆车间是整个基地核心用电大户，采用的设备大多为高精度数控设备，环境要求恒温恒湿，所以对其供电负荷确定为一级，在车间旁设一座附设车间10KV变电所从磁浮交通引来两路10KV电源，作为高压进线并设高压配出柜向其它10KV站馈电，其高压系统为单母线分段，中间不设联络开关，每段母线分别带2台变压器1台2500KVA，一台2000KVA变压器。低压系统为单母分段中间设联络开关，正常时母联开关打开，变压器为分别运行，当一段母线失电，失电段上为非重要负荷由于失压而自动跳闸，母联开关自动合闸保证对重要负荷的供电连续性。这样的系统不论任何一台变压器或一条线路失电均能保证生产工艺流程中的设备用电，大大提高了供电可靠性。

.3浇捣车间、提升泵站、锅炉房供电系统

锅炉房是作为工艺过程中的热源，供电必须可靠，供电负荷等级为一级，选用两台箱式变，一台为1000KVA，另一台为1250KVA，高压进线柜是利用环网柜向浇捣车间供电同时向搅拌站提升泵房箱式变供电。高压开关采用负荷开关，变压器配出开关采用高压熔断器保护，低压配出开关均为大容量断路器，分别向各车间泵站作放射式供电。车间配电为单母线分段中间设联络开关，当任何一段母线失电，其中段不重要负荷均设失压脱扣，母联开关自动合闸，保证对重要负荷供电。

4.3.1系统图

4.3.2负荷统计

3#变电站1#变压器

序号

负荷名称

装机容量

需用系数

cosφ

Tgφ

有功

无功

视在

（KW）

（KX）

（KW）

（KVAR）

（KVA）

1

浇捣车间

1402.5

0.4

0.8

0.75

557

418

696

2

提升泵

175.3

0.8

0.8

0.75

140

105

175

3

锅炉房

40

0.8

0.8

0.75

32

24

40

4

机修车间

48

0.43

0.8

0.75

21

16

26

5

室外照明

175

0.78

0.8

0.75

136

102

170

小计

307

885

665

1107

补偿cosφ至

0.9以上

250

补偿后功率

885

415

978

选用1000KV变压器

3#变电站2#变压器

序号

负荷名称

装机容量

需用系数

cosφ

Tgφ

有功

无功

视在

（KW）

（KX）

（KW）

（KVAR）

（KVA）

1

浇捣车间

1402.5

0.4

0.8

0.75

557

418

696

2

备件连接体仓库

1280.8

0.3

0.8

0.75

375

281

469

3

锅炉房（备用）

40

0.8

0.8

0.75

32

24

40

4

提升泵（备用）

175.3

0.8

0.8

0.75

140

105

175

小计

2683.3

932

699

1165

补偿cosφ至

0.9以上

300

补偿后功率

932

399

1014

增加备用负荷后

2898.6

1104

828

1380

补偿cosφ至

0.9以上

300

补偿后功率

1104

528

1222

选用1250KV变压器

4.4生活区供电系统

生活区是个临时生活场所，包括职工食堂、职工宿舍，由于是临时设施所以选用了线路变压器组形式，变压器容量为一台315KVA低压侧有施工单位根据需要设置。

4.4.1系统图

5.结论

5.1供电质量

对于这样一个大型工厂，虽然将电源引入到各负荷中心，但是由于其每个车间面积之大，对于供电半径满足要求还是很难实现，所以应对车间内每个供电回路作压降校验，如浇捣车间全长424米，其行车行程也接近424米，对保证电压降，无法按常规方法去实现，按压降计算公式U％=1/10U2(R0+X0tanΦ)PL分析,要保证压降满足5％,应从R0、P、L参数着手改变，才能满足电压降要求，P为行车功率是无法改变，只有改变R0及L这两种参数，才能达到而满足压降要求，（1）R0是滑触线与接续导线的电阻，加大滑触线及接续导线的截面积可以减小电压降。（2）L为变压器二次侧至滑触线最远端的距离，缩短这段距离也能减少线路的电压损失，加大了接续电缆与滑触线截面积并将集电器安装在滑触线的1/4段及3/4段减小了供电距离，从而满足了压降要求，由于一段滑触线有二点供电必须保证每相为同相位电源而且从同一变压器引出。

5.2接地保护措施

本工程接地形式为TN-C-S系统，厂区接地采用工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、雷电感应接地、弱点设备接地等联合接地，其接地电阻不大于1欧姆，每个车间均设总等电位接地极MEB。PEN线进入车间后与MEB连接作为重复接地之后，PE线与N线始终分开，车间内的所有电气设备的金属外壳及电缆桥架、金属管道、钢构架在就近与接地装置连接，对MCC电机控制中心的馈电回路上装设漏电保护，一旦出现接地故障，即可报警又可以跳闸，保证了用电的可靠，和人生安全。

磁浮交通已于2003年1月顺利通车了，磁浮交通制梁基地完成了其历史使命。由于在电气设计中充分考虑了其用电可靠性，使得在整个生产过程中没有发生用电故障，保证了按时完成任务。设计选用的10KV箱式变也可以按当初设想的搬迁到另一个工地。作为我国第一个磁浮交通制梁基地的设计还有不少经验教训可以总结，相信今后一定会越建越好。

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2设计要点

2.1可编程逻辑控制器性能

本次设计采用西门子S7-200CN型可编程逻辑控制器，本机集成8输入/6输出共14个数字量输入/输出点，可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。24V直流输入，24V直流输出，100～230V交流电源，24V直流输入继电器输出。

2.2PLC外接电路设计

该附加系统外接电路需接入线圈电压为DC24V的继电接触器两个，起动按钮一个及停止按钮一个。其中K1、K2为两个外加线圈电压DC24V的继电接触器，线圈电路中分别串联K2、K1常闭触点实现互锁功能，防止程序时间间隔设计或操作过程中的误操作而导致K1、K2同时接通,出现试验系统主电路短路事故。试验中，通过控制接触继电器K1、K2线圈的通断电，利用其常开触点的接通与分断，控制可逆起动器接触器线圈的通断电，实现可逆起动器接触器的接通与分断。启动按钮给可编程逻辑控制器提供触发信号，可编程逻辑控制器开始运作。停止按钮实现中止功能，可随时中止试验。

2.3试验系统与可逆起动器的连接

可逆起动器主电路与控制电路分开。在原接通通断试验系统变压器与阻抗柜（电阻、电感调节控制柜）的基础上调试试验所需电压及电流，接入可逆起动器主电路。试验系统提供与可逆起动器的断路器线圈电压相对应的电源单独给断路器线圈供电。KM1、KM2为可逆起动器两断路器线圈，分别串联于接触继电器K1、K2常开点，通过控制接触继电器K1、K2常开点的交替合分实现可逆起动器两断路器线圈的交替接通与分断。

篇3

引言

随着我国电力建设事业的发展，大容量发电厂和超高压远距离输电线路正在建设和投入运行，电力系统稳定问题更显突出。电力系统失去稳定，往往会造成大面积的停电，给国民经济带来严重损失，如何提高电力系统的运行的稳定性成了一个迫切要求解决的问题。

本文通过分析当前各种PSS应用情况发现发电机励磁系统和电力网联系密切，调速系统和电力网联系较弱。所以本文研究调速侧电力系统稳定器对低频振荡的抑制效果，并用MATLAB仿真多机无穷大系统中GPSS对低频振荡的抑制作用。

1 电力系统低频振荡的抑制措施

从控制手段方面来看，国际上目前最常见的方法为励磁系统附加稳定控制。这种方法的研究经历了比例式控制、“PID”型电压调节器、电力系统稳定器（PSS）、线性最优励磁控制方式（LOEC）以及具有自适应能力的最优励磁控制器几个阶段。在这些励磁系统附加稳定控制的方法中，应用得最普遍、最成功的是PSS。目前，PSS已在世界各地被广泛采用，主要是因为有大量的实践证明用PSS来抑制系统低频振荡是一种经济、简单易行而且有效的方法 [1]。

2 GPSS原理及计算方法

2.1 水轮机特性及其传递函数

2.2水轮机调速器特性及其传递函数

调速器是这样设计的，当原动机转速下降低于参考水平值时，它使输入能量增大。反之， 转速高于参考水平时，它使输入的能量减小[3]。

本文将采用IEEE委员会报告中，推荐的水轮机机械液力调速器的模型[4]进行仿真分析。

2.3 GPSS的传递函数

3.1三机无穷大系统仿真

4结论

提高电力系统稳定性可以提高供电系统电能质量，减少故障的发生和故障严重性，这直接减少在这方面的经济损失对整个电力系统有着重大意义。低频振荡是影响电力系统稳定性的重要方面。随着技术的发展，大容量发电厂和超高压远距离输电线路正在建设和投入运行，电力系统稳定问题更显突出，低频振荡时有发生严重影响电力系统稳定性。GPSS从和电力系统联系较弱的调速侧入手，实现较强的鲁棒性控制，通过调速控制实现以改变系统阻尼可谓另辟蹊径。这一观点的提出为提高电力系统稳定性做出了突出贡献。

参考文献

[1]王敏.电力系统低频振荡的原因与对策闭[J].广东水利水电职业技术学院学报，2004，2（1）：1-4.

[2] 商国才.电力系统自动化[M].天津大学出版社，1996.

[3] 余耀南.动态电力系统[M].水利电力出版社，1985.

[4] 袁季修.电力系统安全稳定控制[M].中国电力出版社，1996.

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目前，随着我国社会主义市场经济的不断发展与人民生活水平的不断提高，民用建筑中居民用电量越来越高，我国目前的状况还无法与国外发达国家相比，因此，供配电设计人员应该意识到其中的差距，有责任将设计做到更加经济、合理、实用，让有限的资金充分发挥出其应有的作用。多年来，由于在民用建筑小区供配电设计中存在的不合理性，导致国家电能出现大量的消耗与浪费现象，同时更使得居民的电器设备使用年限缩短。当然，困扰我国民用建筑用电问题的还包括由于我国工业水平的提升与国民经济水平的增长而导致的能源匮乏。在民用建筑供配电设计中还应注意节能策略的研究。

1 民用建筑供配电设计中常见的问题

近年来，由于很多很多民用建筑供配电的设计者缺乏对设计原则的理解，以及在一些规范条文理解上存在的差异，导致设计非常不合理，最终出现过分浪费、投资消耗过高、给居民带来安全隐患、使用不方便等问题。在民用建筑供配电设计中主要会遇到如下问题。

1）缺乏对相关规范的了解。我国《10kV及以下变电所涉及规范》中明确做出规定：变配电房不能设置在浴室、经常积水的地下室、厕所等地方，并且也不能与这些场所相毗邻。一般而言，民用建筑小区住宅楼在设计时通常将电配电房设计在一层，楼上的卫生间位置设置局部夹层。但是这种设计通常会由于屏蔽性能差、降噪处理措施不到位等原因而导致楼上住户的频繁投诉。我国于2011年最新颁布并实施的《住宅建筑电气设计规范》中明确规定：当配变电所设在住宅建筑内时，配变电所不应设在住户的正上方、正下方、贴邻和住宅建筑疏散出口的两侧，不应该设置在住宅建筑低下的最底层。这些规定都比较明确的要求住宅楼下不能设置变配电房。

2）供电设备的设置不符合规范。根据我国《民用建筑电气设计规范》中规定：当消防用电负荷为二级并采用交流电源供电时，宜采用双回路树干式供电，并按防火分区设置自动切换应急照明配电箱。当采用集中蓄电池或灯具内附电池组时，可由单回线路树干式供电，并按防火分区设置应急照明配电箱。但是，在实际设计中，由存在着在理解上的偏差，民用建筑供配电设计人员、民用建筑的审查人员、校对人员经常会要求在住宅楼消防电梯前室的一两个应急灯也要求单独设置双电源切换箱。从设计的经济性考虑，这样做很明显比较浪费。如果在民用建筑的每一层的每个防火分区都设置应急照明配电箱，那就更不合理了。

3）选择电缆及导体截面时考虑欠周全。在民用建筑供配电设计中，很多设计人员在对电缆及导体的截面积选择进行设计时，通常只对负荷计算出的电流满足要求即可，根本不考虑用电设备的端电压，远距离供电。例如：在高层民用建筑中的电梯、建筑屋顶的小风机等设备。由于电能在传输过程中存在线路的电压损失问题，当电能传输到用电设备端时，此时的电压已经无法满足电压的偏差与电机启动的要求。我国《供配电系统设计规范》中明确规定：对用电设备端电压的偏差允许值的要求为：电动机为±5%，一般工作场所的照明为±5%，而对于那些远离变电所的小面积一般工作场所的照明、应急照明、道路照明、警卫照明等为+5%、-10%。而对于其他用电设备而言，如果没有特殊的规定，则应为±5%。

2供配电系统设计中的疑难问题

2.1防雷与接地

防雷与接地问题是供配电系统设计中的一大重点，也是难点。当下，主要的防雷设备有：接闪器和避雷器，其中，前者直接接受雷击，避雷针是接闪器上接受雷击的金属，如果是金属线接受雷击，则被称之为避雷线；如果是金属带接受雷击，则被称之为避雷带。后者在实现防雷功能时需要与相应的被保护设备并联，装设在设备的电源侧。在雷雨天气，线路上出现雷击过电压时，避雷器的火花间隙将会被击穿，过电压通过避雷器对大地进行放电，有效的保护了各种电气设备，阀式和排气式是两种主要的避雷器型式。架设避雷线是主要的防雷措施之一，但存在造价高的缺点，对于35kV的架空线路来说，通常只在变配电所的进出段架设避雷线。而对于10kV及以下的线路来说，装设避雷线的成本太高，通常不予架设。室外配电装置的防雷一般都是通过装设避雷针来实现的。另外，如果变配电所所处位置附近存在较高的建筑物，建筑物上的防雷设施能够对变配电所实施保护，就无需再单独为变配电所设置防雷保护。在高压侧装设必要的避雷器，其主要目的是为了保护主变压器，防止雷电冲击波入侵到变配电所中。对于接地来说，当设备和装置正常运行时，接地线中是没有电流流过的。当设备发生故障时，接地线中会流过接地故障电流。接地线与接地体一起构成了接地装置。

2.2供配电系统的抗干扰设计

工业工程中供配电系统不断实施自动化，计算机系统、PLC系统等的使用会对电力系统造成了干扰，其中的电气功能模块有可能无法正常工作，最终导致整个系统的故障。另外，这些干扰信号还会通过感应、传导等方式进入到二次设备中，一旦干扰水平超过了电子设备的耐受能力，这些设备将会出现不正常动作。由于干扰信号的产生和对系统造成的干扰都十分复杂，因此解决起来也十分困难。

首先，对于变配电所系统来说，在干扰作用下，各类开关设备和测量系统的安全可靠性都会受到影响。变配电所系统中的常见干扰有：电源干扰、线路干扰以及电磁干扰等。频率和电压的干扰是电源引入产生的干扰，解决电源干扰的主要措施有：变压和稳压，整流和滤波等，这样不仅能够降低集中供电的危险，公共阻抗与公共电源间的耦合也会得到缓解，有利于电源的散热。

同时，对于交流电的引入线，应该采用通导率较大的粗导线，采用双绞线作为直流输出线，合理设置配线的长度。需要对电源设置相应的监视电路，其功能是对电源电压的瞬时短路和瞬间压降以及各种干扰进行监视。在变压器的进线侧需要安装避雷器，另外还需要利用避雷针和避雷线形成避雷网。对传输线路的干扰来说，在长线传输过程中发生单相接地故障、或是外界干扰线号的侵入、不合理的中性点设置等都会产生干扰信号。对传输过程中出现的干扰进行抑制，首先是选择合适的传输线，一般选择同轴电缆及双绞线，其中，前者的组成

包括一根空心的圆柱导体以及内导线，并且两者与外界之间需要通过绝缘材料隔离开来。这种电缆的优点在于具有较强的抗干扰能力和稳定的数据传输特性，并且价格较便宜。后者被封装于绝缘外套中，形成一种传输介质，其构成的环路改变了电磁感应的方向，能够抵抗电磁干扰。其次是采用在线监测技术抗干扰。将各种保护，如：过电流保护、零序电流保护等装设在检测设备上，对线路的绝缘状况进行检测。在抑制电磁干扰上，可以采用屏蔽和接地抗干扰两种措施。良好的接地保护能够实现电流经过地线阻抗时产生的感应电压的消除，防止磁场和电位差造成的影响。对于干扰的抑制来说，接地是最为重要的方法，另外，与屏蔽相结合能够抵抗大部分的电磁干扰问题。

3 总结

总之，随着民用建筑的不断完善与发展，供配电设计作为其中的一项重要内容必须引起设计人员的高度重视，设计必须规范，考虑电气未来飞速发展的趋势，努力实现民用建筑供配电设计的经济性、稳定性、可靠性、安全性。