供配电系统论文
关键词:集成设计选型验证系统模型
pivotalwords:集成设计、选择和验证设备类型、构造电源系统模型
一.导言:
在工程电气设计领域，电力系统的设备选型计算和校核无疑是最复杂繁琐的工作。问题的复杂性在于电力系统运行的可靠性要求。所有设备，如高低压配电设备、变电站、输电电缆等设备，都必须进行计算和校核，考虑设备在各种运行工况下的安全可靠运行和短路时的可靠运行。由于器件、电路、系统和校准项目多，工作复杂。目前国内还没有软件模拟电气工程师的思维进行自动选型、校准和计算，代替部分工作，真正把电气工程师从繁琐的计算和绘图中解放出来。我公司最新科研成果——供配电系统一体化设计软件正好填补了这一空白。
第二，详细:
电气设计的目标
只有知道了电气设计的最终目的，才能进行更明确的工作。为了详细解释一个变电站的所有电气内容，我们通常需要绘制以下图纸:
1.1电气主接线图或高压系统图
1.2低压系统图
1.3布局和剖面
1.4配电柜正视图
1.5电缆清单
1.6设备和材料清单
1.7电气计算表
1.8二次控制原理图
1.9二次外部电路图
在上述图纸中，最复杂的图纸工作量最大，因为它们占用了大量的计算工作量。过去我们也提供了一些计算工具和软件，但大部分都是分散的、不系统的，比如负荷计算、电压损失计算、短路计算等。用户对整个系统的认识一直停留在修改旧图纸、反复计算-填表-更换设备-删除-复制等低级劳动中，导致劳动效率无法大幅提高。而且由于对整个供配电系统的结构缺乏了解，往往上一级开关调整后，下一级开关没有改变，或者上一级开关的设置改变了，接线没有相应调整，造成很多不一致的错误图纸和问题工程。旧图纸中大量的图形元素是独立的，不* * *，很难一次性大规模修改成功。修改旧图纸存在大量重复性工作，删除、复制、替换、写入、移动等重复命令容易造成笔误。特别是目前的工程设计周期被业主大大缩短，如何提高设计和绘图的效率成为关键问题。
绘图计算软件的现状
目前国内的电气设计软件主要为这部分提供绘图功能。一个绘制高低压柜的方案，很多厂家生产的软件都包括这部分图库。我们的绘图主要是插入相应的图块进行绘图，然后填写订单绘图表单。计算是分开的。
也有一些软件提供了高低压系统的部分计算，但大部分都是零碎的，不是针对整个系统，也不是针对某一回路或某一负载类型(如电机)。其他回路或负荷类型无法计算，也无法在上下级的配合下进行选择，也无法全面检查电气设备的所有技术参数，更没有用电需求表，与实际项目要求的设计流程相差太大。所以在变电站设计过程中，大部分工作还是集中在修改旧图纸，重新计算选型上。计算机辅助设计功能没有太大的改进。
电气设计的过程分析
关于型号选择的统一规定
很多设计院在一个项目的协同设计中都采用了选型方案，如高压配电柜采用KYN28，低压柜采用MNS，主断路器采用CM1，电缆采用VV系列等。这个选择方案在同一个项目中是一样的。也可以应用到下一个项目中。
电力需求的定义
水、暖、工艺等上游专业提供的用电需求主要包括电气设备的编号、设备名称、安装位置、额定电压、负荷等级、场地属性、负荷性质等电气设计要求。
现在随着电脑的普及，很多设计院都用EXCEL互相提取资料。
负载分布
确定配电设备(配电箱、盘、柜)的位置，将每个负荷分配到配电设备。
负载计算
计算每个配电设备的负荷。主要采用需求系数法。
配电中心的计算与选择
配电中心内的配电柜(如某层楼的配电室，竖井，或机房内的配电室)向下层配电板或配电箱供电。选择这些配电盘、箱和柜。
配电中心的计算与选择
配送中心向配送中心供电。配电中心内的所有设备，包括母线、高压电缆、高压柜、低压柜、低压抽屉组件、低压出线均选用。
短路计算
选择完成后，通过查表得到各元件和电缆的阻抗，并设置短路点，计算各短路点的三相和单相短路电流。
检查计算
检查高低压设备的短路、失压、电机启动和灵敏度。检查不合适的值，并进行新的选择。直到验证通过。
绘制系统图
根据系统模型，画出系统图。
整理橱柜。
根据平面情况安排橱柜。并绘制立面图和剖面图。
根据机柜的排列，调整系统图中抽屉的位置和数量，以及进线柜和总线头的位置。
回路库和设备库的符号库
高低压柜一次方案由厂家样品提供。要在CAD绘图中调用这些方案，必须将它们组织成一个循环库。每个循环由许多组件组成。这些组件的电气特性(技术参数)在设备库中定义。符号库是指定这些元件对应关系的图例。以上三个方面在选图过程中必不可少。
为了应对众多厂商和不同型号规格，我们的符号库、设备库、循环库都是开放的。用户可以添加新的设备系列、新的回路方案等。
符号库采用新国标图例。回路库和设备库也采用了目前最流行、最先进的高低柜型号，特别是中国建筑标准出版的《电气设备选型统一技术措施分册》和电力出版社出版的《工厂常用电气设备手册》最新版第一、二分册及第一、二分册的补充。
在回路库结构中，每个回路可以设置面板中元件的型号、规格、数量或额定电流，控制电机功率，使其完全按照样品提供的内容输入，为选择提供了“电子样品”。
统一规则设置
电气专业项目负责人在做某个项目前确定的设备选型基本方案。在这个基本方案中，所有的电气设备分为供电、输电、配电和用电。用户只需对上述设备进行初步选择，并确定设备的序列号和相关参数即可。其他参数可以自动选择。
电力需求定义表
用电需求表是用户自己输入的项目中使用的所有电气设备的清单。用户需要输入电气设备的安装位置、名称编号、设备容量、负荷性质等内容。您可以将管道过程中的数据从EXCEL导入到表中，或将导入的电力需求表导出到EXCEL进行编辑。安装位置为管理所有设备提供了良好的结构，非常直观和方便。
系统模型的建立
本软件设计的目的和最终目标是实现电气设计的目标。也就是画出符合要求的图纸。在绘制图纸之前，必须建立供配电系统。以前的设计软件都没有提出过一体化设计的概念。
4.1所谓一体化设计，是指对整个供配电系统的电气设计，包括统一初步选型、电力需求表定义、电力负荷分配、负荷计算、选型计算、短路计算、校核计算等一系列综合复杂的设计过程。可以建立供配电系统模型，在模型上详细列出各供电、输电、用电设备的工作(运行)属性、短路属性、电气属性。
任何供电、配电、输电、用电设备都有三个属性，即工作属性、短路属性和电气属性。
工作属性是指当前所选设备的工作电流、设备容量、工作电压和功率因数。短路属性是指当前选中设备的短路阻抗和短路电流。电气属性是设备铭牌的电气型号规格和技术参数。
一体化设计的过程是人工给配电柜添加电力负荷。然后计算负荷，自动选择配电柜内元件的型号规格，可以选择短路参数进行短路验证。如果短路检查失败，重新选择计算。
4.2系统模型的建立:为了实现变电站内设备的整体选型、验证和设计，需要建立整个工程的配电系统模型，从而实现所有设备的选型和校验。
一个好的系统模型是直观的，易于操作的。快点做。井井有条。由于电气系统的树形结构与WINDOWS资源管理器的树形结构相似，所以可以利用WINDOWS资源管理器的树形结构来建立模型，实现一个简单的配电系统。
电力系统中最常用的电气连接关系是串联和并联。所有复杂网络最终都可以看作是电气设备串联和并联的组合。从下图可以看出，树节点上从左到右的元件名称关系构成了一个串联回路:低压配电室(电源)、电缆、负荷开关、变压器、母线、进线柜.....
“3总线”节点下连接的“3总线抽屉2抽屉3抽屉4抽屉5”是由总线并联的若干抽屉。
这样建立的系统模型具有形象直观、构造简单、组织严密的特点。它完全可以实现变电站系统设计的所有功能。图1对应的供配电系统如图2所示。附图1
附图2
4.3系统模型功能系统模型从项目中的配电中心(配电室、配电室)建立。系统模型可以直观地看到开关柜的一次方案图形。为了便于选择统一型号，电力需求可以统一分配。确定所有电气设备的电源位置。
4.系统模型可以计算每个设备的负载。统计总负载
5.该系统模型可用于供电负荷统计和无功补偿计算。
6.该系统模型可用于短路计算。短路计算包括无限大容量系统和有功系统的短路计算。任何建立的模型都可以自动计算。短路阻抗数据库可以扩展。
7.在负荷计算、短路计算和初步选择方案的基础上，自动选择和计算模型。8.系统选型计算后，进行参数校核计算，包括高低压设备、配电干线等设备，可根据规范要求进行校核。该模型可以直观地看到配送中心配电系统上任意设备的当前工作电流、短路点短路电流和设备技术参数。
10.可自动输出高低压系统图、主接线图、设备及材料清单、电缆清单、计算书、抽屉柜布置图等一系列图纸。完成辅助设计的全过程。软件实现流程图
软件实现过程实际上是对电气工程师设计过程的模拟和抽象。这个过程深刻体现了第三节描述的电气设计全过程，模拟设计思路进行电气辅助设计。通用设备选型验证方案(部分)压力设备选型:负荷分配-& gt；荷载计算->；低压母线的选择
负载分布->；荷载计算->；根据正常工作电流选择
验证内容如下:电机启动压降计算和电压损失计算。
3、过载保护效果
4、热稳定功效电缆导体选择
荷载计算->；根据正常工作电流选择
1，有效电压损失:
2、检查经济电流密度:
3、热稳定性的功效。
4.过载保护低压开关的选择
荷载计算->；按正常运行选择:1、壳架级电流选择2、脱扣器额定电流选择3、根据回路保护整定要求选择短延时、瞬时延时、长延时脱扣器额定电流。
1，功效极限分断能力
2、开断电流的功效
3、功效敏感性
4、上下级合作效果
5、高压开关过载保护作用的选择
荷载计算->；按正常工作电流选择1，选择额定电流验证开断电流或开断能力。验证了最大工作电压、动态稳定性和热稳定性。10集成设计软件的优势
1.实现了真实的供配电系统模型，是一个面向整个电力系统的电气设计软件。不同于以往分散的孤立模块，这个优点是让电气工程师直观、清晰地了解电力系统中各电气元件的位置、功能、运行状态、短路状态以及所有电气特性。
一、进行负荷计算、短路计算、选型计算和校准计算。四大计算融为一体，评选结果更加清晰。
2.该设计便于负荷调整、电路更换和设备技术参数修改。提供一系列智能检测系统，确保级联关系的正确性和电气线路参数的正确性。
一体化设计方便了电缆清单和设备清单的输出管理。
集成设计提供了一个可扩展的回路库和设备库，它们完全仿照设备样本，并且都是开放的。用户可以添加新设备。
集成设计为用户提供了最方便、最直接的查询功能。点击系统模型上的任何设备组件，就可以看到设备的电压、电流和功率。还可以看到该点的短路阻抗和短路电流，甚至可以查询其他点的短路电流。
集成设计的界面采用资源管理器界面，懂windows的人都可以建立系统模型。没有必要增加学习时间。操作类似于资源管理器，极其好用。
综合设计提供了许多常用的供配电设备的选择、验证和计算方法。用户可以使用某一种方法进行检查，也可以全部使用，根据需要进行检查。非常灵活。
集成设计是一个电气设备的cad电气设计软件。不像以前，它不需要画一点块，复制粘贴。电气工程师只考虑电气设计的内容，其他与绘图相关的命令和操作以及任何线图元都不需要考虑。这是真正的电气设计专家系统。
一体化设计完全参照最新版本的电气规范、设计手册、统一的技术措施和强制性条文以及最新版本的电气设备手册。与时俱进。
三。结论
变电站的负荷计算、短路计算、选型和校验计算是电气设计中最复杂的内容之一。我们利用CAM/CAD软件设计并实现了该专家系统，这是电气设计行业的首次尝试，具有重要的历史意义和广泛的实用价值。意味着国内电气设计CAD将突破原有的重绘图轻辅助设计的趋势，向更加智能化的电气设计专家系统迈出可喜的一步。
参考书目:
《工业与民用配电设计手册》，第二版，中国航空工业规划设计研究院主编，水利电力出版社。
《建筑电气设计示例图集》，北京照明学会设计委员会编，中国建筑工业出版社。
兵器部第五设计院编《工厂常用电气设备手册》，中国电力出版社。
湖南电力信息网《民用建筑电气设计手册》中国建筑工业出版社
《低压配电设计规范》(GB50054-95)中国计划出版社。
《供配电系统设计规范》GB50052-95中国规划出版社
《民用建筑电气设计规范》JGJ-T16-92中国规划出版社