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某工业厂房智能化配电系统设计

添加时间:2020/06/06 来源:未知 作者:论文定制
现代化的工业生产都离不开电能,随着国民经济的快速发展以及都市现代化进程的加快,城市用电量加大,对电能的依赖也变得越来越强.
以下为本篇论文正文:

  摘 要

  随着当今社会的快速发展,供电系统的整体规模越来越大,电力系统的结构也越来越复杂.用电负荷的不断提升导致配电网对供电系统的依赖性显著增加.广大民众对供电的稳定性和电能的质量要求也更为严格.工厂用电是供电系统中重要的组成部分,轻微的电力波动和短时的停电都能给用户带来巨大的损失.因此,须要在配电网中实现配电智能化的控制,来提高配电的智能化管理水平,为工厂供电用户供应不间断的优质电能.

  本文主要以厦门某工业厂房为例,以"工业厂房智能化配电系统设计"为题,介绍了工厂配电系统方案,变电站智能化配电系统的基本概念,通过分析负荷的情况,确定工厂配电系统运行的方案及高低压开关柜参数,选择契合条件的配电设备,设计出配电方案,使配电室一二次设备以及操作系统能有效的运行,在对配电方案进行设计的基础上, 探讨了该工厂智能化配电系统的要求、内容及功能.本文先针对工厂用电的需求和关键性技术进行分析,通过分析,确定了智能化系统的设计方向和各个模块的具体功能,然后选择了"InterSCADA 智能化配电系统"做为具体实现的软件支持,并论述该软件的配置能够满足设计要求,实现工厂智能化配电系统相关数据的传输,最后具体论述了本文设计的工厂智能化配电系统的应用,对其使用效果和产生的效益进行了分析和阐述.

  通过智能化配电系统的设计及应用减轻了工厂员工的劳动强度、提高了劳动生产率,改善现有的劳动条件,降低了生产成本,有利于提高企业的整体经济效益.

  关键词:智能化 工业厂房 配电系统

  Abstract

  With the development of today's society, the overall size of the powersupply system is getting bigger and bigger, and the structure is more and morecomplicated. The continuous increase in power load led to a significantincrease in the dependency of the distribution network on the power supplysystem. Users are also more stringent requirements on the quality and stabilityof the power supply. The factory electricity is an important part of the powersupply system, a slight voltage fluctuations and short-term power failure willgive users a huge loss. Therefore, it needs to achieve intelligent control ofdistribution in the distribution network to improve the level of intelligentmanagement, which can supply uninterrupted high quality electric energy forfactory powered users.

  This paper mainly introduces the basic concept of the power distributionsystem of the factory and the intelligent power distribution system of thesubstation. By analyzing the load situation, this paper introduces the design ofthe intelligent power distribution system of the industrial plant, to determinethe operation of the plant power distribution system and high and low voltageswitchgear parameters, select the conditions of the distribution of equipment,design of the distribution plan, so that the distribution room and a secondpower supply system and the effective operation of the power supply system,The requirements, contents and functions of the intelligent distribution systemof the factory are discussed on the basis of the design. This paper analyzes thedemand and key technology of the factory electricity, analyzes the designdirection of the intelligent system and the specific functions of each module,and then selects the "InterSCADA intelligent power distribution system" asthe concrete realization software Support and discuss the configuration of thesoftware to meet the design requirements, to achieve the factory intelligentdistribution system-related data transmission, and finally specifically described the design of the factory intelligent distribution system applications,the use of its effectiveness and benefits Analysis and elaboration.

  The design and application of the intelligent power distribution systemcan reduce the labor intensity of factory employees, improve laborproductivity, improve the existing working conditions, reduce productioncosts, which is conducive to improving the overall economic efficiency ofenterprises.

  Keywords: Intelligence; Industrial plant; Power distribution system

  目 录

  第 1 章 绪论 ...................................................1

  1.1 课题的背景 ...............................................1

  1.2 课题的意义 ...............................................3

  1.3 国内外研究现状 ...........................................4

  1.4 课题研究的内容 ...........................................5

  第 2 章 工厂配电系统现状分析 ...................................7

  2.1 工厂用电简介 .............................................7

  2.2 工厂原有供电系统分析 .....................................9

  2.3 工厂配电系统设计需求 ....................................11

  第 3 章 工厂配电系统负荷计算及配电室方案设计 ..................13

  3.1 负荷计算概况 ............................................13

  3.2 工厂实际负荷计算 ........................................14

  3.3 工厂配电室方案设计 ......................................16

  第 4 章 工厂智能化配电系统设计需求分析 ........................19

  4.1 工厂智能化配电系统设计的可行性分析 ......................19

  4.2 工厂智能化配电系统的设计需求 ............................21

  第 5 章 工厂智能化配电系统方案设计 ............................27

  5.1 工厂智能化配电系统实施方案 ..............................27

  5.2 工厂智能化配电系统实施硬件 ..............................33

  5.3 工厂智能化配电系统软件选择与实现 ........................35

  5.4 工厂智能化配电系统方案设计与实施 ..............................38

  第 6 章 结论 ..................................................57

  6.1 研究总结 ................................................57

  6.2 需进一步开展的工作 ......................................58

  参考文献 ......................................................59

  致 谢 .........................................................61

  个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 ....................62

  第 1 章 绪论

  现代化的工业生产都离不开电能,随着国民经济的快速发展以及都市现代化进程的加快,城市用电量加大,对电能的依赖也变得越来越强.城市电网及农网的改造已经完成,一次网架的强大必定要求提高配电智能化运行的水平,并实现配电管理的智能化.我国的智能化配电系统就是在这一背景下渐渐发展起来的[01].随着现代化企业用户对供电可靠性和电能质量的要求越来越高.电能在当今工业生产以及国民经济发展中应用较为普遍.电能在整个工厂生产投资中所占的比例并不高,但它的重要性并不在于它在投资总数中所占的比重是多少,而在于工业生产实现配电智能化以后可以减轻劳动强度、提高劳动生产率、改善现有的劳动条件,降低生产成本,从而大幅度增加产量,提高了产品的质量,给企业带来更高的经济效益.另外,若是工厂突然停电,就会对工厂生产造成非常严重的后果.所以,做好工厂供配电工作对于发展现代化工业生产,实现配电智能化,具有非常重要的意义[02].

  1.1 课题的背景

  配电系统在电力系统中是十分重要的,电力系统的电压等级有 3、6、10、35、60、110、220、330、500、750、1000kV,而配电系统是指 10kV 以内的电压等级,配网自动化是上个世纪七十年代由欧美国家研究和提出的概念,当前在日本、美国等发达国家中获得了十分理想的发展.最近几年中,我们国家也在不断进行研究和尝试,但大部分集中于我国南方区域和沿海省份[03-04].国家能源局所颁布的《配电系统自动化规划设计导则》中对配网自动化的概念进行了下述界定:"结合现代化的计算机网络科技,对配电网当中的在线资料和离线资料、电网结构等数据进行高度集成,从而构建科学和完善的自动化系统,进而使配电网和相关设备能够稳定运作,并能够在设备发生故障的时候实现监管、维护和调控[5]".

  现阶段而言,社会能源缺乏的问题不断凸显,我国在能源发展战略上也有所改变,无论是提倡低碳经济还是发展可持续能源措施都是处理这一问题的方案,建立节约型资源、友好型环境社会,更好的利用电能等绿色能源能来有效的缓解能源紧缺的问题.针对这种状况,我国提出了一系列的解决方案,来改变传统老旧的配电环境,原来变电站的工作系统也会产生必然的改变.目前国内的电力设施在改造中己普遍运用了分散控制系统,这是我国电力设备智能控制的主要方式,而且和传统的控制方式不一样,可以实现对工厂内部用电设备监视和集中控制,在发生用电故障的时候,能够实现对数据的采集和模拟量的监控,进而对工厂用电的安全加以监控,保障工厂用电的安全和稳定[06].目前在我国的工厂中大型机组的电气自动化水平还是有很多需要增强的地方,整体发展水平还是比较落后的.很多工厂配电系统还停留在老的手动操作上,电气的继电保护和其他的安全装置也还有定的差距,并不能满足工厂配电的需要.虽然工厂配电智能化技术已经达到了一定的程度,可是从配电系统的整体智能化水平来看,还是需要进一步的提高[07].

  当今电力企业智能化系统的研究和技术的发展、智能化控制下产品的开拓及应用等问题成了广大用电企业着重关注的问题.对于用电企业来说,提高配电智能化运行水平,可以有效的减少用电企业的运行成本,进而加强企业的竞争力,特别是微机网络技术、智能化技术、通信技术、等先进技术的运用,能很好的保护配电系统.随着国内经济水平的提升,促进了各行业的发展,企业对电能的要求也日渐增高,配套电力系统和相关电力产品的研究也在进步.针对这一背景,提高企业智能化配电系统的水平及其重要,也成为了企业智能化配电系统和技术的迫切需求[08].

  本文主要针对液晶显示器生产企业的厂房配电室进行研究,由于工厂为一级用电负荷单位,厂区面积大,现有的配电室分散的比较远,配电室看守人员专业知识不够,原始图纸资料丢失,导致用电状态无法了解,配电室管理耗时耗力.因此要解决这一难题就要对厂区的配电室推行智能化配电管理模式.采用智能化配电管理系统,不仅可以对系统工作时的各类参数展开在线调控和采集,而且能够体现稳定、安全等多种优点.因为配电智能化管理系统应用了现代计算机网络技术、电子技术等多种先进科技,并且通信装置具有十分理想的抗干扰性能,通过自动化的监控软件来完成配电系统的有效监管[09].从而提高工厂用电的可靠性及安全性.

  1.2 课题的意义

  目前,电能产业的长期稳定发展对社会经济的进步而言至关重要,全国各地重点项目、标志性建筑、大型公共设施等重要负荷用户的不断扩增,对系统的稳定性、兼容性以及维修设备的效率提出了更为严苛的要求[10].

  智能化配电系统,使无人值守配电站的想法变成现实,它应用了先进的在线控制技术,让电网调度可以显著的提升速率和准确性,从而让各个变电站运行的数据信息可以快速的传达,从而使工作人员能够实时了解变电站的整体运行状况,及时找出变配电站的设备问题并采取相应的解决措施,除此之外,可让负责监管的工作人员结合配电系统的工作状况展开负荷运算、科学调度,从而有效的进行安全控制,并降低事故发生的几率,防止出现操作误差,最大化的缩减事故导致的停电时间,从而达成对系统的高效管理[11].此外,它还能够减少劳动力资源的占用,完成配电系统各个层级监管工作的统一;优化用电部门的审查制度,采用先进的科学技术,实现规范化的成本统计,从而良好的实现"管理出效益"的价值意义;通过系统能够在较短的时间内了解配电装置的工作状况,并统计各个方面的历史数据,可通过多样化的形式进行显示,提升整体的工作效率[12] ;该系统还能够对设备存在的问题实现预警,并在电量超标的时候进行报警,从而有效的解决各类问题,防止各类突发事故的产生导致不必要的经济损失.系统能够根据运行数据和工作状况,设计专门的维护计划;并根据该计划降低整体的运营费用;此外,该系统还能够对供电质量进行在线分析,有效的明晰供电单位和用电单位的具体权责;还能够对数据资源进行充分的共享,对复杂的设备档案进行科学的管理,为自动化管理奠定了良好的基础.使变配电系统能够长期稳定的运作,提升整体的经济效益,并促进电力工业的自动化发展[13].

  工厂供电指工厂所需电能的供应和调配.电能是现代化工业生产的主要动力和能源,在工业生产中占有重要的位置.随着生产和生活的用电量不断增加,电能在给人们的生产和生活带来极大方便的同时也留下了安全隐患.据《中国火灾统计年鉴》发布,我国主要城市所发生的火灾当中,电气火灾已经成为威胁人身安全的重要因素.而引发电气火灾的最主要因素就是由短路和过负载运行而产生的导线超温.实现配电自动化控制后可以有效的监控电气设备的运行状态、记录使用及磨损情况在发生故障及使用寿命结束之前就发出报警,减少发生电气火灾的可能性[14].

  由于现今社会的人力资源成本一直在增加,给生产企业造成很大的经济压力,实现配电智能化管理后可以实现工厂配电室的无人值守,智能化管理后可以改善工人的劳动条件、节省劳动力资源,为工厂企业实现减员增效[15].该工厂是大型精密仪器生产厂家,对供电可靠性要求很高的工厂,即使是极短时间的停电,也会引超重大设备损坏,或引起大量产品报废报废,甚至可能发生人员伤亡事故,造成经济的重大损失.因此,做好工厂供电工作对于发展现代化工业生产,实现工业智能化,具有十分重要的意义.

  1.3 国内外研究现状

  1.3.1 国外研究现状

  在国际上一些工业发达国家中,智能化配电系统受到了广泛的重视,国外的智能化配电系统已经形成了集变配电所自动化、电容器组调节控制、馈线开关测控、远程抄表和用户负荷控制等系统于一体的配电网管理系统(DMS),其功能多达 140 余种[16].国外著名的电力系统设备制造厂商基本都涉及智能化配电领域,如瑞士 ABB 公司、法国施耐德公司、日本东芝公司等,都研发了独一无二的自动化配电产品.日本从上个世纪五十年代末之后就逐渐在配电网线中设置智能化隔离故障区,并朝着无故障区恢复送电的根据时限自动送电装置[17];在上个世纪六十年代到七十年代之间,各国学者研发了多种多样的配电开关的在线监控设备;在上个世纪七十年代以后,相关研究人员开始通过电脑设计自动控制系统;伴随现代科学技术的不断进步,配电智能化系统在实践应用中取得了十分良好的成效[18].到 1986 年,全日本 9 个电力公司的 41610 条配电线(占36.5 %)实现了故障后的按时限顺序自动送电,其中 2788 条(占 6.7 %)实现了配电柱上开关的远程监控[19].

  1.3.2 国内研究进展

  在我国到 20 世纪 90 年代,电力系统 35kV 的变电所逐渐实现了四遥功能,即遥控、遥测、遥信、遥感.但是规模仅仅是覆盖了负荷控制、馈线的故障定位与隔离.至于变电所自动化、自动恢复供电、远程自动读表、变配电的用电管理信息系统和配电网综合管理系统,则是近几年来才刚刚起步的[20].

  上海市供电局在上海浦东金藤开发区实施了配电自动化工程,第一期工程采用施耐德公司生产的 RM6 环网型开关柜 9 台,基本达到了遥控、遥信和遥测的功能,但是工程规模较小,而且设备依赖进口,造价高,不利于普及推广.另外,北京电业局、沈阳供电局等都采用进口设备进行了配电自动化的尝试[21]. 宁夏省银川市新城区智能化配电系统全部采用了国产自行研制的设备实现了配电网线中三十余条进线、几十条馈线和七个开闭所以及多个小区变配电室的全面监控,取得了丰富的经验,该系统于 1998 年 8 月 20 日通过了国家电力公司组织的技术鉴定,达到了国内先进的水平.这是我国第一套通过国家电力技术鉴定的智能化配电系统[22].

  近年来,我国的智能化配电技术及与其相关的一二次电气设备的制造技术发生了重大的变化,这些改变均为进一步发展智能化配电系统,开展实用的智能化配电建设提供了更加有利的条件:(1)、满足智能化要求的配电一二次设备已经比较成熟;(2)、重点城市的配电网架构日渐趋于合理;(3)、智能化配电终端设备已经非常成熟,性能稳定;(4)、智能化配电主站系统技术取得了较大的进展;(5)、光纤、无线、载波等通信技术在智能化配电工程中成功应用;(6)、IEC61970/61968 标准的实施,使应用集成、信息整合成为了可能;(7)、地理信息系统 GIS 的应用取得了较大的突破;(8)、配电网的分析与优化、规划设计的理论研究也取得了阶段性成效[23].

  1.4 课题研究的内容.

  本文主要以厦门某工业厂房为例,介绍工业厂房的智能化配电系统的设计.为了实现这一智能化配电系统的设计,首先要对企业现有的用电负荷进行分析,了解现有厂区用电情况;其次按照现有的负荷分析结果设计配电室的主接线图,根据这一接线图对配电室系统进行设计,配备智能化电动的硬件设备以便达到自动化控制的硬件要求;再次根据完整的配电系统图设计数字化配电系统的网络拓扑图;最后利用智能化监控系统建立一个实时在线的配电自动化监控系统.此系统除了对工厂配电系统的正常运行监控、实时监测外,还能实现对故障的预警及故障分析为机电维护人员的知情和维修决策提供技术参考,实现程序化控制、一键式智能操作以及真正的实现工厂配电室的智能化控制,为企业节省人力物力,从而提高用电的安全性及可靠性.

  具体的研究内容包括以下几项:

  (1)对工厂用电进行负荷分析首先,研究工厂用电情况,提出问题及需求.根据该厂的用电负荷情况的现状进行分析,提出需要解决的问题.根据该工厂的用电设备进行分类,按照大中小不同的用电设备等级进行分类数据提取,汇总用电负荷表.

  (2)根据工厂的用电负荷情况绘制工厂配电室的主接线图,配备具有电动操作的电气设备.

  (3)对工厂配电系统进行需求分析,研究工厂的自动化需求.

  (4)根据工厂配电设备的分布情况、数据采集情况及设备主接线图设计工厂配电开关设备的网络拓扑图.

  (5)结合系统软件,根据实时监控数据及拓扑图建立整个监控系统方案.根据已经绘制好的网络拓扑图,安装在线监控设备进行配电设备的在线监控,配合监控数据,建立针对该工厂的整个智能化监控系统,解决工厂配电的实际问题.


















  …………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件


  第 6 章 结论

  6.1 研究总结

  经过本文对智能化配电系统的研究,主要得出了以下结论:

  (1)工厂智能化配电系统能够实现工厂配电系统运行保护、智能化监控与管理等功能,而且通过通信网络实现智能化系统与电力主站之间的信息传递和共享,这样能有效的提高工厂智能化配电系统的安全性和稳定性,并且也能更好的提高工厂的效益,在工厂生产运行中电力设备出现问题故障时,能尽快的为故障设备定位和故障的处理.工厂智能化配电系统的设计上须要依照开放性原则、稳定性原则、分层性原则、实时性原则、大容量和灵活性原则.在系统的功能要求上,须要充分研究其性价比,特别是在各种软件和硬件指标上,须要结合实际的使用对象,才能解决在配电系统运行中存在的问题,提出更有效的解决方案.

  (2)工厂智能化配电系统能够实现对配电站的用电设备保护、监测以及控制的功能,保证其安全和稳定性,当受到外界环境因素影响的时候,能够及时的做出反应,并能确保整个系统的稳定运行.实现了远程通讯,利用微机网络技术和统一的通讯协议将系统内的电气设备信号传送到控制中心,进行整体调控.

  (3)文中设计的工厂智能化配电系统在系统的设计目标上能够满足实时性、简洁性、安全性、可靠性和可扩展性等设计目标,进而优化了配电系统的可维护及可扩展性.

  (4)工厂智能化配电系统的数据通讯实际上就是调度中心和子系统之间的连接以及各个终端设备和子系统之间的连接.实现通讯协议的规范化即是影响整个工厂通信安全和配电网络稳定性的重要保障.工厂智能化配电系统中的通信协议可以按照工厂的不同而进行个性化的变动,在确保整体系统不受影响的情况下,可以运用一些监控监测装置来对产品进行监控.

  (5)本章以某工厂为例,论述本文提出的工厂智能化配电系统的应用实例,通过具体的应用来为配电系统提供外部数据接口,用来实现在工厂配电系统内部之间的资源共享,也能实现工厂智能化配电系统的一体化设计,通过具体的应用能够确定其可行性和经济性,具体的论述了工厂智能化配电系统的优势.

  6.2 需进一步开展的工作

  鉴于当前国产智能化配电开关设备技术水平不高、智能化配电方面没有统一标准和规范等.在本论文中有关智能化技术标准、智能化配电实施等方面问题没有得到较好的解决.为此提出以下希望:

  (1)进一步研究解决与提高智能化配电水平有关的关键技术问题,如:改变国产智能化开关设备性能低、维护工作量大、供电可靠性低的现状,解决关于小电流接地系统的断线故障、单相接地故障的检出技术、解决提高智能化开关的可靠性及可维护性等.

  (2)加快关于智能化配电方面的标准和规范的制订,使开展智能化配电工作有章可循,能更好地解决智能化配电要做什么、要怎么做的问题,统一规范、统一标准、统一规约,达到各个设备通用,软硬件兼容,能够充分利用系统的资源,做到信息最大限度共享.

  (3)运用当前计算机、图形处理、数据网络、数据库、人工智能等快速发展的形势,使智能化配电系统更具开放性,实现系统间的互操作,努力完善已有的智能化配电系统.开发更加开放、更加实用的新系统.

  致 谢

  本论文的研究工作是在我的老师方瑞明教授的悉心指导下完成的,在我的学业和论文的研究工作中,无不倾注着方老师辛勤的汗水和心血,在此成文之际,谨向方老师致以最衷心的感谢和最崇高的敬意!从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了许多做人的道理.导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神给我留下了深刻的印象,并将使我终身受益.

  另外,我还要感谢所有学习期间曾给我帮助的老师、同学和朋友.衷心的感谢在百忙之中评阅论文和参加论文答辩的各位老师!

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