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1、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。随着隧道施工技术机械化程度的提高，隧道施工的耗电量也越来越大，且负荷集中。这给电气设计提出了更高要求。为保证施工质量和施工安全，确保隧道施工的可靠性，合理的施工供电设计显得越来越重要。在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：易于与其它形式的能源相互转化；输配简单经济；可以精确控制、调节和测量。因此，电能在工农业生
2、产和人民日常生活中得到广泛应用，生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展。如何安全、可靠、经济、合理地供配电能和使用电能是实现工业电气自动化的重要保证和基础。1.2 国内外研究现状近代电气设计以电能、电气设备、电气自动化技术为主体的综合性应用技术。采用合理配电方式，采用高效率变压器、电动机和照明电源、无功功率补偿装置和设备、监控电脑系统等措施，减少电能损耗，节约用电1。供电的发展趋势：(1)电源的发展趋势：电源电压范围得以扩大，随着负荷密度的增加，将采用高压甚至超高压供电。中、低压配电系统，从增加供电容量提高电能质量和减少电能损耗出发，20kV和600V电压等级正在酝酿应用。(2)电力系统的发
3、展趋势：根据用电负荷的重要级别和用电设备的实际要求，采用自动控制技术建立集中监控和保护，提高故障检测和诊断技术，应用人工智能技术建立高可靠性、高质量、低损耗、运行灵活的电力系统。(3)电气设备的发展趋势：根据标准化、无油化、小型化的技术原则，电气设备多选用高绝缘裕度、低损耗及智能化、自动化设备。(4)充分利用计算机技术：计算机技术的应用在供电部门和用电单位，通过计算机及其支持软件，将各种信息实时采集、处理、传递，实现有效的控制和协调，使电气设备的运行监控、系统保护、用电负荷管理全面实现动态优化管理。(5)电力电子技术在电力系统和用电系统中有着广泛的应用：电力电子技术在电力系统和用电系统的应用产
4、生了很大的经济效果和节能效果，发达国家在用户终端使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。在配电网系统，电力电子装置用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。在变电所利用电力电子装置更为操作系统提供可靠的交直流操作电源。电力电子技术的不断进步给电气工程的现代化以巨大的推动力。电力电子技术还将不断发展，在电气领域中实现机电一体化。(6)采用晶闸管变流装置对长距离、大容量电能实现直流输电：直流输电解决了由于交流线路存在分布电抗和对地分布电容，使电缆中电压升高且不便抑制的问题，而且直流输电线路具有架设方便、能耗小、导线截面可得到充分利
5、用及绝缘强度高等优点，使其更适宜远距离大容量输电。直流输电联结不同频率的电网，并可实现定电流控制，限制短路电流。近年还发展起来依靠电力电子装置实现柔性交流输电(FACTS)。(7)无功补偿和谐波抑制：这对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器、有源电力滤波器等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。1.3 供电系统设计的任务1.3.1 研究的主要内容供电系统的设计是根据电力用户所处的地理环境、地区供电条件、工艺和公用工程设计所提供用电负荷资料等进行的。供电设计一般分为两个阶段，初步设计阶段和施工图设计阶段。初级
6、设计主要落实供电电源及供电方式，确定供电系统方案；施工图设计阶段则依据初步设计方案具体绘制施工图，选定电气设备2。1.3.2 供电设计的主要内容按照工艺和公用工程设计所提供用电负荷资料，计算负荷；根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式；确定功率因数及补偿措施；根据环境和计算负荷，选择变电所位置、变压器数量和容量；确定变配电所主接线和户外高压配电方案；选择并校验电气设备及配电网线路载流导体截面；继电保护系统设计和参数整定计算；确定高压变电所的调度方式；防雷设计和接地设计；绘制供电系统施工图；核算建设所需器材与总投资。第2章 负荷计算2.1 负荷计算2.1.1 负荷计算的内容和目
7、的计算负荷是一个假想的持续性负荷，通常采用30min的最大平均负荷。这个负荷是设计时选择电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等额定参数的依据。在工程上为方便计，亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据3。2.1.2 需要系数负荷计算步骤根据施工用电平面布置和用电系统图，负荷计算应从开关箱、分配电箱、总电源箱逐级进行，负荷计算通常采用需要系数法。(1)用电设备组的计算负荷及计算电流有功功率(2-1)无功功率(2-2)视在功率(2-3)计算电流(2-4)(2)车间变电所或配电干线的计算负荷车间变电所或配电干线的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数。有功功率(2-
8、5)无功功率(2-6)视在功率 (2-7)以上式中：用电设备组的设备功率kW需要系数用电设备功率因数角的正切值 、有功、无功同时系数，分别取0.80.9和0.930.97用电设备额定电压kV(3)总降压变电所或配电所的计算负荷总降压变电所或配电所的计算负荷，为各配电干线的计算负荷之和再乘一同时系数 和。对配电所的和，分别取0.81和0.951；对总降压变电所的和，分别取0.80.9和0.930.97。计算变电所高压侧负荷时，应加上变压器的功率损失。当简化计算时，同时系数和都取 值。2.1.3 按需要系数负荷计算的结果(1)出口场区负荷计算结果列表如下：表2-1 出口场区用电负荷一览表用 电设
9、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kvar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5050500.80.752518.7531.2547.5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3
10、3100103034.56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kvar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)支洞场区负荷计算结果列表如下：表2-2 16#支洞场区用电负荷一览表用 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kvar视 在功 率kVA计 算电 流I30/A312出碴机9595
11、600.750.885750.1675.9115.36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5050500.80.752518.7531.2547.5水泵75150400.80.756056.2582.24125污水处理厂3030500.850.62159.3017.6426.8洞壁照明33100103034.5
12、6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)出口作业区负荷计算结果列表如下：表2-3 出口作业区用电负荷一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kvar视 在功 率kVA计算电流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100100600.8待添加的隐藏文字内容30.75604575113.95刀具修理间150150600.750.889079.2119.89182.15空气压缩机55110600.80.756649.582.5125.35锅炉房5050500.750.88252233.350.60钢筋车间5050700.701.023535.749.9975.95机械修
