方案设计报告.docx
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方案设计报告
格式A1
档号编号
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阶段标志
名称KWZL-110KW整流柜
方案设计报告
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同意
武汉科闻传感技术有限公司
第1页共18页
内容纲要:
本报告就KWZL-110KW整流柜的设计状况进行了详尽介绍，论述了实现方案的技术门路及主要工作内容、达到的主要技术指标，并对设计状况进行了剖析和说明，最后得出了各项指标知足研制任务书、能够转入生产阶段的结论。
主
题
KWZL-110KW整流柜设计报告
词
改正单编号
更他日期
改正人
改正状况及标志
更
改
栏
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目次
1
概括
.....................................................................................................................
4
任务根源
.......................................................................................................
4
研制指导原则
..............................................................................................
4
整流柜构成及功能
......................................................................................
4
2
主要技术指标及设计要求
................................................................................
4
自然环境
.......................................................................................................
4
主要技术指标
..............................................................................................
4
3
设计方案
.............................................................................................................
5
整体方案
.......................................................................................................
5
参数计算
.......................................................................................................
6
构成部分设计方案
......................................................................................
9
系统构造图纸
............................................................................................
15
系统安全性设计........................................................................................
17
4
方案知足技术指标状况
..................................................................................
17
5
风险剖析
...........................................................................................................
18
6
结论
...................................................................................................................
18
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1概括
任务根源
KWZL-110KW整流柜依照《KWZL-110KW整流柜研制任务书》
睁开设计。
研制指导原则
全部零零件采纳已定型的货架产品保证系统靠谱性及研制周期；
整流柜构成及功能
KWZL-110KW整流柜的重要构成部分，由三相全波不控整流电路、无功赔偿器、三相沟通断路器、直流保险丝、薄膜电容、多功能仪表、直流表、保险丝、温度报警模块、指示灯、铜排、电缆等构成。
KWZL-110KW整流柜将额定电压460V、频次60Hz的三相沟通电整流为直流电，并装备无功赔偿器来提升系统的功率要素。
2主要技术指标及设计要求
自然环境
a）温度
最高温度：
+50℃；
最低温度：
-20℃；
b）相对湿度：
不大于90%（+25℃时）；
主要技术指标
a）输入额定电压：
三相460Vac，60HZ；
b）输出功率：
不低于300kW；
c）赔偿参数：
电容器20Kvar+30Kvar（2路），电感率为7%;；
d）谐波重量：
不大于20%；
e）工作温度：
-20℃～50℃；
f）防备等级：
IP43；
g）外形尺寸：
1120mm×700mm×700mm。
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3设计方案
整体方案
此方案主要目的在系统同意的条件下，尽可能提升功率要素，改良柴油发电机组的使用效率，同时也要防备功率要素过高造成系统不稳固；并尽量减少系统的谐波重量。
产品的电路原理图如图1所示，KWZL-110KW整流柜的重要构成部分，三相全波不控整流电路、无功赔偿器、三相沟通断路器、直流保险丝、薄膜电容、多功能仪表、直流表、保险丝、温度报警模块、指示灯、铜排、电缆等构成。
考虑到整流柜的重要性，所以在设计该整流柜时，考虑更多的是整流柜的稳固性和靠谱性。
KWZL-110KW整流柜的输入为柴油发电机组,柴油发电机组输出电压为460HZ，频次为60HZ的三相沟通电，经三相全波不控整流电路输出直流电。
考虑到现场实质运转时，比如：
铭牌88KW，功率要素0.8的柴油发电机组，在没有无功赔偿状况下，带载40KW，柴油发电机组的功率要素为0.75。
此刻本整流
柜的输入为在最大120KW，功率要素0.8的柴油发电机组，而实质整流桥输出功
率需要知足110KW，为知足实质要求，故一定提升功率要素，加入无功赔偿器。
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图1.系统主电气原理框图
参数计算
本电源主要采纳三相全波不控整流电路对三相沟通电整流获得110KW直流电源。
三相全波不控整流电路
考虑到本整流柜的重要性，所以我们更多的考虑到整流柜的稳固性和靠谱性，故采纳三相全波不控整流电路，电路由6个整流二极管
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构成。
因为本系统电路输出电压为U0=460*1.35=DC621V，输出功率为110KW，则输出电流为DC177A，故我们在选择整流二极管时，留有必定余量，采纳600A/1800V的二极管。
散热器的选型由晶闸管厂家介绍，采纳风冷散热。
输入电流计算
依据系统技术指标柴油发电机最大功率120KW，以效率为计
算，可得：
Pi=1.732U*I*cosφ=Po=120KW，cosφ=0.9，U=460V
获得I=167A
依据输入电压AC460V,输入电流AC167A，沟通断路器我们均选用
额定电流为250A的器件。
滤波电容计算
整流柜额定输出电压DC620V，而自己本系统的负载并联了一个电池，相当于一个无量大的电容，故本系统设计时没有太多考虑纹波的要求，可是考虑到整流桥的稳固性以及靠谱性，输出并联有6个450uF/1000V的薄膜电容，主要除去尖峰电压及高次谐波等。
谐波值计算
关于三相全波不控整流电路，当忽视三相桥式可控硅整流电路换相过程和电流脉动，假设沟通侧电抗为零，直流电感为无量大，则沟通侧电流傅里叶级数睁开为：
由上式可得以下结论：
电流中主要含有5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数，全部主要谐波为5次谐波。
一般三相全波不控整流电路电压谐波为15%-20%，电流谐波为
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20%-30%，本系统增添有无功赔偿器，可除去一部分谐波量。
无功赔偿器计算
本系统中柴油发电机组机的功率要素为，而整流柜最高输出功
率110KW，则柴油发电机的视在功率，
则无功功率Q
S2-P2
2-1102
82Kvar；
依据柴油发电机组的性能要求，柴油发电机组的最大功率要素不可以
超出，否者会致使柴油发电机组运转在不稳固地区，会造成柴油
发电机的损害，留有必定余量，我们经过无功赔偿器将功率要素由
上涨到。
当功率要素为
0.9时，P=S*0.9=123KW,则无功功率
QS2-P2
22
59Kvar；则无功功率赔偿了82-59=23Kvar。
则
无功赔偿器的电容器为23KVar，由于本系统的主要谐波重量为5次谐
波，故无功赔偿器中的电抗器采纳电抗率为7%的电抗。
电容器Q
2
fCU
2，此中Q=23Kvar，f=60Hz,U=460V
，C=288uF则
。
本系统可等效为该电路图：
图2.等效电路图
In为系统n次谐波电流，也看作由一恒流源发出，L2为系统等值电感，其基波电抗值为X2，L1为电容器所串电抗器的电感，其基波电
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抗值为X1，C为赔偿电容器的电容，其基波容抗值为Xc，Ins为流入
系统的n次谐波电流，Inc为流入电容器的n次谐波电流，
Ins=In（nX1-Xc/n）/（nX2+nX1-Xc/n），X1/Xc等于K代入，
即得：
Ins=In×Xc（K-1/n2）/（X2+Xc（K-1/n2））,（X1/Xc等于K）
当K-1/n2=0即K=1/n2
流入系统的n次谐波为零，说明L-C回路对n次谐波完整滤除，它是一个单一谐滤波器。
本系统主要功率为5次谐波，则K=1/25，
则XC=25XL，XC=12fc=5.1,I=U/（XC+XL）=90A，则流经无功赔偿器的电流为90A。
构成部分设计方案
三相沟通断路器
三相沟通断路器采纳施耐德的沟通断路器NSX630/3P（3个），此中主回路断路器采纳250A，无功赔偿回路采纳2路160A。
NSX630/3P额定绝缘电压为800V，合用于沟通50HZ（或60HZ），额定工作电
压690V的电路中作不屡次变换及点电机不屡次起动之用，沟通断路器拥有过载和短路保护功能，能保护线路和电源设施不受破坏。
依据前面计算得出主回路电流为170A，故主回路断路器采纳250A
可知足系统要求，而无功赔偿回路电流为70A，应采纳160A断路器。
主要技术参数:
a）额定绝缘电压：
800VAC；
b）额定工作电压：
630V；
c）额定冲击耐压：
8000V；
d）级数：
3；
e）额定极限短路分断能力：
42KA/440VAC；
f）额定运转短路分断能力：
42KA/440VAC；
g）操作次数：
机械操作15000次，电气操作4000次；h）外形尺寸（W×H×D）：
140mm×255mm×110mm；
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i）重量：
；
j）飞狐距离：
≤52mm。
实物图片:
图3.三相沟通断路器实物图
无功赔偿器
无功赔偿器采纳指月公司有限公司的电容器、BMSJ0.69-20-3以及电抗器、，此中BMSJ0.69-30-3为自愈式三相并联电容器，额定电压690V，赔偿功率为30Kvar，BMSJ0.69-20-3为自愈式三相并联电容器，额定电压690V，赔偿功率为20Kvar，为30Kvar般配的电抗器，为20Kvar般配的电抗器。
依据以前计算的赔偿电容器应当为23Kvar，在我们进行选型采买电容器时，
因为市场上全部的电容器选型都是以50HZ，额定电压计算而来。
我们将电容器
23Kvar转变为50HZ,690V的电容器，由上述计算公式获得
C=288uF，Q2
fCU2=2*3.14*50*288*10
-6*690*690=45Kvar。
为方便
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现场调试，应采纳2路，依据厂家选型，比较适合的有20Kvar和30Kvar两种。
可依据现场调试状况选择电容的投切。
整流二极管及散热器
可控硅采纳西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司的烧结构造整流
管，合用于高压直流整流电源等装置。
依据本装置的技术指标，输入电压AC460V，输出功率110KW,依据计算出的
电流以及厂家介绍，最后采纳二极管型号为ZP600/1800，散热器为SF14型风冷
散热器，该型号二极管的工作电压为DC1800V，工作电流为600A，足以知足本
装置设计需求。
散热器安装条件：
安装散热器时，器件和散热器的接触表面应平坦，光洁，
安装前擦抹洁净。
紧固力应略大于规定的相应数值。
风速应大于6M/S，故使用
2路8寸220V电扇进行散热。
图4.二极管及散热器实物图
直流滤波电容
直流滤波电容采纳株洲宏达电子股份有限公司的有机薄膜电容，以聚丙烯
薄膜为介质，金属化层为电极，采纳无感卷绕构造，阻燃环氧树脂填补，螺柱
或内螺纹引出。
自感低，ESR低，高频消耗小，能蒙受大的纹波电流，高靠谱性。
用于直流滤波或支撑电路，可代替铝电解电容。
如牵引驱动器、磁化和焊接设
备、风能和太阳能等设施中的直流滤波和链接。
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依据计算，电容选型为450uF/1000V的薄膜电容。
实物照片:
图5.滤波电容实物图
保险丝
保险丝采纳美国巴斯曼公司的350A/700V熔断器。
主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。
因为半导体元件的过载能力很低。
只好在极短时间内蒙受较大的过载电流，所以要求短路保护拥有迅速熔断的能力。
迅速熔断器的构造和有填料关闭式熔断器基真同样，但熔体资料和形状不一样，它是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。
实物照片:
图6.直流电表实物图
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直流表
直流表采纳安科瑞电气股份有限公司的PZ系列直流检测仪表PZ72-DE/C，该系列仪表可丈量直流系统中的电压、电流。
可带RS485通信接口、模拟量数据变换、开关量输入/输出等功能，既可用于当地显示，又能与工控设施、计算机连结，构成测控系统。
合用于直流屏、太阳能发电、电信基站等直流系统的电力参数检测。
用于显示直流输出电压电流。
主要技术参数:
a）直流电压输入范围：
0-1000VDC；
b）直流电流输入范围：
0-9999ADC；
c）霍尔元件：
支持输出为0~20mA、4~20mA、0~5V、0~10V等。
d）精度等级：
级。
e）显示：
LED或LCD（高亮蓝色背景光、背光延不时间可调）。
f）通讯：
RS485接口，半双工、光电隔绝，Modbus-RTU协议；
g）工作电压范围：
AC85~265V,50/60Hz。
h）功耗：
≤2VA；
i）绝缘电阻：
≥100MΩ；
j）工频耐压：
电源端子组与信号输入、输出端子组之间3kV/1min（RMS）；k）温度：
LCD-10℃～+45℃，LED-10℃～+55℃，储存-20℃～+70℃；
l）湿度：
≤93%RH，不结露，不含腐化性气体；
m）海拔：
≤2500m。
实物照片:
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图7.直流电表实物图
多功能仪表
流表采纳安科瑞电气股份有限公司的PZ系列沟通检测仪表PZ72（L）-E4，
该仪表采纳沟通采样技术，能分别丈量电网中的电流、电压、功率、功率因数
和电能等参数。
可带RS485通信接口、模拟量数据变换、开关量输入/输出等功
能，实现电力参数、电气元件工作状态的远程传输，便于后台监控系统集中检
测。
合用于高、低压电力系统中需要检测电力参数的场合。
用于显示沟通输入
端的三相电流电压以及功率。
主要技术参数:
a）
输入电压：
AC380V；
b）
输入电流：
5A；
c）
输入频次：
45Hz～65Hz；
d）
输入功耗：
＜；
e）
精度等级：
电流、电压：
级，频次：
，有功功率、有功
电能：
0.5级，无功功率、无功电能：
1.0级；
f）
通信：
RS485Modbus-RTU协议/Profibus-DP
协议；
g）
工作电源电压：
AC80-270V；
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h）电源功耗：
＜4VA；
i）绝缘电阻：
≥100MΩ；
j）工频耐压：
电源/输入/输出之间2kV/1min；
k）温度：
LCD-10℃～+45℃，LED-10℃～+55℃，储存-20℃～+70℃；l）湿度：
≤93%RH，不结露，不含腐化性气体；
m）海拔：
≤2500m。
实物图片:
图8.多功能仪表实物图
系统构造图纸
图9.面板显示正视图
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图10.侧视图
图11整体图
图12尺寸图
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系统安全性设计
a）在整流柜内输入端装有断路器实现输入过流、短路保护；
b）在整流柜输出端装有350A的保险丝，实现输出过流、短路保
护
c）装有温度报警模块，当整流桥温度达到110℃时，装置发出声光报警。
d）沟通断路器、保险丝都是采纳的高靠谱性的产品，并且在电压等级和分断能力上都留有较大余量；
e）在设计中采纳绝缘性能较好的资料，能够抗老化，同时设计有淋雨防备,并且在湿润的环境下还可以保持优秀的绝缘性能。
采纳遮拦、护罩等将带电体与外接隔断开来，防备触电和电弧伤人。
设计时，保持足够的安全间距，防备触电、方便操作；
f）对在使用中可能触摸到的设施上的固定螺钉，采纳保护举措与电路绝缘。
对电路的触点、接线端子采纳保护举措，防止短路、伤人；
g）在电路设计中采纳的开关、线缆接头及配电接插件等，都用绝缘优秀的元器件。
4方案知足技术指标状况
经过设计，KWZL-110KW整流柜各项主要技术性能指标知足状况见表3。
表1
主要技术性能指标知足状况表
序号
名称
要求值
设计值
知足状况
1
输入电压
额定460VAC
不大于520VAC
知足
2
额定输出电流
600A
610A
知足
3
输出功率
不低于110kW
120KW
知足
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序号
名称
要求值
设计值
知足状况
8
过流、短路保护，过
过流、短路保护，
保护模式
知足
热报警
过热报警
5风险剖析
本系统采纳著名公司的成熟产品进行集成，技术风险较低。
6结论
KWZL-110KW整流柜在充足借鉴已有发电机组的成熟技术的基础上，采纳成熟产品进行集成，方案合理、可行，主要技术、性能指标知足设计技术
要求，能够睁开下一阶段生产工作。
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