配电所供配电系统的设计(毕业论文)

目录摘 要2第一章 绪论31.1 供配电所设计的意义31.2 供配电所设计的要求31.3 本文的主要内容4第二章 全厂设计资料5第三章 负荷计算和无功补偿83.1 负荷计算的目的和意义83.2 负荷计算8第四章 主接线的选择124.1 接线方案的选择124.2 主接线的选择及确定12第五章 短路电流计算155.1 短路电流计算155.2 短路电流计算结果17第六章 全厂主设备的选择196.1 电气设备选择19 6.2 所选设备参数20第七章 防雷与接地21 7.1 防雷设备21 7.2 接地装置21结论22参考文献23致谢24摘 要本文是东盛化工机械厂供电系统的设计（主要是该工厂的机械加工车间）。设计的目的是通过对该电力系统的地理环境、供电条件、供电方式和公用系统等用电负荷资料的分析，为该车间寻找更加完善的供电设计方案。电能是工厂运作的主要能源，对工厂的正常运作有举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常运作、节电节能、提高工厂用电效率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理的供电系统和使用电能的系统保障，才能实现工厂电能利用、和节省电能的理想化、经济化。由于工厂类型很多，且同一类型工厂的生产规模、自动化程度、用电设备布局等情况千变万化，所以工厂供电系统也不同。基于本次的设计要求，此设计的基本内容主要有以下几个方面：进线电压等级及容量的选择，变配电所主电路接线形式的选择，短路电流计算。同时针对主接线形式，本方案进行了控制、计算、保护，防雷接地装置设计等。第一章 绪论 1.1 供配电所设计的意义 工厂供电设计的任务是保障电能从安全、可靠、经济、优质、地送到工厂的各个部门。众所周知，电能是现在工业生产的主要能源和动力。是用其它形式能转化为电能，电能又易于转换为其它形式的能量以供应用。电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业及整个国民经济生活中应用极为广泛。 电能在工业生产中的重要性，并不在于他在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低成本。因此，一个稳定可靠的供配电系统对发展工业生产，实现现代化的工业，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家建设经济性社会具有更重要的战略意义。因此在当今全球资源紧张的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。1.2 供配电所设计的要求 工厂供电工作要更好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到一下基本要求：1、工厂供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。2、必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。3、工厂供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备安全。要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。设计应采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。4、应根据整个工程的特点、规模和发展规划，正确处理工程的近、远期的建设发展关系，以近为主，远、近结合，适当考虑扩建的可能性。 总结一点就是要安全、可靠、优质、经济。此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局、当前和长远等关系。既要照顾局部和当前的利益，又要有全局的观点，能顾全大局，适应发展。1.3 本文的主要内容 本文主要对10KV及以下供配电系统的设计，其内容包括以下几个方面。 1、负荷计算及无功功率补偿计算；2、变配电所主变压器选择；3、变配电所电器主接线方案的选择；4、短路电流计算；5、变配电所一次电气设备的选择；6、变配电所的计量、测量及控制回路等二次回路方案选择；7、变电所防雷保护及接地装置的设计计算；8、绘制供电系统电气原理图第2章 全厂设计资料 东盛化工机械厂的供配电系统设计：按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410KV及以下变电所设计规范及GB50054-95低压配电设计规范等规范，进行工厂供配电设计。做“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。启东市东盛化工机械厂基本情况如下： 1、电源：工厂4公里方向有一降压变电所（号电站）110/35/10KV，3000KVA变压器一台作为工厂的主电源，10KV母线三相短路容量：1920MVA；用10KV的电压以单回架空线向工厂实行供电。供电部门对国家左右的公司有这样一个规定： 区域变电站35KV馈电母线的过电流保护整定时间1.8S，要求工厂总压降变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。 工厂最大负荷时功率因数因不低于0.9，要求10KV侧。 本设计里面我主要突出是设计本厂里面的一个机械加工车间，功率因数也就按照全场的要求来计算。 2、该车间平时为三班倒，全年工作时间为5000h，最大负荷利用时数为4500h。（这个数值仅供参考） 3、电费：有两种价格 基本电价：工厂总压降变电所变压器总容量15元/月； 电能电价：按所在地工业电价计算。一般取动力电费3毛钱一度电，照明电费按5.5毛一度。 4、进行工厂总压降变电所35KV、10KV母线三相短路计算时，冲击系数kch均取1.8。 5、关于全厂符合情况见下表：表2-1、全厂负荷厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数功率因数1配件中心动力3500.250.8照明80.81.02焊接车间动力4000.250.8照明80.81.03机械加工车间见表2-24工具车间动力3800.250.8照明90.81.05电镀车间动力2700.250.8照明50.81.06吹灰处理动力1400.250.8照明40.81.07包装间动力2300.250.8照明70.81.08维修车间动力1800.250.8照明40.81.09锅炉房动力700.250.8照明1.50.81.010仓库动力500.250.8照明1.30.81.011员工宿舍区照明2500.80.8表2-2、 机械加工车间设备明细表序号设备名称设备容量/KW台数需要系数功率因素1普通车床-1100.12560.250.52车普通床-220.07510.250.53普通车床-370.62510.250.54普通车床-450.62510.250.55普通车床-540.62510.250.56普通车床-630.12510.250.57管螺纹车床100.12520.250.58螺旋套丝机30.12510.250.59钻床80.520.250.510立式钻床30.12510.250.511单臂吊桥100.210.250.512立式砂轮1.7540.250.513刨床310.250.514万能铣床1310.250.515立式铣床90.12550.250.516滚齿机4.110.250.517插床470.250.518弓锯床1.710.250.519立式钻床0.610.250.520电极式电阻炉2010.250.521井式电阻炉2410.250.522箱式电阻炉4560.250.523万能工具磨床31.910.250.524立式镗床35.710.250.525卧式刨床1010.250.526单臂刨床7010.250.527加工车间照明2510.250.9第三章 负荷计算和无功补偿3.1 负荷计算的目的和意义 工厂供电负荷计算（或称为计算负荷）的目的是确定工厂最大负荷，作为按允许发热条件选择供电变压器、输电线路导线及开关电器等电气设备的依据。 电力负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法和单位产值耗电量法。需要系数法计算简单对任何工业企业都适用，特别适用长期工作制用电设备占主要负荷的车间，计算结果基本符合实际。二项式法考虑了用电设备的数量和大容量用电设备符合的影响。计算结果偏大，适用于机械加工企业的负荷计算。 已知产品的单位产量的耗电量或单位产值的耗电量时，可用单位产量和单位产值耗电量法进行估算，单位面积用电量法使用于住宅、办公室和具有均匀分布符合的生产线等负荷的计算。负荷计算的目的是：1、计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。2、计算流过各主要电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷电流，作为选择这些设备的依据。3、计算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。4、计算尖峰负荷，用于保护电气的整定计算和校验电动机的启动条件。5、为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备额依据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如果计算负荷确定的过大，将使电气和导线电缆选得过大，照成投资和有色金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算负荷确定过小，又将使电气和掉线处过于负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导线绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。3.2 负荷计算 我国目前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷，其中需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的方法，最为简便，而二项式系数法在确定设备台数较少且各台设备容量差别大的分支干线计算负荷时比较合理，本文采用需要系数法。 1、确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式 用电设备组的计算负荷，是指用电设备从供电系统中取用的半小时最大负荷，所以通常用: (3-1)式中 电动机的额定功率； 电动机在额定负荷下的效率。 （1）需要系数法 在所计算的范围内（如一条干笑、一段母线或一台变压器），将用电设备按其设备性质不同分为若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷 (3-2)式中 设备容量 令，就称为需要系数。 （2） 单组用电设备组的计算负荷 （KW） (3-3) （Kvar） (3-4) （KVA） (3-5) （A） (3-6) 2、机械加工车间负荷计算 （1）需要系数的设备因为： ， 所以：7210.25=180.25 KW （3-7） =311.8325 Kvar （3-8）（2）需要系数的设备因为：， 所以：=250.25=6.25 KW （3-9） 6.250.5=3.125 Kvar （3-10）机械加工车间总负荷计算： （3-11） （3-12） 全厂负荷计算全厂动力（除机械加工车间外）=20700.25=517.5 KW （3-13） 517.50.75=388.125 Kvar （3-14）全厂照明（除机械加工车间外）2980.8=238.4 KW （3-15） 6000.80.75=360Kvar （3-16）( 条件：有功同时系数为0.95，无功同时系数为0.97 ) 全厂有功功率=（机械加工车间有功负荷+全厂动力有功负荷+全厂照明有功负荷）0.95=（186.5+517.5+238.4）0.95=942.4 0.95=895.28KW （3-17） 全厂无功功率=（机械加工无功负荷+全厂动力无功负荷+全厂照明无功负荷）0.97=（314.9575+388.125+360）0.97=1031.2 Kvar （3-18）895.28/1365.6=0.66 目前工厂中大多数负载都是感性负载，如异步电动机、变压器等，使功率因素偏低。若功率因素打不到0.85，就需要工人补偿。提高功率因素的方法可采用同步补偿机或装设补偿电容器。由于本设计中要求功率因数大于等于0.9，而由于上面计算功率因数小于0.9，因此需要进行无功补偿。综合考虑采用并联电容进行高压集中补偿。表3-1 全厂负荷计算名称无功功率(Kvar)有功功率(KW)机械加工车间动力设备311.83180.25照明设备3.136.25全厂(除机械加工车间外)动力设备388.13517.5照明设备360238.4第2节 无功补偿 使用电容的注意事项：电容器的阻抗是和频率成反比。随着频率的增高，损耗也增大。对于电路中的谐波和涌流要采取措施加以限制。电容器总是要产生热量的，要特别注意通风冷却。无功补偿装置安装后，运行过程中，要对系统进行检测，发现过电压、过电流、震荡、谐波等要及时采取措施，这对于电容器的正常运行是非常重要的。 电容器的补偿方式和连接方式：单独就地补偿方式;分散补偿方式;集中补偿方式（这个适合于10KV大中型煤矿的主要补偿方式）. 综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。电容的连接方式有两种：三角形接法和星形接法。 （由于公司要求，对于无功补偿方面设计的固定值0.91，故下面的计算就按照0.91计算）表3-2 功率补偿数据Costan补偿前Cos=0.66tan=1.14补偿后Cos=0.914tan=0.43补偿的Q补=P (tan- tan)=895.280.71=635.6 kvar 因为电容个数是3的倍数，所以本设计选54个，每个容量：每个电容容量为959uF。 补偿后工厂的总容量：S=.=978.8KVA895.28/978.8=0.9140.9，因此满足本设计的要求。电容柜里面的电容器本身就已经连接好了，三角形连接。第四章 主接线的选择4.1 接线方案的选择 对于电源总进线为10KV及以上的大中型工厂，通常是经工厂总降压变电所降为车间所需要的电压。 总降压变电所注解线图表示工厂接受和分配电能的路径，有各电力设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单母线表示。 主接线对变电所设备的选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。 1、一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。 2、一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线使用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、使用经济运行需经常切换的总压降变电所。当一次电源电网采用环形接线时，也宜于采用这种接线。 3、一、二次侧均采用单母线分段的总压降变电所，这种主接线方式兼有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所有高压开关设备较多，可供于一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。 4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所，采用双母线线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。 本次设计的工厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长，主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段接线。4.2 主接线的选择及确定 1、35KV侧：（1）单母线带旁路接线： 优点：可靠性极高，故障率低的变压器的出口不装断路器，投资较省，整个线路具有相当高的灵活性，当双母线的两组母线同时工作时，通过母联断路器并联运动，电源与负荷平均分配在两组母线上，当母线断路器断开后，变电所负荷可全部接在母线或副母线上。 缺点：当母线故障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。（2）单母线分段带旁路母线： 优点：供电可靠性高，运行灵活，但是主要用于出现回路数不多。但负荷较重要的中小型变电所。 两组接线方案相比较：单母线接线方式更加适用于本厂。 2、10KV侧：（1）单母线分段带旁路母线：优点：供电可靠性高，运行灵活，但是主要用于出线回路数不多。但负荷较重要的中小型变电所。缺点：在母线和母线隔离开关检修或故障时,各支路都必须停止工作;引出线的断路器检修时,该支路要停止供电.（2）单母线带旁路母线：优点：供电可靠性高，断路器故障检修时，可不停负荷进行检修，供电可靠运行灵活，适用于重要用户供电，出现回路数较多的变电所。 两组接线方案相比较：单母线分段接线方式更加适用与本厂。 图4-1 单母线带旁路 图4-2 单母线分段 图4-3 单母线带旁路 图4-4 单母线分段东盛化工机械厂的实际的情况，该工厂为二级负荷供电。容量是1400KVA少于1250KVA对电能的要求还是蛮高的。 所以经上述条件综述，该厂应该选用单母线分段接线。4.3 供电系统接线图 工厂电源进线电压为35KV,先经过工厂总降压变电所降压为10KV的高压配电电压,然后经过车间变电所,降为一般电压用电设备所需要的电压220/380V。由于电源进线线路较长因而发生故障和停电事故有点多,并且变压器不需要经常切换。所以,总降压变电所一次侧采用内桥式接线,二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。如果某线路电源例如WL1线路停电检修或有故障的时候,则断开QF11,投入QF10(两侧的QS101和QS102先闭合),即可由WL2回复对变压器T1的宫殿。这种主接线的灵活性比较好,供电可靠性也高。图4-5 全厂系统主接线图第五章 短路电流计算 5.1 短路电流计算 短路电流计算的目的是：正确的选择电气设备及导体，使之在短路故障发生时不致损坏；正确选择过电流保护装置，使其在短路故障时可能可靠切除故障。选择限制电流的电器。如限流电抗器。 在电力系统中，短路电流计算的结果具体应用于如下： 1、选择变配电所中断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、成套设备、避雷器等设备以及软导线、硬导体。 2、为选择的电气设备和载流导体进行热稳定性和动稳定性的校验。 3、选择和整定继电保护装置。 4、合理的确定主接线方案。 5、最小运行方式下：图5-1 最小运行方式下的短路图（1）确定基准值：取,，而 （2）计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值1） 电力系统（）2） 架空线路（）3） 电力变压器（)（3）求K-1点的短路电路总电抗标幺值及三项短路电流和短路容量。1） 总电抗标幺值2） 三相短路电流周期分量有效值3） 其他三相短路电流4） 三相短路容量（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1） 总电抗标幺值2） 三相短路电流周期分量有效值3） 其他三相短路电流4） 三相短路总容量6、最大运行方式下：图5-2 最大运行方式下的短路图（1）确定基准值取，,而 （2）计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值1） 电力系统（）2）架空线路（)3）电力变压器（3）求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1） 总电抗标幺值2） 三相短路电流周期分量有效值3）其它三相短路电流4）三相短路容量（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1） 总电抗标幺值2） 三相短路电流周期分量有效值3） 其他三相短路电流4) 三相短路各电流计算结果 短路电流计算结果如下表5-1,5-2所示：表5-1最大运行方式三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-1点88820.412.1833K-2点17.717.717.745.126.7322.6表5-2最小运行方式三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-1点0.520.520.521.330.854.3K-2点234.9234.9234.9432.2256.146.5第六章 全厂主设备的选择6.1 电气设备选择1、按正常工作条件选择电气设备 所谓正常工作条件是指电气设备的电压、电流、工作环境等。（1）电压 电气设备的最高允许工作电压应大于或等于实际工作电压。（2）电流 电气设备的额定电流要大于或等于通过电气设备的实际最大工作电流。由于额定电流是在一定的周围空气温度下确定，如果电气设备或载流导体所处的周围环境温度高于时，应进行修正。（3）工作环境 在选择电气时还要考虑电器安装地点的环境条件，如当地温度、海拔高度、污秽程度等，此外还应考虑防腐、防暴、防火、防尘等要求。2、按短路情况进行校验 在选择有可能通过短路电流的电气设备时，必须校验短路电流的动稳定和热稳定，以保证系统发生短路时不致损坏。在进行短路校验时，必须计算该电器所承受的最大可能短路冲击电流所产生的电动力和可能通过的最大短路电流所产生的热量均不得超过允许值。6.2 所选设备参数高压侧设备的选择:按照上述原则,结合短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高低压电器设备如下: 装设主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足一项两个条件：任一台单独运行时，；任意一台单独运行时，因为该厂为二级负荷所以按条件选择。1、35KV侧：（1）变压器选择SW2-35/1000，因为所选变压器容量大于满足该工厂的要求。（2）隔离开关应从额定电压、额定电流、动稳定、热稳定四个条件进行选择。，隔离开关GW2-35GD/600均满足上述几个要求。（3）电压互感器应从额定电压这个方面进行选择。，JDZJ9-35满足这个要求。（4）电流互感器的选择应从额定电压、额定电流、动稳定、热稳定这四个条件进行选择。，LCW-35满足上述所述条件。具体选择列入表6-1中表6-1 35KV侧电器设备计算数据设备名称高压断路器SW2-35/1000隔离开关GW2-35GD/600电压互感器JDZJ9-35电流互感器LCW-35避雷器FZ-35备注35KV35KV35KV35KV35KV选用KYN10-40.5-2-8B高压开关柜16.5KA45KA50KA1000MVA2、10KV侧：变压器选择SN10-101，因为所选变压器的容量大于满足该工厂的要求。其他设备的选择均可以按照35KV侧的选择方法进行选择。 具体选择列入表6-2中表6-2 主变压器10KV侧电气设备计算数据设备名称10KV侧断路器SN10-101隔离开关GN8-10T/1000电流互感器LA-10备注10KV10KV10KV选用GG-1A(F)高压开关柜40KA52KA63.64KA16KA300MVA3、380V侧电气设备的选择：因为,故本厂选择断路器型号就是DZ15-1500/30。第七章 防雷与接地 7.1 防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器,其中,接闪器就是专门用来接受直击雷的金属物体。接闪的金属成为避雷器。接闪的金属线成为避雷线,或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内,以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷击过电压时,避雷器的火花间隙就被击穿,由高阻变低阻,使过电压对大地放电,从而保护了设备的绝缘。避雷器的形式主要有阀式和排气式等。高压侧装设避雷器：这主要用来保护主变压器，以免雷击冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳连接在一起，在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线所具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，器接地端与电缆头外壳相连后接地。低压侧装设避雷器：