毕业设计说明书CB.docx
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毕业设计说明书CB
湖南水利水电职业技术学院
HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower
毕业设计成果说明书
Graduationpracticeachievement
设计项目名称飞腾工业股份有限公司供配（电系统电气一次设计）
姓名：
李蒋
专业：
供用电技术专业
班级：
09级供电二班
学号：
200930020013
指导老师：
禹红
任务下达日期:
2011年11月7日
设计完成日期：
2011年12月7日
电力工程系编
摘要
本课题是飞腾工业股份有限公司供配电设计，是对工厂供配电基本知识的具体应用。
该公司共有加工车间、检验车间、检修车间、辅助车间、泵站区以及生活区等用电单位（具体情况见第二章电力负荷计算及无功功率补偿）。
该公司配电采用两班制和三班制。
电力系统高压侧断路器为真空户内ZN12-10/2000型。
本设计第一章主要分析该工厂供配电的原始资料；第二章计算工厂总的计算负荷，以及进行功率因数的补偿；第三章是变压器与主接线方案的确定；第四章短路电流计算；第五章和第六章主要介绍的是设备的选型；第七章介绍电能损耗与电气节能；第八章介绍系统的防雷与接地。
本设计通过对计算负荷，进行无功补偿，根据负荷要求选出变压器；通过计算三相短路电流，选出电气设备元件；根据设备损耗采取相应节能措施；然后注意安全、接地和防雷的设置。
关键字：
计算负荷，电力变压器，三相短路电流，接地，防雷，电气节能。
前言
电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能的输送和分配既简单经济，有便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
电力是具有独特的生产流通网络的一种特殊商品，其生产、传输、销售和是用几乎在同一瞬间完成。
随着科学技术的不断发展，现代电力系统正在逐步实现高参数、大容量、大电网、自动化管理，供电范围日益广大，客户对电能质量的要求越来越高，在供用电过程中用电管理工作显得越来越重要。
随着现代工业的发展，对电气设备控制自动化和智能化程度的要求越来越高，利用现代电子技术、传感器技术、通讯技术、计算机及网络技术，将电力设备在正常及事故情况下的监测、保护、控制、电力计量同工厂集散控制系统DCS、PLC、企业资源计划管理融合在一起，达到高层次、高透明度的良好管理，已成为一种必然趋势和发展方向。
在数字化的时代，INTERNET风靡全球，也改变着全世界。
它正式宣布数字化网络时代已经来临。
这意味着一切运行和经营管理方式均需数字化，并且必须与电脑、通信相融合。
智能化是电气设备的发展趋势，但各式各样的智能控制都是要建立在合理的电气线路的基础上的。
为此，掌握配电工程的设计思路是十分必要的。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，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经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，应具有重大的意义。
目录
摘要
前言
第1章概述
1、1原始资料的分析………………………………………………………………………5
1、2、概述………………………………………………………………………………………5
第二章毕业设计的目的………………………………………………………………7
2、1毕业设计的目的……………………………………………………………………………7
第三章毕业设计的内容…………………………………………………………………8
3.1电气一次部分设计内容……………………………………………………………………8
3.2负荷计算和无功功率补偿…………………………………………………………………8
3.3变压器方案的选择…………………………………………………………………………9
3.4确定变电所电气主接线方案………………………………………………………………10
3.5短路电流计算………………………………………………………………………………13
3.6设备选型……………………………………………………………………………………15
3.7高低压电气设备的选择……………………………………………………………………16
3.8损耗…………………………………………………………………………………………17
3.9防雷与接地…………………………………………………………………………………20
第四章设计总结及心得体会……………………………………………………24
第五章参考献文…………………………………………………………………………26
第一章概述
1．1原始资料的分析
（一）设计的基本要求、基本条件及原始数据
飞腾工业股份有限公司占地157.5亩，职工155人，该公司供配电为降压型配电所，无高压负荷；该公司拟定加工、检验、辅助、检修四个车间，其中加工车间有大型制冷设备，加工车间平面布置如图。
该公司所在地区平均雷暴日为30天，室内平均气温35°C，土壤为黄土，其平均温度为30°C。
由于该公司地理位置较高，供水水压偏低，经市水务局批准，同意拟设抽水蓄能加压泵站。
该公司系统电源情况如下：
1、正西向2公里处有一110KV降压变电所，所内两台主变压器，10回10KV出线，一回出线断路器为KYN28-12/1250（查得开断容量为25KA）;另回出线断路器为ZN12-10/2000。
架空线总长为70KM，电缆线总长为20KM。
2、降压变电所中10KV出口系统阻抗在最大运行方式下为0.185，最小运行方式下为0.25；
3、该公司负荷情况如下表：
表1飞腾工业股份有限公司用电负荷情况
序号
车间名称
总负荷（KW）
同类台数
单台三相设备功率（KW）
单相负荷（KW）
工作性质
1
加工
冷加工
2875
20
75
65
三班
热加工
17
75
35
一班
制冷
200
4
45
20
三班
2
检验
200
10
15
50
二班
3
辅助
400
8
45
40
三班
4
检修
250
10
22
30
一班
6
泵站
43
2（备用）
21.5
7
生活
300
100
厂区平面布置图
1.2概述
本次设计是针对飞腾工业股份有限公司的供配电工程进行的初步技术设计。
该公司属于重型机械加工厂，主要用电负荷有加工车间，检验车间、辅助车间、检修车间、办公楼、办公楼及泵房、活动中心。
加工车间有二类负荷一个为冷加工，一个为热加工，一个为制冷。
根据该公司的厂房的具体布置，决定将厂区总供配电所地址选在活动中心与检修车间中间，配电房的选址主要依据是，在此建配电所距离电源最近，从此处往厂区各处接线也是最近的地点。
根据该公司的地理位置，我们直接从该公司正西向的降压变电所用架空高压线路将10KV的电源引入该公司，然后经公司的总配电所将电能转换为用电设备所需要的低压电能（220/380V）。
一个配电工程可能有各种组合方案，组合方案的变化必然会影响到投资费用和运行费用的变化。
因此，一个主接线方案是否可行得从可靠、安全、合理、经济等方面考虑。
本设计是针对该公司供配电工程需要进行设计，配电方案的线路比较简单。
第二章、毕业设计的目的
2．1毕业设计的目的
毕业设计是实践教学必不可少的实训环节，是学生对课程与专业知识的巩固和综合运用。
通过本毕业设计，让学生初步掌握一个工厂供配电工程设计的思想、要求、内容、方法和步骤，加深学生对专业理论知识的理解与运用，锻炼学生分析、设计、绘图和编写技术文件的基本技能与综合能力，为今后参加企事业单位供配电和变电所电气设计、安装、运行、检修、试验打下基础。
通过本毕业设计使学生在以下几方面的能力得到训练和提高：
综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力；
掌握文献检索、资料查询的基本方法及获取新知识的能力；
书面和口头表达的能力；
团结协作工作的能力。
第三章、毕业设计的内容
3.1、电气一次部分设计内容
3.1.1引接方案；
3.1.2电气设备的选择和效验；
3.1.3功率因数计算，节能计算，无功补偿方式确定；
3.1.4供配电所电气布置：
根据所推荐的电气主接线方案进行电气设备的布置：
3.1.5进行配电所的总体布置，根据系统资料和负荷地理接线图进行布置，要求将生活区和生产区分开。
3.1.6估算计量、控制和保护等二次屏的数量，确定控制室的尺寸和布置；
3.1.7防雷设计；
3.1.8接地电阻计算及接地装置选择。
3.2负荷计算及无功功率补偿
3.2.1负荷计算
负荷计算的意义
在进行变配电设计前首要任务就是进行负荷计算，所谓负荷计算就是根据用户提供的用电设备安装容量，求出计算负荷，并正确估计用户所需的电力和电量，从而选择与之匹配的变电设备。
估算的准确程度，影响着用户电力设计的质量，如估算过高，将增加供电设备的容量，使电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。
但如估算过低，又会使用电设备在投入使用后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际符合电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
因此，在为该商城进行配电设计前，首要任务就是进行负荷计算；并且变电所负荷的大小是确定变电所的供电系统选择变压器容量、导线截面积及量程的依据，同时也是继电保护整定的重要数据。
3.2.2负荷计算的方法（见计算书）
负荷计算的方法有：
利用系数法、二项式法、需要系数法。
目前一般工程的负荷计算主要采用需要系数法或利用系数法，较为方便快捷。
需要系数法即变电所各设备的实际负荷容量总是小于它的连接设备额定总容量，其比值叫需要系数，而按需要系数法确定工厂计算负荷。
3.2.3功率因数的计算（见计算书）
功率因数的定义
有功功率是视在功率的一部分，有功功率在视在功率中所占的比重，称为功率因数。
无功功率补偿的计算（见计算书）
3.3变压器的选择
3.3.1变电器容量和数量的选择，根据计算负荷的大小与负荷等级的需求（飞腾工业股份有限公司的加工车间的冷加工负荷属于二级负荷，一般为三级负荷）初步假设采用两台变压器对用电设备分组供电。
正常工作状态下，两台变压器同时供电，分别向下列两组供电设备供电：
带有二类负荷的加工车间：
冷加工同类设备20台，三相设备75KW,单相65KW，热加工同类设备17台，三相设备75KW，单相35KW,制冷同类设备4台，三相设备45KW，单相20KW。
三类负荷：
检验车间200KW,辅助车间400KW,检修车间250KW,泵站21.5KW,生活300KW。
根据以上负荷情况选取两台变压器
计算如下：
任一台变压器单独运行时，应能满足不小于总计算负荷
60%～70%的需要，即
S
≥（0.6～0.7）S
任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷
的需要，所以
根据以上的要求
表2SC9-2500／10型系列树脂浇注干式电力变压器的技术参数
型号
电压等级
（KV）
额定容量（KVA）
负载损耗
（KW）
空载损耗
（KW）
短路电压
U
%
SC9-2500／10
10
2500
15.88
2.85
6
3.4、确定变电所电气主接线
3.4.1主接线的定义
主接线图也就是主电路图，是表示系统中电能输送和分配线路的电路图。
而用来控制、指示、测量和保护主电路（即一次电路）及其设备运行的电路图，称为二次接线图，或称为二次电路图或二次回路图
3.4.2基本要求：
应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足可靠、灵活、经济和安全等要求。
1、可靠性。
为了向用户提供持续、优质的电力，主接线首先必须满足可靠性要求。
主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显得尤为重要。
主接线的可靠性不仅包括开关、母线等一次设备，而且包括相应的继电保护、自动装置等二次设备在运行中的可靠性，不要孤立地分析一次系统的可靠性。
为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定。
2、灵活性。
电气主接线的设计，应当适用在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。
在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常和对其他用户的供电。
3、经济性。
方案的经济性主要体现在投资省、占地面积小和电能损耗小三方面。
主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。
要力求简单，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施限制短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支。
应经济合理地选择变压器的类型（双绕组、三绕组、自耦变、有载调压等）、容量、台数和电压等级。
主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，而对一次和二次部分的改动的工作量最少。
4、安全性：
35~110KV线路为二回及以下时，宜采用桥式、线路-变压器组等接线，超过二回时宜采用分段单母线的接线。
35~60KV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。
110KV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。
在采用分段单母线或双母线的35~110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。
采用SF6断路器的主接线不宜设旁路母线。
当变电所装有两台变压器时，6~10KV侧宜采用分段单母线，线路为12回及以上时，亦可采用双母线。
当不允许停电检修断路器时，不宜设置旁路母线。
当6~35KV配电装置采用手车式高压开关时，不宜设置旁路母线。
对每一电压等级所选用的方案列表进行分析，详细比较可靠性和灵活性，再对方案的经济性作定性和定量分析。
通过经济比较，选出适合该变电所的主接线方案。
3.4.3提出可行的电气主接线方案
根据变电所有关的原始资料，就35KV和11KV母线方案进行比较，然后拟出两个以上的电气主接线方案，经技术经济比较，选择一合理的最佳方案作为设计推荐方案。
方案一：
单母线分段接线
方案二：
单母线接线
电气主接线方案的技术比较：
应根据变电所的具体情况，电力的要求、在网络中的地位、出线的电压等级、回路数、负荷的性质等，一般进行以下几个方面的比较：
供电的可靠性；
运行的安全性和灵活性;
接线简单、清晰、维护检修方便；
继电保护简单化和自动化程度高；
新技术和新设备的采用等。
对电气主接线方案进行经济比较
投资：
结合设备的投资和场地的开挖填方土建投资进行综合比较；
年运行费用（比较不同部分的折旧费、维护费等）；
电能损耗（比较不同的主变压器的台数和容量时的电能损耗）。
电气主接线方案确定：
1、单母线分段接线（见方案一）是针对单母线接线母线故障会造成部分出线停电的缺点而提出的。
单母线分段接线的优点是可靠性高、运行灵活、扩建方便、缺点是设备多，操作烦琐，造价较高。
2、单母线接线（见图方案二）的优点是简单、清晰、设备少，运行操作方便且有利于扩建，但可靠性与灵活性不高。
若母线故障或检修，会造成全部出线停电。
单母线接线适用于出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。
两种主接线方案的比较
比较项目
装设一台主变压器的方案（方案一）
装设两台主变压器的方案（方案二）
技
术
指
标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
由于有两台主变，灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
从表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案。
从按经济指标来论，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，但从飞腾股份有限公司的供电可靠性要求,我们决定采用装设二台主变的单母线分段主接线方案
3.5、确定短路电流计算
3.5.1短路与短路电流的有关概念
1、定义
工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。
但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。
短路就是系统中最常见的故障。
短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。
短路的原因
2、造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。
这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备正常而被过电压（包括雷击过电压）击穿，或者是绝缘设备受到外力损伤而造成短路。
工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者无降低电压的设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。
鸟兽跨越在裸线的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。
3、短路的后果
短路后，短路电流比正常电流大得多。
在大电力系统中，短路电流可达几万甚至几十万安。
如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：
短路时要产生很大的电动力和很高的温度,而使故障元件和短路电流中的其他元件损坏。
短路时短路中电压要骤降，严重影响其中电气设备的正常运行。
短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。
严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。
不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。
由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因数；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。
为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。
短路的形式
在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。
三相短路，用文字符号K（3）表示，两相接地短路，用K
（2）表示。
单相短路，用K
（1）表示，两相接地短路一般用K（1.1）表示，它实质上是两相短路，因此也可以用K
（2）表示。
上述的三相短路，属对称性短路。
其它形式的短路，属不对称短路。
电力系统中，发生单相短路的机率最大，而发生三相短路的可能性最小。
但是从用户这方面来说，一般是三相短路电流最大，造成的危害也最严重。
为了使电力系统的电气设备在最严重短路状态下也能可靠地工作，在选择和校验电气设备用的短路计算中，常以三相短路计算为主。
实际上，不对称短路也可以按对称分量法将其物理量分解为对称的正序、负序、和零序分量然后按对称量来研究。
所以对称的三相短路分析也是分析研究不对称短路的基础。
4、短路电流计算的目的
为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电所和供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题：
选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。
确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施。
确定合理的主接线方案和主要运行方式等。
5、短路电流计算（见计算书）
3.6、设备选型
架空导线的选择及校验
架空导线作为电源的引入线其特点是投资少、易于架设。
维护和检修方便，易于发现和排除故障。
根据飞腾公司的实际情况，电源的引入线选择架空的钢芯铝绞线。
按经济电流密度选择：
按经济电流密度选择导线的好处是，是线路的年费用支出接近于最小而又适当考虑节约金属材料的导线和电缆的电流密度值。
（计算方法见计算书）
母线的选择及校验（计算方法见计算书）
常用的母线材料是铜、铝和钢。
目前变电所的母线出线带按电流用铜外，一般尽量采用铝母线。
母线的形状有圆形、矩形和楔形。
本设计采用铜母线。
0.4KV侧母线的选择及校验（见计算书）
按发热长时最大工作电流选择母线截面，
母线截面的校验：
10KV侧母线的选择及校验（见计算书）
按发热长时最大工作电流选择母线截面，
电缆的选择及校验（见计算书）
根据计算负荷选择电缆，电缆长期使用温度不得超过70
环境温度
为25
，敷设地点的实际环境温度
为30
3.7高低压电气设备的选择
3.7.1概述
变配电系统中高低压电器对电能起着接收、分配、控制和保护作用。
高低压电器主要有断路器、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器及成套配电装置等。
电器的选择原则是根据环境及系统参数确定电器的形式和参数，保证正常工作时安全可靠，故障时不致损坏，并且在技术合理的情况下注意节约，其选择步骤如下：
按正常工作条件,选择时要跟据以下几个方面：
环境条件:
产品制造上分户内型及户外型，户外型设备工作条件较差，选择时要注意。
根据电器的工作环境确定，使用户内式设备还是户外式设备。
此外，还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、防火等要求。
电压：
（见计算书）
电流：
（见计算书）
按短路条件校验（见计算书）
动稳定校验即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相比，
热稳定校验：
导体或电器通过短路电流时，各部分的温度应不超过允许值。
设备的选择及校验（见计算书）
电流互感器（TA）的选择（见计算书）
10KV侧电流互感器的选择
0.4KV侧电流互感器的选择
隔离开关（QS）的选择（见计算书）
10KV侧隔离开关的选择
0.4KV侧隔离开关的选择
断路器（QF）的选择（见计算书）
10KV侧断路器选择
0.4KV测低压断路器的选择
熔断器（见计算书）
电压互感器（见计算书）
0.4KV侧各车间设备的选择与校验（见计算书）
低压测开关柜的选择（见计算书）
低压隔离开关的选择（见计算书）
电压互感器的选择（见计算书）
断路器（QF）的选择（见计算书）
低压熔断器的选择（见计算书）
各车间电流互感器（TA）的选择（见计算书）
3.8损耗
电力网电能损耗（简称线损）,是电网经营企业在电能传输和营销过程中自发电厂出线起至客户电度表止所产生的电能消耗和损失。
线损率是线损电量占供电量的百分数，是反映电网规划设计、技术装备和经济运行水平的综合性技术经济指标。
电网电能损耗基本概念
基本概念
电力网电能损耗，是指一定时间内电流流经电网中各电力设备时所产生的电力和电能损耗，即电网经营企业在电能传输和营销过程中自发电厂出线起至客户电能表止所产生的电能消耗和损失，包括电网整个供电生产和营销过程中发生的送、配、变电设备的生产消耗和不明损失，简称“线损”。
电力网的电能损耗率简称线损率，是电网生产经营企业综合性技术经济指标，也是表征电力系统规划水平和经营管理水平的一项综合性技术经济指标。
电磁场理论表明，电磁场的能量是通过电磁场所在的介质空间，由电源向负荷传输的，导线起到了引导电磁场能量的作用。
进入导线内部并转化为热能的电能损耗，也是由电磁场供给的。
发电机发出来的电能输送到用户，必须经过各个送、变、
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