供电系统设计毕业论文.docx
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供电系统设计毕业论文
供电系统设计毕业论文
第一章绪论.....................................................................1
1.1设计题目与给定参数.......................................................1
1.2设计任务书...............................................................2
1.2.1设计要求...........................................................2
1.2.2设计成果...........................................................3
1.3设计参考文献.............................................................3
第二章负荷计算.................................................................5
2.1需要系数法...............................................................5
2.2功率损耗.................................................................5
2.3负荷计算实例.............................................................6
2.4无功补偿.................................................................8第三章主接线设计..............................................................10
3.1变电所位置的选择........................................................10
3.1.1原则..............................................................10
3.1.2负荷中心的确定方法................................................10
3.2变压器选择..............................................................11
3.2.1概述..............................................................11
3.2.2变压器型式的选择..................................................12
3.2.3主变压器台数的选择................................................14
3.2.4主变压器容量的选择................................................14
3.2.5变压器型号的确定..................................................15
3.3电气主接线的选择........................................................15
3.3.1概述..............................................................15
3.3.2可行性方案........................................................16
3.3.3主接线方案的技术指标..............................................17
3.3.4主接线方案的经济指标..............................................18
第四章短路计算.................................................................21
4.1短路计算的目的及基本假设................................................21
4.2短路计算步骤............................................................21
4.3阻抗标么值折算..........................................................22
4.3.1基准值选取........................................................22
4.3.2阻抗标么值折算....................................................22
4.3.3短路电流计算......................................................23
第五章设备选择.................................................................25
5.1设备的选择原则..........................................................25
5.1.1设备选择的一般原则................................................25
5.1.2设备选择的具体原则................................................26
5.2设备的选择..............................................................26第六章保护与防雷系统设计.......................................................28
6.1变压器保护系统设计......................................................28
6.1.1变压器瓦斯保护....................................................28
6.1.2变压器过电流保护..................................................29
6.1.3变压器电流速断保护................................................30
6.1.4变压器零序电流保护................................................31
6.1.5变压器纵联差动保护................................................32
6.2防雷与接地系统设计......................................................34
6.2.1概述..............................................................34
6.2.2避雷针保护围的计算..............................................34
6.2.3接地网设计........................................................35
第七章供电系统图纸设计.........................................................36
7.1图纸的要求..............................................................36
7.2电气主接线图............................................................37
7.3变压器保护原理接线图....................................................38
7.4变电所平面布置图........................................................38
1
第一章绪论
1.1设计题目与给定参数
1.工厂总平面图
工厂的总平面图用于显示工厂部各用电负荷的位置关系，典型平面图如图1.1所示。
图1.1典型工厂平面图
2.工厂负荷情况：
本厂多数车间为班制，年最大负荷利用小时数为，日最大负荷持续时间为。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压V。
电气照明及家用电器均为单相，额定电压V。
本厂的负荷统计资料如表1.1所示。
表1.1全厂各车间负荷统计表
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量/kW
需要系数Kd
功率因数
1
铸造车间
动力
照明
2
锻压车间
动力
照明
3
金工车间
动力
照明
4
工具车间
动力
2
照明
5
电镀车间
动力
照明
6
热处理车间
动力
照明
7
装配车间
动力
照明
8
机修车间
动力
照明
9
锅炉房
动力
照明
10
仓库
动力
照明
生活区
照明
3．供电电源情况：
按照工厂与当地供电部门签订的协议规定，本厂可由附近一条kV的公用电源干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线型号为，导线为等边三角形排列，线距为m；干线首端距离本厂km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为MVA。
此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为s。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由临近的单位取得备用电源。
4．气象资料：
本厂所在地区的年最高气温为oC，年平均气温为oC，年最低气温为oC，年最热月平均最高气温为oC，年最热月平均气温为oC，年最热月地下m处平均温度为oC。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为。
5．地质水文资料：
本厂所在地区平均海拔m，以砂粘土为主，地下水位m。
6．电费制度：
本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量计为元/kVA，电费为元/kW·h。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：
6～10kV等级时为元/kVA。
1.2设计任务书
1.2.1设计要求
设计流程按照下列设计要求进行即可。
1．总降压变电站设计
⑴负荷计算
⑵主结线设计：
根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。
⑶短路电流计算：
根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。
⑷主要电气设备选择：
主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。
选用设备型号、数量、汇成设备一览表。
⑸主要设备继电保护设计：
包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。
⑹配电装置设计：
包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。
⑺防雷、接地设计：
包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。
2．车间变电所设计
根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。
3.厂区380V配电系统设计
根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。
4
[5]应敏华，程乃蕾，供用电工程，2006
[6]锡普，发电厂电气部分，中国电力，1995
[7]西北电力，电力工程电气设计手册（电气一次部分、二次部分），中国电力[8]西北电力，电力工程电气设备手册（电气一次部分），中国电力
[9]曹绳敏，电力系统课程设计及毕业设计参考资料，中国电力，1995
[10]黄纯华，发电厂电气部分课程设计参考资料，水利电力，1987
[11]万顺，电力系统故障分析，中国电力，1986
[12]贺家，宋从矩，电力系统继电保护原理，水利电力，1994
[13]王维俭，发电机变压器继电保护应用，中国电力，2005
[14]奇逊，黄少锋，微型机继电保护基础，中国电力，2007
[15]学军，周振雄，流畅，工厂供电设计指导，中国电力，2008
[16]王荣藩，工厂供电设计与实验，天津大学，1989
Pc（2.1））Qctan（2.2）
Q2cSc（2.3）Ic
（2.4）3UN（2.5）5
第二章负荷计算
2.1需要系数法
需要系数是用电设备组实际所需要的功率与额定负载时所需的功率的比值。
需要系数的选择不同，变压器容量可能相差一个等级，甚至更大。
需要系数可以从各种电气设计手册上查得。
如：
文献[1]～[3]。
而需要系数的确定又是极为繁琐、经验的事，虽然在现行的各种设计手册上都有数据可查，但表述比较笼统、模糊，有一些不尽合理的地方。
因此，设计设计中应做实地调查。
在取得需要系数Kd后，根据计算公式（2.1）～（2.4）求得计算有功负荷、无功负荷、视在功率、计算电流。
K（KdPN）
K（KdPN
P2
c
Sc
其中KΣ为同期系数，有功同期系数和无功同期系数可以不同，tanφ为功率因数角正切值，也可从文献[1]～[3]中获得。
UN为该电压等级的额定电压。
若题目有特殊要求，可以考虑工厂几年的发展规划造成负荷的增长，如下式（2.5）为考虑
n年负荷增长，每年增长率为x%情况下的预计负荷。
Sc（1x%）nSc
若题目没有特别要求，则无需进行该计算。
2.2功率损耗
在负荷计算的过程中，还需要考虑线路和变压器的功率损耗，包括有功和无功损耗。
三相线路的有功损耗和无功损耗分别为：
（2.6）2P0.TPCu.N.T（kW）（2.8）
cos序号Kd
10.20.5
6
Pl3Ic2R0l
Ql3Ic2X0l（2.7）
其中IC为线路中流过的负荷电流，R0为线路单位长度的电阻，X0为线路单位长度的电抗，l为线路长度。
三相变压器的有功和无功损耗分别为：
PT
SC
SN.T
QI%Su%SS2
0.TkC
T100N.T100N.TS（kVar）（2.9）
N.T
其中△P0.T为变压器的空载损耗，△PCu.N.T为变压器负荷状态下的损耗，又称铜耗，以上损耗单位均为kW。
SC为计算负荷，SN.T为变压器额定容量，单位均为kVA。
I0.T%为空载电流百分数，uk%为短路电压百分数。
对于车间变压器，也可按照△PT≈0.01SC，△QT≈0.05SC估算。
如果在设计过程中，线路和变压器尚未确定，可以先根据流过变压器和线路的计算负荷初选后再进行损耗计算，变压器的选择参见3.2节。
2.3负荷计算实例
某变电所接于35kV线路末端，线路长度80km，参数如图所示。
出线端10kV负荷统计如下，试计算10kV侧的总计算负荷，有功、无功同期系数均为0.95。
R00.32/km
X00.35/km
负荷名称
切削机床
PN（kW）
23
6.5
0.20.80.7）.2kWtan（201200669.56k
Q2c.C669.562Sc.C8511083kVAIc.C62.526A
230850211SCSN.T12.76kW
SCSN.Tuk%QTSN.TSN.T
1001006.512501250
100.212.76863.96kW92.24
.82Sc.B7
通风机中频电炉
201200
0.80.7
0.80.8
变压器参数如下表所示
额定容量
SN.T（kVA）
1250
额定电压
U1N/U2N（kV）
35/10.5
空载损耗
P0.T（W）
2400
短路损耗
PCu.N.T（W）
13800
空载电流比短路电压比
I0.T%uk%
2.5
C点的总负荷如下：
Pc.CK（KdPN）0.95（
20
1200
851
Qc.CK（KdPN
）
0.95
P2
c.C
Sc.C
3UN
则变压器损耗为：
0.20.5
.22
1083
310
0.80.8
0.70.8）
var
PTP0.TPCu.N.T
I0.T%
2
2.413.8
2
2.5
100
1083292.24kVar
1250
考虑变压器的损耗，B点的计算负荷为：
Pc.B851
Qc.B669.56
P2Q2
c.Bc.B
761.8kVar
863.962761
1151.85kVA
Sc.B1151.85Ic.B19A
3UN3351920.328027.72kW1920.35863.96891.68kW.830.32
Sc.AIc.A
3UN335
8
线路的损耗如下：
Pl3Ic2R0l3
Ql3Ic2X0l3
考虑线路损耗，A点的计算负荷为：
27724.8W
8030324W30.32kW
Pc.A
Qc.A761
27.72
792.12kVar
Sc.A
P2Q2
c.Ac.A
891.682792.122
1192.7kVA
1192.7
19.67A
2.4无功补偿
负荷的功率因数可以通过式（2.10）估算。
cosPc
Q（2.10）
c
通常除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：
100kVA及以上高压供电的用户，功率因数为0.9以上；其他电力用户和大、中型电力设施功率因数为0.85以上；农业用户，功率因数为0.8。
该功率因数指线路首端，即电源出线端的功率因数。
凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电，因此功率因数达不到上述要求时，必须增设无功功率的人工补偿装置。
补偿容量按照式（2.11）计算。
QBPc（tan1tan2）（2.11）
其中1为补偿前的功率因数角，及自然功率因数角。
2为补偿后的功率因数角。
通常，变压器无功损耗大于有功损耗，因此为了防止补偿后的功率因数再次下降，在补偿时候，可以将补
ScIc
3UN9
偿后的功率因数比补偿要求高一点，比如，要求功率因数为0.9时，可以按照0.92来补偿。
补偿后的计算功率变为：
PcPc（2.12）
QcQcQB（2.13）
SP2Q2
ccc（2.14）
（2.15）
在补偿后，由于计算负荷发生变化，可以据此数据重新选择变压器和线路。
10
第三章主接线设计
3.1变电所位置的选择
3.1.1原则
选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定。
⑴接近负荷中心。
⑵进出线方便。
⑶接近电源侧。
⑷设备吊装和运输方便。
⑸不应设在有剧烈震动或高温的场所。
⑹不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。
当无法远离时，不应设在污染源的下风侧。
⑺不用设在厕所、浴室或其他经常积水的场所正下方，且不宜与上述场所相贴邻。
⑻不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规》的规定。
⑼不应设在地市低洼和可能积水的场所。
⑽高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。
3.1.2负荷中心的确定方法
变电所位置的确定依赖于题目要求，若题目没有给出具体的厂区布置及尺寸，该步骤可不做。
负荷中心可以通过以负荷圆表示的负荷指示图来确定，也可利用负荷功率矩法来确定，以下
仅对负荷功率矩法进行简要介绍。
在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直接坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，例如P1（x1，y1）、P2（x2，y2）、P3（x3，y
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