学校供配电设计.docx
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学校供配电设计
第一章绪论
供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。
电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。
没有电力，就没有国民经济的现代化。
现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。
因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。
故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：
安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。
另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。
我们这次的毕业设计的论文题目是：
某高校供配电工程总体规划方案设计；作为高校，随着本科教育工作的推进和未来几年的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。
因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。
为未来发展提供足够的空间：
这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。
总之一句话：
定位现实，着眼未来；以发展的眼光来设计此课题。
第二章供配电系统设计的规范要点
供配电系统设计应贯彻执行国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。
在设计中，必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设计方案。
还应注意近远期结合，以近期为主。
设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
2.1负荷分级及供电要求
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。
独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。
二级负荷的供电系统，应由两线路供电。
必要时采用不间断电源（UPS）。
2.1.1一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。
就学校供配电这一块来讲，我校现没有一级用电负荷。
2.1.2二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。
在本次毕业设计中：
我校现有的二级负荷有：
二教，三教，电教，办公楼和体育馆的照明和教学用电设备。
2.1.3三级负荷
三级负荷为不属于前两级负荷者。
对供电无特殊要求。
我校除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。
2.2电源及供电系统
供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。
需要两回电源线路的用电单位，应采用同级电压供电；但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件，也可以采用不同的电压供电。
供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。
高压配电系统应采用放射式。
根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。
我们知道现学校采用10KV双回路电源进线，其中一回为发电机应急线，另一回为双港线，已经满足了学校所有负荷的用电需求。
按道理讲，我校由于没有一级负荷，不需再增设第二电源；但考虑到我校的历史原因，现有库存柴油发电机，虽然比较陈旧些，但是毕竟还能使用，有点“鸡肋”的感觉——食之无味，弃之可惜。
故拟在高压配电房旁边设置一柴油发电机房。
相信这样的设置更能超额满足学校的用电要求了，并且能很好的推动学校各项工作的向前发展。
对于工厂的重要负荷，一般要求在正常供电电源之外，另设有应急备用电源，最常用的备用电源是柴油发电机组。
柴油发电机组操作简便，启动迅速。
当正常供电的公共电网中断供电时，自启动型柴油发电机组一般能在10~15s内自行启动发电，恢复对重要负荷和应急照明的供电。
采用有快速自启动型柴油发电机组作备用电源的工厂供电系统简图如
2.3电压选择和电能质量
用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性，供电距离，供电线路的回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。
供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗，并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。
单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。
220V照明负荷，当线路大于30A时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。
这样，可以降低三相低压配电系统的不对称性和保证电气安全。
我校附近可供选择的却只有10KV双港线和发电机应急线。
当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三所得。
那么我们在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可以以其全部负荷相加即为其计算负荷。
后面的负荷列表中将引用这一用电思想。
第三章负荷计算和无功功率补偿
3.1负荷计算
3.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=
，
为系数
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=
为用电设备的额定电压（单位为KV）
3.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=
式中
是所有设备组有功计算负荷
之和，是有功负荷同时系数，可取0.85～0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
，
是所有设备无功
之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
取同时系数为：
=0.8，
=0.85
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=
经过计算，得到各教学楼的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）
编号
教学楼
设设备
台数
设备容量
/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
1
三教学楼
照明灯
840
30.24
0.9
1
0
27.22
0
——
——
吊风扇
250
20
0.8
0.8
0.75
16
12
——
——
电电脑
60
24
0.5
0.75
0.88
12
10.56
——
——
插插座
120
6
0.8
0.8
0.75
4.8
3.6
——
——
小小计
260
80.24
——
——
——
60.02
26.16
65.45
99.45
2
二教学楼
照明灯
150
5.4
0.9
1
0
4.86
0
——
——
吊风扇
50
4
0.8
0.8
0.75
3.2
2.4
——
——
电电脑
20
9
0.5
0.75
0.88
4
3.52
——
——
插插座
40
2
0.8
0.8
0.75
1.6
1.2
——
——
小小计
260
194
13.66
7.12
15.40
23.4
3
望江楼
居民楼
用电器
40.98
21.36
电教楼体育馆办公楼
用电器
40.98
21.36
总计
124.51
64.6
140.26
213.11
3.2无功补偿
供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。
当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。
当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。
低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。
容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。
在环境正常的车间内，低压电容器应分散补偿。
无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。
当补偿低压基本无功功率的电容器组，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。
当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。
当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。
为基本满足上述要求，我们在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。
这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。
对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
由表2.1可知，学校380V侧最大负荷时的功率因数只有0.88。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.95来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=
（tan
-tan
）=124.51[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=26.27kvar
参照图2，选单相并联电容器为BW0.4-12-3型，单个容量是14kvar，采用两个相结合，总共容量为12kvar
3=36kvar。
补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，视在功率
=129.76kVA，计算电流
=96.18A,功率因数提高为cos
=
=0.953。
在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为150kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为125kVA的就足够了。
同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。
因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。
表3无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/KW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.88
124.51
64.6
1240.26
213.11
380V侧无功补偿容量
-36
10K侧补偿后负荷
0.87
126.61
73.02
146.14
96.18
主变压器功率损耗
0.015
=1.946
0.06
=7.786
10KV侧负荷计算
0.953
126.44
44.38
132.6
87.25
第四章变电所主变压器的选择
4.1下面将进行变压器的选取
变压器的选取原则：
（1）变压器台数的选取：
电力变压器台数的选取应根据用电负荷的特点、经济运行、节能和降低工程造价等因素综合确定。
如果周围环境因素恶劣，选用具有防尘、防腐性能的全密闭电力变压器BSL1型；对于高层建筑，地下建筑，机场等消防要求高的场所，宜选用干式电力变压器SLL、SG、SGZ、SCB型；如电网电压波动较大而不能满足用电负荷的要求时，则应选用有载调压电力变压器，以改善供电电压的质量。
对于一般车间、居民住宅、机关学校等，如果一台变压器能满足用电负荷需要时，宜选用一台变压器，其容量大小由计算负荷确定，但总的负荷通常在1000KV以下，且用电负荷变化不大。
对于有大量一、二级用电负荷或用电负荷季节性（或昼夜）变化较大，或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上的电力变压器。
如有大型冲击负荷，为减少对照明或其它用电负荷的影响，应增设独立变压器。
对供电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。
选用两台变压器时，其容量应能满足一台变压器故障或检修时，另一台仍能对一级和部分二级负荷供电。
（2）变压器容量的选择：
先计算电力变压器的二次侧的总的计算负荷，并考虑无功补偿容量，最大负荷同时系数，以及线路与变压器的损耗，从而求得变压器的一次侧计算负荷，并作为选择变压器容量的重要依据。
对于无特殊要求的用电部门，应考虑近期发展，单台电力变压器的额定容量按总视在计算负荷值再加大15%~25%来确定，以提高变压器的运行效率，但单台变压器的容量应不超过1000KVA。
在装设两台及以上电力变压器的变电所，当其中某一台变压器故障、检修而停止运行时，其他变压器应能保证一、二级负荷的用电，但每台的容量应在1000KVA以内。
在确定电力变压器容量时，还应考虑变压器的经济运行。
由于变压器的损耗与负荷率有关，负荷率对于变压器的经济运行的影响较大，所以应力求使变压器的平均负荷率接近于最佳负荷率β值。
我们从以前学过的知识知道，变压器的效率曲线不是单增的，而是先增加再下降，在其上有一个最大值：
即：
dη/d
=0可求出产生最大功率的条件为：
=
即是说当不变损耗等于可变损耗时，变压器的效率达到最大值。
电力变压器的选择，应综合供配电计算负荷、供电可靠性要求和用电单位的发展规划等因素考虑，力求经济合理，满足用电负荷的要求。
但有一个不变的原则是：
在保证供
电可靠性的前提下，电力变压器的台数应尽量的减少，尽可能的少。
（3）对主教学区变压器的选择：
考虑SL7系列变压器的最佳负荷率在50%~60%左右，也预留裕量25%~30%，为以后的发展空间，宜选用SL710000/380-250KVA电力变压器一台。
4.2高压低压设备校验
高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷加开关。
具体选择如下：
1．根据使用环境和安装条件选择设备的型号
2．按正常条件选择设备的额定电压和额定电流
3．动稳定校验
≥
或
≥
，
4．热稳定校验
≥
5．开关电器断流能力校验
Soc≥Sk·max或
≥
4.3短路电流的热效应及热稳定度的校验方法
1.短路时的发热计算
2.短路热稳定度校验方法
（1）一般电器设备热稳定度的校验
（2）母线、绝缘导线和电缆等热稳定度的校验
第五章变配电所主接线方案
5.1导线的选择
导线的载流量与导线截面有关，也与导线的材料、型号、敷设方法以及环境温度等有关，影响的因素较多，计算也较复杂。
各种导线的载流量通常可以从手册中查找。
导线型号
导线截面
3根单芯线
环境温度
BX
2.5
25
30
35
40
4
17
15
14
13
6
29
27
25
22
50
108
100
93
85
70
135
126
116
106
185
255
238
220
201
通过前面的计算和查表可知，二教的进电线取4*6BX，三教进线取3*70BX+35BX，体育馆的进电线取4*6BX，办公楼的进电线取4*6BX，望江楼取3*50BX+25BX。
5.2 配电平面布置图
本文中考虑的变电所主接线可靠性的具体要求如下：
（1）开关检修时，尽可能不影响或少影响对系统的正常供电。
（2）任何单一元件故障或无故障跳闸时，应尽可能保证正常设备的继续运行及主要负荷的安全供电。
（3）尽量减小变电所全所停电的可能性。
（4）满足故障后可靠切除故障设备的要求。
主接线同时应满足调度运行、检修及扩建时的灵活性。
只能满足正常情况安全运行的主接线不能称为合理的主接线。
理想的主接线方案应既能满足调度运行中对各个设备的灵活投运与检修，又能兼顾扩建时过渡到最终接线的方便性。
主接线在满足可靠性、灵活性的前提下，还应尽可能做到经济合理，力求投资省，占地面
积小，并降低电能损耗。
学校教学楼的配电平面布置图如下：
5.3三教变电所主接线方案
为了方便控制各层楼的灯，风扇和电脑的使用，分别将电灯、风扇和电脑各用一根线控制，每一层单独一根线控制。
基于这样的考虑，三教的电线平面布置图如下所示：
第六章降压变电所防雷与接地装置的设计
6.1变电所的防雷保护
6.1.1直接防雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。
如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。
如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。
按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻
（表9-6）。
通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。
接地管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。
引下线用25mm×4mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。
避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。
独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。
6.1.2雷电侵入波的防护
a）在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。
引下线采用25mm×4mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。
b）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。
主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。
c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。
6.2变电所公共接地装置的设计
6.2.1接地电阻的要求
按《工厂供电设计指导》表9-6。
此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：
且
其中,
因此公共接地装置接地电阻
。
6.2.2接地装置的设计
采用长2.5m、
50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。
管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。
变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm的镀锌扁刚。
变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。
接地电阻的验算：
满足
欧的接地电阻要求，式中,
查《工厂供电设计指导》表。
第七章心得体会
通过一个星期的课程设计，使我学习到了很多的东西，并且很多是在课堂上想学却没有机会学到的。
在整个的设计过程中，我们把供配电工程又好好的复习了一遍，可以说从头到尾的又在我们的脑海中消化了一遍。
再一次的把理论知识和实践好好的联系了起来，做到了理论与实践的结合。
由于我们做的是实际工程，不可避免的要牵扯到很多现实生活中的东西。
很多我们想象可以的东西，在现实操作中就不一定能实现。
比如象在我们这个题目中，在选择电缆的时候，我一开始不知道，就随便选了油浸式的，但听老师讲解后，才知道在现实中一般不用这样的电力电缆，而是用塑料电缆，油浸式的通常应用在环境比较恶劣的场所。
所以要想进步，人是需要不断学习的。
总之本次设计，基本达到了锻炼我们的目的。
为我们将来走上工作岗位奠定了一个坚实的基础。
相信，它将使我们受益终身的。
参考文献
工厂供电》第二版 主编 黄明琪李善奎文方 重庆大学出版社
②《电力工程综合设计指导书》 主编 卢帆兴肖清周宇恒
③《实用供配电技术手册》 中国水利水电出版社
④《现代电工技术手册》 中国水利水电出版社
⑤《电气工程专业毕业设计指南供配电分册》中国水利水电出版社
⑥《电气工程专业毕业设计指南继电保护分册》中国水利水电出版社
⑦《实用电工电子技术手册》实用电工电子技术手册编委会编 机械工业出版社
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