供配电系统设计与分析.docx
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供配电系统设计与分析
网络高等教育
本科生毕业论文（设计）
题目：
供配电系统设计与分析
学习中心：
广东河源职业技术学院奥鹏学习中心
层次：
专科起点本科
专业：
电气工程及其自动化
年级：
2015年春季
学号：
学生：
***********************
完成日期：
2016年11月18日
内容摘要
随着我国经济不断发展，电力行业也不断发展，电力已经和人民群众的生活密不可分，为了能把优质的电能从发电厂送到千家万户，这就需要有一个良好的输配电力网络，电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电的可靠性能指标也日益提高。
而变电所是电力系统中重要环节，变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全，尤其是现在居民、企业对供电的安全可靠性要求越来越高，因此设计安全、可靠、优质、经济的变电所是至关重要的。
本文首先介绍了选题的背景与意义，然后介绍了国内外的发展现状，列举了负荷预测的方法及特点，对高压、低压配电进行了规划。
关键词：
配电网；配电规划；输电网络
1绪论
1.1课题的背景及意义
1.1.1供配电系统概述
供配电系统由总降压变电所（高压配电所）、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。
下面分别介绍几种不同类型的供配电系统。
1．一次变压的供配电系统
（1）只有一个变电所的一次变压系统。
对于用电设组成较少的小型工厂或生活区，通常只设一个将6～10kV电压降为380V/220V电压的变电所，这种变电所通常称为车间变电所，图1-1a所示为装有一台电力变压器的车间变电所，图1-1b所示为装有两台电力变压器的车间变电所。
图1-1
（2）拥有高压配电所的一次变压供配电系统，一般中小型工厂，多采用6～10kV电源进线，经高压配电所将电能分配给各个车间变电所，由车间变电所再将6～10kV电压降至380V/220V，供低压用电设备使用；同时，高压用电设备直接由高压配电所的6～10kV母线供电。
高压深入负荷中心的一次变压供配电系统。
某些中小型工厂，如果本地电源电压为35kV，且工厂的各种条件允许时，可直接采用35kV作为配电电压，将35kV线路直接引入靠近负荷中心的工厂车间变电所，在由车间变电所一次变压为380/220V，供低压用电设备使用。
2．二次变压的供配电系统
大型工厂和某些电力负荷较大的中型工厂，一般采用具有总降压变电所的二次变压供电系统。
该供配电系统，一般采用35～110kV电源进线，先经过工厂总降压变电所，将35～110kV的电源电压降至6～10kV，然后经过高压配电线路将电能输送到各车间变电所，在将6～10kV的电压降至380/220V，供低压用电设备使用；高压用点设备则直接由总降压变电所的6～10kV母线供电。
这种供配电方式称为二次变压的供配电方式。
3．低压供配电系统
某些无高压用电设备且用电设备总容量较小的小型工厂，有时也直接采用380/220V低压电源进线，只需设置一个低压配电室，将电能直接分配给各车间低压用电设备使用。
1.1.2供配电系统的意义
电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，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，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在企业工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它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，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，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，也具有重大的作用。
随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供照明、配电、消防、防雷接地、通信等系统的要求越来越高，使得建筑开始走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。
而合理的供配电系统设计不仅节省一次性的投资，而且对提高供电质量、节约大量的电气材料、节约运行中的电能、便于日常运行管理和维修等都具有较大的现实意义。
利用建筑电气及自动化相关知识从而使建筑电气的安全性，可靠性达到更高的标准，体现当代办公环境的智能化，为人们提供了一个快捷、舒适的办公和生活环境。
本建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准和规范的前提下，进行民用建筑电气设计，并满足保障人身、设备及建筑物安全、供电可靠、电能节约、技术先进和经济合理，具有较大的现实意义。
1.2国内外发展现状
1.2.1国外供配电发展现状
现在国外许多办公建筑将供配电系统控制、电气照明控制、给排水系统控制、空调系统控制、设备维修管理等多方面内容综合到一个系统中。
特别是工业发达国家已经逐步形成了一批定型的智能化供配电系统产品，这种智能化的供配电系统除了具备常规供配电系统应有的功能外，还有很多其他的功能，比如：
远程自动监测变配电设备的运行状况和运行参数，远程控制或自动控制变配电设备的运行，与楼宇自控系统或者建筑设备监控系统通信联网等功能。
我国对于建筑供配电和照明方面虽然起步较晚，但是我国政府主管部门高度重视并引导建筑供配电技术的正确发展，组织相关专业的专家进行深入研究，同时还引进国外先进建筑供配电和照明技术。
从而大大提升了我国建筑供配电的安全可靠、照明系统的节能高效环保。
1.2.2我国供配电发展现状
在我国电力工业发展的过程中，长期以来存在着“重发轻供不管用”的倾向，致使大多数配电系统网架薄弱。
近年来，经济的持续发展和人民生活水平的不断提高使得配电系统的问题更加严峻。
配电系统是整个电力系统的重要组成部分。
资料显示，配电系统的投资费用大约占整个电力系统投资的40％，对于采用地下电缆的城市配电系统，这个比例更大。
而且，由于配电系统电压低且分布广，相对于输电系统有更多的线路损耗，有时高达整个系统线损的85％。
怎样通过优化规划与设计尽量降低配电系统的投资费用和运行费用，具有显著的经济意义。
另外，配电系统是电力系统到用户的最后一环，与用户的联系最紧密，配电系统的安全、可靠、经济的运行不仅关系到电力公司的经济效益，而且对于提高用户的满意度和树立良好的公司形象有着重要意义。
因此，为了找到最合理的设计方案，必须对新建和扩建的配电网进行科学的规划。
科学的规划对于指导配电网建设和改造至关重要，对电网的经济建设、合理布局以及提高供电可靠性具有重大指导意义。
1.3本文的主要内容
本文研究的是介绍供配电系统设计与分析。
全文共分为5章，各章内容简介如下：
第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；
第二章负荷预测的方法及特点；
第三章高压配电规划；介绍了高压配电规划要求以及高压配电中需注意的问题；
第四章中压配电规划；
本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。
2负荷预测的方法及特点
负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候相关因素，对未来的用电需求做出的预测。
负荷预测包括两方面的含义：
对未来需求量（功率）的预测和未来用电量（能量）的预测。
电力需求量的预测决定发电、输电、配电系统新增容量的大小；电能预测决定发电设备的类型（如调峰机组、基荷机组等）。
负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。
2.1单耗法
按照国家安排的产品产量、产值计划和用电单耗确定需电量。
单耗法分“产品单耗法”和“产值单耗法”两种。
采用“单耗法”预测负荷前的关键是确定适当的产品单耗或产值单耗。
从我国的实际情况来看，一般规律是产品单耗逐年上升，产值单耗逐年下降。
单耗法的优点是：
方法简单，对短期负荷预测效果较好。
缺点是：
需做大量细致的调研工作，比较笼统，很难反映现代经济、政治、气候等条件的影响。
2.2趋势外推法
当电力负荷依时间变化呈现某种上升或下降的趋势，并且无明显的季节波动，又能找到一条合适的函数曲线反映这种变化趋势时，就可以用时间t为自变量，时序数值y为因变量，建立趋势模型y＝f（t）。
当有理由相信这种趋势能够延伸到未来时，赋予变量t所需要的值，可以得到相应时刻的时间序列未来值。
这就是趋势外推法。
应用趋势外推法有两个假设条件：
①假设负荷没有跳跃式变化；
②假定负荷的发展因素也决定负荷未来的发展，其条件是不变或变化不大。
选择合适的趋势模型是应用趋势外推法的重要环节，图形识别法和差分法是选择趋势模型的两种基本方法。
外推法有线性趋势预测法、对数趋势预测法、二次曲线趋势预测法、指数曲线趋势预测法、生长曲线趋势预测法。
趋势外推法的优点是：
只需要历史数据、所需的数据量较少。
缺点是：
如果负荷出现变动，会引起较大的误差。
2.3弹性系数法
弹性系数是电量平均增长率与国内生产总值之间的比值，根据国内生产总值的增长速度结合弹性系数得到规划期末的总用电量。
弹性系数法是从宏观上确定电力发展同国民经济发展的相对速度，它是衡量国民经济发展和用电需求的重要参数。
该方法的优点是：
方法简单，易于计算。
缺点是：
需做大量细致的调研工作。
2.4回归分析法
回归预测是根据负荷过去的历史资料，建立可以进行数学分析的数学模型。
用数理统计中的回归分析方法对变量的观测数据统计分析，从而实现对未来的负荷进行预测。
回归模型有一元线性回归、多元线性回归、非线性回归等回归预测模型。
其中，线性回归用于中期负荷预测。
优点是：
预测精度较高，适用于在中、短期预测使用。
缺点是：
①规划水平年的工农业总产值很难详细统计；②用回归分析法只能测算出综合用电负荷的发展水平，无法测算出各供电区的负荷发展水平，也就无法进行具体的电网建设规划。
2.5时间序列法
就是根据负荷的历史资料，设法建立一个数学模型，用这个数学模型一方面来描述电力负荷这个随机变量变化过程的统计规律性；另一方面在该数学模型的基础上再确立负荷预测的数学表达式，对未来的负荷进行预测。
时间序列法主要有自回归AR（p）、滑动平均MA（q）和自回归与滑动平均ARMA（p,q）等。
这些方法的优点是：
所需历史数据少、工作量少。
缺点是：
没有考虑负荷变化的因素，只致力于数据的拟合，对规律性的处理不足，只适用于负荷变化比较均匀的短期预测的情况。
2.6灰色模型法
灰色预测是一种对含有不确定因素的系统进行预测的方法。
以灰色系统理论为基础的灰色预测技术，可在数据不多的情况下找出某个时期内起作用的规律，建立负荷预测的模型。
分为普通灰色系统模型和最优化灰色模型两种。
普通灰色预测模型是一种指数增长模型，当电力负荷严格按指数规律持续增长时，此法有预测精度高、所需样本数据少、计算简便、可检验等优点；缺点是对于具有波动性变化的电力负荷，其预测误差较大，不符合实际需要。
而最优化灰色模型可以把有起伏的原始数据序列变换成规律性增强的成指数递增变化的序列，大大提高预测精度和灰色模型法的适用范围。
灰色模型法适用于短期负荷预测。
灰色预测的优点：
要求负荷数据少、不考虑分布规律、不考虑变化趋势、运算方便、短期预测精度高、易于检验。
缺点：
一是当数据离散程度越大，即数据灰度越大，预测精度越差；二是不太适合于电力系统的长期后推若干年的预测。
2.7德尔菲法
德尔菲法是根据有专门知识的人的直接经验，对研究的问题进行判断、预测的一种方法，也称专家调查法。
德尔菲法具有反馈性、匿名性和统计性的特点。
德尔菲法的优点是：
①可以加快预测速度和节约预测费用；②可以获得各种不同但有价值的观点和意见；③适用于长期预测，在历史资料不足或不可预测因素较多尤为适用。
缺点是：
①对于分地区的负荷预测则可能不可靠；②专家的意见有时可能不完整或不切实际。
2.8专家系统法
专家系统预测法是对数据库里存放的过去几年甚至几十年的，每小时的负荷和天气数据进行分析，从而汇集有经验的负荷预测人员的知识，提取有关规则，按照一定的规则进行负荷预测。
实践证明，精确的负荷预测不仅需要高新技术的支撑，同时也需要融合人类自身的经验和智慧。
因此，就会需要专家系统这样的技术。
专家系统法，是对人类的不可量化的经验进行转化的一种较好的方法。
但专家系统分析本身就是一个耗时的过程，并且某些复杂的因素（如天气因素），即使知道其对负荷的影响，但要准确定量地确定他们对负荷地区的影响也是很难的。
专家系统预测法适用于中、长期负荷预测。
此法的优点是：
①能汇集多个专家的知识和经验，最大限度地利用专家的能力；②占有的资料、信息多，考虑的因素也比较全面，有利于得出较为正确的结论。
缺点是：
①不具有自学习能力，受数据库里存放的知识总量的限制；②对突发性事件和不断变化的条件适应性差。
3高压配电规划
3.1高压配电规划要求
高压配电规划是各地供电企业一项不可忽视的重要工作。
进行规划前不仅要详细了解规划地区的负荷情况，了解城建部门的城镇规划和环保部门的环保要求，还要考虑近期负荷要求，兼顾中期、远期要求，并适当为未来的发展作好准备。
根据《城市电力规范》的规定，对城市高压配电网规划有如下要求：
电网规划的编制，应从调查研究现有电网入手，分析在社会主义市场经济条件下负荷增长的规律，解决电网的薄弱环节，优化电网结构，提高电网的供电能力和适应性；做到近期与远期相衔接，新建和改造相结合以及实现电网接线规范化设施标准化；在电网运行安全可靠和保证电能质量的前提下，达到电网发展，技术领先，装备先进和经济合理的目标。
3.2高压配电中需注意的问题
在高压配电规划过程中，应注意以下几个问题：
①由于负荷预测存在不确定性，因此高压配电变电站选址和容量的选择应能满足负荷的不确定性变化需求，也就是说要求规划方案应能够适应不同的负荷增长水平。
②站址应尽量靠近负荷中心（或经过专家干预微调），以不破坏环境为宜，站址的确定要经过有关市政规划部门的同意后方可继续进行配电网规划。
③站址的选择应考虑小区周边的环境情况以及上一级电源的情况（如电压等级的协调），使之与周边环境相协调、与高压配电网相协调。
1）电源点的分布
在配电网规划中，对于变电站的选址问题，有以下几个问题需要注意：
①方便与电源或其他变电站的相互联系，符合整体布局和城网发展的要求。
②在选择变电站的位置时，应当尽量靠近负荷中心，经过相关规划部门的同意之后，在不破坏环境的前提下，进行变电站的设置，配电网的规划。
③选择变电站时，需要对周边小区环境以及电源情况进行充分了解，以便于日后的维护和管理。
④变电站的设计应尽量节约用地，用地面积应根据变电站容量接线和设备的选型确定。
2）配电网系统的无功补偿原则
①无功补偿按照分层、分区和就地平衡的原则，采用以就地补偿为主、分散就地补偿和集中补偿相结合的方式。
②配电站的无功补偿宜采用动态补偿装置，补偿过程中应不引起系统谐波明显放大，应避免大量无功电力穿越变压器。
电力用户处应配置适当的无功补偿装置，应避免向电网反送无功电力。
③35～110kV变电站，其高压侧功率因数，在主变最大负荷时不应低于0.95，在低谷负荷时不应高于0.95，配电变压器最大负荷时高压侧功率因数和用户处的功率因数均不应低于0.9。
④接入配电网的各类发电机的额定功率因数宜在0.85～0.9中选择，并具有相运行的能力。
3）无功补偿容量
①35～110kV变电站无功补偿容量应以补偿变压器无功损耗为主，并适当兼顾负荷侧无功补偿，宜按主变容量的10％~30％配置，无功补偿按主变最终规模预留安装位置。
②35～110kV变电站补偿装置的单组容量分别不大于35Mvar和6Mvar，当1l0kV变电站的单台主变压器容量为31.5MVA及以上时，每台主变配置2组容性无功补偿装置。
③中低压配电网，变压器配置的电容器容量应根据负荷性质确定，宜按变压器容量的20％~40％配置。
4）配电系统自动化
近年来，我国城市电力事业不断发展，对供电质量和电力行业服务质量的要求也越来越高，因此，配电系统的自动化受到越来越多的关注。
通过多年来的发展，电力通信已经初具规模，形成了含有光纤的通信体系。
电力系统开通了生产管理系统、计算机MIS业务等等，能够满足基本的生产和管理需求，但是配电系统的自动化工程仍然是一个急需解决的问题。
4中压配电规划
4.1引言
中压配电网络规划是电力网施工设计最基本的依据和基础。
它必须在城市供电总体规划和区域电力系统的基础上进行。
首先要保证供电系统安全可靠运行，同时要考虑社会效益、经济效益，讲求综合投资效果，远期目标和近期目标相结合，技术上先进可靠，布局经济合理，满足不同用户的需求，并适应用电负荷的增长。
4.2主电路设计中压配电网络规划的步骤
其中可包括规划的原则和目标、规划区负荷预测、变电站的选址和定容、规划方案的确定等。
规划区中压配电网规划方案除了要满足供电的安全性与可靠性、运行及投资的经济性以及电力供需平衡等要求外，中压配电网规划依然存在着许多不确定性。
因此，最优方案的判别不仅仅以一种既定条件下的经济性和供电质量为主要目标，还应重视规划方案对环境和未来变化的适应性。
4.2.1负荷预测
电力负荷预测是配电网规划的基础性工作。
在进行负荷预测之前收集所需数据的工作是巨大的，比如规划年的地块发展规划，历史年的电量和负荷数据，居民的用电状况，GDP数据，工业企业的MD值等都是必要的数据。
一般来说，根据收集到的数据来选择适当负荷预测方法。
目前，负荷预测的方法很多，选择合适的方法是负荷预测的关键。
在这里特别强调负荷密度法的实用性，所谓负荷密度指标法，是根据规划区各地块的用地性质，采用与其它地区类比的方式确定规划地块单位建筑面积的负荷指标，进而对规划区负荷加以预测。
其关键是选择合适的负荷密度。
4.2.2变电站的选择及站址确定
变电站是电网中变换电压、汇集、分配电能的设施，主要包括不同电压等级的配电装置、电力变压器、控制设备、保护和自动装置、通信设施和补偿装置等。
对于城市变电站而言，要求容量大，占地少，可靠性高，外型美观，噪音小和建设费用适当。
这些都要求从简化接线，优化变电站容量，提高设备运行率以及选择变电站的布置和设备等方面来实现。
变电站站址确定的理论依据是：
最小准则原理，即变电站安放的最优位置应在某个用户群中心，当然可以按实际情况作相应的调整。
根据提出的方案，并结合负荷预测的结果，经计算分析后可划分出各个时期每座变电站的供电区域。
由于很多情况下变电站土地的使用要和政府规划部门协商，同时变电站要和周围环境相协调，所以计算出的变电站位置要根据实际情况进行调整。
4.2.3中压配电系统规划
中压配电网是由10kV架空线路、电缆、配电站、开关站和变压器等组成分布面广的公用电网，其功能是将电能安全、可靠、经济、合理地分配并输送到用户。
配电系统规划方案是要建立在负荷预测基础之上的。
规划地块现有的配电网络对10kV电网的规划具有很大的影响，需要规划人员在做规划时考虑到。
在提出配电网络规划方案之前，首先要考虑的是对整个规划区采用环网方式供电，不设开关站；还是设置几座开关站，采用环网与开关站相结合的供电方式。
（1）开关站规划。
对于开关站的设置，需要遵循靠近负荷中心，便于维护管理，有利于减少配电电缆长度敷设方案和节约投资。
配电网开关站一般采用单母线分段接线，两回进线。
（2）配电变压器的选择。
用各地块中期负荷预测的结果，考虑到变压器的利用率和功率因数（0.9），在考虑原有配变的基础上，可确定各地块中对应布置的变压器的容量。
在确定变压器容量时，对于居民生活区内的配电变压器，其容量一般统一规范为250、400、630、800kVA。
对于大容量用户，其配电变压器的具体位置可作适当调整，为了提高供电的可靠性，变压器台数至少选定为两台，以满足N－1原则。
（3）架空线和电缆的选择。
它的选择决定着整个配电系统是否能安全、经济、可靠地运行。
区内10kV架空线路采用绝缘导线，对线路截面选用参照当地供电公司的技术规定。
一般来说，35kV电缆选YJV－3×400mm2；10kV架空线选JKLYJ－120mm2；10kV电缆选YJV－3×240mm2。
（4）35kV变电站电缆进线。
对于35kV变电站的电缆进线，基于经济性和方便性的原则，应合理利用电缆通道，有利于减少配电电缆长度和敷设方案，节约投资。
（5）提出配电规划方案。
结合规划区中期变电站布置情况，提出几种10kV配电系统规划方案。
各个方案给出规划的10kV电缆线路和架空线路的走向和供电方式。
10kV多回出线组成若干相对独立的，供电范围不交叉重叠的片状分区配电网，宜采用多分段、多联络系统。
其接线原则是为了在事故时可转移负荷，缩短恢复供电时间。
提出几种规划方案要充分发挥规划人员的创造力。
（6）规划方案经济技术比较。
第一步就是规划方案的潮流计算。
为了确定各规划方案的线路负荷、网损及电压损失情况，需要对各个规划方案进行潮流计算，采用简化的潮流计算在项目允许的情况下可以避免繁琐的计算。
计算时假定各用户均工作在最大负荷条件下，网络运行方式按正常开环运行（使每一个环上分段的负荷尽可能分配均匀）。
对于双放射线路而言，为了保证在N－1的条件下线路不过负荷，正常运行方式下的线路负荷率应小于0.5。
通过计算得出正常运行方式下的线路负荷水平情况及不同规划方案的网损情况。
（7）可靠性分析。
主要考虑开关故障和架空线对系统可靠性的影响。
在进行可靠性分析时，只从35kV变电站低压母线开始考虑，同时如果10kV配电变压器在几种规划方案中的分布位置是相同的，是否考虑它也不影响比较结果。
在架空线或开关出现故障后，影响用户停电时间的关键因素是开关倒闸操作时间。
用户的概念采用评估中传统的用户概念，即一台10kV的公用配电变压器视为10kV电压级配电系统的一个用户统计单位。
一般可以从供电可靠率（ASAI）和用户停电持续时间（CAIDI）这两个可靠性指标来说明规划方案的可靠性。
5结论
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，也具有重大的作用。
工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。
设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等合理确定设计方案。
参考文献
[1]戴绍基.建筑供配电与照明[M].北京:
中国电力出版社,2007.105-120.
[2]翁双安.供配电工程设计指导[M].北京:
机械工业出版社,2008.62-90.
[3]黄民德.建筑电气照明[M].北京:
中国建筑工业出版社,2008.233-257.
[4]史新.建筑电气图解与数据-电力、照明、防雷接地分册[M].北京:
化学工业出版社,2011:
21-50.
[5]段春丽,黄仕元.建筑电气[M].北京:
机械工业出版社,2006.192-220.
[6]汤继东.中低压电气设计与电气设备成套技术[M].北京:
中国电力出版社,2010:
46-78.
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