1、安徽机电 职业技术学院毕业论文 安徽机电职业技术学院 毕业设计说明书 基于厂供配电系统设计 系 （部） 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电 3122 姓 名 单光辉 学 号 1302123092 指导教师 黄金霖 2014 2015 学年第 二 学期 安徽机电职业技术学院毕业论文 1 摘要 本毕业设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题：负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，变压器的继电保护，变电所二次回路及自动装置，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量，无功补偿等几方面的设计进行了陈述，并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。 该工厂变电所采用 10
2、kV 单电源进线，采用一台 1600kVA 的主变压器，最大设备容量 1636kW，采用并联电容器进行低压集中补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护，按三 类防雷建筑物设防，采用强弱电联合接地系统对建筑物进行保护。 在对供电系统短路计算的基础上，进行电力电缆和电气设备的选择设计，同时也对户外平面布置进行了初步的设计。 关键词 ： 工厂供配电，继电保护，防雷与接地，负荷计算 安徽机电职业技术学院毕业论文 2 目 录 第一章 工厂供电概述 . 4 1.1 工厂供电的意义和要求 . 4 1.2 设计内容及步骤 . 4 第二章 负荷计算及功率补偿 . 6 2.1 负荷 计算的内容 . 6 2.2
3、 负荷计算的方法 . 6 2.3 功率补偿 . 7 第三章 变配电所选型及总体布置 . 9 3.1 变配电所位置的选择 . 9 3.2 变电所总体布置要求 . 9 第四章 变压器、主接线方案的选择 . 11 4.1 主变压器台数的选择 . 11 4.2 变电所主变压器容量的选择 . 11 4.3 变电所主变压器型式、主接线的选择 . 11 4.4 主接线方案选择 .12 第五章 电力线路接线及敷设方式 . 14 5.1 电力线路的接线方式 .14 5.2 线路敷设 .14 第六章 短路计算 . 16 安徽机电职业技术学院毕业论文 3 6.1 短路电流计算的目的及方法 .16 6.2 短路电流计
4、算 .16 第七章 主要电气设备选择 . 20 7.1 电气设备选择的条件 .20 7.2 高压设备的选择要求 .20 7.3 配电所高压开关柜的选择 .20 第八章 电测量仪表与绝缘监视装置 . 21 8.1 电测量仪表 .21 8.2 绝缘监视装置 .21 第九章 防雷与接地 . 22 第十章 供电系统电气原理图及说明 . 23 第十一 谢辞 . 24 第十二 参考文献 . 24 “一级标题” 部分使用宋粗体四号字； 1.5 倍行距 “二级标题” 部分采用宋体小四号字 ， 内缩两个字符， 1.5 倍行距 安徽机电职业技术学院毕业论文 4 第一章 工厂供电 概述 1.1 工厂供电的意义和要求
5、 (段前段后设成 0磅，所有二级 标题 )全文改 电能是 现代 工业 生产的主要能源和动力。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 和 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。 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。 因此，做好工厂供电工作对于 发展 工业生产，实现工
6、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。 工厂供电工作要很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，就必须达到以下基本要求： 1、 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故 ； 2、 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求 ； 3、 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 ； 4、 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的 消耗量。 此外，在供电工作中，
7、应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 1.2 设计 内容 及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局， 接 合国家供电情况 ， 解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能 问题 ，以电子厂为例， 其基本内容有以下几方 面。 1.2.1 负荷 计算 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 1.2.2 工厂总降压变电所的位置和主变压器的
8、台数及容量选择 正文二级标题之后， 标题序号从大到小的顺序为 “1 “、 “ “ “ “ ，全文改 安徽机电职业技术学院毕业论文 5 参考 电源 进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素， 接 合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 1.2.3 工厂总降压变电所主 接 线设计 根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷综合主变压器台数，确定变电所高、低 接 线方式。对它的基本要求，即要安全可靠 又 要灵活经济 、 安装容易 、 维修方便。 1.2.4 厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，
9、比较几种可行的高压配电网布置 方 案，由不同 方 案的可靠性 、 电压损失 、 基建投资 、 年运行费 用， 有色 金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路 接 构与敷设方式设计。 用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。 1.2.5 工厂供、配电系统短路电流计算 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 1.2.6 改善功率因数装置设计 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无
10、功率。由手册或 产 品样本选用 所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。 1.2.7 变电所高、低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。 1.2.8 变电所防雷装置设计 参考本地区气象地质材料，设计防雷 接地 装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其 接 线部位。 对接地和接地体做具体的理解。 安徽机电职业技术学院毕业论文 6 第二章 负荷计算 及功率补偿 2.1
11、 负荷计算的内容 2.1.1 计算负荷 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 2.1.2 平均负荷 平均负荷 指 一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 2.2 负荷计算的 方法 负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计 由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以 采用需要系数
12、法确定。 主要计算公式有： 有功功率： P30 = PeKd 无功功率 : Q30 = P30 tg 视在功率 : S30 = P30/Cos 计算电流 : I30 = S30/ 3 UN 安徽机电职业技术学院毕业论文 7 下表是该电子厂的各个车间 负荷的情况 2.2.1 全厂负荷计算 取 Kp = 0.95; Kq = 0.97 根据上表可算出： P30i = 7485.7kW; Q30i = 4798kvar 则 P30 = KPP30i = 0.957485.7kW = 7111kW Q30 = KqQ30i = 0.974798.4kvar = 4654kvar S30 = 2230
13、30pQ 8499KVA I30 = S30/ 3 UN 140 A Cos= P30/S30 = 7111/84990.84 2.3 功率补偿 工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等 感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发 挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达 不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。 序号 车间名称 设备用量 （ KW） 计算负荷 变压器容量 P30 (KW) Q30 (Kvar) S30 (KV.A) 1 空调机房（一） 246.5 172.6 129.4 215.8 1*400 2
14、 厂务公用站房 338.2 236.8 177.6 296 3 TG 车间 3704.6 2963.7 1837.5 3486.7 4 锅炉房 142.6 107 80.2 133.8 1*400 5 水泵房 320.9 208.6 156.5 278.1 6 污水处理厂 67 53.6 47.2 68.7 7 TA 车间 2377.4 951 190.2 970 8 空压站 607 534.2 470.1 712.3 1*400 9 空调机房 （二） 368 257.6 193.2 322 10 冷冻机（ 1） 561 392.7 345.6 523.6 11 冷冻机（ 2， 3） 1122
15、 785.4 691.1 1047.2 1*400 12 制冷站 450 315 236.2 393.8 13 照明用电 634.4 507.5 243.6 243.6 安徽机电职业技术学院毕业论文 8 上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假设功率因数有cos 提高到 cos ，这时在用户需用的有功功率 30P 不变的条件下，无功功率将由30Q 减小到 30Q ，视在功率将由 30S 减小到 30S 。相应地负荷电流 30I 也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功 率因数对供电系统大有
16、好处。 由上图可知，要使功率因数由 cos 提高到 cos ，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为： 3030 QQQc )tan(tan30 P 30pqQ cc Qc 在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量 cq 来确定电容器的个 数，即： ccqQn 由于本设计中要求 Cos0.9,而由上面计算可知 Cos=0.840.9，因此需要进行无功补偿。综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。 Qc = 7111（ tanarcCos0.84 tanarcCos0.95） Kvar=2275Kvar 取 Qc=2300 Kvar 因此，其电容器的个数为： n =
17、Qc/qC = 2300/150 =15 而由于电容器是单相的，所以应为 3 的倍数，取 15 个正好 。 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为 ： S30（ 2） = 227111 ( 4798 2300)=7538KVA 变压器的功率损耗为： QT = 0.06 S30= 0.06 * 7538= 452Kvar PT = 0.015 S30= 0.015 * 7538= 113 Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30= 7111+ 113 = 7224 Kw Q30= (4798-2300)+ 452= 2950 Kvar S30 = 227224 2950 = 7803 KVA 无功率
18、补偿后，工厂的功率因数为： Cos= P30/ S30=7224/7803= 0.9 则工厂的功率因数为： cos= P30/S30= 0.90.9 因此，符合本设计的要求 。 安徽机电职业技术学院毕业论文 9 第三章 变配电所选型及总体布置 3.1 变配电所 位置 的选择 变配电所所址选择的一般原则 : 1、 尽量靠近负荷中心； 2、 尽量靠近电源侧； 3、 进出线方便； 4、 尽量避开污染源，或者在污染源上方口； 5、 尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所； 6、 设备运输方便； 7、 有扩建和发展的余地； 8、 高压配电所 与邻近车间的变电所合建。 3.2 变电所总体布置要求
19、3.2.1 便于运行维护和检修 有人值班的的变配电所，一般应设置值班室。值班室应靠近高低压配电室，而且有门直通。如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。 值班室也可以与低压配电室合并，但在放置值班工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于 3m。 主变压器应靠近交通运输方便的马路侧。条件许可的，可单设工具材料室或维修间。 昼夜值班室的变配电所应设休息室。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和给排水设施。 3.2.2 保证运行 安全 。 值班室内不得有高压设备，值班室的门应朝外开。高压低压配电室的电容室的门应朝值班室开或朝外开。 变压器室的大门应朝马路开，但应避免朝向露天仓库。在炎热地区应避免朝西开门。 变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。 高压电容器组一般应装设在单独的房间内，但数量较少时，可装设在高压配电室内，低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，宜装设在单独的房间内。 所以带电部分离墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等，均应符合有关的规程的要求，以确保运行安全 3.2.3 便于进出线 如果是架 空进线，则高压配电室宜位于进线侧。
