学校供配电系统的研究与设计.docx

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学校供配电系统的研究与设计

毕业设计（论文）

题目：

学校供配电系统的研究与设计

Title:

schoolpowersupplyanddistrubution

system,sresearchanddesign

教学单位计量工程系

专业供用电技术

指导教师

姓名

学号0909020243

年级2009级

2011年12月27日

摘要................................................................3

第一章绪论........................................................4

第二章供配电系统设计的规范要点....................................5

2.1负荷分级及供电要求...........................................5

2.2无功补偿.....................................................5

2.3高、低压配线.................................................6

第三章对学校现有供配电系统的研究..................................7

3.1全校负荷调查.................................................7

3.2学校用电量的统计与配电分析...................................9

3.3计算学校负荷确定学校负荷中心...............................9

3.4对现有系统的评价............................................12

第四章总体规划设计方案..........................................13

4.1变配电台区选址、变配电所布置................................13

4.2变压器选择设备选择.........................................15

4.3电气主接线.................................................22

4.4防雷与接地..................................................28

4.5确定设计方案................................................34

第五章结论.......................................................35

参考文献...........................................................35

致谢...............................................................36

摘要

本次毕业设计的主要任务是研究与设计学校变电所配电系统。

该系统为10KV电源进线，经过变电所降压成380V，供给学校各楼宇使用。

供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况.利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。

同时进行各种变压器的选择，从而确定变电所的主接线方式，再进行选择变电所高低压电气设备等。

本次供配电系统的设计包括了：

对学校现有系统的分析、变配电所选址与布置、负荷计算、变压器选择、设备介绍、主接线形式、防雷与接地等内容。

关键词：

变电所，负荷中心，变压器选择，电气主接线

Abstract

Thisgraduationdesignsmaintaskisresearchanddesignourschoolstransformeranddistributionsystem.thissystemisthat10KV

supplyline throughthe step-down substationinto 380V,afterthat,

upplyelectricityto the building of theschool.powerdesignneedtoconsider manyaspects.analysethetaskthatschoolsubstationinundertakesandusersloadsituation.Wecanusetheusersdatatocomputeload,andmakesureusersidlepowercompensationdevice.inthemeantime,choocethemaintransformer,sowocandeterminezhemainwiringboardway.anothertime,choosesubstationshighvoltageandlowvoltageelectricequipments.etc.

Thispowersupplyanddistributionsystemsdeviseincludeing:

analysingthenowsystem、powersupplyanddistributionstationlocationschoosing、calculatingload、choosingthemaintransformer、introducingelectricequipment、mainwiringboard、lightningprotectionandrounding.

Keywords：

SubstationLoadcenterTransformerselection

Mainelectricalwiring

第1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。

因此，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：

（1）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。

（2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。

（3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）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。

我们这次的毕业设计的论文题目是：

学校供配电系统的研究与设计。

作为高校，随着专科教育工作的推进和未来几年国网学院的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施建设将提出相当大的挑战。

因此，我们这次做供配电系统设计，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

，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。

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。

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）。

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。

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：

消防水泵，应急照明，医院急诊室用电设备，教培中心会议用电，保卫处用电设备，学校大门照明与门禁系统，东、西区水泵，教学楼照明。

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。

2.3高、低压配线

高、低压配电网常用电气主接线形式有：

放射式、树干式、环形等基本接线形式。

放射式

放射式接线的特点是其引出线发生故障时互不影响，因此供电可靠性较高。

但在一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备较多。

多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。

树干式

树干式接线的特点与放射式相反，一般情况下，树干式接线采用的开关设备较少，有色金属消耗量也较少，但当线路发生故障时，影响范围较大，因此供电可靠性较低。

环形

高压环形接线，实质上是两端供电的树干式接线，这种接线在现代城市电网中应用很广。

为了避免线路上发生故障时影响整个网络，也为了便于实现线路保护的选择性，环形线路中有一段断开。

为了便于切换操作，环形线路中的开关多采用负荷开关。

供电可靠性较高；在一段线路发生故障时，都不致造成供电中断，但易发生误操作。

图2-1低压配电主接线形式

在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无特殊要求的时候，应采用树干式配电。

当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。

对供电可靠性要求高时，采用环形接线。

我学校接线较多，采用树干式与放射式相结合的方式供电，既可以节约成本，又能保证供电可靠性。

第三章对学校现有供配电系统的研究

3.1全校负荷调查

3.1.1变电所现有分区

我校现有变电所共记有三处，每一处管辖范围不等的一个供电区域。

①计量楼变：

计量楼、办公楼、教学楼、图书馆、学生食堂、卫生室、学生公寓、锅炉房、乒乓球训练场、路灯

②东区服务楼变：

教培楼、东区学生公寓（三栋）、在建公寓（四栋）

③南区孵化楼变：

实训楼、电网楼、服务中心楼、学员公寓空调、乒乓球公寓

3.1.2学院供电系统图

图3-1学院供电系统图

该图直观、详细的表现出学校的供电现状。

学院采用双电源供电，分别为：

隆研线和隆研Ⅰ线，一侧电源停止供电时，学院总负荷可临时由另侧电源供电，保证了供电可靠性。

母线采用单线分段方式，运行灵活。

高压侧采用放射式接线，学院有三个配电中心，另外培训中心、足球俱乐部、西区宿舍采用单独变电系统。

放射式线路之间互不影响，因此供电可靠性较高。

3.1.3负荷统计

负荷估测，就是对学校各楼宇用电量调查，通过对学校各楼宇用电量的分析，可以对学校的负荷分布有一个直观的认识。

通过对学校总用电量的分析，可以反过来计算出各楼宇的用电情况，对后文计算学校负荷中心有很大帮助。

学校楼宇负荷估测表

楼宇

负荷/kw

楼宇

负荷/kw

计量楼

1333.5

电网楼

3159.53

教学楼

2006

物业楼

528.75

图书馆

848

孵化楼

14608.75

办公楼

4884

实训楼

6275.29

教培楼

5217.68

足球俱乐部

10135.25

综合楼

22055.83

锅炉房

649.23

实习楼

1130.58

学生公寓B栋

127.14

西宿舍箱变

3255.37

培训中心

29506.425

3.2学校用电量的统计与配电分析

下表是三年来学校各个配电中心的年总用电量。

通过比较，可以发现：

三年来学校的用电量是逐年递增的，且增幅较大；中心变是学校的大负荷，将近学校总负荷的70%。

从图3-3中可以看出：

7、8、9三月是学校的用电高峰期。

近三年学校用电量

楼宇

年度

中心变总

孵化楼总

东服总

箱变总

全院总

2009

6654680

1316284

1347838

361322

9680224

2010

6939408

1683944

1963975

375396

10962723

2011

6538840

1727555

3274713

312906

11873337

图3-209、10、11年用电量比较图3-310年各月用电量比较

3.3计算学校负荷确定学校负荷中心

确定负荷中心的方法

1、负荷指示图：

负荷指示图是将电力负荷按一定的比例用负荷圆的形式表示在用户的平面图上。

各建筑的负荷圆心应与建筑的负荷中心大致相符。

负荷圆的半径r，可由建筑的负荷P30=K

r2求得，即：

r=

式中，K为负荷圆的比例（单位为kW/mm2），这里取100.

图3-4学校负荷指示图

2、按负荷功率矩法确定负荷中心

设有负荷P1、P2和P3（均表示有功计算

负荷），分布如右图所示，它们在坐标系中

的坐标分别为P1（x1，y1），P2（x2，y2），

P3（x3，y3）。

先假设总负荷P=∑Pi=P1+P2+P3

的负荷中心位于坐标P（x，y）处，因此

仿照《力学》求重心的力矩方程可得：

x∑Pi=P1x1+P2x2+P3x3

y∑Pi=P1y1+P2y2+P3y3

因此求得负荷中心的坐标为：

x=

图3-5计算负荷中心

y=

公式3.3.1

这里必须指出：

负荷中心虽是选择变配电所的重要因素，但不是唯一因素，因此负荷中心的计算不必要求十分准确。

实际上负荷中心也是经常变动的，精确计算也没什么必要。

根据上述方法，可以求的学校的负荷中心

下表是学校各楼宇的负荷和对应的坐标:

楼宇

负荷

楼宇坐标

计量楼

1333.05

600

-60

教学楼

2006

466

-183

图书馆

848

584

-251

办公楼

4884

411

-84

教配楼

5217.68

1126

-238

综合服务楼

22055.83

1076

-358

实习楼

1130.58

968

-329

电网楼

3159.53

325

-642

物业楼

528.75

439

-724

孵化楼

14608.75

142

-535

实训楼

6275.29

142

-636

足球俱乐部

10135.25

127

-60

锅炉房

649.23

779

-333

学员公寓B栋

127.14

1339

-233

西宿舍箱变

3255.37

131

-198

培训中心

29506.425

865

-105

总和

105720.875

中心坐标

634.46

-278.04

根据以上表格中给出的数据，可以画出学校的负荷分布：

图3-6负荷分布图

由公式3.3.1可得出学校负荷中心的坐标：

X=（1333.05*600+2006*466+848*584+4884*411+5217.68*1126+22055.83*1076+

1130.58*968+3159.53*325+528.75*439+14608.75*142+6275.29*142+10135.25

*127+649.23*779+127.14*1339+3255.37*131+29506.425*865/105720.875

=634.46

Y=-（1333.05*60+2006*183+848*251+4884*84+5217.68*238+22055.83*358

+1130.58*329+3159.53*642+528.75*724+14608.75*535+6275.29*636+10135.25

*60+649.23*333+127.14*233+3255.37*198+29506.425*105）/105720.875

=-278.04

所以负荷中心的坐标为（634.46，-278.04）下图中的红色标注:

图3-7负荷中心位置指示图

3.4对现有系统的评价

现代社会的发展，包括企事业的飞速发展，已经越来越紧密地与电联系在一起。

可以说：

没有电，就没有现代文明的进步。

经济合理、安全可靠的供电质量对现代文明的发展更是快马加鞭，如虎添翼。

我们学校也一样，正因为有了这样的基础设施建设，学校的发展才如此的迅速，总的来说，我校现有的供配电系统有如下优点：

（1）选址位置基本位于负荷中心，减少了电缆长度（即有色金属的耗量）节约了成本。

供电距离都不是很长，电压损失较小，供电质量高。

（2）变电所区域管辖范围比较合理，通常1、2台变压器管理一个区域，供电可靠性较高，供电不会出现紧张状况，监管和维护也比较容易。

（3）由于这是学校单位，每年都有寒暑两季假期，在这一期间，学生宿舍，教学楼等平时用电负荷很大的场所，这时候用电量都大幅度的萎缩，减小。

故，现有系统的低压联络线设置得是很合理的，在假期中节约了大量的能源。

相对欠缺的是：

（1）中心配电室建在计量楼一、二楼，对在计量楼的工作人员产生了较严重的噪声影响，建议改建该配电室。

（2）中心配电室部分电气设备存在老旧问题，若条件允许，建议更换。

第四章总体规划设计方案

4.1变配电台区选址、变配电所布置

4.1.1变配电所的选址

把中压配电电压（6-10kv）转变成低压配电电压（0.4kv）的场所统称变配电台区，变配电台区的设计和规划要做到安全和经济的统一，应保证有充足的电力，以满足供电可靠性和运行经济性的要求，并应考虑环保和标准化等方面的要求。

变配电台区、所址选择原则：

1）尽量靠近负荷中心，以减少配电系统的电能损耗、电压损耗、和有色金属消耗量。

2）进出线方便，特别是采用架空线出现时要考虑这一点。

3）接近电源侧，对总变、配电所特别要考虑这一点。

4）设备运输方便。

5）尽量避开剧烈震动和高温场所。

6）不宜设在多尘和有腐蚀性气体的场所；当无法远离时，则应设在污染源的上风侧。

7）不应设在厕所、浴室或其他常积水的正下方，且不易于上述场所相贴临。

8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不易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邻时，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范》的规定。

9）高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建。

10）不应妨碍企业或车间的发展，应与当地建设总体规划相协调，并适当考

虑今后扩建的可能。

根据以上原则我们分析:

负荷中心位于图书馆东南角，紧靠学校东西主干道，将配电所建在这里显然是不适合的，负荷中心南侧是山脚下，配电室不能建在这里，东侧是樱花林，西侧是图书馆，也不能满足要求，所以我们决定，将配电室还建在计量楼，但做出一点改变。

将配电室的高、低压侧都放在计量楼一楼。

将现有的中心配电室低压侧扩建，以满足配电室对空间的需求。

4.1.2变配电所布置

变配电所的设备布置，包括高低压配电柜、变压器室、补偿电容、控制室。

着重于平面布置。

控制室应位于运行方便、电缆较短、朝向良好和便于观察屋外主要设备的地方。

控制柜的排列布置，宜与配电装置的间隔排列次序相对应。

控制室的建筑，应按变电所的规划容量在一期工程中一次建成。

变电所内的布置要求

变电所内的布置应合理紧凑，便于值班人员操作、检修、试验和搬运，配电装置的安放布置应保证具有规定的最小允许通道宽度。

具体布置要求如下：

（1）配电室、控制室和值班室可以开窗，对采光、通风等有利。

变压器室和电容器室需要有良好的自然通风，但通风、采光均必须采取防止小动物进入的措施。

应对门窗、电缆、电线用的管沟、槽等出入口处，采取防止小动物进入的措施。

因为小动物进入室内会造成电气设备事故，如老鼠咬伤电缆，蛇、猫等造成电气设备短路。

（2）配电设备的布置必须遵循安全、可靠、适用和经济的原则，并应便于安装、操作、搬运、检修、试验和监测。

应合理布置变电所内各室的相对位置，高压配电宅与电容器室、低压配电室与电力变压器室应相互邻近，且便于进、出线，控制室、值班室（及辅助间）的位置应便于值班人员的工作管理.

（3）变电所内不允许采用可燃材料装修，不允许各种水管、热力管道和可燃气体管道从变电所内通过，变电所内不宜设置厕所和卫生间等。

（4）变电所内配电装置的设置应符合人身安全和防火要求，对于电气设备载流部分要采用金属网或金属栏杆隔离出一定的安全距离。

（5）高压开关柜有靠墙安装和离墙安装等两种安装方式。

若变电所采用电缆出线，可采用靠墙安装方式，以减少配电室的建筑面积；根据出线回路数和负荷类型来确定采用架空出线或电缆出线。

若出线回路数较多或为高压电动机供电的线路．宜采用电缆出线。

根据以上要求。

我们决定：

将学校中心配电室的变压器室；高、低压配电室；值班室放在一起，安排在计量楼一楼。

与原来相比，去除了高