柴油机厂总配变电所及配电系统方案设计书大学本科方案设计书正文doc.docx
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柴油机厂总配变电所及配电系统方案设计书大学本科方案设计书正文doc
湖南工程学院应用技术学院
毕业设计说明书
题目：
柴油机厂总配变电所及配电系统设计
专业班级：
电气工程及其自动化0984班
学生姓名：
熊科学号：
200913010409
完成日期：
2013年5月30日
指导教师：
夏利霞讲师
评阅教师：
颜渐德讲师
2013年5月
诚信声明
本人声明：
1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；
2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；
3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：
日期：
年月日
湖南工程学院应用技术学院
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
柴油机厂总配变电所及配电系统设计
姓名熊科专业电气工程及其自动化班级电气0984班学号09
指导老师夏利霞职称讲师教研室主任谢卫才
（1）基本任务及要求：
设计一个柴油机厂的总配变电所及配电系统,主要包括以下内容：
（1）负荷计算与无功补偿设计；
（2）主接线方案设计；
（3）一次设备的选择与校验；
（4）继电保护的整定计算与二次系统设计；
（5）防雷与接地系统设计；
（2）进度安排及完成时间：
（1）第一至第三周：
查阅资料,撰写文献综述和开题报告。
（2）第四周至第五周：
毕业实习。
（3）第六周至第七周：
负荷计算与无功补偿设计；主接线方案设计。
（4）第八周至第九周：
短路电流的计算；一次设备的选择与校验。
（5）第十周至第十二周：
继电保护的整定计算与二次系统设计；防雷与接地系统设计。
（6）第十三周至第十五周：
撰写毕业设计论文。
（7）第十六周：
毕业设计答辩
Abstract............................................................Ⅱ
柴油机厂总配变电所及配电系统设计
摘要:
随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。
设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。
变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。
作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。
随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。
随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。
变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。
关键词:
变电站；负荷计算；设备选型；补偿装置
TheDesignofDieselEnginesFactorySubstation
andtheDistributionSystem
Abstract:
Alongwiththeeconomicdevelopmentandthemodernindustrydevelopmentsofquickrising,thedesignsofthepowersupplysystembecomemoreandmorecompletelyandsystem.Becausethequicklyincreaseelectricityoffactories,italsoincreasesseriouslytothedependableindexoftheeconomiccondition,powersupplyinquantity.Thereforetheyneedthehigherandmoreperfectrequesttothepowersupply.WhetherDesignreasonable,notonlyaffectdirectlythebaseinvestmentandcirculatetheexpenseswithhavethemetaldepletionincolormetal,butalsowillreflectthedependableinpowersupplyandthesafeinmanyfacts.Inaword,itisclosewiththeeconomicperformanceandthesafetyofthepeople.
Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricappliancesequipmentsandtheTransmissionandtheDistribution.Itobtainstheelectricpowerfromtheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.Thentransmitsthepowertoeveryplacewithsafe,dependable,andeconomical.Asanimportantpartofpower’stransportandcontrol,thesubstationmustchangethemodeofthetraditionaldesignandcontrol,thencanadapttothemodernelectricpowersystem,thedevelopmentofmodernindustryandtheoftrendofthesocietylife.
Keywords:
substation；load；distribution；correctionequipment.
第一章绪论
1.1简况
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。
而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。
随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。
变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。
因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础[1]。
变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。
它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。
它具有功能综合化、，设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。
变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证[2]。
1.2研发背景及意义
电能是现代工厂最主要的能源和动力，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中广泛应用。
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提6～10KV高产量。
提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，提高自动化水平。
生产过程自动化，人类社会生活也只有电气化以后，才能确保正常的社会秩序和必需的生活质量。
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，具有十分重的意义。
1.3工厂供配电系统
工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。
总降压变电所负责将35～100KV的外部供电电压变6～10KV的厂区高压配电电压，给厂区各车间配电所或高压电动机供电。
车间变电所将6～10KV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。
配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。
第二章负荷计算及功率补偿
2.1负荷计算
求计算负荷这相工作称为负荷计算。
显然负荷计算是根据已知的工厂用电设备的安装容量确定、预期不变的最大假想负荷。
这个负荷是设计是作为选择工厂电力系统供电线路导线的截面积、变压器容量、开关电器和互感器等的额定参数的依据。
电力负荷又叫电力负载，它是指耗用电能的用电设备或用电单位。
另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流的大小。
根据电力复核对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，电力负荷一般分为三级：
一级负荷：
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废等等。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应看着特别重要的负荷。
二级负荷：
二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如大量产品报废、中断供电将影响重要用电部门正常工作等。
三级负荷：
三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述的一、二级负荷者。
由于计算负荷是供电设计的基本依据，所以计算负荷确定的是否合理，直接影响到工厂电力设计的质量，电力设计的经济性问题。
如计算负荷估算太大，将增加供电设备的容量，使工厂电网变的复杂，浪费有色金属，在无形中就增加了初投资和运行工作量。
特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不和理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。
如果选的过小，又使电器和导线电缆处在过负荷下运行，增加了电能的损耗，导致绝缘过早老化甚至烧毁，降低了设备的使用寿命。
可见，正确计算负荷计算，有很大设计决定作用，其意义重大。
但是由于负荷情况复杂，影响因素多，很难准确的确定出来。
设备的计算负荷的变化也有一定的计算规律，它与设备的性能、生产的形式、能源的供应的状况等多种因素有关。
所以，负荷计算只是电力系统设备选择的一个估算负荷。
我国的确定负荷的方法，主要有需要系数法、二项式法，需要系数法是普
遍采用的计算负荷的基本方法，二项式法应用局限很大，但确定设备台数教少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比较的合理，而且方便。
本设计的车间设备台数较多、设备容量都相差不大，所以宜采用需要系数法。
负荷计算公式如下：
有功计算负荷:
P30=KdPe（2.1）
式中:
Pe—用电设备组总容量（不含用电设备容量,单位:
Kw）
Kd—用电设备组的需要系数
无功计算负荷为:
Q30=P30tan（2.2）
式中:
tanф—对应于用电设备组功率因数cosф的正切值
视在计算负荷为:
S30=P30/cosф（2.3）
计算电流为:
（2.4）
式中:
Un—用电设备组的额定电压（单位:
kV）
功率因数:
（2.5）
根据需要系数计算法和变电所的设计依据,通过计算可以得出此变电所的计算负荷.
全厂各车间变电所负荷计算如下表
序号
车间或用电单位名称
设备容量（KW）
Kx
Cos
Tan
计算负荷
变压器台数及容量
P30
（KW）
Q30
（KVar）
S30
（KVA）
（1）№1变电所
1
热处理车间
740.9
0.6
0.7
1.02
444.54
453.43
635.06
2
工具车间
47
0.3
0.65
1.17
14.1
16.50
21.69
3
机修车间
252
0.25
0.65
1.17
63
73.71
96.92
4
冲焊车间
233
0.3
0.5
1.73
69.9
120.93
139.8
5
共计
6
乘以同时系数（有功0.9，无功0.95）
542.03
631.34
826.67
两台
800kV.A
（2）№2变电所
1
机加一车间
1550
0.3
0.65
1.17
465
544.05
715.38
2
机动二车间
1220
0.3
0.65
1.17
366
428.22
563.08
3
装备车间
291
0.3
0.65
1.17
87.3
102.14
134.31
4
共计
5
乘以同时系数（有功0.9，无功0.95）
826.47
1020.69
1313.34
两台
1000kV.A
（3）№3变电所
1
铸造车间包括
1612
0.4
0.7
1.02
644.8
657.70
921.14
清理
制芯
有色铸造
2
共计
3
乘以同时系数（有功0.9，无功0.95）
644.8
657.70
921.14
一台
1000kV.A
（4）№4变电所
1
熔化车间包括
1281
0.6
0.7
1.02
768.6
783.97
1098
砂理
造型
2
共计
3
乘以同时系数（有功0.9，无功0.95）
691.74
744.77
1016.46
两台
800kV.A
（5）№5变电所
1
锅炉房
70
0.75
0.8
0.75
52.5
39.38
65.63
2
空压站（低压）
20
0.85
0.8
0.75
17
12.75
21.25
3
锻工车间
352.7
0.3
0.65
1.17
105.81
123.80
162.78
4
产品实验室
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
112.5
5
理化实验室
56.78
0.6
0.8
0.75
34.07
25.55
42.59
6
厂区照明
20
1
20
7
木工车间
53.1
0.35
0.6
1.33
18.59
24.72
30.98
8
备料库
50.12
0.3
0.65
1.17
15.04
17.59
23.14
9
中央计量器
10
0.6
0.8
0.75
6
4.5
7.5
10
共计
11
乘以同时系数（有功0.9，无功0.95）
317.71
300
436.97
一台
500kV.A
（6）№6变电所
1
空压站（6kv）
260
0.85
0.75
0.88
221
194.48
294.67
2
共计
一台
315kV.A
（7）№7变电所
1
熔化车间电炉
650
0.6
0.7
1.02
390
397.8
557.14
2
共计
一台
630kV.A
2.2无功补偿计算及设备选择
变电所的无功补偿对于整个工厂的设计是极为重要的。
按《全国供用电规则》规定:
高压供电的工业用户,功率因素不得低于0.9。
其他情况,功率因素不得低于0.85.如达不到上述要求,则需增设无功功率的人工补偿装置.
功率因数是衡量工厂供电系统电能利用层度及电气设备使用状况的一个具有代表性的参数。
在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都有电感性的特性。
（诸如：
感应电机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷）这些设备不仅需要从电力系统中吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必须的交变磁场，从而降低了设备运行时的功率因数。
如果在设备充分充分发挥了设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则要考虑人工补偿。
人工补偿是在变压器低压侧装设无功补偿装置，在保证低压侧有功率不变的情况下减小设备的无功功率。
从而减小了设备总的视在功率，缩小了变压器容量、导线的截面积及一次设备的容量。
同时又降低了变电所的初投资、设备运行时的损耗和工厂的电费开支。
现在所用的补偿装置有同步补偿器和静电电容器。
同步补偿器无功功率的发电机，它的最大优点是可以均匀的调节电网的电压水平，但其无功功率补偿量越小，单位1kvar造价越高，即使容量很大同步无功补偿器也远比静电无功补偿器贵，而且损耗大、安装要求高、运行维护复杂，因此只有在大电网中枢调压或中降压变电所中使用。
目前：
工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。
它一般分为三中：
高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。
由前面的车间负荷计算知车间的计算很大，但功率因数普遍很小。
从表中可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.81。
而提供电部门要求该厂进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应稍微高些，取0.92。
相关的无功功率补偿公式如下：
取：
=0.8，
则:
kW
kvar
根据公式
，
有:
，
则:
因此在未进行无功补偿时，低压侧的主变电容器应选为5000kV·A
低压侧功率因数
，因为无功补偿容量按规定，变电所高压侧的
，根据公式计算：
有功损耗：
无功损耗：
，
则高压侧补偿前的:
有功功率：
，
无功功率：
高压侧补偿前功率因数
；
假设补偿后的功率因数提高到
则补偿容量
，经查表可选用GR-1C-08型，电压为6Kv，容量
的电容器，电容器个数
取n=6；则实际补偿容量为
补偿后低压侧功率因数计算：
，补偿后功率不变，
则：
补尝后主变压器损耗：
补尝后高压侧有功功率：
补偿后高压侧无功功率：
则：
=2613.96/2695.42=0.97>0.9,符合设计条件
由此可见,补偿后变电低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流显著减小,而功率因数显著提高。
补偿后该变电所主变压器T的容量显然比补偿前的变压器容量小得多。
同时由于计算电流的减小，使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应降低，因此不仅降低了变电所的初投资，而且减少了工厂的电费开支，所以进行无功补偿效益是十分可观的。
2.3交配电所地址及型式的选择
2.3.1交配电所所址选择的一般原则
选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并且经技术、经济比较后择优确定。
①接近负荷中心；
②进出线方便；
③接近电源侧；
④设备吊装和运输方便；
⑤不应设在有剧烈振动和高温的场所；
⑥不应设在地势低洼和可能积水的场所；
⑦不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
⑧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；
⑨高压配电所尽量与邻近车间变电所或有大量高压设备的厂房合建在一起。
⑩不应设在有爆炸危险环境、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范》。
第三章变配电所主接线方案设计
3.1设计原则及要求
1.安全性
（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。
（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。
（3）在装设高压熔断器的-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。
（4）交配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。
装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。
接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。
2.可靠性
（1）变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。
对一级负荷，应由两个电源供电。
对二级负荷，应由两回路或一回6kV以上专用架空线或电缆线供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。
（2）变配电所的非专用电源进线侧，应装设带保护短路的断路器或负荷开关-熔断器。
（3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变电所采用放射式的高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。
（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压熔断器。
当低压侧为单母线分段，且有自动切换电源要求时，低压总开关和低压母线分段开关，均应采用低压熔断器。
3.灵活性
（1）变配电所的高低压母线，一般采勇单母线或单母线分段接线方式。
（2）35kV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥式接线和线路-变压器。
（3）变配电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应。
4.经济性
（1）变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单。
（2）中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器。
（3）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表用。
变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。
通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目较少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。
如果变电站电压
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