完整版三明职业技术学院低压供配电系统的设计毕业设计.docx

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完整版三明职业技术学院低压供配电系统的设计毕业设计

毕业论文

题目三明职业技术学院低压供配电系统的设计

专业：

电气工程及其自动化

学院：

电气工程学院

年级：

学习形式：

学号

论文作者：

指导教师：

职称：

完成时间：

郑重声明

本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。

学位论文作者（签名）：

2015年04月11日

摘要

本次毕业设计的主要任务是设计与研究三明职业技术学院的配电系统。

该系统为10kV电源进线，经过降压变电所变为0.4kV的低压，供给学校各楼宇使用。

供配电系统设计需要考虑很多方面，分析变电所各用户负荷并根据用户数据对相应的负荷进行计算，为了降低线路损耗，提高电网的功率因数，确定用户无功功率补偿装置。

此外，进行各种变压器的选择，进而确定变电所的电气主接线方式，再选择变电所高低压电气设备，最后确定整个学校变配电所的主接线图。

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。

关键词：

降压变电所，电力负荷，变压器，电气主接线

Abstract

Themaintaskofthegraduationdesignisthepowerdistributionsystemoftheschool.Thesystemcanturn10kVvoltagelevelinto0.4kVlow-voltagesupplybystep-downsubstationtosupplythebuildinginourschool.Manyaspectsneedstobeconsideredinpowersupplyanddistributionsystemdesign.Analysisofthesubstationloadandtheuseraccordingtotheuserdatatoacorrespondingloadwascalculated,inordertoreducethelineloss,improvepowerfactor,determinetheuserreactivepowercompensationdevice.Inaddition,thechoiceofavarietyoftransformers,andthendeterminetheelectricalsubstationmainwiringmode,thenchoosethesubstationofhighandlowvoltageelectricalequipment,finallydeterminethewholeschoolinthesubstationmainwiringdiagram.

Thedesignofpowersupplyanddistributionsystemincludes:

theschoolexistingsystemanalysis,substation’saddressandlayout,loadcalculation,selectionofequipment,transformer,theformofthemainwiring,lightningprotectionandgrounding.

Keywords:

substation,electricalload,transformer,themainelectricalwiring

摘要III

AbstractIV

目录V

1绪论1

2供配电系统设计的规范2

2.1负荷分级及供电要求2

2.1.1一级负荷2

2.1.2二级负荷2

2.1.3三级负荷2

2.2无功补偿3

2.3高、低压配线3

2.3.1放射式3

2.3.2树干式4

2.3.3环形4

3学校现有配电系统的分析5

3.1全院负荷调查5

3.1.1学院概况及变电所现有分区5

3.1.2学院配电系统图5

3.1.3负荷统计6

3.2学院用电量的统计与配电分析6

3.3对现有系统的评价7

4总体规划设计9

4.1变配电台区选址、变配电所布置9

4.1.1变配电所的选址9

4.1.2变配电所布局10

4.2变压器选择11

4.2.1设备选择14

4.3电气主接线17

4.4防雷与接地23

4.4.1供配电系统的防雷23

4.4.2供配电系统的接地27

4.5确定设计方案28

4.5.1配电母线设置28

4.5.2配电所设置29

4.5.3设备更换29

4.5.4功率补偿29

5结论30

致谢31

参考文献：

32

1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：

三明技术学院低压供配电系统的设计。

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电气产品。

2供配电系统设计的规范

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）。

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：

三明职业技术学院现有的二级负荷有：

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。

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。

三明职业技术学院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。

2.3.1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。

2.3.2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。

2.3.3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。

3学校现有配电系统的分析

3.1全院负荷调查

3.1.1学院概况及变电所现有分区

三明职业技术学院是经福建省人民政府批准设立，国家教育部备案的一所公立全日制普通高等专科学校，是在优化整合原三明业余大学、三明财经学校、三明卫生学校、三明轻纺工业学校等教育资源基础上组建的综合性高职院校，具有几十年的优良办学传统和扎实的办学基础。

学院规划占地325亩，已有建筑面积8万多平方米，拥有教学仪器设备总值1540万元，图书馆藏书20万余册，期刊600多种；已建成校园网和护理专业实验室、会计专业实验室、现代物流专业实验室、公共实验室、轻纺实训中心、机电实训中心、数控实训中心和现代语音室等,拥有教学用计算机600多台，实训场地9个，校外实习实训基地50多个，教室全部配多媒体教学设备

三明职业技术学院现有师生5000余人，变电所共记有一处，仅架设了2台630千伏安的变压器。

其管辖范围如下：

办公楼、教学楼、图书馆、学生食堂、卫生室、学生公寓、锅炉房、体育馆、路灯、实训楼。

现有的变压器容量仅仅只能满足学校用电需求。

随着教学的发展，多媒体、空调等电气大量应用，用电负荷不断攀升，电压不稳定等问题日渐明显，用电高峰期经常要对学生公寓采取轮流停电等减负措施。

3.1.2学院配电系统图

图3-1直观、详细的表现出学院的供电现状。

学院采用双电源供电，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，另外放射式线路之间互不影响，因此供电可靠性较高。

图3-1学院供电系统图

3.1.3负荷统计

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

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

表3.1学校楼宇负荷估测表

楼宇

教学楼

图书馆

办公楼

综合楼

实习楼

负荷/kw

2006

848

4884

22055.83

1130.58

续表

楼宇

物业楼

科创中心楼

实训楼

锅炉房

学生公寓

负荷/kw

528.75

14608.75

6275.29

649.23

127.14

3.2学院用电量的统计与配电分析

表3-2和图3-2是三年来三明职业技术学院各个用电负荷的年总用电量。

通过比较，可以发现：

三年来该学院量是逐年递增的，且增幅较大；中心变是学院的大负荷，将近学院总负荷的70%。

从图3-3中可以看出：

6、7、12、1四月是学院的用电高峰期。

表3.2近三年学校用电量

楼宇

中心变总

实训楼总

教学楼总

学生公寓总

全院总

2012年度

361322

2013年度

375396

2014年度

312906

图3-212、13、14用电量比较

图3-32014各月用电量比较

3.3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如虎添翼。

三明职业技术学院也一样，正因为有了这样的基础设施建设，学院的发展才如此的迅速，总的来说，学院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。

缺点如下：

（1）中心配电室建在实训楼一、二楼，对在实训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，建议整改。

4总体规划设计

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）的场所统称变配电所，变配电所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，负荷中心南侧是教学楼，配电室不能建在这里，东侧是树林，西侧是图书馆，也不能满足要求，所以我们决定，将配电室还建在食堂楼，但做出一点改变。

将配电室的高、低压侧都放在食堂负一楼。

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变配电所布局

变配电所的设备布局，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：

将学院中心配电室的变压器室；高、低压配电室；值班室放在一起，安排在实训楼一楼。

与原来相比，去除了高压值班室，节省了人力，也提高了工作效率。

并且将配电室安排在一楼，一定程度上了对实训楼的噪声起到抑制作用。

具体布置如下图所示：

图4-1配电室布置图

4.2变压器选择

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。

变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。

《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台及两台以上的变压器：

（1）有大量一级或二级负荷；

（2）季节性负荷变化较大；（3）集中负荷容量较大。

（2）变压器类型的选择

电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。

变压器按相数分，有单相和三相两种。

用户变电所一般采用三相变压器。

变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。

10kV配电变压器一般采用无载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。

用户供电系统大多采用双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。

10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。

由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

由上面分析得出选择变压器的类型为干式、无载调压、双绕组、Dyn11联结组。

（3）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，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。

对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：

①满足总计算负荷70%的需要，即：

≈0.7；（4-1）

②满足全部一、二级负荷的需要，即：

≥（4-2）

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。

表4.1学校主变电所出线负荷表

楼宇名称

教学楼

图书馆

锅炉房

实训楼

办公楼

科创楼

体育馆

出线负荷

437kw

152kw

49kw

122kw

300kw

143kw

21kw

需用系数

0.9

0.8

0.8

0.8

0.9

0.8

0.8

已知，电力线路的功率因数为0.9，根据上表中的各电力负荷的参数，进行负荷计算，如下所示：

有功计算负荷：

=4370.9+1520.8+490.8+1430.8+1220.8+3000.9+210.8

=1053（Kw）

无功计算负荷：

Q=P=10530.48=505Kvar

S===1170KVA

无功补偿：

（采用变压器二次侧并联电容器的方式）

Q1==0.31053=316Kvar（cos0.9cos0.99）Q1

==1356kVA

≥0.71356=949.2kVA，