本科毕业设计学校配电系统设计电气控制.docx
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本科毕业设计学校配电系统设计电气控制
毕业设计（论文）
（说明书）
题目：
学校配电系统设计
姓名：
马云霞
学号：
20112001598
平顶山工业职业技术学院
2014年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
姓名马云霞
专业楼宇智能化工程技术
任务下达日期年月日
设计（论文）开始日期年月日
设计（论文）完成日期年月日
设计（论文）题目：
学校配电系统设计
A．编制设计
B．设计专题（毕业论文）
指导教师贾纯纯
系（部）主任
年月日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
自动化与信息工程系楼宇智能化工程技术专业，学生马云霞于年
月日进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：
学校配电系统设计
专题（论文）题目：
学校配电系统设计
指导老师：
贾纯纯
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生马云霞毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：
，，，
，，，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第页
共页
学生姓名：
马云霞专业楼宇智能化工程技术年级11级
毕业设计（论文）题目：
学校配电系统设计
评阅人：
指导教师：
（签字）年月日
成绩：
系（科）主任：
（签字）年月日
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
在本设计中完成对学校配电系统设计，主要包括负荷计算、照明系统、插座系统、低压配电系统、防雷与接地系统。
论文针对学校电气的设计和使用需要，在重点表述低压配电系统、负荷计算和防雷与接地系统的同时，侧重于电气基本理论和基本知识。
使学校在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，让整个学校的配电合理、适用、经济。
其中，主接线代表了变配电所主体结构，它对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系，并将长期影响电力系统运行的可靠性、安全性、灵活性和经济性。
通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。
关键词：
低压配电，照明，电气设备，配电系统，防雷接地
第一章绪论
本次设计的具体项目是学校配电项目，通过具体对学校小区的调查，发现现在的学校在配电系统上有了很大的进步和提高，现在的配电系统更加安全可靠，合理经济。
随着市场经济的发展，国家在城乡电网建造和改造中，要求直接进入负荷中心，形成高压受电——变压器降压——低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展，箱式变电站正是具有这些特点的最佳产品。
其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过滤，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求，因此预装式变电站成为主要的配电设备之一。
再次人们对供电质量尤其是供电的可靠性要求越来越高，而采用高压环网或双电源供电、低压网自动投切等先进技术的预装式变电站成为首选的配电设备。
学校建筑面积37万平方米，共有建筑30栋，本设计采用10Kv电源进线，进过变压降压成380v，供给学院各楼适用。
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的计算，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，在进行选择变电所高低压电气设备等。
现在社会的信息化和网络化，都建立在电气化的基础之上的，因此做好供配电工作，对于保证正常的工作、学校、生活将十分重要的意义。
供配电设计必须遵循的一般原则有：
（1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策。
包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。
（2）应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。
（3）必须从全局出发统筹兼顾，按照符合性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
（4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
在本设计中，要求完成对学校配电系统设计，主要包括负荷计算、照明系统、插座系统、低压配电系统、防雷与接地系统。
论文针对学校电气的设计和使用需要，在重点表述低压配电系统、负荷计算和防雷与接地系统的同时，侧重于电气基本理论和基本知识。
使学校在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，让整个学校的配电合理、适用、经济。
第二章学校负荷计算
计算负荷是确定供配电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据；计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。
采用无功补偿，提高了系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。
本章采用需要系数法对学校的各类用电负荷进行详细计算，并采用并联电容器方法对低压进行集中补偿，以提高功率因数。
2.1负荷分级与供电要求
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：
行政楼，实训楼的消防电梯、消防水泵、应急照明，银行用电设备，办公用电设备，保卫处用电设备，学校大门照明与门禁系统，水泵，食堂厨房用电，教学楼照明。
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。
学校变电所现有分区：
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、第一个：
办公楼、1#教学楼、2#教学楼、图书馆、综合馆、竞赛馆、行政楼、南区新七——新十三、计算机实训中心
2、第二个：
实训楼、就业楼、餐厅、北区宿舍楼
3、第三个：
南区新一——新六宿舍楼、茶水房、澡堂
这三个变电所主要分别管以上建筑物，它们的进电来自不同的地方，其实每一个变电所的电都供给重要建筑物，形成双电路，这样当一条电路出现故障时，另一电路能继续供电，保证供电可靠。
表2-1学校楼宇负荷估测表
楼宇
负荷/kw
楼宇
负荷/kw
1#教学楼
86.44
综合楼
205.84
2#教学楼
86.44
餐厅
121.4
图书馆
36.6
宿舍楼
609.11
办公楼
262.4
综合馆
22.86
保卫室
22.42
校园内路灯
6
南区东部宿舍楼楼
22.86
操场
1.72
2.1.2计算负荷的确定
计算负荷的方法主要有需要系数法和二项式法。
前一种方法比较简便，在设计单位的使用最为普遍。
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，通常都采用需要系数法计算。
当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算，凡是民用建筑中的负荷，一般都是用需要系数Kd进行计算的。
它既简便又实用，因为民用建筑中单机负荷较大的各类设备都是采用单机组或同类机群放射式供电，在计及供电线路、开关时，都是用单机的额定电流或起动电流进行选型或校验的，所以，普遍采用需要系数。
本设计则采用需要系数法来确定计算负荷。
2.1.3按需要系数法确定计算负荷的公式
（1）有功计算负荷（单位为kw
）
式中Pe——用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）。
Kd——用电设备组的需要系数。
（2）无功计算负荷（单位为kvar）
（3）视在计算负荷（单位为KVA）
（4）计算电流（单位为A）
（5）多组用电设备有功计算负荷基本公式：
同时系数:
本次设计取
2.2学校的负荷计算
例如：
教学楼的荧光灯的功率：
=23.04
0.8=18.432kw
=23.04
1.2=27.648kw
=23.04/0.55=33.513kw
总功率：
根据多组用电设备有功计算负荷基本公式可计算出
Pz=115.096+104.84+158.62+322.6+90.46
+20.724+12.06+11.55+5.7+1.184=842.834kw
Qz=97.638+72.256+126.4876+266.611+20.4102
+16.4238+7.97+8.6933+0.44=616.93kw
Sz=150.93+127.33+202.878+138.448+92.734
+26.443+14.456+14.156+5.7+1.26=879.275kw
P=842.834
0.9=758.551kw
Q=616.93
0.95=586.084kw
S=958.58kw
=758.551/958.58=0.8
表2-2学校负荷的计算
建筑
名称
负荷
性质
数量
总容量
需要系数
cosφ
计 算 负 荷
1#-2#教学楼
荧光灯
288
2
11.52
2
0.8
0.55
18.432
27.648
33.513
白炽灯
44
2
1.76
2
0.95
1.0
3.344
0
3.344
投影机
24
2
4.8
2
0.6
0.8
5.76
4.32
7.2
空调
24
2
48
2
0.7
0.8
67.2
50.4
84
消防电
36
40.72
0.5
0.8
20.36
15.27
25.45
合计
172.88
115.096
97.638
150.93
综合楼（包括实训楼，机房，竞赛馆，会议室）
荧光灯
300
7.76
0.8
0.55
6.208
9.436
11.287
白炽灯
44
1.76
0.95
1.0
1.672
0
1.672
空调
30
60
0.7
0.8
42
33.6
52.5
电脑
320
96
0.3
0.8
28.8
21.6
36
实验器材
20
0.8
1.0
16
0
16
消防电
16
20.30
0.5
0.8
10.16
7.62
12.7
合计
205.84
104.84
72.256
127.33
办公楼
荧光灯
320
12.8
0.85
0.55
10.88
16.5376
19.78
白炽灯
80
1.2
0.95
1.0
1.14
0
1.14
电脑
160
48
0.3
0.8
14.4
10.8
18
空调
80
160
0.7
0.8
112
84
140
消防电
20
40.4
0.5
0.8
20.2
15.15
25.25
合计
262.4
158.62
126.4876
202.878
宿舍楼
荧光灯
300
17
4
17
0.6
0.55
40.8
62.016
17.45
白炽灯
300
17
1.47
17
0.95
1.0
23.74
0
23.74
电风扇
150
17
10
17
0.5
0.75
85
74.8
63.75
消防电
18
4
20.36
17
0.5
0.8
173.06
129.795
138.448
合计
609.11
322.6
266.611
243.388
餐厅
荧光灯
40
1.6
0.6
0.55
0.96
1.4592
1.745
电视
8
1.6
0.5
0.75
0.8
0.704
1.067
电风扇
20
2
0.5
0.75
1
0.88
1.173
电磁炉
40
80
0.85
1.0
68
0
68
电冰箱
40
16
0.6
0.7
9.6
9.792
13.714
消防栓
10
20.2
0.5
0.8
10.1
7.575
12.625
合计
121.4
90.46
20.4102
92.734
图书馆
荧光灯
60
2.4
0.6
0.55
1.44
2.188
2.62
白炽灯
8
0.32
0.95
1.0
0.304
0
0.304
空调
6
12
0.7
0.8
8.4
6.3
10.5
电脑
6
1.8
0.3
0.8
0.54
0.405
0.675
消防栓
4
20.08
0.5
0.8
10.04
7.53
12.55
合计
36.6
20.724
16.4238
26.443
综合馆
白炽灯
40
1.6
0.95
1.0
1.52
0
1.52
音响
10
1
0.5
0.75
0.5
0.44
0.667
消防栓
4
20.08
0.5
0.8
10.04
7.53
12.55
合计
22.86
12.06
7.97
14.456
保卫室
荧光灯
2
0.08
0.5
0.55
0.04
0.0608
0.073
空调
1
2
0.7
0.8
1.4
1.05
1.75
电脑
1
0.3
0.3
0.8
0.09
0.0675
0.1125
消防栓
2
20.04
0.5
0.8
10.02
7.515
12.525
合计
22.42
11.55
8.6933
14.156
校园内路灯
白炽灯
150
6
0.95
1.0
5.7
0
5.7
合计
6
5.7
0
5.7
操场
白炽灯
12
0.72
0.95
1.0
0.684
0
0.684
音响
10
1
0.5
0.75
0.5
0.44
0.667
合计
1.72
1.184
0.44
1.26
乘以KΣp
=0.9，
KΣq
=0.95
总合计
1461.23
0.8
758.551
586.084
958.58
2.3无功补偿
2.3.1无功补偿的目的
采用无功补偿，提高系统的功率因数，既可以节能、减少线路压降，又能提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。
因此，供配电系统中的无功功率补偿是必不可少的。
2.3.2无功功率的人工补偿装置
工程中普遍采用并联电容器来补偿供电系统的无功功率。
并联电容器的补偿方式，有以下三种：
（1）高压集中补偿电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联（如图2-1）。
（2）低压集中补偿电容器装设在变配电所的低压配电室或单独的低压电容器室内，与低压母线相联。
它利用指示灯或放电电阻放电。
按GB50227—95规定：
低压电容器组可采用三角形结线或中性点不接地的星形结线方式（如图2-2）。
（3）低压分散补偿电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。
它就利用用电设备本身的绕组放电。
电容器组多采用三角形结线（如图2-3）。
民用建筑供电有它的特殊性：
一是照明负荷占的比重比较大，属于分散负荷；二是电机大部分是空调风机、防排烟风机，其容量也是小而分散。
由于上诉原因，在民用建筑的供电系统中，一般都是采用低压配电装置处集中补偿。
而且，采用低压集中补偿不需要从电力系统中获取无功，可以减少电力系统的无功功率发生装置，也减少了电力系统到用户的线路上的无功传输，从而减少了这部分线路的电压损失及电能损耗。
因此，本设计采用低压集中补偿。
2.3.3并联电容器的选择计算方法
（1）无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算
（2）并联电容器个数
式中qc——单个电容器的容量（单位为kvar）
2.3.4无功功率补偿的计算
由负荷计算表知，该学校380侧最大负荷时的功率因数为0.8。
而民用建筑各地供电局规定低压功率因数补偿到0.95,高压功率因数补偿到0.9以上。
（1）低压电容器柜（屏）的选择方法
PGJ1型低压无功功率自动补偿屏有1、2、3、4等4种方案。
其中1、2屏为主屏，3、4屏为辅屏。
1、3屏各有六条支路，电容器为BW0.4-14-3型，每屏共84kvar，采用六步控制，每步投入14kvar。
2、4屏各有八条支路，电容器亦为BW0.4-14-3型，每屏共112kvar，采用8步控制，每步投入14kvar。
选择步骤：
①根据控制步数要求，选择一台1号或2号主屏。
②根据所需无功补偿容量再补充一台或数台3号或4号辅屏
（2）低压电容器柜（屏）的选择
Ｑc=Ｐ（tana1-tana2）
=758.551（0.724-0.428）Kvar
=224.53Kvar
选PGJ1型低压自动补偿屏,并联电容器为BW0.4-14-3型。
其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）1台相结合,总共容量126kvar×2=256kvar。
无功补偿后，380v侧和10kv侧负荷计算如表
表2-3无功补偿后学校的计算负荷
项目
Cos
计算负荷
380V侧补偿前负荷
0.8
758.551
586.084
958.58
380V侧无功补偿容量
—256
380V侧补偿后负荷
0.9
758.551
330.084
827.25
主变压器功率损耗
0.015
=12.41
0.06
=49.635
10KV侧负荷总计
0.9
770.961
379.719
859.415
经过选PGJ1型低压自动补偿屏,并联电容器为BW0.4-14-3型低压集中补偿后，不但提高了系统的功率因数，使高压侧的功率因数达到了0.9达到了供电局的要求，而且减少了线路压降，提高了供电质量，还提高了系统供电的裕量。
2.4变压器选择
变压器的选取原则：
（1）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
；（2-1）
②满足全部一、二级负荷
的需要，即：
≥
（2-2）
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。
（2）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。
（3）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。
我校是10kV配电变压器，采用有载调压方式。
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油浸式、有载调压、双绕组、Dyn11联结组。
变压器的型号是：
SZ-1600KVA/10KV/0.4KVDyn11
第三章低压配电系统设计
3.1高层建筑一般规定
（1）本学校是由10Kv电源供电，学校的教学楼和其他的建筑楼的用电负荷分级应负荷现行的《建筑设计防火规笵》等规定。
当小区内仅有三级负荷时，供电电源可取10Kv供电回路，当小区内同时具有一、二级负荷时，则应根据区域变电所的电源路数和变压器台数确定供电电源，当区域变电所的10Kv出线走廊受到限制或配电装置间隔不足且无扩建余地时，宜在小区内设置10Kv开闭所。
开闭所宜在与10Kv变电站联体建设。
（2）配电系统设计应根据工程规范、设备布局、负荷容量及性质等综合考虑确定。
（3）配电系统应该满足生产和使用所需要的供电可靠性和电压质量；接线简单，并有一定的灵活性；操作安全，检修方便；另外，还有考虑节省有色金属消耗、减少电能损好。
（4）自变压器两侧至用电设备之间的低压配电级数不宜超过三级，但对非常重要的负荷供电时，可以超过三级。
（5）由公用电网引入建筑物内的电源线路，应在屋内靠近进线点便于操作维护的地方装设电源开关和保护电器。
若由本单位配电所
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