本科毕业论文---小型工厂的供配电系统设计正文.doc

毕业设计（论文）设计（论文）题目：小型工厂的供配电系统设计诚信承诺书本人慎重承诺和声明：本人在毕业设计（论文）过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在指导教师的指导下独立完成，没有剽窃和抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，若有违规行为的发生，我愿接受学校处理，并承担一切法律责任。论文作者签名： 年 月 日 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘 要电能是工业生产的主要动力能源，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。电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的影响。工厂供配电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换，分配到工厂车间中每一个用电设备上。因而工厂供配电的设计对于一个企业来说是相当重要的，是企业生产出高品质产品的硬件保证。在本设计中，依据给定的设计范围和基础资料，对塑料制品厂全厂总配变电所进行了初步的电气设计。通过负荷计算、无功补偿、电气主接线选择、短路电流计算、电气设备选择、继电保护及防雷装置设计等一系列具体工作，按照课题的具体要求，使设计方案能够符合国家标准的有关规定，体现了安全、可靠、灵活、经济的原则，为塑料制品厂供电的可靠性、安全生产和经济运行提供了强有力的保证。并根据设计要求，绘制了总配电所电气主接线图、15号车间变电所主接线图和总配电所平面布置简图等有关设计图纸。通过这次设计，塑料制品厂的供配电系统的基本功能就实现了，从该厂附近的变电所取得10kV电源，通过设计中的配电所进行电力的传输分配到5个车间变电所，车间变电所把电压从10kV变成400V给各个车间设备以及工厂生活提供电能。【关键词】总配电所 主接线 变压器 短路电流 继电保护 - V -ABSTRACTThe power of electricity is the major motive source of industrial production, material and technical basis of modern civilization. No electricity,no modern economy. Modern societys information and network, are based on the electrification of. If the sudden interruption of power supply, it will cause serious impact on these electricity sector. The mission of the factory power supply and distribution design is getting power source from the electric system and assign to each electricity using equipment of the factory workshop via reasonable transmission and transformation. Therefore, the factory power supply and distribution design is very important for an enterprise. It is also a high quality certificate of the production. In this design, I make a initial electric design for the power distribution of the whole plastic products factory according to the provided range of design and basic material. To make sure that the design is conformance to the national criterion and to be safe, dependable flexible and economical, I do the design after a series of load calculation, Reactive power compensation, Electrical main wiring choice, Short-circuit current calculation, electrical equipment choice, relay-protection and prevent thunder according to the particular demand of the course. It also makes sure that the course of power supply is dependable, safe and economical. At the same time, according to the demand, I have draw the main electrical power distribution by the total one-way wiring diagram, 1 to 5 workshop substation main wiring diagram and the total distribution of the schematic layout.Through this design, supply and distribution system of the basic functions of plastic products factory is achieved, to obtain power from 10kV substation near the plant, carried out by the design of the electric power transmission and distribution substation assigned to five workshops, the workshop substation the voltage from 10kV to 400V into each workshop to provide power equipment and plant life.【Key words】Total substation Electrical main wiring Transformer Short-circuit current Relay- protection目 录前 言- 1 -第一章 绪论- 2 - 第一节 工厂供电意义和要求- 2 - 第二节 本厂的基本概况及设计要求- 2 - 一、 生产任务及车间组成- 2 - 二、 负荷性质及负荷情况- 3 - 三、 供用电协议- 3 - 四、 本厂自然条件- 3 - 第三节 本章小结- 4 -第二章 负荷计算及无功补偿- 5 - 第一节 供电电压的选择- 5 - 第二节 负荷计算- 5 - 一、 负荷计算的定义及计算方法- 5 - 二、 负荷计算结果- 7 - 第三节 功率补偿- 8 - 一、 意义- 8 - 二、 电容补偿- 8 - 三、 补偿装置选择- 9 - 第四节 本章小结- 10 -第三章 总配电所设计- 11 - 第一节 配电所的位置及型式- 11 - 一、 所址选择的一般原则- 11 - 二、 总体布置要求- 11 - 第二节 主接线方案- 12 - 一、 主接线的设计原则及基本要求- 12 - 二、 电气主接线的设计- 12 - 第三节 短路电流计算- 13 - 一、 产生短路电流的原因及危害- 13 - 二、 短路电流计算的目的及计算方法- 13 - 三、 短路电流计算- 14 - 第四节 主要电气设备选择- 16 - 一、 选择条件- 16 - 二、 电气设备选择校验- 18 - 第五节 配电所进出线的选择- 19 - 一、 概述- 19 - 二、 10kV架空线的选择- 20 - 三、 备用电源电缆进线的选择- 20 - 四、 10kV母线的选择- 21 - 五、 配电所出线的选择- 22 - 第六节 主要设备继电装置的整定及保护- 23 - 一、 概述- 23 - 二、 继电保护装置的接线方式- 23 - 三、 继电保护装置的操作方式- 23 - 四、 电流速断保护- 24 - 五、 回路方案选择与继电保护的整定- 24 - 第七节 防雷及接地- 25 - 一、 概述- 25 - 二、 防雷措施- 26 - 三、 接地装置- 26 - 第八节 本章小结- 27 -第四章 车间变电所设计- 28 - 第一节 车间负荷计算及无功补偿- 28 - 一、 车间负荷计算- 28 - 二、 车间无功补偿- 28 - 第二节 车间变压器的选择- 29 - 一、 变电所变压器台数的选择- 29 - 二、 变电所主变压器容量的选择- 29 - 三、 主变压器相数选择- 30 - 四、 主变压器型号的选择- 30 - 第三节 短路电流计算及一次设备的选择- 30 - 一、 短路电流计算- 30 - 二、 一次设备的选择- 32 - 第四节 车间变电所布置- 33 - 一、 车间变电所的类型- 33 - 二、 车间变电所所址的选择- 33 - 第五节 车间变电所的继保装置的整定- 33 - 一、 主变压器的继电保护装置及低压侧的保护装置- 33 - 第六节 防雷和接地- 34 - 第七节 本章小结- 35 -结 论- 36 -致 谢- 37 -参考文献- 38 -附 录- 39 -一、英文原文- 39 -二、英文翻译- 46 -三、工程设计图纸- 52 - 前 言 毕业设计在大学的教学过程显得非常重要，通过这次毕业设计进一步加深了在大学期间所学的工厂供电的认识，理解并掌握了关于工厂的配电系统是如何进行规划与设计，如何在国家相关规定下进行运行。作为大学学习中最后的一道难关，只有全方面地搜索关于供配电系统方面的知识以及向指导老师请教，才有可能攻克这道难关。作为即将离校的我们，做好大学生涯最后一次学习，将会为我们的本科阶段划上一个完美的句号，我们的大学生涯也不会留下遗憾。这次毕业设计使我各个方面都得到了提升，包括独立的分析问题，合理地采取解决方案，数据计算与计算机绘图，为以后可能从事相关的工作做了一定的铺垫。在工业生产和生活中，电能扮演着极其重要的角色，电能与其他形式的能量之间可以相互转换。做好电能输送和分配这项任务，不仅可以节约成本，而且还可以提高经济效益，提高生产效率。电能是现代文明的物质技术基础，没有了电能，就没有可能实现现代化进程。现代社会的各个方面都是建立在电气化的基础之上，一旦电力系统出现问题或停止工作，将会给用电用户带来严重的影响，甚至造成伤害。因此做好工厂供配电系统的设计，显得尤为重要。 本论文是关于某个塑料工厂在提供相关资料的情况下，通过正确的计算，设计出合理的变配电所，做好电力系统的保护以及防止雷电的保护措施。 第一章 绪论第一节 工厂供电意义和要求在工业生产和生活中，电能扮演着极其重要的角色。电能与其他形式的能量之间可以相互转化。做好电能输送和分配这项任务，不仅可以节约成本，而且还可以提高经济效益，提高生产效率。电能是现代文明的物质技术基础，没有了电能，就没有可能实现现代化进程。现代社会的各个方面都是建立在电气化的基础之上，一旦电力系统出现问题或停止工作，将会给用电用户带来严重的影响，甚至造成伤害。所以设计出安全有效的工厂供电与配电方案有利于扩大工厂的生产能力，减少支出，提高工厂效益，加快工厂的发展具有重要的意义。此外，还有利于国民经济的提高，加快现代化进程，为实现“中国梦”做出应有的贡献。因而从各个方面来讲，做好工厂供配电工作都十分重要。为了使工业生产和生活有序的进行下去，实现用户电能的要求，工厂供配电工作必须做到以下几点：安全 可靠 优质 经济第二节 本厂的基本概况及设计要求一、 生产任务及车间组成 表1.1 生产规模及车间组成 生产规模（万吨）产品规格主要车间辅助车间及其它设施 塑料制品薄膜、单丝、管材、等制品薄膜车间单丝车间管材车间注射车间原料库、成品库、包装材料库、注塑车间、备料复制车间、锻工车间、仓库、机修模具车间、锅炉房、等办公楼等。二、 负荷性质及负荷情况根据本工厂的实际情况，得出结论：生产车间为三班制，其余的为单班或两班制。该厂全年最大负荷利用小时数为5000小时，属于三级负荷。全厂包涵5个车间变电所，每个车间包涵其独立的用电设备，全厂总的有功功率为，全厂总的无功功率为，全厂总的视在功率为。三、供电需求本工厂从位于该厂南侧1公里的某变电所取得10千伏架空线路的电源。变电所的整定时间为2秒，本厂配电所应不大于1.3秒。在总配变电所10千伏侧计量。要求本厂的功率因数值在0.9以上。供电系统技术数据：变电所提供的电源系统为无限大，母线上的电压为10千伏，发生短路时，容量为200兆伏安。供电系统如图1.1所示1。 图1.1 供电系统图 四、本厂自然条件1、气象条件最高温度为35C。 土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20C。 年雷暴日为30天。 土壤冻结深度为1.10米。 主导风向夏季为南风。2、地质及水文条件 地表平坦，土壤的成分为极土，厚1.67米 地下水位一般为0.7米。地耐压力为20吨/平方米。 第三节 本章小结本章主要介绍了安全有效的供电与配电对工厂的意义，一个合理的工厂电力系统所具备的要求，所要设计工厂的基本状况：该厂生产的产品，生产产品需要的车间以及车间的设备，按照负荷对供电的要求划分级别，与当地的用电部门达成的供电协议以及工厂的自然条件。第二章 负荷计算及无功功率第一节 供电电压的选择选择工厂供电电压时主要考虑以下几个因素：供电电压等级、工厂用电设备的容量、电压和供电距离。配送路线长度和配送容量在一定的情况下，供电电压与线路的电流成反相关，利用这一特点，可以降低线路投资和金属的消耗，如表2.1所示表2.1 各级线路合理的输送功率和输送距离线路电压/kV线路结构输送功率/kW输送距离/km0.380.386610103566110220架空线电缆架空线电缆架空线电缆架空线架空线架空线架空线10017510003000200050002000100003500300001000050000100000500000.250.351086201020503010050150200300 本厂高压配电电压是10kV，对于那些用电设备所需的电压是6kV，可通过专门的变压器把10kV转换成6.3kV，从而给设备供电。第二节 负荷计算一、 负荷计算的定义及计算方法1、定义 计算负荷是人们假象中的负荷，在一定的时间内，负荷的发热量等于在工厂生产中，负荷在变动情况下所产生的热量2。 尖峰电流指在持续时间为1秒的情况下，用电设备的最大电流2。 平均负荷为用电设备在一段时间内所消耗的电能除以该段时间所得出的值2。2、负荷计算的方法负荷计算的主要方法：需要系数法，利用系数法，二项式。本设计将采用需要系数法予以确定。下面对需要系数法进行介绍：(1)、基本公式有功计算负荷为： (2-1)无功计算负荷为： (2-2)视在计算负荷为： (2-3)计算电流为： (2-4)Kd -需要系数P30-有功计算负荷，单位为kWQ30-无功计算负荷，单位为S30-视在计算负荷，单位为cos-用电设备组的平均功率因数tan-用电设备组平均功率因数的正切值(2)、用电设备是多组的情况下，负荷的计算方法 在计算多组有用设备或低压母线的负荷时，要考虑各用电设备出现的最大负荷不是同一个时间。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其用功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数和3。对车间干线，取 =0.850.95 =0.900.97对低压母线，分两种情况：由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取 =0.800.90 =0.850.95由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 =0.900.95 =0.930.97 总的有功计算负荷为： (2-5) 总的无功计算负荷为： (2-6) 以上两式中的和分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为： (2-7)总的计算电流为： (2-8)二、 负荷计算结果由表2.2所示数据可计算出全厂总负荷（参差系数取=0.9,0.95）。 全厂总的有功计算负荷 全厂总的无功计算负荷 全厂总的视在计算负荷 S30 =表2.2 各车间用电设备及车间变电所负荷计算表序号车间或用电设备组名称设备容量（kW）需要系数功率因数cos功率因数角正切tan计算负荷有 功(千瓦)无功(千乏)视 在(千伏安)各车间380伏负荷(1)No1变电所1薄膜车间14000.60.61.338401117.21397.82原料库300250.51.737.513153生活间100.8108084成品库（一）250.30.51.737.513155成品库（二）240.30.51.737.212.45614.396包装材料库200.30.51.73610.38127小计1509876.21166(2)No2变电所1单丝车间13850.60.61.308311080.31362.92水泵房及其附属设备200.650.80.75139.716.253小计14058441090(3)No3变电所1注塑车间1890.40.61.3375.6100.55125.82管材车间8800.350.61.33308409.64512.53小计1069383.6510.19(4) No4变电所1备料复制车间1380.60.51.7382.8143.24165.452生活间100.8108083浴室30.8102.402.44锻工车间300.30.651.17910.5313.855原料、生活间150.810120126仓库150.30.51.174.55.2656.937机修模具车间1000.250.651.732543.2549.968热处理车间1500.60.71.029091.8128.569铆焊车间1800.30.51.735493.42107.910小计641287.7387.5(5)No5变电所1锅炉房2000.70.750.88140123.2186.492试验室1250.250.51.7331.2554.0662.443辅助材料库1100.20.51.732238.0643.964油泵房150.650.80.759.757.3112.195加油站100.650.80.756.54.8758.1256办公楼招待所、食堂150.60.61.33911.9714.987小计475218.5239.488全厂合计509926103393.17说明：根据上表所提供的资料，No1、No2、No5变电所配带两台变压器，其余皆配带一台变压器。第三节 功率补偿一、 意义工厂有着大量的设备，这些设备中有些是属于电感参数的负载，会降低功率因数。如果想要使功率因数达到工厂规定的标准，就需要进行无功功率的补偿。通过此做法，可以采用容量小的供电设备和导线电缆。这不仅节约了电能，还提高了用电质量和生产效率。另外进行了无功功率补偿之后，主变压器可以选取容量小的，这既可以减少变电所的初投资，又可降低工厂的电费付出。因为在我国，对工厂电费的收取与居民的不一样，工厂电费分两部分：一部分是根据主变压器每月的容量,另一部分按照每月电能kWh。由此可见，提高工厂功率因数不仅有利于电力系统，而且节约工厂的成本。二、 电容补偿1、补偿前的配电所功率因数考虑同时系数（=0.9,0.95）之后，有功功率和无功功率分别为：P302349kWQ303223.5k var 视在计算负荷为： S303988.58kVA功率因数为：cos2349/3988.580.5892、无功补偿容量按规定，配电所的功率因数cos0.9，因此在配电所进行无功补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取cos0.92。 要使功率因数由0.589提高到0.92，需要装设的补偿装置容量为 取2400 这就是配电所母线上所需补偿装置的容量。三、 补偿装置选择常用的对无功功率因数进行提高的装置都是直接或间接并接于变配电所的母线上。下面介绍常用的三种补偿装置，如表2.3所示表2.3 三种补偿装置的比较补偿装置名称工作原理优点缺点 同步调相机和同步电动机在空载运行条件下过励磁时运行的情况一样，将会提高系统的电压4。可以根据实际情况改变无功功率，实现电压的调节。遇到系统故障，系统的电压不仅能调整，而且系统的稳定性将会提高运行维护复杂，有功功率损耗较大，即使调相机的容量小，但每千伏安容量的资耗也比较大。 静止补偿器由可调电抗和电力电容器两部分组成。电容器发出无功功率，电抗器吸收无功功率，要调节无功功率的大小和方向，可用电抗器和电容器进行调节4。一种动态无功功率补偿装置，具有技术先进、调节性能、使用方便设备造价太高 电力电容器在变电所母线上可接成三角形联结和星形联结，它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比4。装设容量不受限制，运行时功率损耗较小 因此相比较以上三种无功补偿装置后，无功补偿装置可选用并联电容器。本次设计选用BWF10.5-100-1W型5的电容器,其额定容量为100k var,额定电压为10.5kV，额定电容为2.89uF,相数为1。由此得出电容器的个数： 第四节 本章小结本章主要介绍了负荷计算是如何定义，负荷计算是怎么样进行演算的，根据负荷计算的方法，对本工厂的设备参数进行应有的计算，并用表格的形式绘制出来。另一方面介绍了无功补偿的概念及意义，常用的进行无功补偿的装置类型，通过计算得出本次设计需要的补偿的容量和装置。第三章 总配电所设计第一节 配电所的位置及型式一、 所址选择的一般原则尽可能靠近设备中心，有利于节约成本，避免原材料的浪费。方便进出线，主要的是架空进出线方便。尽可能接近电源侧，尤其是总降压变电所和高压配电所。方便设备的运输，更需要注意运输高低压成套配电装置。如果配电所所在地区天气较热或可能发生地震，要做好预防措施。如果配电所所在地区存有沙尘或有腐蚀性气体，做好预防工作二、 总体布置要求配电所的总体布置是否合理关系到工厂生产和安全的问题。如果处理不当，会降低工厂的生产效率，甚至带来巨大的危害。对总体布置有五个原则：当设备遇到故障需要进行维修时，能够方便人员操作。配电所的布置能使工厂的设备有效的运行，扩大工厂的生产能力。配电所要便于线路的布置，进出线路要方便于人员架设。尽量避免土地浪费，减少用于建筑的费用，提高工厂的效益能够满足工厂发展对电能的需求，适应社会的发展。三、配电所平面布置图图3.1 高压配电所平面布置图第二节 主接线方案一、 主接线的设计原则及基本要求1、电气主接线的设计原则变电所在电力系统的作用非常重要，首先考虑的是该系统能否安全运行，然后考虑的是建设的范围，容量的大小，电压等级等条件，最后考虑的是经济性和方便程度。2、对主接线的基本要求 安全性 能够达到相关的标准，保障人身安全和设备安全5。 可靠性 满足工厂里面的设备对电能的需求，特别是对电能要求较高的设备。 灵活性 接线方式具有操作简单，检修方便。 经济性 主接线简单，费用低，成本少，节约资源。二、 电气主接线的设计关于电气主接线主要有单母线分段和单母线两种6。然而选择哪一种接线方式是由电压高低和线路走向共同决定的。下面采用表格的形式进行对比，如表3.1所示两种接线方式优 点缺 点单母线接线接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少母线发生短路，会造成全部短路，如要检修，该回路必须停电单母分段接线接线简单，设备少，操作方便，减少母线故障影响范围相比较来言，要好一些表3.1 单母线和单母线分段 根据本厂的实际情况，采用单母线分段，其接线方式如图3.2。图3.2 单母线分段的接线方式7该配电所有两条10kV的电路进线来作为供电电源。一条是架空线，另一条是电缆线。其中架空线路取自110/10kV变电所，位于该厂南侧1公里处。而电缆线是当作备用电源，取自附近单位的联络线，以防万一。第三节 短路电流计算一、 产生短路电流的原因及危害1、短路的原因虽然工厂要求安全地对设备提供电能，但是出现故障就会使设备停止运行，影响工厂的生产。短路属于常见的故障，短路是指本应该有差异的导电部分经低阻相接不存在电位差。造成短路的主要原因：有带电设备的绝缘工作没做好，违反规定的操作，动物对线路的破坏等。2、短路的危害在发生短路后，产生很大的短路电流会出现在电力系统中，电流过大超过设备承受的最大电流会使设备损坏，甚至发生火灾，另外短路会使系统的出现不稳定的因素。由此可见，短路后所造成的影响很严重，如果不及时消除引起短路的因素，后果可想而知。二、 短路电流计算的目的及计算方法短路电流计算在于选用合适的电气设备，同时便于校验设备，以及对保护装置进行整定计算。计算短路电流的方法：有名单位制法和标幺制法，此次设计采用标幺制法8。三、 短路电流计算1、计算公式标幺制法：先选定基准容量和基准电压。基准容量：在工程设计中通常取=100MVA。基准电压：一般取元件所在的短路计算电压，即 (3-1)基准电流 (3-2)基准电抗 (3-3)电力系统的电抗标幺值 (3-4)电力线路的电抗标幺值 (3-5)为导线电缆的单位长度电抗平均值 (查表3.2可得)。 表3.2 每相线路中以km为单位的电抗平均值 （/km）线路结构线 路 电 压35kV及以上610kV220/380V架空线路电缆线路0.400.120.350.080.320.066求出各主要元件的电抗标幺值以后，利用其等效电路图求出其总电抗标幺值。在无限大容量系统中，发生三相短路时，电流中周期性的分量有效值的标幺值8 (3-6) 由此可求得发生三相短路时，电路电流中周期性分量的有效值 (3-7)在求出以后，可得三相短路次暂态电流和稳态电流 (3-8)求出发生三相短路时的冲击电流，第一个周期内整个短路电流的有效值 (3-9)发生三相短路时的容量 (3-10)2、短路电流和短路容量计算(1)、确定基准值取基准容量=100MVA，基准电压=10.5kV，基准电流 (2)、在短路电路中，元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值由给定数据得,因此 架空线路的电抗标幺值 根据工厂实际资料，因此 发生短路时，电路的等效电路图如图3.3所示，图中对元件的序列号和电抗标幺值进行了标注。图3.3 短路等效电路图(3)、短路电路中k-1点的总电抗标幺值、每一相的电流、容量 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他三相短路电流 三相短路容量表3.3 短路计算表 短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-16.376.376.3716.249.62115.87第四节 主要电气设备选择一、 选择条件1、按工作电压选择电器额定