配电所供电系统初步设计

所属院系：电气工程学院
专业：自动化
题目：新大城北校区1#教学楼变电所供配
电系统初步设计
班级：13-1
学生姓名：***
学生学号：***********
****: ***
完成日期：2015.7.3
摘要
纵观世界背景，毫无疑问改革和发展是当今世界的主流，而世界各国的发展无不从发展生产力出发，而电力系统目前作为一种涉及国民生存的基础性资源，已经成为了人民日常生活中不可取代的物品，在现代的社会中，电力系统是现代的社会和经济运行的神经中枢，是一切动力的源泉，电力系统在我们日常的生活中，将占有越来越重要的位置，其重要性越来越突出。

同时由于现在社会对电力系统的安全性可靠性，以及经济性优越性等指标，提出了越来越高的要求，就对我们专业而言，能够十分清楚的认识,了解电力系统的基本知识，是十分有必要的，尤其是对将来有志于从事电力行业的同学，电力系统作为一个相对成熟的行业，其基本知识方法都是成熟的，同时电力系统所包含的知识也是十分多的，在我们日常生活中，应用也十分广泛，所以对于我们来说，能够认识以及掌握一门电学的基础知识是至关重要的，并将其知识与实际相结合，只有这样，才能将电学知识熟练的运用，以备不时之需。

本论文主要对新疆大学新校区教学楼变电所供配电系统进行初步设计，根据电力系统的知识，严格按照符合安全可靠绿色的标准进行设计，对教学楼的设计方案进行了仔细的审查，最终得出了具体的实施方案。

在其设计过程中进行了大量的社会调研，了解了新校区具体的设计规划，电力系统电源的具体要求以及相关的参数，在论文的设计过程中，我进行了负荷计算，设计画出了教学楼变电所的供配电系统图，以及低压配电系统图，最终确定了变电所供配电系统的设计方案。

关键词：电力系统，配电所，负荷计算
Abstract
The design on the topic of "Liaoning Institute of Technology Teaching Building substation expansion preliminary design." The main design elements include : 10/0.4kV main transformer substation choice; Electrical Substation main wiring design; Short-circuit current calculation; Load Calculation; Reactive power compensation; Electrical Equipment (bus, HV circuit breakers,
isolation switches, current transformer and voltage transformer, and compensation capacitor MOA); Distribution Equipment design; relay Planning and Design; Lightning protection design.
According to the main line of electrical design should meet the reliability, flexibility, economy requirements, The substation main electrical wiring High Side single-bus wiring, low voltage side of the single-bus above the main electrical wiring form; the low-pressure side load calculated using the statistical needs coefficient; To reduce the reactive power loss, increased energy utilization, The design of reactive power compensation design, power factor from 0.69 to 0.9; short-circuit current calculations include short-circuit point for the selection and specific numerical calculation; and electrical equipment chosen by the choice of rated current, short-circuit current calculation by the results of the calibration methods; relay design of the main transformer Current Protection and over-current protection design; distribution installations complete set of power distribution equipment; The substation using direct lightning stroke prevention lightning protection.
The design is very close attention to the use of our electrical design of the new technology and new equipment, practical and strong, Taking into account the actual application, in a user-friendly language to describe it.
Key words：: substation design; Electrical wiring; Relay .
前言
电力系统是一个非常广泛的定义，根据电力使用场所以及要求的不同，会有相应的电力系统解决方案。

这次设计题目是《新大城北校区一号教学楼变电所弓背电系统初步设计》。

此设计题目是根据新疆大学新校区的规划而设计的，十分贴合实际。

新疆大学新校区总建筑面积280万平方米，以多层建筑为主，局部一类二类高层建筑。

根据学校规划，变电所的确定主要以各配电所按照附近单体负荷中心的原则上进行设置，根据要求，型式为附建式，为了不影响校园外景，以及各主要功能房的使用，变电所的低压主要供电距离要控制在二百米以内，变配电所高压系统必须设有今天为何变压柜，并且低压系统要设有进线柜补偿柜，以及联络柜和控制线柜，接线方式原则上为单母线分段方式，要求供电距离短并且，节省低压电缆，同时还可以提高变压器的运行负荷效率，以达到技术可靠，经济合理的要求。

因此，此次设计除了要根据新校区具体的规划情况，还要考虑到设计的可靠性经济性，以及电能的合理使用，要合理的解决，线路保护，变压器保护，接地保护，防雷保护等相关问题，此次设计涉猎广泛，根据要求其涉及到，发电电气部分，电力系统的分析，电力系统自动化，还有电力系统继电保护等等。

在设计之时，首先要确定教学楼的规划，以及教学楼内设备的种类，估算出教学楼的大概功率，其次，根据教学楼的具体情况进行电线的选择，线路保护等，逐步完成此次设计。

此次设计内容是对我大学学习水平的一次检验，更是一次锻炼，通过这次设计，培养了我运用所学知识解决现场问题的能力，使所学知识运用到实际之中，收获非浅。

同时在这次设计之中，由于自己知识水平的限制以及经验匮乏，自己课下查阅了不少资料，并对相关知识进行了大量的学习。

第一次设计，由于自己能力的原因，中间出现过多次挫折，但都努力的去查阅相关资料进行解决，指导老师也给予自己相当大的帮助，帮助我解决许多困难。

在整个设计的过程中，需要大量的技术资料，除了老师给自己的资料以外，资料准备主要是对相关文献进行查询。

根据自己的设计要求以及相关内容，我还和同学进行充分的交流学习，在设计过程中，同学也给予了我很多帮助。

一个好的论文不能只有文字叙述，更重要的还要有图片的展示，所以在设计过程中，我搜寻了大量的图片资料，使设计的内容丰富多
彩，一目了然。

最后，由于设计者的水平不高，掌握的知识有限，对最前沿的知识了解甚少。

而电气技术发展也十分迅速，国内国外技术交融在一起，国内的电气设备制造技术标准规范，也在发生着变化，对设计来讲更是雪上加霜，并且自己是初次设计，在设计上难免会出现一些不足，考虑不周全，还希望老师能够谅解，并且给予批评指正，以便改进此次设计。

本论文主要对新疆大学城北校区一号教学楼变电所供配电系统进行初步设计。

新疆大学的新校区校园内的总建筑面积为280万平方米，以多层建筑为主，局部一类二类高层建筑，根据要求进行校园内的供配电系统及室外供配电系统设计，此论文只对新疆大学城北校区的一号教学楼变电配电系统进行初步设计，其主要目的是了解电力系统的电源条件和相应的参数，并且了解正在规划中的一号教学楼的相关情况，根据新校区的情况进行供配电系统的初步设计，以保证教学楼的正常运行。

第一章绪论
1.1 毕业设计题目
新大城北校区1#教学楼变电所供配电系统初步设计
1.2 毕业设计目的
此设计是新大城北校区1#教学楼变电所供配电系统初步设计，设计中涉及“发电厂电气部分”、“电力系统自动化”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等有关课程的相关内容，这个设计可以培养学生，如何运用所学知识进行问题分析解决问题等能力,由于学生在校内接受的实际操作比较少,通过这次具体实战,,使学生对现场工作有了具体的了解,
通过这次设计，使学生在各方面能力都得到了极大的提升.
设计内容：
（1）进行社会实践调研、了解新疆大学城北校区的设计规划、电力系统的电源条
件及相关参数、了解规划中的1#教学楼的相关情况等。

（2）根据实际调研情况，进行负荷计算。

（3）选择变压器的台数、型号和容量，初步设计1#教学楼的供配电系统。

（4）进行短路电流的计算。

（5）选择和校验一次开关设备，并确定变电所供配电系统的设计方案。

（6）对供电系统进行保护设计。

（7）设计并画出1#教学楼变电所的供配电系统图、及低压配电系统图。

（8）画出主变电所平面及剖面图。

（9）写出毕业设计说明书。

1.1 供配电所设计的意义
工厂供电设计的任务是保障电能从安全、可靠、经济、优质、地送到工厂的各个部门。

众所周知，电能是现在工业生产的主要能源和动力。

是用其它形式能转化为电能，电能又易于转换为其它形式的能量以供应用。

电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代工业及整个国民经济生活中应用极为广泛。

电能在工业生产中的重要性，并不在于他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增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低成本。

因此，一个稳定可靠的供配电系统对发展工业生产，实现现代化的工业，具有十分重要的意义。

由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家建设经济性社会具有更重要的战略意义。

因此在当今全球
资源紧张的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

1.2 供配电所设计的要求
工厂供电工作要更好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到一下基本要求：
1、工厂供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。

2、必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。

3、工厂供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备安全。

要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。

设计应采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。

4、应根据整个工程的特点、规模和发展规划，正确处理工程的近、远期的建设发展关系，以近为主，远、近结合，适当考虑扩建的可能性。

总结一点就是要安全、可靠、优质、经济。

此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局、当前和长远等关系。

既要照顾局部和当前的利益，又要有全局的观点，能顾全大局，适应发展。

1.3 本文的主要内容
本文主要对10KV及以下供配电系统的设计，其内容包括以下几个方面。

1、负荷计算及无功功率补偿计算；
2、变配电所主变压器选择；
3、变配电所电器主接线方案的选择；
4、短路电流计算；
5、变配电所一次电气设备的选择；
6、变配电所的计量、测量及控制回路等二次回路方案选择；
7、变电所防雷保护及接地装置的设计计算；
8、绘制供电系统电气原理图
第二章全厂设计资料
东盛化工机械厂的供配电系统设计：按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供配电设计。

做“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。

并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

启东市东盛化工机械厂基本情况如下：
1、电源：工厂4公里方向有一降压变电所（①号电站）110/35/10KV，3000KVA 变压器一台作为工厂的主电源，10KV母线三相短路容量：1920MVA；用10KV的电压以单回架空线向工厂实行供电。

供电部门对国家左右的公司有这样一个规定：
⑴区域变电站35KV馈电母线的过电流保护整定时间1.8S，要求工厂总压降变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。

ϕ。

⑵工厂最大负荷时功率因数因不低于0.9，要求10KV侧91
.0
cos=
⑶本设计里面我主要突出是设计本厂里面的一个机械加工车间，功率因数也就按照全场的要求来计算。

2、该车间平时为三班倒，全年工作时间为5000h，最大负荷利用时数为4500h。

（这个数值仅供参考）
3、电费：有两种价格
⑴基本电价：工厂总压降变电所变压器总容量 15元/月；
⑵电能电价：按所在地工业电价计算。

一般取动力电费3毛钱一度电，照明电费按5.5毛一度。

4、进行工厂总压降变电所35KV、10KV母线三相短路计算时，冲击系数kch
均取1.8。

5、关于全厂符合情况见下表：
表2-1、全厂负荷
表2-2、机械加工车间设备明细表
教学楼基本情况简介：
手段. 此阶段需要的原始资料有: ①供电区域的总平面图; ②供电区域逐年及最终规模的最大负荷、年耗电
第三章负荷计算和无功补偿
3.1 负荷计算的目的和意义
工厂供电负荷计算（或称为计算负荷）的目的是确定工厂最大负荷，作为按允许发热条件选择供电变压器、输电线路导线及开关电器等电气设备的依据。

电力负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法和单位产值耗电量法。

需要系数法计算简单对任何工业企业都适用，特别适用长期工作制用电设备占主要负荷的车间，计算结果基本符合实际。

二项式法考虑了用电设备的数量和大容量用电设备符合的影响。

计算结果偏大，适用于机械加工企业的负荷计算。

已知产品的单位产量的耗电量或单位产值的耗电量时，可用单位产量和单位
产值耗电量法进行估算，单位面积用电量法使用于住宅、办公室和具有均匀分布符合的生产线等负荷的计算。

负荷计算的目的是：
1、计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。

2、计算流过各主要电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷电流，作为选择这些设备的依据。

3、计算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。

4、计算尖峰负荷，用于保护电气的整定计算和校验电动机的启动条件。

5、为电气设计提供技术依据。

计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备额依据。

计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如果计算负荷确定的过大，将使电气和导线电缆选得过大，照成投资和有色金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。

如果计算负荷确定过小，又将使电气和掉线处过于负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导线绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。

因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。

3.2 负荷计算
我国目前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷，其中需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的方法，最为简便，而二项式系数法在确定设备台数较少且各台设备容量差别大的分支干线计算负荷时比较合理，本文采用需要系数法。

1、确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式
用电设备组的计算负荷，是指用电设备从供电系统中取用的半小时最大负荷，所以通常用:
M
N N
M N P W
P P ⋅⋅≈=/30 (3-1)
式中 M N P ⋅—电动机的额定功率； N W —电动机在额定负荷下的效率。

（1）需要系数法 在所计算的范围内（如一条干笑、一段母线或一台变压器），
将用电设备按其设备性质不同分为若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。

所以需要系数法一般用来求多台三相用电设备的计算负荷
e WL e
L P W W K K P )/(30∑= (3-2)
式中 e P —设备容量
令
d WL
e L K W W K K =∑)/(，d K 就称为需要系数。

（2） 单组用电设备组的计算负荷
e d P K P =30（KW ） (3-3)
ϕtan 3030P Q =（Kvar ） (3-4) ϕcos /3030P S =（KV ⋅A ） (3-5)
(
)N
U S I 3/
3030=（A ） (3-6)
2、机械加工车间负荷计算 （1）需要系数25.0=d K 的设备
因为：5.0=ϕCos ， 73.1tan =ϕ 所以：=⨯=d K P P 1301ξ721⨯0.25=180.25 KW （3-7）
73
.125.180tan 301301⨯=⨯=ϕP Q =311.8325
Kvar
（3-8）
（2）需要系数25.0=d K 的设备
KW P 252=ξ
因为：9.0=ϕCos ， 5.0tan =ϕ 所以：d K P P ⨯=2302ξ=25⨯0.25=6.25 KW （3-9） =⨯=ϕtan 302302P Q 6.25⨯0.5=3.125 Kvar （3-10）
机械加工车间总负荷计算：
KW P P P 5.18625.625.180********=+=+=
（3-11） var 9575.314125.38325.31130230130K Q Q Q =+=+= （3-12）
全厂负荷计算
全厂动力（除机械加工车间外）30P =d K P ⨯ξ=2070⨯0.25=517.5 KW （3-13）
=⨯=ϕtan 3030P Q 517.5
⨯
0.75=388.125 Kvar
（3-14）
KW P 7212570107.359
.3164524206.07.1741.459133475.1103283210
345726101
=++
+++⨯+++++⨯++⨯+++⨯+++⨯++⨯++++++⨯=ξ
全厂照明（除机械加工车间外）=⨯=d K P P ξ30298⨯0.8=238.4 KW （3-15） =⨯+⨯=213030tan tan ϕϕZM P P Q 600⨯0.8⨯0.75=360Kvar
（3-16）
( 条件：有功同时系数为0.95，无功同时系数为0.97 )
全厂有功功率=（机械加工车间有功负荷+全厂动力有功负荷+全厂照明有功负
荷）⨯0.95=（186.5+517.5+238.4）⨯0.95=942.4 ⨯0.95=895.28KW （3-17）
全厂无功功率=（机械加工无功负荷+全厂动力无功负荷+全厂照明无功负荷）⨯0.97=（314.9575+388.125+360）⨯0.97=1031.2 Kvar （3-18）
=ϕCos 895.28/1365.6=0.66
目前工厂中大多数负载都是感性负载，如异步电动机、变压器等，使功率因素偏低。

若功率因素打不到0.85，就需要工人补偿。

提高功率因素的方法可采用同步补偿机或装设补偿电容器。

由于本设计中要求功率因数大于等于0.9，而由于上面计算功率因数小于0.9，因此需要进行无功补偿。

综合考虑采用并联电容进行高压集中补偿。

表3-1 全厂负荷计算
6.1 电气设备选择
第七章防雷与接地
7.1 防雷设备
防雷的设备主要有接闪器和避雷器,其中,接闪器就是专门用来接受直击雷的金属物体。

接闪的金属成为避雷器。

接闪的金属线成为避雷线,或称架空地线。

接闪的金属带称为避雷带。

接闪的金属网称为避雷网。

避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内,以免危及被保护设备的绝缘。

避雷器应与被保护设备并联装在被保护设备的电源侧。

当线路上出现危及设备绝缘的雷击过电压时,避雷器的火花间隙就被击穿,由高阻变低阻,使过电压对大地放电,从而保护了设备的绝缘。

避雷器的形式主要有阀式和排气式等。

高压侧装设避雷器：这主要用来保护主变压器，以免雷击冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键设备。

为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。

避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳连接在一起，在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。

如果进线所具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，器接地端与电缆头外壳相连后接地。

低压侧装设避雷器：这主要用在多雷区用来防止雷击波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。

当变压器的低压侧中性点不接地时，其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间歇。

7.2 接地装置
电器设备的某部分与大地之间做良好的电器连接,成为接地。

埋入地中并直接与大地接触的金属导体,称为接地体,也叫接地极。

专门为接地而认为装设的接地体,成为人工接地。

兼作接地体使用的直接与大地接触的各种金属构件和金属管道及建筑物的钢筋混泥土基础等,称为自然接地体。

连接接地体与设备装置接地部分的金属导体,称为接地线。

接地线与接地体合称为接地装置。

由若干个接地体在大地中相互接地线了连接起来的一个整体,称为接地网。

其中接地线又分
为接地干线和接地支线。

接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

验. 熔断器的熔体额定电流按Ie = k I1. max进行选择,其中k为可靠系数,当不计电动机自起动时取1. 1～
1. 3,考虑电动机自起动时取1. 5～
2. 0; I 1. max为电力变压器回路的最大工作电流. 熔管的额定电流≥熔
体的额定电流. 选择熔断器时,还应保证前后两级熔断器之间(多见于美式箱变) 、熔断器与电源侧的继电
保护之间、熔断器与负荷侧的继电保护之间的动作选择性. 当本段保护范围内发生短路故障时,应在最短
的时间内切除故障. 当电网接有其它接地保护时,回路中的最大接地电流与负荷电流之和应小于最小熔断
电流.
7. 3 0. 4kV开关柜的选择
0. 4kV开关柜的主流产品目前有GGD、GCK、GCS等. 按正常工作条件选择,按短路状态校验. 一般对
于接线简单、出线回路少的场合采用GGD型. 对于出线多、供电可靠性较高、供电设备较美观的场合采用
GCK或GCS型. 无论采用何种柜型,其所配置的开关都应根据负荷的用电要求及用户的资金准备情况加
以合理选择,使其具有较高的性价比.
7. 4 电力电缆的选择
(1) 首先应根据用途、敷设方式和使用条件来选择电力电缆的类型. YJV型交联聚乙烯电缆和VV型
聚氯乙烯电缆是目前工程建设中普遍选用的两种电缆. YJV型电缆与VV型电缆相比, YJV型电缆虽然价
格略高,但具有外径小、重量轻、载流量大、寿命长的显著优点( YJV型电缆寿命可长达40年, VV型电缆
寿命仅为20年) ,因此在工程设计中应尽量选用YJV型交联聚乙烯电缆.
(2) 电缆的额定电压UN ≥所在电网的额定电压.
(3) 按长期发热允许电流选择电缆的截面. 但当电缆的最大负荷利用小时数Tmax > 5000h,且长度
超过20米时,则应按经济电流密度来选择.
(4) 允许电压降的校验. 对供电距离较远、容量较大的电缆线路,应满足:ΔU % = 173 ImaxL ( rcosψ +
xsinψ ) /U ≤5% , U、L为线路工作电压(线电压)和长度; cosψ为功率因数; r、x为电缆单位长度的电阻和
电抗.
(5) 热稳定的校验电缆应满足的条件为:所选电缆截面S ≥ Q d /C X 100 (mm2 ). Qd为短路电流的
热效应, (A2 S) ; C为热稳定系数. 如我县某企业的供电电源是从紧邻的一座110kV变电所的10kV侧专线
接入的,由于该企业的用电负荷不是很大,若按长期发热允许电流选择的电缆截面,或按经济电流密度来
选择的电缆截面均在95 mm2以下,但在热稳定校验时,所选电缆截面S ≤ Q d /C X 100 (mm2 ) ,电缆截面
至少需在120 mm2及以上.
8 继电保护的配置
当变压器故障时,在保护的配置上一般有两种途径:如选用断路器或开关来开断短路电流,则配以各
类的微机保护. 如一次设备选用的是负荷开关,则选用熔断器来保护. 两者比较如下.
(1) 断路器或开关具备所有的保护功能与操作功能,价格较昂贵. 负荷开关只能分合额定负荷电流,
不能开断短路电流,需配合高遮断容量后备式限流熔断器作为保护元件来开断短路电流,价格较便宜.
(2) 在切空载变压器时,断路器或开关会产生截流过电压. 负荷开关则没有此种现象.
(3) 对变压器的保护,断路器或开关的全开断时间为继保动作时间、自身动作时间、熄弧时间之和,一
般会大于油浸变发生短路故障时要求切除的时间. 限流熔断器具有速断功能,但必须防止熔断器单相熔断
时设备的非全相运行,应在熔断器撞击器的作用下让负荷开关脱扣,完成三相电路的开断.
(4) 由于高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围在最小熔断电流到最大开断容量之间,且限流熔
断器的时间特性曲线为反时限曲线,短路发生后,可在短时内熔断来切除故障,所以可对其后所接设备如
CT、电缆等提供保护. 使用断路器或开关则要提高其它设备的热稳定要求. 但就限制线性谐振过电压方面
来说,在变压器的高压侧应避免使用熔断器.
包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、专业论文、生活休闲娱乐、应用写作文书、中学教育、高等教育、10~0.4kV变电所供配电系统初步设计 12等内容。

9防雷与接地；(1)10kV变电站在建设过程中,可利用钢筋混凝；击雷.；(2)在变电站内的高压侧、低压侧及进线段安装避雷；(3)10kV变电站中的接地网一。