毕业设计（论文）-东联公司供电系统设计.doc

毕业论文毕业论文( (设计设计) ) 题题 目目: 东联公司供电系统设计东联公司供电系统设计 院院 (系系): 电气信息工程学院电气信息工程学院 专业专业年年级级: 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 2008 级级 姓姓 名名: 学学 号号: 指指导导教教师师: 2012 年年 2 月月 5 日日 摘要摘要 东联公司全厂总配电所及配电系统设计是对工厂供电具有针对性的设计。 设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行 了详细的叙述，内容主要包括高压侧和低压侧的短路计算，设备选择及校验， 主要设备继电保护设计，配电装置设计，防雷和接地设计等。本设计考虑了所 有用电设备并对这些负荷进行了计算。通过计算出的有功、无功和视在功率选 择变压器的大小和相应主要设备的技术参数，再根据用户对电压的要求，计算 电容器补偿装置的容量，从而得出所需电容器的大小。根据与供电部门的协议， 决定总配变电所及配电系统的主接线图。电气主接线对电气设备的选择，配电 所的布置，运行的可靠性和灵活性，操作和检修的安全以及今后的扩建，对电 力工程建设和运行的经济节约等，都由很大的影响。本设计在主要设备的继电 保护设计和整定计算中，对电力变压器、真空断路器等主要设备的保护配置提 出了要求，明确了保护定值计算方法。 关键词：配电系统；变压器；负荷；继电保护 abstractabstract the design of power distribution system for dong lian factory is connected with the power supply of the factorythe design describes the factory power supply pattern，selection and disposition of protector of major equipments，which includes the short circuit calculations of high-handed side and 10w pressure side、the equipment selection and test，and the designs of the continue electric protection of the major equipments，the continue electric protection equipments，and the guards against that thunder and ground connectionthis design has considered all electricity equipments in the factory and calculated the loads of the equipmentsthe transformer and the technique parameters of relative equipment were selected by mains of the calculations of active-non-active-and visual-poweraccording to the demand of user to voltage，the magnitude of the capacitor was obtained by calculating the capacity of condenser compensation of the deviceaccording to the agreement with the power supply department，the main wiring diagram of transformersubstation and distribution system is always joined in marriage in the decisionthe main electric line is very important for the selection of electrical equipment，the arrangement of power distribution system，the reliability and the flexibility of operating fixing up of distribution，the extension of the factory，and the economy to the power engineering building wim runsthis design is in the electric protection the continuing design and whole fixed calculation of major equipment，and the protection to power transformer and vacuum circuit breaker major equipments is disposed and is put forward the requirement,the fixed value calculation method of clear and definite protection keywords：distribution；system transformer；load；continue the electric protection 原原 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行 研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、 观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明关于毕业论文使用授权的声明 本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、 原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等） ，知识产权归属平顶山学院。 本人完全了解平顶山学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向 国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本 人授权平顶山学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定 征得指导教师同意，且第一署名单位为平顶山学院。本人离校后使用毕业论文 或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为平顶山学院。 论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论.2 1.1 工厂供电的意义和要求2 1.2 工厂供电设计内容及步骤3 第第 2 章章 供电系统的一次系统的选择供电系统的一次系统的选择.5 2.1 变压器的选择.5 2.2 主接线方案的选择5 2.3 导线、电缆的选择10 第第 3 章章 负荷计算、功率补偿及短路电流计算负荷计算、功率补偿及短路电流计算.14 3.1 负荷计算.14 3.2 功率补偿17 3.3 短路电流计算 .18 第第 4 章章 变压器的继电保护变压器的继电保护.26 4.1 变压器的继电保护的概述.26 4.2 变压器的继电保护方式.26 4.3 程序流程图26 第第 5 章章 防雷与接地防雷与接地.26 5.1 防雷.26 5.2 接地.26 致致 谢谢.30 参考文献参考文献.31 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 工厂供电的意义和要求 1.1.1 工厂供电的意义 众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既 易于由其它形式的能量转换而来，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 业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是 它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外） 。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 增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本， 减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产 过程自动化。从另一面来说，如果工厂的电能供应突然中断， 则对工业生产可能造成严重的后果。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 于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电 工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 1.1.2 工厂供电的要求 工厂供电工作要很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，就必须达到以下基本要求 ： 1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故 和设备事故。 2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能 地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长 远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能 顾全大局，适应发展。 1.1.31.1.3 工厂供电设计的一般原则工厂供电设计的一般原则 标准 gb50052-95 供配电系统设计规范 、gb50053-94 10kv 及以下设计规范 、gb50054-95 低压配电设计规范 等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 1） 遵守规程、执行政策； 必须遵守国家的有关规定及标准，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） 安全可靠、先进合理； 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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气 产品。 3） 近期为主、考虑发展； 应根据工作特点、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，适当考虑扩建的可能性。 4） 全局出发、统筹兼顾； 按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理 确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部 分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为 从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的 有关知识，以便适应设计工作的需要。 1.21.2 工厂供电设计内容及步骤工厂供电设计内容及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷 数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国 家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。 其基本内容有以下几方面。 1）厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础 上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂 总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、 表达计算成果。 2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素， 结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数 和容量。 3）工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数， 负荷要求的可靠性级和计算负荷数综合主变压器台数，确定变 电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵 活经济，安装容易维修方便。 4）厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。 参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电 网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠 性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综 合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路 结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求 和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。 5）工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小 于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统 不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三 相及两相短路电流。 6）按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或 计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或 厂品样本选用所需 移相 电容器的规格和数量，并选用合适的 电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控 制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。 7）参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额 定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、 母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器。并根据需要进行热稳 定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投 资概算表达设计成果。 8）为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配 电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断 路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。 并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。 设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置， 操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路 原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。 35kv 及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置 图。 9）参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击 的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算， 按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号， 并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允 许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。 第 2 章 供电系统的一次系统的选择 2.1 变压器的选择 1）主变压器台数的选择 由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较 高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时， 另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。 2）电所主变压器容量的选择 装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量 st 应同时 满足以下三个条件： 任一台单独运行时，st（0.6-0.7）s30（1） 任一台单独运行时，sts30（+） 由于 s30（1）= 7932 kva，因为该厂都是上二级负荷所以 按条件 2 选变压器。 st（0.6-0.7）7932=（4759.25552.4） kvasts30（+） 因此选 5700 kva 的变压器二台 2.2 主结线方案的选择 2.2.1 变配电所主结线的选择原则 1）当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省 投资。 2）当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路 器分段的单母线接线。 3）当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时， 宜采用线路变压器组结线。 4）为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行 的变电所，应采用变压器分列运行。 5）接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线 上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。 6）610kv 固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈 可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。 7）采用 610 kv 熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在 电源侧装设隔离开关。 8）由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费 用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜） 。 9）变压器低压侧为 0.4kv 的总开关宜采用低压断路器或隔 离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关 和母线分段开关均应采用低压断路器。 10）当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段 开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的 两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 2.2.2 主结线方案选择 电源进线电压为 35kv 及以上的大中型工厂，通常是先经 工厂总降压变电所降为 610kv 的高压配电电压，然后经车间 变电所，降为一般低压设备所需的电压。 总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各 种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等） 及其连接线组成，通常用单线表示。 主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继 电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。 1）一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降 压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的 qf10 跨接在 两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器 qf11 和 qf12 的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线 的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工 厂。如果某路电源例如 wl1 线路停电检修或发生故障时，则断 开 qf11 ，投入 qf10 （其两侧 qs 先合） ，即可由 wl2 恢复对 变压器 t1 的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而 发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要 经常切换的总降压变电所。 2） 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降 压变电所主电路图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路 器 qf10 也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器 qf11 和 qf12 的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种 主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、 二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果 某台变压器例如 t1 停电检修或发生故障时，则断开 qf11 ，投 入 qf10 （其两侧 qs 先合） ，使两路电源进线又恢复并列运行。 这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用 经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环 行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通 过进线断路器 qf11 、qf12 ，这对改善线路断路器的工作及其 继电保护的整定都极为有利。 3）一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用 双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大 大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所 以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用 与电力系统的枢纽变电所。本次设计的电机修造厂是连续运行， 负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常 切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分 段的总降压变电所主结线（即全桥式结线） 。 2.3 导线、电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导 线和电缆截面时必须满足下列条件: 1) 发热条件 导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算 电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温 度。 2) 电压损耗条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产 生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于 工厂内较短的高压线路，可电不进行电压损耗校验。 3) 经济流密度 35kv 及以上的高压线路及电压在 35kv 以下但距离长电流 大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线 路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面” 。此种选 择原则，称为“年费用支出最小 。工厂内的 10kv 及以下线路， 通常不按此原则选择。 4) 机械强度 导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截 面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定 度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还 应满足工作电压的要求。据设计经验，一般 10kv 及以下高压 线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验 电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较 高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和 机械强度。对长距离大电流及 35kv 以上的高压线路，则可先 按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。 第 3 章 负荷计算 、功率补偿及短路电流计算 3.13.1 负荷计算负荷计算 3.1.13.1.1 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷， 其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中， 通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 尖峰电流指单台或多台用电设备持续 1 秒左右的最大负荷电流。一般取启动 电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保 护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大 负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时 也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。 3.1.2 负荷计算的方法负荷计算的方法 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。 本设计采用需要系数法确定法。 主要计算公式有： 有功功率：p30 = pekd 无功功率: q30 = p30 tg 视在功率: s3o = p30/cos 计算电流: i30 = s30/3un 各用电车间负荷计算结果如下表：各用电车间负荷计算结果如下表： 3.1.3 全厂负荷计算全厂负荷计算 取 kp = 0.92; kq = 0.95 根据上表可算出：p30i = 6520kw; q30i = 5463kvar 则 p30 = kpp30i = 0.96520kw = 5999kw q30 = kqq30i = 0.955463kvar = 5190kvar s30 = (p302+q302)1/2 7932kva i30 = s30/3un 94.5a cos = p30/q30 = 5999/7932 0.75 3.2 功率补偿功率补偿 由于本设计中上级要求 cos0.9,而由上面计算可知 cos=0.751.5 满足保护灵敏度的要求 4.2.3 变压器的瓦斯保护变压器的瓦斯保护 瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基 本的保护装置。按 gb5006292 规定，800kva 及以上的一般油浸式变压器和 400kva 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要 元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油 箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取 1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜 度。 当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入 气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中 盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而 接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。 当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅 猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电 器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器） ， 同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器） ，这称之为“重瓦斯动作”。如果变 压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降， 发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信 号。 变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断 故障的原因几处理要求，如下表： 第第 5 章章 防雷与接地防雷与接地 5.15.1 防雷防雷 5.1.1 防雷设备防雷设备 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 直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称 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电过电压时，避雷器 的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保 护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。 5.1.2 防雷措施防雷措施 1.变配电所的防雷措施 1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配 电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为 室内型时，不必再考虑直击雷的保护。 2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高 压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器 应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至 310kv 主变压器的最大电气如 下表。 避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进 线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是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，其接 地端与电缆头外壳相联后接地。 3）低压侧装设避雷器 这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入 而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如 it 系统） ，其 中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护