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1、华夏大学综合配电系统设计院 系： 机电与自动化 专 业 班： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年6月华夏大学综合配电系统设计Design of power distribution system of Huaxia University摘要毕业设计是学生走出校门、走向社会相关工作岗位的一道考核，也是一次对学生四年所学知识的巩固程度的大考验。本次设计要求根据大学校园的布局及各种建筑的分布，设计整个校园的配电系统，便于学校后勤部门管理，并且尽可能的优化配电资源，降低成本。设计中包括各种变压器、各种继电开关、线路和相关部分的布线以及应急电源等的选择和布置。在分析给定的资料的基础上，根据所取得
2、电源情况，电负荷数据，气象资料等，以实现安全、可靠、优质、经济的供电系统为设计目标，共完成了: 确定变电所主变压器的台数与容量,类型, 选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线, 确定二次回路方案以及选择整定继电保护装置等. 通过完成这次设计，巩固和加深了对三年来所学有关专业知识的理解，获得了实践经验，从而为以后完成相关的设计打下良好的基础，同时也使自己该方面的学习成果得到综合考核。 关键词：配电系统 变电所 短路 变压器 功率AbstractThe graduation design is an assessment that students get out of school to wo
3、rk in social. It is also a major test for knowledge that student acquire in four years learning.The design requires that on the basis of layout and distribution of various types of construction in University campus, to design the distribution system for the entire campus, to facilitate school logist
4、ics sectors management. And as much as possible to optimize the resources of distribution, reduce costs. The design includes the selection and arrangement of the various transformers, relay switch, line, the wiring of relevant parts and emergency power supply, etc. Gained power situation, electricit
5、y load data, meteorological data, on the basis of analysis of the information given to achieve a safe, reliable, high-quality, economical power supply system design goal. Completing a total of determining the number, capacity and type of the transformer, selecting the main junction line programs ,th
6、e high and low voltage equipment ,the inlet and outlet wire, determining the secondary circuit program and select the relay protection devices. I consolidated and deepen the understanding of the relevant professional knowledge learned in the three years, obtained practical experience during the desi
7、gn. So as to lay a good foundation for the future to complete the related designs, as well as have a comprehensive assessment of the learning outcomes.Key words :distribution system substation short circuit transformer power 目录摘要 Abstract 绪论 11 负荷分析计算和无功补偿 11.1 负荷计算的内容和目的 11.2 计算负荷的确定 11.3 需要系数法计算负荷
8、所用公式21.4 负荷计算结果 4 1.5 无功功率补偿52 变电所和主变压器及主接线方案选择72.1 变配电所选择72.1.1 变配电所选择的一般原则72.1.2 变配电所型式的选择72.2.3 利用学校负荷来选择变电所位置82.2 变电所主变压器的选择82.2.1 主变压器台数的选择82.2.2 主变压器容量的选择82.3 变配电所主接线方案的选择93 短路电流的计算123.1 计算短路电流的目的123.2 标幺值法计算短路电流的方法与步骤123.3 短路电流计算过程与结果134 变电所一次设备的选择校验174.1 一次设备选择和校验的条件与项目174.2 按正常工作条件选择184.3 按
9、短路条件选择184.3.1 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验184.3.2 电流互感器的短路稳定度校验194.3.3 母线的短路稳定度校验 194.3.4 电缆的短路热稳定度校验204.4 10kV侧与380V侧一次设备的选择校验204.4.1 10kV侧一次设备的选择校验204.4.2 380V侧一次设备的选择校验214.5 高低压母线的选择225 变配电所进出线及联络线的选择235.1 变电所进出线导线与电缆形式的选择235.1.1 高压架空线的选择235.1.2 高压电缆的选择235.1.3 低压电缆的选择235.2 导线和电缆截面的选择245.2.1 按发热条件选择或校验导线
10、和电缆的截面积245.2.2 按电压损耗校验导线和电缆的截面积245.2.3 按机械强度校验导线的截面积（电缆不校验）255.3 导线和电缆截面的选择计算过程与结果255.3.1 10kV高压进线与引入电缆的选择255.3.2 380V侧低压出线的选择265.3.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验276 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定296.1 高压断路器的操动机构控制与信号回路296.2 变电所的电能计量回路296.3 变配电所的测量和绝缘监察回路296.4 变电所的保护装置296.5 变电所保护装置的选择计算316.5.1 主变压器的继电保护装置316.5.2 变电所低压侧继
11、电保护装置327 防雷保护与接地装置的设计347.1 变电所防雷保护347.2 变电所公共接地装置的设计347.2.1 电力装置要求的接地电阻值347.2.2 接地装置的计算设计步骤357.3 公共接地装置的设计过程及结果 37 结论38致谢39参考文献40附录1学校负荷详细统计表41附录2部分导线的技术数据表45附录 3设计原始资料48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
12、这些用电部门造成严重的和深远的影响。故，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：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。可靠应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。优质应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。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。另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。本次的毕业设计的论文题目是：华夏大学综合配电系统设计；作为高校，随
13、着本科教育工作的推进和未来几年的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计工作，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台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。1 负荷分析计算和无功补偿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
14、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。1.1 负荷计算的内容和目的 负荷计算的内容包括设备功率计算，计算负荷，一、二级负荷和平均负荷等内容。 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。 负荷计算的目的是为了合理的选择供电系统中的导线、开关电器、变压器等元件、整定继电保护使电气
15、设备和材料得以充分利用和安全运行。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法进行计算的。它既简便又实、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法。本次设计采用需要系数法来确定计算负荷。1.3 需要系数法计算负荷所用公式(1)有功计算负荷（单
16、位为kW） （1-1） 式中 用电设备总的设备容量 -用电设备组的需要系数（2）无功计算负荷（单位为kvar） （1-2）（3）视在计算负荷（单位为kVA） （1-3）（4）计算电流（单位为A） （1-4）（5）多组用电设备有功计算负荷基本公式：同时系数：=0.850.9 =0.90.97本次设计取 =0.85 =0.9有功计算负荷 （1-5）无功计算负荷 （1-6）计算电流 （1-7）功率因数 （1-8）1.4负荷计算结果 根据学校负荷资料，按照需要系数法，负荷计算结果如下所示 表1-1 华夏大学负荷统计计算表名称类别 计算负荷/kW/kvar/kVA/A行政楼照明8.69.57612.87
17、19.55动力141.7189.851167.8254.95小计150.3199.427180.22273.82教学楼照明57.6875.795.17144.59动力140.583.81163.6248.56小计198.18159.51254.4386.5实验楼照明16.7323.9429.2144.38动力92.3774.32118.56180.13小计109.198.26146.8223图书馆照明12.6817.7221.7933.11动力76.6337.485.27129.6小计89.3155.12104.9159.41号宿舍楼（2、3、4、5号同）照明8.6811.514.4121.8
18、9动力129.2111.9170.9259.7小计137.88123.4185281.1名称类别 计算负荷/kW/kvar/kVA/A其它小计202134.1242.5368.38总计二级负荷546.9412.3全部 1438.31163.42总计算负荷（380V侧）二级负荷 464.87371.1594.8903.7全部1222.561047.11609.72445.7注：有功负荷同时系数取0.85，无功负荷同时系数取0.9由表知，=1222.56kW，=1609.7kVA再由式（1-7），得计算电流=由式（1-8），得1.5 无功功率补偿该学校380V侧最大负荷时的功率因数只有0.76。而
19、供电部门要求该学校10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量参照资料选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台与方案4（辅屏）4台相组合，总共容量。因此无功补偿后学校380V侧和10KV侧的负荷计算如表1-2所示。表1-2 无功补偿后学校的计算负荷 项目 计 算 负 荷 380V侧补偿前负荷0.761222.561047.11609.72445.7380V侧无功补偿容量-560380V侧补偿后负荷0.931
20、222.56487.113161999.5主变压器功率损耗10KV侧负荷总计0.911242.3566.11365.278.82 变电所和主变压器及主接线方案选择变配电所是电力网的重要组成部分，承担着电网电压的变换和电能传输任务。它的设计（变电所位置的确定和主变压器及主接线方案的选择）至关重要，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。本设计严格遵循变电所各个部分设计的原则，选择出适合本学校供配电方式的方案。2.1 变配电所选择2.1.1 变配电所选择的
21、一般原则选择生活区变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：（1） 接近负荷中心。（2） 进出线方便。（3） 接近电源侧。（4） 设备运输方便。（5） 不应设在有剧烈振动或高温的场所。（6） 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。（7） 不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。（8） 不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。 （9） 不应设在地势低洼和可能积水的场所。（10） 不应妨碍其他建筑物的发展，并适当考虑今后的扩建。2.1.2 变配电所型式的选择变电所有屋内式和屋外
22、式两大型。 屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择生活区变电所的型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。负荷较大的地方，宜设附设式或半露天式变电所。负荷较大的及高层建筑内，宜设在室内变电所或组合式成套变电站。负荷小而分散的生活区，或需要远离有易燃易爆危险及有腐蚀性时，宜设独立变电所。如户外环境正常，亦可设露天式变电所。当变压器容量在350kVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。2.2.3 利用学校负荷来选择变电所位置利用学校负荷来选变电所的位置。因为该生活区的负荷较集中于宿舍楼。所以考虑到方便进出线及周围环境情况。决定该变电所选在学生宿舍楼附近来修建，其
23、型式附设式。2.2 变电所主变压器的选择2.2.1主变压器台数的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器。 （1） 有大量一级或二级负荷（2） 季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方案。（3） 集中负荷较大，例如大于1250kVA时。2.2.2主变压器容量的选择（1） 装有一台主变压器的场所主变压器容量应不小于总的计算负荷，即 （2-1）（2） 装有两台主变压器的场所每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的60%70%，即 （2-2）同时每台变压器容量不应小于全部一、二级负荷的计算负荷之和，即 （2-3）（3） 主变压器单台容量上限单台1
24、0（6）/0.4kV的配电变压器容量一般不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用16002000kVA的变压器。生活区变电所的单台主变压器容量一般不宜大于630kVA。因为学校有行政楼，教学楼，实验楼，图书馆这些二级负荷，且学校计算负荷较大，根据实际情况选择双回路，两台变压器，以便一台变压器发生故障或安全检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电。每台变压器容量： （819.2955.6）kVA且 =594.8kVA因此选两台S9-1000/10型低损耗配点变压器。学校二级负荷的备用电源由与邻近单位相连的高压联络线来承担。主变压器联络组均采用Yyn0。2.3 变
25、配电所主接线方案的选择变配电所的主接线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通常以单线图形式表示。 主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种电气主接线设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 （1） 可靠性 供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,是电力生产和分配的首要要求，主接线的设计首先应满足这
26、个要求。 电气主接线不仅要保证在正常运行时,还要考虑到检修和事故时,都不能导致一类负荷停电,一般负荷也要尽量减少停电时间。显然,这些都会导致费用的增加,与经济性的要求发生矛盾。因此,应根据具体情况进行技术经济比较,保证必要的可靠性,而不可片面地追求高的可靠性。 （2） 灵活性满足调度时的灵活性要求。应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地投入和切换电源、变压器和线路，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电，并使该设备与带电运行部
27、分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时的方便和安全。满足扩建时的灵活性要求。大的电力工程往往要分期建设。从初期的主接线到最终方案的确定，每次过渡都应比较方便，对已运行部分影响小，不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。（3） 经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般应当从以下几方面考虑。节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采取限制短路电流的措施，以节
28、省开关电器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。 电能损耗少，经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次压降而增加电能损失。占地面小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时，要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量电厂或变电站，在可能和允许的条件下，应采取一次设计，分期投资建设，尽快发挥经济效益。按上述要求，本次设计采取高压侧单母线，低压侧单母线分段的接线方式。 3 短路电流的计算“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是电网中某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或“地”相碰触。电网正常运行的破坏大多数是由短路故障引起的。因
29、此，正确计算短路电流尤为重要。3.1 计算短路电流的目的（1） 为保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。 （2） 为尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动的使有关断路器跳闸，继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。 3.2 标幺值法计算短路电流的方法与步骤（1） 绘制电路图，选短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。（2） 设定基准容量和基准电压，并计算基准电流。一般设基准
30、容量=100MVA，而设基准电压=（短路计算电压，即1.05）。因此短路基准电流为 （3-1）（3） 计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值（一般只计电抗标幺值）电力系统的电抗标幺值 （3-2）式中 电力系统出口短路器的断流容量，单位为MVA电力线路的电抗标幺值 （3-3）式中 线路所在电网的短路计算电压，单位为kV，。 采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，线路的电抗标幺值不许换算。电力变压器的电抗标幺值 （3-4）式中 变压器的短路电压（又称阻抗电压）百分值；变压器的额定容量（单位为kVA，但在此式应化为与同单位的MVA）。（4）绘制回路等效回路，并计算总阻抗（总电抗）标幺值。采用标幺值计
31、算时，无论电路中有几个短路计算点，均只需绘一个等效电路。（5）计算短路电流。分别对各短路计算点各短路电流、和等。 （3-5）在无限大容量系统中，存在下列关系： （3-6）高压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算： （3-7） （3-8）低压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算： （3-9） （3-10）（6）计算短路容量 （3-11）3.3 短路电流计算过程与结果（1） 绘制计算电路 如图3-1所示。 图3-1 短路计算电路（2） 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 （3） 计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统 已知，故 架空线路 查表-1得LGJ-15
32、0的，而线路长8km，故 电力变压器 S9-1000/10型号的阻抗电压百分值为4.5，故 因此绘短路计算等效电路如图3-2所示。 图3-2 短路计算等效电路（4） 计算k-1点（10.5kV侧）的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 （5） 计算k-2点（0.4kV侧）的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 以上短路计算结果综合如表3-1所示 表3-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量K-11.961.961.965.02.9635.
33、7 K-228.528.528.552.4431.0719.84 变电所一次设备的选择校验一次设备是指直接参与生产、变换、输送、分配和消耗电能的设备，常用的高压一次电气设备有：高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、高压开关柜、高压避雷器和互感器等。在建筑工程常见的低压电气设备有刀开关、熔断器、自动空气开关、接触器、低压配电柜等。4.1 一次设备选择和校验的条件与项目为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验： （1） 按正常工作条件，包括电压、电流、频率及开断电流等选择。 （2） 按短路条件包括动稳定和热稳定来校验。 （3） 考虑电气设备运行环境条件如温度、湿度、海
34、拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。 （4） 按各类设备的不同特点和要求入断路器的操纵性能、互感器的二次负荷准确级等进行选择。 表4-1 一次设备选择与校验项目一次设备名称额定电压/V额定电流/A开端电流/kA 短路电流校验环境条件其他动稳定热稳定高低压熔断器必须必须必须可不不必必须高压隔离开关必须必须不必必须必须必须操作性能高压负荷开关必须必须必须必须必须必须操作性能高压断路器必须必须必须必须必须必须操作性能低压刀开关必须必须必须可不可不必须操作性能低压负荷开关必须必须必须可不可不必须操作性能低压断路器必须必须必须可不可不必须操作性能电流互感器必须必须不必必须必须必须二次负荷电压互感器必须不必不必不必不必必须二次负荷并联电容器必须不必不必不必不必必须额定容量母线不必必须不必必须必须必须电缆
