毕业设计（论文）-工厂供配电系统设计

摘要工厂供配电系统的设计其实就是为电力系统的开展提出实施方案，主要根据电力部门提供的资料和向电力部门索取得到的资料来为用户供配电系统制定出具体的方案。工厂的供配电系统就是将电力系统的电能分配并供给到工厂的各个车间及厂房中去，由工厂降压变电所，车间变电所，上下压配电线路及用电设备所组成。工厂总降压变电所和配电系统的设计根本内容主要有：电力系统负荷计算和功率补偿、短路电流计算、变配电所主接线的选择、主变压器的选择、上下压侧一次设备的选择和校验、进出线规格型号的选择和校验、防雷接地装置设计等等。本设计设计依据的负荷资料和电源资料均为参照实际合理假定出来的，根据这些资料按照平安可靠、优质经济的原那么设计出本厂的变电所主接线电路系统图并绘制出来。关键词：供配电系统；电能；变电所；主接线

AbstractFactorysupplyanddistributionsystemisactuallydesignedforthedevelopmentofpowersystemsproposedtheimplementationofprograms,mainlybasedontheinformationobtainedfromthepowersectorandpowersectortogetinformationfortheusertodevelopadistributionsystemforspecificprograms.Factorysupplyanddistributionsystemthatwillpowerthepowerdistributionsystemandsuppliedtotheplant'svariousworkshopsandfactoriesgo,step-downsubstationfromthefactory,workshopsubstation,highandlowvoltagedistributionlinesandelectricalequipmentcomponents.Designelementsoftheplanttotalstep-downsubstationanddistributionsystemsare:powersystemloadcalculationandpowercompensation,short-circuitcurrentcalculation,substationmainconnectionoptions,selectthemaintransformers,highandlowvoltagesideoftheprimaryequipmentselectionandvalidation,inletandoutletspecificationmodelselectionandvalidation,lightningprotectionandgroundingequipmentdesignandsoon.Loaddataandpowersupplydataarebasedonthedesignofthedesignrefertotheactualreasonabletoassumethatout,basedonthisinformationinaccordancewiththesafe,reliable,high-qualityeconomicprinciplestodesignmainwiringcircuitsystemdiagramanddrawitoutforthesubstation.Keywords：supplyanddistributionsystemenergysubstationmainConnection

目录摘要 ]，并且在等效电路图上标上元件序号和阻抗值，将它进行化简，根据图上的值计算出它的三相短路电流和它的短路容量。另外，我们必须要根据短路的计算点分开计算。计算的时候主要有欧姆法和标幺值法这两种方法，前者是根据各元件实际工作的阻抗来计算短路电流，再按照变压器变比来进行逐级折算，与短路计算点的电压相关；后者指通过比照来的到虚拟的值〔标幺值〕来计算，这个值是实际值和选定基准值两者的比值。因标幺值法较欧姆法更加简便，不需要进行电压换算，简化计算公式，所以在本次设计中采用标幺值法。绘制计算电路图如图5-1所示图5-1计算电路图5.2.2确定基准值取值为，=。是取线路首端电压，因为要比高5%，又有=10kV〔5-1〕=0.38kV〔5-2〕那么有=〔1+5%〕=10.5kV〔5-3〕=〔1+5%〕=0.4kV〔5-4〕即=10.5kV〔5-5〕=0.4kV〔5-6〕基准电流===5.5kA〔5-7〕===144.3kA〔5-8〕5.2.3各元件电抗标幺值的计算及等效电路图的绘制基准电抗：==〔5-9〕〔1〕电力系统电抗标幺值：==/===0.2〔5-10〕〔2〕电力线路电抗标幺值〔〕：==/===1.6〔5-11〕〔3)电力变压器电抗标幺值〔=,=4.5,1MVA=1000kVA〕：==/===3.6〔5-12〕根据以上计算所得的电抗值，可以绘制出以下等效电路图，如图5-2所示：图5-2等效电路图5.2.4〔k-1〕点的短路计算〔1〕总电抗标幺值：=+=0.2+1.6=1.8〔5-13〕〔2〕周期分量有效值：=/=5.5kA/1.8=3.06kA〔5-14〕〔3)其他短路电流：===3.06kA〔5-15〕3.06kA=7.80kA〔5-16〕3.06kA=4.62kA〔5-17〕〔4〕三相短路容量：=/=100MVA/1.8=55.6MVA〔5-18〕5.2.5(k-2)点的短路计算〔1〕总电抗标幺值：=++=0.2+1.6+3.6=5.4〔5-19〕〔2〕周期分量有效值：=/=144.3kA/5.4=26.72kA〔5-20〕〔3)其他短路电流：===26.72kA〔5-21〕26.72kA=49.16kA〔5-22〕=1.0926.72kA=28.86kA〔5-23〕〔4〕三相短路容量：=/=100MVA/5.4=18.52MVA〔5-24〕以上计算可列表为表5-1所示的短路计算表：表5-1短路计算表计算点电流/kA容量/MVAk-1k-25.3本章小结本章节主要讲述了短路计算的目的、与短路有关的物理量以及根据本厂情况进行短路计算。短路计算所得到的短路计算表对后面上下压侧一次设备的选择校验具有很大的帮助。

第6章电气设备的选择6.1高压侧一次设备及其选择6一次设备的介绍〔1〕高压断路器高压断路器主要可以在保护装置的作用下自动跳闸，将短路故障切除。其全型号的表示和含义如图6-1所示：图6-1高压断路器全型号我们在本次设计中，因为少油断路器制造比拟简单，维护工作量少，价格廉价，那么在10kV高压进线主要采用SN10-10的户内式的高压少油断路器，首选型号为SN10-10I/630。〔2〕高压隔离开关高压隔离开关根据字面就很容易理解，即隔离高压电源的开关，往往用来确保设备和线路的检修平安性。因高压隔离开关无灭弧装置，所以不能够带负荷操作，但是它可以隔断一定的小电流，所以允许它与电压互感器和避雷器相接。其全型号的表示和含义如图6-2所示：图6-2高压隔离开关全型号本次设计中，与架空线路相连的高压隔离开关采用户外改良式的高压隔离开关，其型号首选为GW4-15G/200。〔3〕高压熔断器高压熔断器可以分断电流并且可以断开电路，在所在电路电流超过规定值之后，它的熔体便会熔化使其电路断开。其全型号的表示和含义如图6-3所示：图6-3高压熔断器全型号在本次设计中，高压熔断器采用户内式的高压熔断器，且只用作高压电压互感器的一次侧的短路保护，所以首选型号为RN2-10。〔4〕电压互感器电压互感器可视为变换电压的特殊变压器，用来将高压按照比例降为低电压，起到保护仪表的效果。其全型号的表示和含义如图6-4所示：图6-4电压互感器全型号在本次设计中，电压互感器我们首选JDJ-10和JDZJ-10两种型号，用两个JDJ-10电压互感器接成V/V形，提供给仪表和继电器连接在三相三线制电流各个线电压中；用三个JDZJ-10电压互感器接成形，当做电压、绝缘监视和电能测量放在小接地的电流系统中使用。〔5〕电流互感器该设备的作用主要是按照一定比例将高压大电流换算成低压小电流，隔离了高电压，保证线路的平安性，又因为它的二次侧电流值一般为5安，这便能够让继电器和仪表实现标准化，使用起来更为方便。其全型号的表示和含义如图6-5所示：图6-5电流互感器全型号本次设计中，电流互感器采用LQJ-10型号，其主要技术数据如表6-1所示：表6-1LQJ-10的主要技术数据表额定二次负荷铁芯代号二次负荷1级3级电阻/容量/VA电阻/容量/VA电阻/容量/VA1015——3————30稳定度额定一次电流/A1s热稳定倍数动稳定倍数5,10,15,20,30,40,50,60,75,10090225160(150),200,315(300),400751606一次设备的选择校验根据短路计算得到的结果，见表5-1，结合校验条件可得出下表6-2：表6-2高压侧设备选择校验工程UI断流能力动稳定度热稳定度其他参数—数据10kV—额定参数—高压断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA162=512—高压隔离开关GN-10/20010kV200A—105=500—户外式高压隔离开关GW4-15G/20015kV200A————高压熔断器RN2-1010kV50kA———电压互感器//kv—————电流互感器10kV100/5A—225〔901=81其中，——电器所可以通过最大电流的有效值。有==〔6-1〕——电器的极限通过电流峰值。——短路发热假想时间〔单位：s〕。有=+0.05〔6-2〕=+〔6-3〕当1s时=〔6-4〕其中为短路保护的动作时间，由条件卡可以得取2.0s，为断路器开断时间，在此为油断路器，取0.2s，那么=2.0s+0.2s=2.2s〔6-5〕==2.2s〔6-6〕上表6-2所选设备均满足要求。6.2低压侧一次设备及其选择6一次设备的介绍〔1〕低压断路器低压断路器和高压断路器的作用其实是一样的，都是可以在保护装置的作用下自动跳闸，将短路故障切除掉。其全型号的表示和含义如图6-6所示：图6-6低压断路器全型号在本次设计中，因万能式的断路器相对于塑料外壳式的断路器保护功能和操作样式更多，那么低压侧总开关所用到的断路器采用万能式断路器，首选DW15-2000/3，其配电线路上全部采用塑料外壳式断路器,根据各车间计算电流值可选型号为DZ20-630和DZ20-200。〔2〕低压刀开关低压刀开关可以被理解为适用于低压电路的隔离开关，操作时一般不带负荷，但是假设是带灭弧罩的刀开关就能够通断一定的负荷电流。其全型号的表示和含义如图6-7所示：图6-7低压刀开关全型号义在本次设计中，低压侧总开关所用的低压刀开关采用HD13-2000/30,低压配电电路的刀开关根据其计算电流进行选择不同额定电流值的HD13型低压刀开关。6一次设备的选择校验根据短路计算得到的结果，见表5-1，结合校验条件可得出下表6-3：表6-3低压侧一次设备项目UI断流能力热稳定度动稳定度参数数据380V一次设备额定参数低压断路器DW15-2000/3380V2000A60kV——DZ20-630380V630A30kV——DZ20-200380V200A25kV——低压刀开关HD13-2000/30380V2000A———500V2000/5A———500V160/5A100/5A———其中，DZ20-630和DZ20-200两款低压断路器均装设在配电线路上，其额定电流满足电流的检验条件。上表所示设备满足要求。6.3上下压母线根据规定，10kV主要选用LMY型硬铝母线作为上下压母线。在本设计中，变压器容量为1250kVA，高压母线选择LMY-3〔404〕，低压母线选择LMY-3[2(10010〕]+808。6.4本章小结本章节主要介绍了本次设计中上下压侧用到的一次电气设备以及校验条件，并且根据前面的短路计算结果结合校验条件选择上下压一次设备的规格型号。还有就是针对主变压器的容量以及电源电压确定上下压母线的截面和规格型号。

第7章导线和电缆的选择导线和电缆除了确定型号外，还需要选择截面，一般按照发热、机械强度和电压损耗的要求进行选择。而电缆还需要校验短路热稳定，低压线路那么还需要满足与保护设备的配合要求。7.1导线和电缆选择和校验相关条件7发热条件校验1、相线截面的选择相线截面的选择需要满足：〔7-1〕其中，为导线和电流的所能允许的载流量，通过查询相关资料可获得；为线路计算电流，在此高压进线取变压器高压绕组额定电流，并联电容器组回来取电容器组额定电流1.35倍。2、中性线截面的选择在此次设计中，配电变压器的联结方案为Yyn0，线路为一般的三相四线制线路，那么就需要满足条件：=(0.5～0.6)〔7-2〕3、保护线截面的选择保护线的截面的选择主要是根据短路的热稳定要求来对它进行选择，那么就需要满足条件：〔1〕当16mm时，〔7-3〕〔2〕当16mm35mm时，16mm〔7-4〕〔3〕当>35mm时，/2〔7-5〕7电压损耗校验工厂的上下压配电线路允许电压损耗一般为5%，线路在最大负荷时电压损耗要求不得超过允许的电压损耗，即：〔7-6〕最大负荷时电压损耗：=/100%〔7-7〕式中p、q分别为有功、无功负荷；R、X分别为线路首端至负荷点的电阻及它的电抗。7机械强度校验1、10kV架空铝及铝合金裸导线的允许最小截面为35。。7.2高压侧进线和引进电缆在本次设计中，因需要从公共干线引线至变电所，所以从公共干线到变电所之间需要一段引进线，因其为高压架空线，那么一般采用铝绞线。因此变电所用LJ型铝绞线进行架空敷设，在公共干线获得电源。高压侧的高压开关柜靠墙安装，那么要通过电缆引入柜下进线，那么架空进线到高压侧还需要引入一段电缆。因高压电缆线需要埋地敷设，且交联聚乙烯电缆具有优良性能，那么在此采用YJL22-10000型交联聚乙烯的铝芯绝缘电缆。〔1〕高压进线选择和校验高压的进线我们确定为LJ型铝绞线，根据发热条件，由于：==72.2A〔7-8〕室外环境温度为32C，首选LJ-16，其35C的为95A大于。但最小允许截面为，LJ-16明显没法满足机械强度规定的要求，所以改为LJ-35。〔2〕引进电缆的选择和校验在本次设计中，此电缆确定为YJL22-10000型交联聚乙烯的铝芯绝缘电缆，根据发热条件，因：==72.2A〔7-9〕土壤温度为24C，首选YJL22-10000-325。但由于==34.4mm>25mm〔7-10〕其中C取77，取0.75，为3060A，那么改选YJL22-10000-335。7.3高压联络线作为备用电源，在此我们选择YJL22-10000型交联聚乙烯的铝芯绝缘电缆，与邻近单位的10kV母线相连，因备用电源主要是为工厂的二级负荷准备的，所以计算时，负荷容量那么按照二级负荷容量来计算，即：=222.96+186.27+64.24=473.47kVA〔7-11〕==27.3A〔7-12〕根据发热条件，因其土壤温度为24C，首选YJL22-10000-325。其/km〔7-13〕/km〔7-14〕由表2-2计算可以得其二级总负荷=348.28kW〔7-15〕=320.28kvar〔7-16〕那么=/100%=1.14%?5%〔7-17〕满足电压损耗要求。因邻近单位10kV短路数据不清楚，那么短路热稳定校验缺失，暂选YJL22-10000-325。7.4低压侧出线低压侧出线的选择主要根据发热条件选择，然后再进行电压损耗校验，和高压侧选择方法类似。由于6号车间〔热处理车间〕近着变电所，共用一建筑物，那么直接采用BLV-1000型5根穿硬塑料管埋地敷设。根据其发热条件、机械强度和电压损耗校验，确定相线截面为95mm，那么采用BLV-1000-195mm塑料导线三根穿管敷设，其管径为65mm；中性线和保护线截面都取50mm，采用BLV-1000-150mm塑料导线两根穿管敷设，其管径为50mm。因为采用的是塑料管，不会存在涡流效应，所以允许分开穿管。生活区的线路采用LJ型铝绞线架空敷设，根据发热条件初选LJ-185，但通过电压损耗校验可以发现，采用LJ-185一回架空回路的电压损耗太大，远远不能到达电压损耗低于5%的要求，在此改用四回架空回路方案，选用LJ-120，通过计算，其=2.95%<5%满足要求，对于中性线我们那么采用LJ-70铝绞线。低压侧的出线选择如同下表7-1所示：表7-1低压侧出线规格型号选择序号车间名称规格型号1锻造车间VLV22-1000-3300+1150〔直埋〕2锻压车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕3金工车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕4工具车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕5电镀车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕6热处理车间BLV-1000-195三根铝芯线穿内径65mm的塑料管〔相线〕BLV-1000-150两根铝芯线穿内径50mm的塑料管〔中性和保护线〕7装配车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕8机修车间VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕9锅炉房VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕10仓库VLV22-1000-3240+1120〔直埋〕生活区3LJ-120+1LJ-70〔四回路三相四线架空〕7.5本章小结本章节主要介绍了导线和电缆截面的选择和校验有关的条件，并且根据这些校验条件确定本次设计中变电所高压进线以及低压出线至各车间的架空线或电缆的规格型号。

第8章防雷和接地在电力系统中，电气线路或者设备会出现超过正常规定的工作电压的电压我们将它叫做过电压，可以分成内部过电压和雷电过电压两种。后者相对于前者来讲，前者对电力系统的电气设备的危害很大，所以必须要加以防护。主要将后者分为三种：直击雷、感应雷和雷电波侵入，其中雷电波侵入是沿架空线路或者金属管道侵入变电所的，在本次设计中就存在架空线路，故而便需要防雷和接地。8.1防雷设备目前市面上的防雷设备很多，主要分接闪器和避雷器两种，而本次设计中主要要防护的是雷电波侵入，故采用避雷器。避雷器需要安装在靠近被保护设备旁边，而且需要与被保护对象设备并联，在本次设计中我们主要采用FS4-10型，装设在10kV电源进线的终端杆上和靠近主变压器的GG-1A(F)-54高压开关柜里面，后者主要保护主变压器。低压侧架空线在直接引入建筑物内的时候，设置空气间隙，而且还要与绝缘铁脚、金具连在一起接地。8.2接地装置〔1〕确定接地电阻本次设计中变电所接地电阻大小应改满足：且〔8-1〕因==〔8-2〕其中、为在单相接地的时候的电容的电流；是额定电压具有电气联系的架空线路的总长度，在本设计中由设计依据可知为80km；为额定电压具有电气联系的电缆线路的总长度，在本次设计中由设计依据可知为20km。通过计算得出：=22.3A〔8-3〕〔8-4〕所以〔8-5〕〔2〕接地装置初步方案在本次设计中，我们首先在变电所的四周，距离3米左右，每隔5米就打入直径是50mm、长为2.5m的镀锌扁钢作为垂直接地体，管和管之间那么选择404的镀锌扁钢相焊连。〔3〕计算单根钢管的接地电阻由本次设计中地质资料可知，地层以砂粘土为主，砂粘土的电阻率=100m〔8-6〕得单根钢管接地电阻=40〔8-7〕〔4〕确定最后接地方案由于/=10〔8-8〕垂直接地体我们在此初选为15根直径是50mm、长为2.5m的镀锌扁钢。当n=15，a/l=2时，0.66〔8-9〕n=15〔8-10〕为了实现布置时的对称性，垂直接地体那么改用16根直径50mm、长为2.5m的镀锌扁钢，用404的镀锌扁钢相焊连，环形敷设。而n=16时，=<4〔8-11〕满足要求。8.3本章小结本章节主要介绍了防雷设备和确定防雷装置的方法，并针对本厂情况选择了防雷设备以及确定防雷装置方案。

结论在本次设计中，主要是根据工厂所提供的各车间负荷数据资料、气象地质资料、工厂平面图以及供电情况，设计一个适合本工厂实际情况的供配电系统。本设计中涉及了负荷计算和无功补偿、主变压器和电气设备的选择、进出线的选择以及位址确实定和选择等等，并且需要学会利用autoCAD绘图软件将本设计中用到或者是设计出来的电气图绘制出来，本设计在一定程度上锻炼了我的自学能力和分析能力。因本次设计无法向工厂获取真实的负荷数据，所以本设计中的工厂负荷资料等均为参照实际合理假定的数据。但这对整个设计影响不大，在几个月的努力下，我成功将本次设计的工厂主接线系统图和装置图设计并绘制出来。本设计中一共用了4个高压开关柜、6个低压开关柜以及4个低压无功补偿柜。高压开关柜采用GG-1A(J)-03、GG-1A(F)-54和GG-1A(F)-07三种型号；低压开关柜采用PGL2-05、PGL2-29、PGL2-28和PGL2-30四种型号；低压无功补偿柜统一采用型号PGJ1，方案选为主屏2#和辅屏4#。

参考文献.2021，(1):263-264