1、6kV变电所及低压配电系统的设计本科生毕业设计6kV变电所及低压配电系统的设计6kv substation and Low voltage power distribution system design摘 要 供配电CAD技术是计算机技术在电气工程设计领域的另一应用。但是我国供配电CAD技术仍停留在绘图和计算相分离的阶段，还未形成一体化的CAD系统，而供配电系统的设计是一项复杂的工程，它包括需求分析、各级负荷容量的确定、高低压配电系统设计、变电所设计等，需要分析计算和绘制大量的图纸，工作量庞大。 本文针对上述情况，分析研究了6kV及以下低压供配电系统的设计原则和设计内容，查找设计资料、设计规
2、程规范、各种相关电气设计手册，了解设计需要的各种数据，并在研究了电气图形、供配电方案、数据间内在联系机理及其关系的基础上，对供配电系统进行拓扑描述和结构识别；建立了6kV及以下低压供配电一次部分的变压器、线路、断路器、电压电流互感器、熔断器、开关等主要设备元件对象的描述方法和关联知识规则；采用面向对象技术和图示化技术，设计了表达电气设备特征的基本图元库、支路图元库及模板图形库；创建了实现分析计算、绘图、数据处理一体化的供配电一次CAD系统的总体结构框架，完成了负荷计算与无功补偿、变压器选型、主结线确定、电气设备选型等各功能模块的设计；并能同时进行图形输出和各种文档的打印输出。关键词： 变压器;
3、负荷计算;变电所；低压配电Abstract CAD technology is another application of computer technology in the field of electrical engineering design. But our country for distribution of CAD technology remains in calculating and drawing phase separation stage, has not yet formed the integration of CAD system, and for th
4、e design of distribution system is a complex project. It includes demand analysis, at all levels of the load capacity, high and low voltage power distribution system design, electrical design, need analysis, calculation and drawing of a lot of and huge workload. Based on the above analysis, design p
5、rinciples and design elements of 6kV and below the low-voltage power supply system, find the design data and design specification, all kinds of electrical design manual, to understand the various data needed for the design, and based on the electric power supply system, graphic relation mechanism be
6、tween data, and the relationship between the scheme on the topological description and structure identification of power supply and distribution system; establish 6kV and low voltage element main equipment for the power distribution of a part of the transformer circuit breaker, current transformer,
7、voltage fuse, switch description method and related knowledge rules; using object-oriented technology and graphic design technology. The expression of electrical equipment characteristics of the basic graphics library, graphics library and template library branch; create analysis calculation, drawin
8、g, data Deal with the integration of the power supply and distribution of a CAD system of the overall structure of the framework, completed the design of each function module of the load calculation and reactive power compensation, determine the transformer selection, main wiring, electrical equipme
9、nt selection; and print and output of graphics output and all kinds of documents.Key words: transformer; load calculation; substation; low voltage power distribution0 绪 论 电能是现代工业生产的主要能源和动力，是实现生产自动化的重要物质基础。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。作为电能传输与控制的中间枢纽，变电所必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社
10、会生活的发展趋势。电能从区域变电站进入工厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。而变电所就担负着这一重任,一旦变电所出了事故而造成停电，则整个工厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故.。因此,变电所的安全、可靠、经济、优质，对于保障工厂生产安全、连续地进行，发展工业生产，实现工业现代化，具有举足轻重的作用。近年来，随着微电子技术、微机控制与应用技术、计算机通信与网络技术的高速发展和应用，为变电所的自动化和自能化提供了强大的技术支持。现今，只有加大变电所的科技含量，汲取国内外先进技术，向自动化、现代化、智能化发展，才能更好的为社会主义现代化建设服务。电
11、能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要的能源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位，电能是由发电厂供给，因为考虑经济原因，发电厂大多建在动力资源比较丰富的地方，而这些地方又常远离大中性城市和工厂企业，这样需要远距离输送，经过升、降压变电所进行转接，在进一步的将电能分配到用户和生产企业。由于电力电能的重要特点是不能储存，因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，于是电力电能从生产到使用就构成一个整体，而由电力电能的生产、输送、分配和使用的发电机、变压器、电力线路及各种用电设备联系在一起组成的统一整体就称为电力系统2负荷性质本厂为三班工作制，年最大负荷利用小时数为5500小时，属三级负
12、荷。3供电电源条件1）本车间变电所从本厂35/6kV总降压变电所用架空线路引进6kV电源，如图1-3所示。架空线路长300m。2）工厂总降压变电所6kV c厂总母线上的短路容量按200MVA变电计。3）工厂总降压变电所6kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间Top=1.7s。4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。5）要求在车间变电所6kV侧计算。1总体设计方案 查阅有关资料 变电所的设计步骤：1、 负荷统计和无功补偿计算2、变电所所址的选择:应尽量接近工厂的负荷中心，并处于负荷中心的电源一侧.工厂的负荷中心按功率矩法来确定3、根据工厂的负荷性质及供电的可靠性,确定变电所主变压器
13、的台数、容量和型式4、按安全、可靠 、灵活 、经济的总体要求选择变电所主接线的最佳方案5、根据发热条件、电压损耗条件、经济条件、机械强度条件来确定电力线路的导线和电缆截面6、短路电流的计算7、变、配电所一次设备的选择变8、电所建筑物结构型式的确定9、变电所电气照明的设计：a、确定照明供电系统的主接线方案，并绘成图纸。b、选择照明线路的导线（包括导线的类型、型号和截面积）。c、选择照明配电箱（箱内应有APD装置）。d、选择、整定和校验照明供电系统的保护装置。e、出照明供电系统的电气平面布线图。10、变电所二次回路方案的确定：a、继电保护电路的设计和确定b、短路器的控制回路、信号系统和自动装置的确
14、定c、变电所的电能计量回路：变电所35KV侧安装计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂损耗的有功功率和无功功率d、变电所的测量和绝缘监测回路：变电所高压侧装有电压互感器-避雷器柜12、防雷和接地方案的设计a、 架空线的防雷措施:架设避雷线、提高线路的本身绝缘水平、装设自动化和闸装置、在线路个别薄弱环节装设避雷器或保护间隙b、 变电所的防雷措施:装设避雷器和避雷针 设计低压配电系统1、车间配电线路布线方案采用动力照明合一的380/220V三相四线制TN-C，树干式接线方式。2、选择线路导线及其配电设备和保护设备。3、车间电气照明设计：a、电光源、灯具及其布置的选择b、照明设计计算（
15、利用系数法）c、其余照明灯具的选择d、电照明线截面的选择 用计算机绘制电气图 撰写毕业设计说明书2 车间变电所负荷计算及无功补偿根据电力复核对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，电力负荷一般分为三级：一级负荷：一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废等等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应看着特别重要的负荷。二级负荷：二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如大量产品报废、中断供电将影响重要用电部门正常工作等。三级负荷：三级
16、负荷为一般电力负荷，所有不属于上述的一、二级负荷者。计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果选的过小，又使电器和导线电缆处在过负荷下运行，增加了电能的损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样造成损失。可见，正确的确定计算负荷意义重大，但由于负荷情况复杂，影响因素多，虽然负荷的变化有点规律，但仍难准确的计算出来，实际上，它的不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源的供应的状况等多种因素有关。因此负荷的计算只能接近实际。我国的确定负
17、荷的方法，主要有需要系数法、二项式法，需要系数法是世界上普遍采用的计算负荷的基本方法，二项式法应用局限很大，但确定设备台数教少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比较的合理，而且方便。2.1车间负荷计算（机加工一车间）根据表1-1，按车间用电设备工作性质，把用电设备分成冷加工机床、电阻炉和吊车三组。经过初步分析计算及根据用电设备的平面布置情况将车间的用电设备分配到三条干线上（见图 ）11号干线计算符合（16台金属冷加工机床）查参考文献 取二项式系数 b=0.14,c=0.5,X=5,cos=0.5,tg=1.73. （1.1）则1号干线计算负荷为2.2号干线计算负荷（15台金属冷加工机床、1
18、台吊车）（1）金属冷加工机床组计算负荷二项式系数及功率因数参考值查表得：二项式系数 b=0.14,c=0.5,X=5,cos=0.5,tg=1.73.(2)吊车计算负荷因只有一台设备，故就以其额定工作参数作为计算负荷。（3）干线计算负荷 33号干线计算负荷（3台电阻炉）查参考文献 取，则4. 机加工一车间照明负荷（1） 车间照明的安装容量右车间工艺平面图可知车间照明总面积约为1080 ，查参考文献 可知单位面积安装功率为（计算高度812m），则本车间均匀布置的一般照明负荷为（2）其他部分的照明负荷见表1-1表1-1 其他部分的照明负荷单独使用一般照明强度（1x）面积（）安装功率（W）工具库30
19、120工艺室30120低压配电室30120变压器室2075高压室20100总计535（3）总照明负荷同样可以计算其他车间负荷计算，计算结果见表1-2表1-2 车间变电所负荷计算表机加工一车间设备明细表（附3）设备代号设备名称代号台数单台容量（KW）总容量（KW）1冷墩机GB-3155552冷墩机GB-3155553普通车床C620-117.6257.6254普通车床C620-117.6257.6255普通车床C620-117.6257.6256立式车床C512-1A135.735.77普通车床C62014.6254.6258普通车床C62014.6254.6259普通车床C62014.6254
20、.62510普通车床C62014.6254.62511普通车床C62014.6254.62512普通车床C61614.6254.62513螺丝套丝机S-813913.1253.12514普通车床C630110.12510.12515管螺纹车床Q11917.6257.62516摇臂钻床Z3518.58.517立式钻床Z504013.1253.12518立式钻床Z504013.1253.125195吨吊车110.210.220立式车床C512-1A135.735.721立式车床C512-1A135.735.722刨床B66513323万能铣床X63WT1131324立式铣床X52K19.1259.
21、12525滚齿机Y-3614.14.126插床B503214427弓锯机G72 11.71.728立式钻床Z51210.6O.629电阻炉120（380V）2030电阻炉1242431电阻炉1454532车床CW6-1131.931.933立式车床C512-1A135.735.734卧式镗床J681101035单臂刨床B101017070机加工二车间、铆焊、电修车间的负荷计算（附3）序号车间名称供电回路代号设备容量计算负荷KWP30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A1机加工二车间No.1供电回路15546.554.4No.2供电回路1203642.1No.3照明回路10802铸造车
22、间No.4供电回路1606465.3No.5供电回路1405657.1No.6供电回路1807273.4No.7照明回路86.403铆焊车间No.8供电回路1504589.1No.9供电回路17051101No.10照明回路75.604电修车间No.11供电回路1504578No.12供电回路1464465No.13照明回路1080总计2.2无功功率补偿变电所的无功补偿对于整个工厂的设计是极为重要的。按全国供用电规则规定:高压供电的工业用户,功率因素不得低于0.9;其他情况,功率因素不得底于0.85.如达不到上述要求,则需增设无功功率的人工补偿装置.工厂中功率因数降低是由于有大量的感应电机、电
23、焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷.如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则考虑人工补偿。在变压器低压侧装设了无功补偿装置后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选择得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。它一般分为三中：高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。1补偿容量补偿前变压器低压侧平均功率因数为（取）将由0.54提高到0.9以上所需补偿容量（由表查得）为取则补偿后视现在计算负荷为2补偿装置的选择在车间变电所内进行低压集中补
24、偿。查参考文献 选用PGJ1A型无功功率自动补偿屏，采用2444组合方式，内装BW0.4-14-4型电容器，电容个数： （1.2）故选用40个，安装容量为： 3车间变电所主变压器的选择（一）台数本车间负荷和转供负荷均属于三类负荷，且负荷容量不大，故选用一台车间变压器。变电所装有一台主变压器时，其容量应满足下列要求SNTS30式中：S30为该变电所承担的全部计算负荷（无功补偿后的计算负荷）。（二）容量、型号变压器低压侧总负荷，考虑到车间的发展，故选用容量为的SL7-800-6/0.4型变压器4 变电所主接线方案的设计变电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位进出线回路设备特点及负荷性质等条
25、件来确定.其主结线方案的设计原则与一般要求为：安全性、可靠性、灵活性和经济性。必须注意几点：安全性1、 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。2、 在低压短路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装低压刀开关。3、 在装设高压熔断器和负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。4、 6KV及以上的线路末端,应装上与隔离开关联锁的接地铡刀。可靠性1变电所的主结线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电，对二级负荷，应由两回路或者一回6kv及以上专用架空线或电缆供电。其中采用电缆供电时,应采用两根电缆组成的线路,且每根电缆应承受100% 的二级负荷。
26、2变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器，当有继电器保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压侧母线分段开关，均应采用低压断路器。3变电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或负荷开关.当双电源供多个变电所时,宜采用环网供电方式。4对一般生产区的车间变电所，宜工厂总变电采放射高压配电，以1确保供电可靠，但辅助生产区和生活区的变电所，可采用树干式。灵活性1、 变配电所的高低压母线，一般采用母线或单母线分段结构。2、 6KV及以电源进线为双母线时，宜采用桥型接线或线路变压器组接线。3、 需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路电器高压负荷开关。4、 主接线方案应与变压器经济运行
27、的要求适应。经济性1、 主结线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器应较少或不用断路器的接线2、 变配电所的电器设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品3、 中小工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需要频繁操做的场合，则采用真空断路器或SF6断路器4、 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用5、 主接线方案应与变压器经济运行的要求相适应，还要考虑到今后的发展。负荷切换主变压器的变电所高压侧还应装设高压断路器和高压负荷开关。几种常用的高压电器有如下功能和特点：高压隔离开关的功能主要是：隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全
28、检修。结构特点：即断开有明显可见的断开间隙，而断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。它能够保证人身和设备的安全。因为隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。高压断路器的功能是：不仅能通断正常电流，而且能接同和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。高压熔断器是：一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但也具有过负荷保护的功能。本设计主变压器的主进电源线引自电网的6KV高压供电线路。供电系统在实际设计中一般都在总降压变压器的一次侧和二次侧设有隔离开关、断路器、电
29、流互感器和电压互感器。当总降压变压器的一次侧附有电流互感器时，则可装设三只电流表。通过电流表监测负荷是否均匀，并可判断某一相线是否缺相要求在6KV电源电源侧进行电能测量，所以要装设电度表、功率表和功率因数表，以便对其电能、功率因数进行测量和补偿。这时必须在总降压变压器的一次侧附设电压互感器和电流互感器。在总降压变电所供电引向各车间变电所时，在总降压变电所或配电所的高压开关柜内，仅装设电流表和电度表即可，电流表可装一只，电度表装一只，如果有必要可装设计量无功电能的仪表和有功电度表。5 短路电流和容量的计算所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏，误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全
