本科毕业设计开题报告

题目：某塑料制品厂总配变电所的统的及配电系统的设计

教学院系：电气信息学院

专业年级：电气工程及其自动化20##级

1 毕业设计题目研究的目的、意义

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。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。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。从另一方面来说，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。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。

2 毕业设计任务概况

题目：某塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

设计要求以及具体内容：

（1）负荷计算和无功补偿；

（2）变电所位置和型式选择；

（3）变电所主变压器台数和容量、类型的选择；

（4）变电所主接线方案的设计；

（5）短路电流计算；

（6）变电所一次设备的选择与校验；

（7）变电所进出线的选择和校验；

（8）主要设备继电保护的选择与整定；

（9）防雷保护和接地装置的设计；

（10）高、低压配电柜的选择；

（11）电容补偿容量的计算和补偿设备的选择。

3 本设计的设计原则及可行性分析

设计原则：工厂供电设计必须以下所列的一般设计原则

（1）必须遵守国家的有关规程和标准，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）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，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。

（3）应根据工程特点、规模和发展规则，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

（4）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电地区的条件等，合理确定设计方案。

可行性分析：

按照《工厂供电技术》以及以上所满足的必须原则进行初步设计、技术设计和施工设计等三个阶段去实行。满足所给的负荷条件、供电条件、技术条件和设备的选择的可行性。

4 本设计的初步方案的比较及选择

4.1总配变电所的所址和型式的选择

选择工厂变配电所的所址,应根据下列要求经技术、经济比较后确定：

（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。

（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。

（5）不因设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时， 应有防震和隔热的措施。

（6）不应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\浴室或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述场所相贴邻。

（8）不应设在有爆炸危险的正上方或正下方,且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方,当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时,应符合国家标准GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

（10）高压配电所应尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建。

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。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。

本设计采用需要系数法确定。

一、单组用电设备的计算负荷的确定

主要计算公式有

有功功率                                          (4—1)

无功功率                                       (4—2)

视在功率                              (4—3)

计算电流                                        (4—4)

式中、、——用电设备组的有功、无功、视在功率的计算负荷；

——用电设备组的设备总额定容量；

——功率因数角的正切值；

——用电设备组的计算负荷电流；

——额定电压。

多组用电设备的计算负荷的确定的主要计算公式

有功功率                                     (4—5)

无功功率                                     (4—6)

视在功率                                     (4—7)

计算电流                                            (4—8)

式中——所有设备组有功计算负荷之和；

——有功负荷同时系数，本设计取0.9；

——所有设备组无功计算负荷之和；

——无功负荷同时系数，本设计取0.9。

表4.1 各车间380V侧负荷统计表

续表4.1

  变电所位置应尽量接近负荷中心，工厂的负荷中心用功率矩法确定。在工厂平面图的下侧和左侧，任作一直角坐标的x轴和y轴，按1/5000的比例测出各车间和生活区的负荷中心点的坐标位置标于图中。按负荷功率矩法确定负荷中心。

             

各车间标注如下：

薄膜车间—1，原料库—2，生活间—3，成品库（1）—4，成品库（2）—5，     

 包装材料库—6，单丝车间—7，水泵房—8，注塑车间—9，管材车间—10，

备料车间—11，锻工车间—12，机修模具车间—13，热处理车间—14，铆焊车间—15

( 7.5，7) (7，9) (11，8) (4.5，10.5) (4.5，9) (4.5，8) (7, 10.1) (10.1，11.5) (10.5，10) (10，9) (10，7) (11，6) (11，4.0) (10，4) (10，3.9) (10，3.9)

由前计算负荷可计算出结果有:

同理                 

计算所得的负荷中心为(7.41，6.4)。按图纸比例及综合考虑变电所位置选择的原则后,确定(7.41,6.4)为总配电变电所坐标中心。

   图4.1.1 塑料制品厂平面布置图

4.2总配变电所主接线方案的比较及选择

配电所主接线方案的设计原则与要求：

变配电所得主接线，应根据变配电所在供电系统中的地位，进出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全，可靠，灵活，经济等要求。

变配电所主接线方案的技术经济指标：

设计变配电所主接线，应接所选主变压器的太熟和容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定1～2个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。

主接线方案的技术指标：

（1）、供电的安全性，主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。

（2）、供电的可靠性，主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面。

（3）、供电的电能质量主要是指电压质量，含电压偏差、电压波动及高次谐波等。

（4）、运行的灵活性和运行维护的方便性。

主接线方案的经济指标：

（1）、线路和设备的综合投资额

（2）、变配电所的年运行费

（3）、供电贴费（系统增容费）

（4）、线路的有色金属消耗量

图4.1 单母线内桥式接线

高、低压侧主接线的基本形式的讨论：

10K V侧电气主接线的方案选择

高压侧采用2回10KV进线，其中一回架空线路为电源，另一组为备用电源，两个电源不并列运行，具有两路电源进线。

图4.2.1示接线为一次采用内桥式接线的主接线图，这种主接线的运行灵活性好，供电可靠。这种内桥式接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。

图4.2.2示接线为一次侧采用单母线分段方式的接线图，这种主接线兼有内桥式和外桥式两种接线方案的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，投资较大。

图4.2单母线分段式接线

由于有五个车间变电所，负荷要求较大，而且需要可靠的供电性。所以我选用单母线分段方式的接线图。内桥式不可行。

低压线路的接线方式：

图4.3 放射式接线

配电线路互不影响，供电可靠性较高，但配电设备和导线材料耗用较多，且运行不够灵活。主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或者需要集中联锁启动。

（2）  

图4.4 树干式接线

配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，特别是采用封闭式母线槽时；但干线故障时影响范围大，供电可靠性较低。一般用于用电设备容量不很大、布置较均匀的场合，例如对机械加工车间的中小机床设备供电以及对照明灯具供电等，均采用树干式接线。

（3）              

图4.5 链式接线

它实质上是一种树干式接线，适用范围与树干式相似，但链式相连的用电设备一般不宜多于5台，链式相连的配电箱不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。

以上介绍了低压配电系统的三种基本接线方案，各有优缺点；总的来说，树干式系统投资较省，但负荷支接点多，检修和事故时停电面大，一般适用于对三级负荷供电。放射式系统投资大，但线路没有分支接点。因此，应根据情况具体对待，但对于本塑料制品厂而言，按可靠性第一的原则，所以采用放射式供电。

由本设计原始资料知：电源由电业部门变电所10kV母线提供，一次进线长1km，线路阻抗：XL=0.4Ω/km年最大负荷利用小时数为6000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电，母线联络线采用单母线分段接线方式，提高故障时检修效率，保证整体工厂的供电可靠性。

如下图所示：   

   图6 总配变电所主接线图

4.3无功补偿及变压器的选型

无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

为了降低电能损耗，变压器应首选低损耗节能型。总降压变压器可选有载调压变压器。车间变压器一般采用普通变压器。绕组形式可以是Yyn0或Dyn11接法，优先选择Dyn11。一个变电所中变压器的台数通常为1~2台。变压器的容量首先要满足在计算负荷下变压器能够长期可靠运行。

（1）、装设一台时，应满足：主变压器容量应不小于总计算负荷

                     (4—9)  

（2）、装设两台时，应满足：每台变压器的容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即

                     (4—10)                                                                       

同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和，即

                        (4—11)  

4.4短路计算的方法及一次设备的选择原则

短路电流的计算可以用欧姆法进行短路计算或者用标幺值法进行短路计算。

在此我准备选用标幺值计算方法，因为它不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，方便简洁些。

一次设备的选择原则：通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备叫做一次设备。包括发电机、电动机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、传输电能的裸导体、电缆以及互感器、接地装置等。它们的选择选择是必然有相同的基本要求。在正常工作时，必须保证工作安全可靠、运行维护方便、投资经济合理。在短路情况下，能满足力稳定和热稳定的要求。

4.5电源进线及高压配电线路的选择

电源进线方面，选择高压架空线。其在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂设计中优先选用。

配电电力线路的接线方式是指由电源端（变配电所）向负荷端（电能用户或用电设备）输送电能时采用的网络形式。常用的接线方式有:放射式、树干、环式三种。

在此我选用，树干式接线。它是指由变配电所母线上引出的配电干线上，沿线支接了几个车间变电所或用电设备的接线方式。树干式接线引出线和有色金属消耗少，但供电可靠性较差，适用于不重要负荷、小型用电设备或容量较小且分布均匀的用电设备供电。总体符合塑料制品厂的条件。

4.6总配变电所的二次回路方案及整定继电保护的原则

继电保护整定应以合理的运行方式和可能的故障类型为依据，并就满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性四项基本原则要求。可靠性是指保护应该动作时应动作，不应该动作时不动作。选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障。灵敏性是指在设备或者线路的被被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有的必要灵敏性系数。速动性是指保护装置应能尽快的切除短路故障，其目的是提高系统的稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围。

工厂供电系统或者变配电所的二次回路，是指用来控制、指示、检测和保护一次设备运行的电路，也叫做二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护系统和自动化系统等。

4.7总配电点所的防雷保护与接地装置的选择

雷电可分为直击雷、感应雷和雷电侵入波3大类，对电力系统危害极大，必须加以防护。防雷的设备主要有接闪器和避雷器。接闪器就是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针。它一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成，通常安装在电杆或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装置连接。避雷器是防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或者其他建筑物内，以免危机被保护设备的绝缘。一般常用的有阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物避雷器等。

电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接称为接地。埋入地中并直接与土壤相接触的金属导体，称接地体或接地极。如埋地的钢管、角铁等。电气设备应接地部分与接地体相连接的金属导体称为接地线。接地体与接地线总称接地装置。

在正常或故障情况下，为了保证电气设备可靠的运行，而将电力系统中某一点接地称为工作接地。将在故障情况下可能呈现危险的对地电压的设备外露可导电部分进行接地称为保护接地。电气设备上与带点部分相绝缘的金属外壳，通常因绝缘损坏或其它原因而导致意外带点，容易造成人身触电事故。为保障人身安全，避免或减少事故的危害性，电气工程中常采用保护接地。

5 本设计的难点及关键点

本设计的难点在于各种复杂器件的选择以及短路电流不同情况下的计算，同时有大量繁杂的数据要处理与电气接线图和平面图的绘制。

关键点在于要根据设计原则来选择，把安全放在首要位置，电气设备的容量，过电流的选择，在几种方案的实验计算中，得出自己的最切合实际的方案。还有主接线方案在分析比较后的选择，应给出清晰思路，是设计中的关键部分。

6 本设计的预期结果

本设计旨在设计出一个能良好运行及合理的总配变电所及配电系统。工厂供电可靠性提高，生产能够顺利进行，断电现象基本没有，提高劳动生产率，降低生产成本，改善工人的劳动条件，有利于全厂的利润最大化。

因此通过完成对塑料制品厂负荷计算和无功补偿的计算，需要确定了总配电所位置和型式的选择。确定变电所主变压器台数和容量类型的选择。正确做出变电所主接线图，力行经济而又供电稳定良好。安全可靠的选择出变电所一次设备。变电所的进出线选择。以及主要设备继电保护的选择与鉴定。做出合理的防雷保护和接地装置的设计。选择好合适的高地压配电柜，电容补偿容量的计算和补偿设备的选择也要做到安全可靠经济。

7 本设计的进程安排

8 参考文献

[1]刘介才．《工厂供电》（第五版）．机械工业出版社．2010

[2]苏文成．《工厂供电》（第二版）．机械工业出版社．2002

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[6]王子午等．《10KV及以下供配电设计与安装手册》．煤炭工业出版社．2004

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[8]GB50052-95．《供配电系统设计规范》．中国计划出版社

[9]JBJ6-96．《机械工厂电力设计规范》．中国计划出版社