工厂变电所的电力电缆和电气设备设计

摘 要

　　本毕业设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题：负荷计算，三相短路分析， 短路电流计算， 高低压设备的选择与校验， 变压器的继电保护， 变电所二次回路及自动装置， 防雷与接地， 变电所的过电压保护， 计量， 无功补偿等几方面的设计进行了陈述，并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。

　　该工厂变电所采用 10kV单电源进线，采用一台 1600kVA的主变压器，最大设备容量 1636kW,采用并联电容器进行低压集中补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护，按三类防雷建筑物设防，采用强弱电联合接地系统对建筑物进行保护。

　　在对供电系统短路计算的基础上，进行电力电缆和电气设备的选择设计，同时也对户外平面布置进行了初步的设计。

　　关键词：工厂供配电，继电保护，防雷与接地，负荷计算

ABSTRACT

　　This graduation project is designed for the factory transformer substation, to certain questions in factory transformer substation design: the load computation, the analysis of three-phase short-circuits, the short-circuit current computation, the choice and verification of high and low pressure equipment, the transformer relay protection, the secondary circuit of the transformer substation and the automatic device, anti-thunder and the connection to the earth, the transformer substation overvoltage protection, the measurement, the idle work compensated and so on, All the above aspects and the structure of the power supply host wiring topology have been stated.

　　The transformer substation with a 10kV single power source coil in it uses 1600kVA main transformer, the biggest computation shoulders of which is 1636kW.It adopts the shunted capacitor to carry on the low pressure centralism for compensation and sets protection for the transformer by carring on the electric current to it breaking the speed of the flow gas protection, garrisons accerding to the third kind of anti-thunder buildings,and users the strong and weak electricity union earth system to carry on the protection to the building.

　　Based on the computation of short-circuits to the power supply system, the project has a choice design of the power cable and the electrical equioment and a preliminary design to the outdoors plane arrangement at the same time.

　　Keywords the power distribution and supply in factory, the relay protection, anti-thunder and the connection to earth, the load computation

目 录

　　1 绪论

　　1.1 课题设计背景

　　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。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。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。

　　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。

　　1.2 工厂供电设计的一般原则

　　按照国家标准 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。

　　必须从全局出发，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。

　　1.3 工厂供电设计内容及步骤

　　工厂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 负荷计算工厂变电所的负荷计算，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，从而求出工厂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 工厂变电所变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置工厂变电所的有关因素，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 工厂变电所主接线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别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 工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，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⑤ 改善功率因数装置设计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。

　　⑥ 变电所高、低压侧设备选择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、开关柜等设备。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。

　　⑦ 继电保护及二次结线设计为了监视，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。

　　⑧ 变电所防雷装置设计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。

　　⑨ 工厂变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。

　　2 负荷计算与功率补偿
　　2.1 负荷计算的内容和目的
　　2.2 负荷计算的方法
　　2.3 全厂负荷计算
　　2.4 功率补偿

　　3 变压器的选择
　　3.1 变压器容量与台数的确定
　　4 主接线方案的选择
　　4.1 对变电所主接线的一般要求
　　4.2 变电所主接线
　　4.2.1 单电源进线的变电所主接线
　　4.2.2 双回电源进线变电所主接线

　　5 短路电流计算
　　5.1 短路电流计算的目的与方法
　　5.2 三相短路电流计算
　　6 导线电缆的选择
　　6.1 导线电缆的选择原则

　　7 电气设备的选择
　　7.1 电气设备选择的一般原则
　　7.2 高压开关电器的选择
　　7.2.1 高压断路器的选择
　　7.2.2 高压隔离开关的选择
　　7.2.3 电流互感器的选择
　　7.3 配电所高压开关柜的选择

　　8 变压器的继电保护
　　8.1 概述
　　8.2 变压器电流保护的接线方式
　　8.3 继电保护配置
　　8.3.1 变压器过电流保护
　　8.3.2 变压器电流速断保护
　　8.3.3 变压器的气体继电保护

　　9 二次回路操作电源和中央信号回路
　　9.1 二次回路操作电源
　　9.2 中央信号回路
　　9.2.1 概述
　　9.2.2.对中央信号回路的要求
　　9.2.3 中央事故信号回路
　　9.2.4 中央预告信号回路

　　10 测量与绝缘监视回路
　　10.1 测量仪表的配置
　　10.2 绝缘监视装置
　　11 防雷与接地
　　11.1 过电压及雷电概述

　　11.2 防雷
　　11.2.1 防雷设备
　　11.2.2 防雷保护措施
　　11.3 电气设备接地
　　11.3.1 接地概述‥
　　11.3.2 接地电阻

结论

　　我做的是攀枝花鑫帝矿业有限公司工厂供配电系统的设计 .通过这次毕业设计，我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，像高低压系统，防雷与接地的设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，一个月的时间就这样匆匆的过去了，经过指导老师多少个白天，黑夜的指导，我们顺利完成了任务。

　　通过此次毕业设计使我对工厂供电有了新的认识，更加系统，全面地掌握了所学的专业知识，也增强了我理论联系实际，系统分析问题，工程计算以及独立工作的能力，树立了工程观点，社会主义市场经济观点，初步掌握了工厂供电设计方法，同时也让我们掌握了工厂供配电系统的知识和理论，初具供配电系统的运行，管理，和工程设计能力，以及分析和解决问题的能力。对导师徐兆峰老师的关心和指导，大家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了 AutoCAD绘图，说明书编辑，各种信息的分析，对 Word文档的使用等多方面的能力。

　　不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，所以我们非常认真，深刻研究。在学习过程中，我们发扬团队合作的精神，互相配合，把毕业设计做的最好，在今后的工作中，我们也要发扬团队合作的精神，把工作做的最好。

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致 谢

　　在导师徐教授的悉心指导下， 我顺利地完成了该次毕业设计任务， 从选题到完成的过程中， 教授给我提出了许多宝贵的意见和建议， 在此我谨向恩师以真诚的感谢和深深的敬意！导师严谨求实的治学态度，诲人不倦的敬业精神，正直坦荡的为人风范和渊博的学识是学生受益非浅， 并将成为学生未来人生道路上的明灯。

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