遼工大葫蘆島校區(qū)變電所二次初步設(shè)計(jì)——畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 遼工大葫蘆島校區(qū)變電所二次初步設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 # # 院（系、部） 電氣與控制工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 x 學(xué) 號 x 姓 名 # 日 期 2010.3.27 教務(wù)處印制一、 選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀1 選題目的第一，2003年，我校在葫蘆島市建立了遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)，目前有四個(gè)學(xué)院搬遷至這里。在葫蘆島校區(qū)生活學(xué)習(xí)期間，我發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)問題：公寓e的用電負(fù)荷要小于變壓器的容量負(fù)荷很多。為了實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，減小不必要的資源浪費(fèi)，我有了對校區(qū)的變電所供電做進(jìn)一步的完善和改進(jìn)的念頭，也有了選擇本次題目的想法。第二，在大學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)生活了

2、將近四年了，自己不是很了解到底學(xué)到了多少。為了將這四年里的學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)做一次檢驗(yàn)，也是為走出校園，走進(jìn)社會(huì)之前再做一次練兵，我選擇遼寧工大葫蘆島校區(qū)變電所的二次設(shè)計(jì)，希望在做設(shè)計(jì)的過程中可以提高自己的知識(shí)和技術(shù)水平，同時(shí)畢業(yè)之后能夠更好的服務(wù)社會(huì)。2 選題意義 為了實(shí)現(xiàn)遼寧工大葫蘆島校區(qū)用電的更加優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、安全可靠，更好的服務(wù)校園，服務(wù)師生。3 研究現(xiàn)狀目前變電所設(shè)計(jì)已經(jīng)大多采用了微機(jī)保護(hù)、分級保護(hù)和常規(guī)保護(hù)相比，增加了人機(jī)對話功能、自控功能、通信功能和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能。因此通過電力監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以使變電站內(nèi)值班人員或調(diào)度中心的人員及時(shí)掌握變電站的運(yùn)行情況，直接對設(shè)備進(jìn)行操作，及

3、時(shí)了解故障情況，并迅速進(jìn)行處理，達(dá)到供電系統(tǒng)的管理科學(xué)化、規(guī)范化，并且還可以做到與其他自動(dòng)化系統(tǒng)互換數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮整體優(yōu)勢，進(jìn)行全系統(tǒng)的信息綜合管理。二、 研究方案及預(yù)期結(jié)果（一）初步方案：1、根據(jù)設(shè)計(jì)確定設(shè)計(jì)的服務(wù)對象，幾級負(fù)荷，工作性質(zhì)。2、考察校園用電情況，統(tǒng)計(jì)計(jì)算全校負(fù)荷、無功補(bǔ)償容量，考察外線情況。3、確定主接線形式，一次回路，二次回路。4、變壓器的選擇、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與切換方式。5、三相短路參數(shù)的計(jì)算，確定斷路器參數(shù)，選擇隔離開關(guān)。6、變電所保護(hù)裝置，避雷器的選擇。7、變電所其他設(shè)備的選型。（二）預(yù)期結(jié)果：在完成本次設(shè)計(jì)的時(shí)侯，設(shè)計(jì)可以達(dá)到安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，確保變電所供電

4、系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。三、研究進(jìn)度4 周：完成開題報(bào)告，規(guī)劃出總體的方案。5 7 周：查閱各方面資料，積累知識(shí)，做好設(shè)計(jì)規(guī)劃。8 周：確定負(fù)荷等級，計(jì)算負(fù)荷容量及無功補(bǔ)償容量。9 周：確定變電所主變臺(tái)數(shù)和容量，類型選擇，主接線方式的設(shè)計(jì)。 10 周：三相短路電流的參數(shù)計(jì)算，一次回路的設(shè)備選擇。11 周：變電所二次回路的設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇。12 周：防雷保護(hù)及裝備選擇。13 周：變電所其他設(shè)備的選型。14 周：完成設(shè)計(jì)的初稿。15 周：對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。 16 周：論文的修改，整理。四、主要參考文獻(xiàn)1 唐志平.供配電技術(shù). 第1版. 電子工業(yè)出版社. 2005.2 劉介才.工廠供電. 第4版.

5、機(jī)械工業(yè)出版社. 2005.3 雷振山.中小型變電所實(shí)用設(shè)計(jì)手冊. 第1版. 中國水利水電出版社. 2000.4 劉介才.實(shí)用供配電技術(shù)手冊. 第1版. 中國水利水電出版社. 2002.5 戴瑜興.民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊.第一版.中國建筑工業(yè)出版社.2000.6 建筑電氣編寫組.建筑電氣設(shè)備手冊上、下冊.第一版.中國建筑工業(yè)出版社.1993.7 kuffel e.et al.high-voltage engineeringm.pergamon press ,1997.8 王子午,陳昌. 10kv及以下供配電設(shè)計(jì)與安裝圖集. 煤炭工業(yè)出版社.2002.9 王子午,徐澤植.常用供配電設(shè)備選型手冊.

6、第1版. 煤炭工業(yè)出版社.1998.10 工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊上、下冊.第一版.中國電力出版社.1997五、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字：中文題目：遼工大葫蘆島校區(qū)變電所二次初步設(shè)計(jì)外文題目：the secondary and preliminary design of substation for liaoning technical univercity in huludao 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 59 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文10頁） 圖紙共3張 完成日期 2010年6月 答辯日期 2010年6月摘要本文詳細(xì)介紹了遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)變電所二次設(shè)計(jì)。由于是實(shí)際

7、的工程設(shè)計(jì)，所以文中對主接線的選擇、高壓設(shè)備的選擇、負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算皆進(jìn)行了詳細(xì)的說明。特別對主接線的選擇,變壓器的選擇,還有一些電氣設(shè)備，如斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器等的選擇校驗(yàn)作了詳細(xì)的說明和分析。設(shè)計(jì)中進(jìn)行大量負(fù)荷計(jì)算，選擇了變壓器的類型。采用并聯(lián)電容器的方法來補(bǔ)償無功功率，以減少供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失，同時(shí)提高了供電電壓的質(zhì)量。進(jìn)行分析比較，選擇了適合葫蘆島校區(qū)實(shí)際情況的主接線設(shè)計(jì)方式。按照工作環(huán)境及正常工作條件選擇電氣設(shè)備，按照短路條件校檢電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)的原則，確定了變電所防雷過壓保護(hù)與接地保護(hù)方案。最終確定了方案，使學(xué)校供電的

8、變壓器節(jié)省了資源和能源。關(guān)鍵詞：主接線選擇；短路電流計(jì)算；并聯(lián)電容器abstractthis paper mainly introduces the design of the secondary and preliminary design of substation for liaoning technical univercity in huludao. as is practical in design, so it discusses the choice of main wiring, high pressure equipment and the calculation of l

9、oad, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, isolating switch. design for a large load and choose the type of transformers.fuse .the design of a parallel connection capacitor approach to compensation w

10、ithout merit power, the electricity supply system to reduce wear and voltage loss, while enhancing the quality of power supply voltage. design reflects a safe, reliable, flexible and economic principles. analysis, select suitable huludao of the main campus of the design approach. according to the wo

11、rk environment and the normal working conditions in the choice of electric equipment, in accordance with the electrical equipment for the short of stability and heat stable.determine the program of lightning to cause over-voltage 0f substation protection and grounding protection. eventually establis

12、hed, the supply of school of transformers to save resources and energy.keyword: the choice of main wiring;the calculation of short current; parallel connection capacitor;目錄0前言11校區(qū)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)21.1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)21.2校區(qū)負(fù)荷計(jì)算51.3無功功率補(bǔ)償101.4電容器的選擇122變壓器的選擇142.1變電所的主要變壓器的運(yùn)行方式142.2變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量選擇152.3變電所變壓器臺(tái)數(shù)的選擇152.4變電所變壓器容量的選

13、擇152.5支變壓器的選擇163變電所主接線方式183.1電氣主接線的概述183.2電氣主接線的設(shè)計(jì)原則和要求193.3變電所主變壓器的一次側(cè)接線方式203.4變電所變壓器二次側(cè)接線方式214短路電流的計(jì)算244.1短路電流計(jì)算的一般概述244.2變電所供電系統(tǒng)短路電流計(jì)算275電氣設(shè)備的選擇305.1電氣設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下3個(gè)原則305.2高壓開關(guān)電器的選擇原則315.3低壓開關(guān)電器的選擇原則355.4電纜線的選擇385.5避雷器的選擇396防雷和接地裝置的確定416.1變電所的防雷保護(hù)對象416.2直擊雷保護(hù)措施416.3本變電所防雷保護(hù)的確定416.4變電所接地裝置427技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析4

14、58結(jié)論47致謝48參考文獻(xiàn)49附錄a 譯文50附錄 外文文獻(xiàn)550 前言此次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：對專業(yè)知識(shí)進(jìn)行更好的鞏固與吸收，我們進(jìn)行了為期十三周的畢業(yè)設(shè)計(jì)。變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。這就要求變電所的一次部分經(jīng)濟(jì)合理，二次部分安全可靠，只有這樣變電所才能正常的運(yùn)行工作，為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。結(jié)合遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)實(shí)際，我在校區(qū)生活期間，在對專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)中，發(fā)現(xiàn)自己生活的公寓配電上存在一定的問題，供電的變壓器容量過大，遠(yuǎn)超過公寓的正常用電負(fù)荷，造成一定額外的用電損失，及變壓器資源及電能相對的浪費(fèi)，結(jié)合這個(gè)實(shí)際問題，使得我萌生了對本校區(qū)變電所二次設(shè)計(jì)的想法。遼

15、寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)，屬于二級負(fù)荷，服務(wù)于全校師生的學(xué)習(xí)和生活。通過對校區(qū)重新的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，計(jì)算容量，選擇較合適的變壓器型號，可以減少用電損失，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，同時(shí)可以更好的服務(wù)師生在遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)的生活與學(xué)習(xí)，促進(jìn)校區(qū)更好的建設(shè)和發(fā)展?？紤]到校區(qū)的實(shí)際情況，結(jié)合這個(gè)實(shí)際問題，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)配電區(qū)供電，一個(gè)為教學(xué)區(qū)變電所供電，一個(gè)為公寓區(qū)變電所供電。需要解決的包括變電所主接線設(shè)計(jì)、容量負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、短路電流計(jì)算、電氣設(shè)備選型等。通過這次設(shè)計(jì)，為我的畢業(yè)之前做一次對自己知識(shí)檢驗(yàn)的大練兵。1 校區(qū)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)1.1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)工廠進(jìn)行電力設(shè)計(jì)的基本原理資料是工藝部門提供的用電設(shè)備安裝容量。

16、這些用電設(shè)備品種多、數(shù)量大，工作情況復(fù)雜。如果根據(jù)這些資料正確估計(jì)工廠所需的電力和電量是一個(gè)非常重要的問題。估計(jì)的準(zhǔn)確程度將影響工廠電力設(shè)計(jì)的質(zhì)量：如估計(jì)過高，將增加供電設(shè)備容量，使工廠電網(wǎng)復(fù)雜，浪費(fèi)有色金屬，增加初投資和運(yùn)行管理工作量；估計(jì)過低，又會(huì)使工廠投入生產(chǎn)后，供電系統(tǒng)的線路壽命及電氣設(shè)備由于承受不了實(shí)際負(fù)荷電流過熱，加速其絕緣老化的速度降低使用壽命，增大電能損耗，影響供電系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。因此國外學(xué)者和設(shè)計(jì)研究人員長期以來對如何準(zhǔn)確估計(jì)計(jì)算負(fù)荷非常重視。求計(jì)算負(fù)荷這項(xiàng)工作稱為負(fù)荷計(jì)算。顯然，計(jì)算負(fù)荷是根據(jù)已知的工廠用電設(shè)備安裝容量確定的，預(yù)期不變的最大假象負(fù)荷，這個(gè)負(fù)荷是設(shè)計(jì)時(shí)作選

17、擇工廠電力系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面。變壓器容量，開關(guān)電器及互感器等額定參數(shù)的依據(jù)，所以非常重要。電力負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)是確定、供電系統(tǒng)選擇主變壓器，導(dǎo)線截面和儀表量程的基本依據(jù)，也是繼電保護(hù)裝置整定的基礎(chǔ)。選擇計(jì)算負(fù)荷系統(tǒng)的方法12目前常用負(fù)荷統(tǒng)計(jì)的方法：需要計(jì)數(shù)法、利用系數(shù)法、單位面積功率法、單位指標(biāo)法。1）需要系數(shù)法。用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷。這種方法比較簡單，應(yīng)用廣泛，尤其適用于配、變電所的負(fù)荷計(jì)算。2）利用系數(shù)法。采用利用系數(shù)求出最大負(fù)荷班的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺(tái)數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺(tái)數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計(jì)算負(fù)荷。這種方法的理論依據(jù)是概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因而計(jì)算

18、結(jié)果比較接近實(shí)際，但因利用系數(shù)實(shí)測與統(tǒng)計(jì)較難，在民用建筑電氣中一般不用。3）單位面積功率法、單位指標(biāo)法。一般情況下，在方案設(shè)計(jì)階段可采用單位指標(biāo)法；在初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)階段，宜采用需要系數(shù)法；對于住宅，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法。因此在本工程的負(fù)荷計(jì)算中，先用根據(jù)單位面積功率法大致估算本工程的計(jì)算負(fù)荷，然后再用需要系數(shù)法進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算。1）設(shè)備容量的計(jì)算在計(jì)算用戶的設(shè)備容量時(shí)，應(yīng)先對單臺(tái)用電設(shè)備或用電設(shè)備組進(jìn)行下列處理再相加：a）單臺(tái)設(shè)備的設(shè)備容量一般取其名牌上的額定容量或額定功率。b）連續(xù)工作的電動(dòng)機(jī)的設(shè)備容量即名牌上的額定功率，是軸輸出有功功率，未計(jì)入電動(dòng)機(jī)本身的損耗。c）短時(shí)工

19、作電機(jī)，需考慮使用系數(shù)。d）照明設(shè)備的設(shè)備容量采用光源的額定功率加上附屬設(shè)備的功率。如熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、高壓汞燈，均為燈泡的額定功率加上鎮(zhèn)流器的損耗。低壓鹵鎢燈、低壓鈉燈為燈泡額定功率加上變壓器的功耗。e）成組用電設(shè)備的設(shè)備容量不包括備用設(shè)備。f）消防設(shè)備與火災(zāi)時(shí)必然切除的設(shè)備取其大者計(jì)入總設(shè)備容量。2）計(jì)算容量的計(jì)算a）方案設(shè)計(jì)階段確定計(jì)算容量時(shí)，采用單位指標(biāo)法計(jì)算、并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電力變壓器的容量和臺(tái)數(shù)。b）施工圖階段采用需要系數(shù)法。計(jì)算容量（計(jì)算負(fù)荷、有功功率）： (1-1)式（1-1）中 計(jì)算容量（kw）； 需要系數(shù)；設(shè)備容量；視在容量（視在功率）： （1-2）無功負(fù)荷

20、（無功功率）： （1-3）或 單相負(fù)荷均衡的分配到三相上。當(dāng)無法使三相完全平衡，且最大一相與最小一相負(fù)荷之差大于三相總負(fù)荷10%時(shí)，應(yīng)取最大一相負(fù)荷的三倍作為等效三相負(fù)荷計(jì)算，否則按三相對稱負(fù)荷計(jì)算。同類設(shè)備的計(jì)算容量，可以將設(shè)備容量的算數(shù)和乘以需要系數(shù)。不同類型的設(shè)備的視在功率，應(yīng)將其有功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別相加后求其均方根。 （1-4）經(jīng)過一周的實(shí)際考察統(tǒng)計(jì)，我對遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)的建筑物面積、寢室和路燈的規(guī)模做了統(tǒng)計(jì)，對葫蘆島校區(qū)的消防負(fù)荷和其他動(dòng)力負(fù)荷做了統(tǒng)計(jì)。結(jié)合所學(xué)的知識(shí)和前面的知識(shí)，列表如下：表1-1遼工大校區(qū)負(fù)荷項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表tablet.1-1 the load items

21、 statistics table of liaoning technical univercity建筑物名稱建筑面積 /平方米寢室、路燈 /個(gè)行政樓13000耘慧樓20000爾雅樓20000靜遠(yuǎn)樓30000浴池超市3000綜合樓5400一食堂5000二食堂5000路燈265公寓e669公寓c472公寓d424公寓a661公寓b681表1-2 遼工大校區(qū)其他動(dòng)力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表tablet.1-2 the other dynamic load statistics table of liaoning technical univerciy建筑物名稱設(shè)備 /數(shù)量動(dòng)力負(fù)荷 /kw需要系數(shù)行政樓電梯2臺(tái)1

22、10kw0.42浴池超市水泵2臺(tái)3kw0.75換熱站1水泵3臺(tái)165kw0.65換熱站2水泵3臺(tái)165kw0.65門衛(wèi)伸縮門3座1.5kw0.65表1-3 遼寧工大校區(qū)消防負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表tablet.1-3 the fire load statistics table of liaoning technical univerciy建筑物名稱5.5kw水泵 /臺(tái)2.2kw水泵 /臺(tái)需要系數(shù)行政樓221.0耘慧樓41.0爾雅樓41.0靜遠(yuǎn)樓41.0浴池超市21.0綜合樓21.0一食堂21.0二食堂21.0公寓e41.0公寓c31.0公寓d31.0公寓a41.0公寓b41.0體育場21.0根據(jù)上面可知，

23、在本次設(shè)計(jì)中，建筑物面積確定的建筑的照明及插座的計(jì)算容量，采用單位指標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算。在建筑物里同時(shí)有消防負(fù)荷和其他動(dòng)力負(fù)荷的時(shí)，將其他動(dòng)力負(fù)荷折合成消防負(fù)荷，即采取需要系數(shù)為1列表。1.2 校區(qū)負(fù)荷計(jì)算在負(fù)荷計(jì)算時(shí)，采用需要系數(shù)法對各個(gè)建筑進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力部分分開計(jì)算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算1。下標(biāo)d代表動(dòng)力，m代照明負(fù)荷，表具體步驟如下。 教學(xué)區(qū)供電建筑為：行政樓，靜遠(yuǎn)樓，耘慧樓，爾雅樓，變電站2，體育場，路燈，門衛(wèi)。公寓區(qū)供電建筑為：公寓a,公寓b，公寓c，公寓d，公寓e，食堂1，食堂2，浴池超市，綜合樓，換熱站1。取兩個(gè)供電區(qū)的同時(shí)需要系數(shù)為：，下標(biāo)j代表為“教學(xué)區(qū)”，下

24、標(biāo)g代表為“公寓區(qū)”，則全校區(qū)的計(jì)算負(fù)荷為：具體的參數(shù)如表1-4所示表1-4 遼工大校區(qū)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表tablet.1-4 the load statistics table of liaoning technical univercity配電編號用電建筑名稱負(fù)荷性質(zhì)建筑容量/kw 需要系數(shù)功率因數(shù)1行政樓動(dòng)力照明61.6 5201.00.600.750.620.80.852耘慧樓動(dòng)力照明224001.00.80.750.620.80.853爾雅樓動(dòng)力照明224001.00.80.750.620.80.854靜遠(yuǎn)樓動(dòng)力照明226001.00.80.750.480.80.855換熱站2動(dòng)力照明165

25、2.00.650.800.750.620.800.856體育場動(dòng)力照明4.41201.000.40.750.620.80.857路燈與門衛(wèi)動(dòng)力照明1.5610.650.550.750.620.800.858公寓e動(dòng)力照明22640.081.000.450.750.620.800.859公寓c動(dòng)力照明16.5482.621.000.450.750.800.8510公寓d動(dòng)力照明16.5433.541.000.450.750.620.800.8511公寓a動(dòng)力照明22675.901.000.450.750.620.800.8512公寓b動(dòng)力照明22696.351.000.450.750.620.8

26、00.8513換熱站1動(dòng)力照明1652.000.650.800.750.620.800.8514綜合樓動(dòng)力照明112161.000.750.750.620.800.8515浴池超市動(dòng)力照明6.651201.000.750.750.620.800.8516一食堂動(dòng)力照明4.42001.000.400.750.620.800.8517 二食堂動(dòng)力照明4.41201.000.400.750.620.800.851.3 無功功率補(bǔ)償 1）無功補(bǔ)償?shù)脑? 電網(wǎng)輸出的功率包括兩部分：一是有功功率；二是無功功率。直接消耗電能,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,熱能,化學(xué)能或聲能,利用這些能作功,這部分功率稱為有功功率;

27、不消耗電能;只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能,這種能作為電氣設(shè)備能夠作功的必備條件,并且,這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場占用的電能,電容器建立電場所占的電能.電流在電感元件中作功時(shí),電流超前于電壓90。而電流在電容元件中作功時(shí),電流滯后電壓90.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補(bǔ)償?shù)牡览怼?2）無功補(bǔ)償?shù)囊饬x12 a）補(bǔ)償無功功率,可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。 b）減少發(fā),供電設(shè)備的設(shè)

28、計(jì)容量,減少投資,例如當(dāng)功率因數(shù)cos=0.8增加cos4 = 0.95時(shí),裝1kvar電容器可節(jié)省設(shè)備容量0.52kw;反之,增加0.52kw.對原有設(shè)備而言,相當(dāng)于增大了發(fā),供電設(shè)備容量。因此,對新建,改建工程.應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償,便可以減少設(shè)計(jì)容量,從而減少投資。c）降低線損,由公式得出其中為補(bǔ)償后的功率因數(shù), 為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則。 ,所以提高功率因數(shù)后,線損率也下降了。減少設(shè)計(jì)容量,減少投資,增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例,以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.所以,功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢在必行。 3）無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t1 提高用電單位的自然功率

29、因數(shù),無功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償,分散補(bǔ)償和隨機(jī)隨器補(bǔ)償,應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃,合理布局,分級補(bǔ)償,就地平衡；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合,以分散補(bǔ)償主;高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合,以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則。由以上計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：,這時(shí)低壓側(cè)的功率因數(shù)為： 為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，則高壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，取： 。要使高壓側(cè)的功率因數(shù)由0.81，0.82提高到0.90以上，年平均有功負(fù)荷系數(shù)見民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊一般取0.70.75，這里取0.75。教學(xué)區(qū)變電所高壓壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=439.76，則補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)壓側(cè)的

30、視在計(jì)算負(fù)荷為： 變壓器的功率損耗為：變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：滿足（大于0.90）的要求。公寓區(qū)變電所高壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=491.32，則補(bǔ)償后變電所高壓側(cè)壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為： 變壓器的功率損耗為：變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：滿足（大于0.90）的要求。1.4 電容器的選擇1.4.1 并聯(lián)電容器組成提高功率因素原理2把電容并聯(lián)在電網(wǎng)中將取得超前電壓90度的無功電流，來補(bǔ)償用電設(shè)備中滯后于電壓的感性無功電流，使電網(wǎng)總功率因素得到提高1）補(bǔ)償前:在u作用下， （1-5）電流比電壓滯后角，很低。2）并聯(lián)電容器組后： （1-6）比超前/2，可

31、知與夾角，所以，即功率因數(shù)得到提高。1.4.2 電容器組接線方式的確定1 2 在工業(yè)企業(yè)采用并聯(lián)電容器來提高功率因數(shù)時(shí)，電容器裝設(shè)部位的補(bǔ)償方式分別有單獨(dú)補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和集中補(bǔ)償三種。為了提高功率因數(shù)，可采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償供電系統(tǒng)中所需的無功功率。因?yàn)橛薪雍蛓接兩種接線方式，而本設(shè)計(jì)采用接，原因如下所述：1）接可以防止由于電容器容量不對稱時(shí)，由于中性點(diǎn)位移而使有的相電壓欠壓，有的過電壓，從而造成電容器組燒毀的現(xiàn)象。2）若發(fā)生一相斷線時(shí)，只影響各項(xiàng)補(bǔ)償容量有所減少，不至于嚴(yán)重不平衡。接：如a相斷線，c=q/u，3組不變，1、2組變化。u減小c減小q減小。不會(huì)造成嚴(yán)重不平衡。y接：若2線路斷開，c

32、=0，1、2組不變，將造成嚴(yán)重不平衡，中性點(diǎn)位移。會(huì)使有的相電壓升高，而燒毀電容器組。3）接線可以充分發(fā)揮電容器組的補(bǔ)償能力。 （1-7） （1-8）綜上所述，電力電容器組采用接線。1.4.3 各相補(bǔ)償電容個(gè)數(shù)=439.76，=466.69。并聯(lián)電容器可選擇國家生產(chǎn)的系列電容器5bwf10.5-25-1， 25kvar的電容量。1）教學(xué)區(qū)變電所無功補(bǔ)償，則每相補(bǔ)償?shù)碾娙轂椋褐?，將所有補(bǔ)償放到10kv側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，把補(bǔ)償容量分為兩組電容去補(bǔ)償，考慮3相分配，取3的整數(shù)倍，n取21只，每相補(bǔ)償容量np=21/3=7只，考慮到分為兩段支路，即為2的倍數(shù)，則每段每相n=8/2=4只。即采用24個(gè)電容器，

33、每組每相用4個(gè)25kvar的電力電容器并聯(lián)進(jìn)行無功補(bǔ)償。2）公寓區(qū)變電所無功補(bǔ)償，則每相補(bǔ)償?shù)碾娙轂椋褐?，將所有補(bǔ)償放到10kv側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，把補(bǔ)償容量分為兩組電容去補(bǔ)償，考慮3相分配，取3的整數(shù)倍，n取21只，每項(xiàng)補(bǔ)償容量np=21/3=7只，考慮到分為兩段支路，即為2的倍數(shù)，則每段每相n=8/2=4只。即采用24個(gè)電容器，每組每相用4個(gè)25kvar的電力電容器并聯(lián)進(jìn)行無功補(bǔ)償。2 變壓器的選擇2.1 變電所的主要變壓器的運(yùn)行方式變電所主變壓器運(yùn)行方式主要有三種12，第一種是兩臺(tái)變壓器一使一備；第二種是兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作，這種又可以分為分列與并列兩種運(yùn)行方式，第三種是兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用，下面分

34、別敘述這中運(yùn)行方式的特點(diǎn)。1）兩臺(tái)變壓器一使一備（明備用）明備用，兩臺(tái)變壓器均按100%的負(fù)荷選擇，即一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。該運(yùn)行方式應(yīng)該說不夠經(jīng)濟(jì)，因?yàn)殡姌I(yè)部門是按照變壓器臺(tái)數(shù)及容量收取電費(fèi)而不管任意時(shí)刻有幾臺(tái)變壓器工作。因此說備用的那一臺(tái)也在無形中消耗費(fèi)用，所以這種方式只施用小型企業(yè)。2）兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作（暗備用）暗備用，每臺(tái)變壓器都按最大負(fù)荷的70%選擇，正常情況下，兩臺(tái)變壓器都參加工作，這是，每臺(tái)變壓器均承受總負(fù)荷的50%的負(fù)荷，變壓器在正常情況下的負(fù)荷采集為50%/70%70%,完全滿足經(jīng)濟(jì)工作要求。在故障情況下，由于0.75，所以可以過負(fù)荷1.4倍，6h，連續(xù)五天，即1.470%1

35、00%,承擔(dān)全部最大負(fù)荷。暗備用分為列運(yùn)行和并列運(yùn)行。分列運(yùn)行：其優(yōu)點(diǎn)是短路電流??；繼電保護(hù)裝置簡單便宜，沖擊負(fù)荷電壓波動(dòng)的影響面積小。并列運(yùn)行：其優(yōu)點(diǎn)12如下a）提高供電可靠性。當(dāng)某臺(tái)變壓器運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，而從系統(tǒng)中迅速切除后，并列運(yùn)行的其他變壓器可繼續(xù)供電，這一點(diǎn)對用戶的一級重要負(fù)荷來說，尤為重要。b）有利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器并列運(yùn)行時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化和需要，靈活調(diào)節(jié)投入的臺(tái)數(shù)及容量，避免變壓器承擔(dān)過重負(fù)荷或過輕負(fù)荷，降低電壓損耗，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。c）便于安排計(jì)劃檢修。當(dāng)某臺(tái)變壓器需要檢修時(shí)，可以根據(jù)負(fù)荷需要先并列上一臺(tái)變壓器，再將需要檢修的變壓器停下來，達(dá)到檢修供電兩不誤。d）

36、減少初期投資。變電所的負(fù)荷，一般總是逐漸增加起來的，如果采用變壓器并聯(lián)運(yùn)行方式，可以根據(jù)負(fù)荷的發(fā)展分期安裝多臺(tái)變壓器，從而減少了基建工程的初期投資。3）兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用。該方式變壓器臺(tái)數(shù)較多，開支較大，大多用于特大型工礦企業(yè)。因此，比較看來，我們選兩臺(tái)變壓器采用并列運(yùn)行為益。綜合分析，可知兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行方式時(shí)，可以提高供電的可靠性，有利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，便于安排計(jì)劃檢修，減少初期的投資。 綜上所述，結(jié)合遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用暗備用，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行方式。2.2 變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量選擇根據(jù)本校的建筑規(guī)劃情況，根據(jù)下表做變壓器容量的計(jì)算與選擇。表2-1 變壓器配置

37、表tablet.2-1 the transformer configuration table變電名稱供電建筑名稱j變電靜遠(yuǎn)樓，耘慧樓，換熱站2j支變1爾雅樓j支變2行政樓，路燈與門衛(wèi)j支變3體育場g變電公寓c，公寓b，食堂1，綜合樓，浴池超市g(shù)支變1公寓eg支變2公寓a，換熱站1g支變3公寓d，食堂22.3 變電所變壓器臺(tái)數(shù)的選擇變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器同時(shí)運(yùn)行：有一級或二級負(fù)荷；季節(jié)性負(fù)荷變化較大；集中負(fù)荷較大。結(jié)合學(xué)校的情況，考慮到二級重要負(fù)荷的供電安全可靠，故選擇兩臺(tái)變壓器。2.4 變電所變壓器容量選擇這里設(shè)為教學(xué)區(qū)變電所

38、的視在容量，為公寓區(qū)變電所的視在容量。因?yàn)樽冸娝鶠榕R近的建筑物提供400v的電源供電，這就需要考慮到這些建筑物的同時(shí)需要系數(shù)。根據(jù)民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊，所以取建筑物之間的同時(shí)需要系數(shù)為：，。裝單臺(tái)變壓器時(shí)，其額定容量應(yīng)能滿足全部用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，考慮負(fù)荷法留有一定的容量的裕度，兵考慮變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行1，即每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：1）任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足：2）任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足：，即滿足全部一、二級負(fù)荷需求。考慮到遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)的未來的建設(shè)發(fā)展，存在一定的修改變化，又因做此設(shè)計(jì)的目的在于對四年學(xué)到的知識(shí)做一次系統(tǒng)的掌握和檢驗(yàn)，故對變壓器的選擇只

39、對遼工大現(xiàn)在存在的負(fù)荷，進(jìn)行變壓器選型。取=800 ，=800。考慮到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為s7系列三相油浸自冷式銅線電力變壓器，參考到兩個(gè)供電區(qū)變電所的參考容量相近，所以教學(xué)區(qū)、公寓區(qū)變電所均采用s7-800/106。表2-2 變電所變壓器s7-800/10tablet.2-2 the main transformer of teaching zone s7-800/10變壓器型號額定容量額定電壓/kv損耗/kw阻抗電壓/%空載電流/%聯(lián)結(jié)組型號總重/公斤高壓低壓空載負(fù)載s7-800/10800100.41.57.250.8y/y0-1230002.5 支路變壓器的選擇由前面的計(jì)

40、算數(shù)據(jù)可知，具體計(jì)算選擇如下，這里的建筑物之間的同時(shí)需要系數(shù)78為：，。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)選取變壓器型號，見下表。表2-3支路變壓器選型表tablet.2-3 the slip of transformer selection table變電名稱實(shí)際負(fù)荷容量 /變壓器型號j支變1s7-400/10j支變2s7-500/10j支變3sl7-63/10g支變1s7-400/10g支變2s7-500/10g支變3s7-315/103 變電所主接線方式3.1 電氣主接線的概述變電所主接線(一次接線)表示變電所接收、變換和分配電能的路徑。它由各種電力設(shè)備(隔離開關(guān)、避雷器、斷路器、互感器、變壓器等)及其連

41、接線組成。通常用單線圖表示。主接線是否合理,對變電所設(shè)備選擇和布置,運(yùn)行的靈活性、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,以及繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系。它是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。 在圖上所有電器均以新的國家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號表示，按它們的正常狀態(tài)畫出。所謂正常狀態(tài)，就是電器所處的電路中既無電壓，也無外力作用的狀態(tài)。對于圖中的斷路器和隔離開關(guān)，是畫出它們的斷開位置。在圖上高壓設(shè)備均以標(biāo)準(zhǔn)圖形符號代表，一般在主接線路圖上只標(biāo)出設(shè)備的圖形符號，在主接線的施工圖上，除畫出代表設(shè)備的圖形符號外，還應(yīng)在圖形符號旁邊寫明設(shè)備的型號與規(guī)范。從主接線圖上我們可了解變電所設(shè)備的電壓、電流的流向、設(shè)備的型號和數(shù)量、變電所的規(guī)模及設(shè)

42、備間的連接方式等，因此，主接線圖是變電所的最主要的圖紙之一。3.2 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則和要求3.2.1 電氣主接線的設(shè)計(jì)原則1）考慮變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求也不同。2）考慮近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模變電所主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)五到十年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小及分布負(fù)荷增長速度和潮流分布，并分析各種可能的運(yùn)行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源數(shù)和出線回?cái)?shù)。3）考慮用電負(fù)荷的重要性分級和

43、出線回?cái)?shù)多少對主接線的影響對一級用電負(fù)荷，必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，應(yīng)保證全部一級用電負(fù)荷不間斷供電；對二級用電負(fù)荷，一般要有兩個(gè)電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，能保證大部分二級用電負(fù)荷供電，三級用電負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。4）考慮主變臺(tái)數(shù)對主接線的影響變電所主變的容量和臺(tái)數(shù)，對變電所主接線的選擇將會(huì)產(chǎn)生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性的要求低。5）考慮備用容量的有無和大小對主接線的影響發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負(fù)荷突增、

44、設(shè)備檢修、故障停運(yùn)情況下的應(yīng)急要求。電氣主接線的設(shè)計(jì)要根據(jù)備用容量的有無而有所不同，例如，當(dāng)斷路器或母線檢修時(shí)，是否允許線路、變壓器停運(yùn)；當(dāng)線路故障時(shí)是否允切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。3.2.2 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求12變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴(kuò)建等要求。1）可靠實(shí)用所為可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐。經(jīng)過長期運(yùn)行實(shí)踐的考驗(yàn)，對以往所采用的主接線經(jīng)過優(yōu)

45、選，現(xiàn)今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對供電可靠性的影響。同時(shí)，可靠性不是絕對的，而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。2）運(yùn)行靈活主接線運(yùn)行方式靈活，利用最少的切換操作，達(dá)到不同的供電方式。根據(jù)用電負(fù)荷大小，應(yīng)作到靈活的投入和切除變壓器。檢修時(shí)，可以方便的停運(yùn)變壓器、斷路器、母線等電氣設(shè)備，不影響工廠重要負(fù)荷的用電。3）簡單經(jīng)濟(jì)在滿足供電可靠性的前提下，盡量選用簡單的接線。接線簡單，既節(jié)省斷路器、隔離開關(guān)、電流和電壓互

46、感器、避雷器等一次設(shè)備，使節(jié)點(diǎn)少、事故和檢修機(jī)率少；又要考慮單位的經(jīng)濟(jì)能力。經(jīng)濟(jì)合理地選用主變壓器型號、容量、數(shù)量，減少二次降壓用電，達(dá)到減少電能損失之目的。4）操作方便主接線操作簡便與否，視主接線各回路是否按一條回路配置一臺(tái)斷路器的原則，符合這一原則，不僅操作簡便、二次接線簡單、擴(kuò)建也方便，而且一條回路發(fā)生故障時(shí)不影響非故障回路供電。5）便于發(fā)展設(shè)計(jì)主接線時(shí)，要為布置配電裝置提供條件，盡量減少占地面積。但是還應(yīng)考慮工廠企業(yè)的發(fā)展，有的用戶第一期工程往往只上一臺(tái)變壓器，經(jīng)35年后，需建設(shè)第二臺(tái)主變壓器，變電所布局、基建一般都是根據(jù)主接線的規(guī)模確定的。因此，選擇主接線方案時(shí)，應(yīng)留有發(fā)展余地。擴(kuò)建

47、時(shí)可以很容易地從初期接線過度到最終接線。3.3 變電所主變壓器的一次側(cè)接線方式接線圖：表示電氣設(shè)備的元件與相互間連接順序的圖。接線圖分為兩類：即二次接線圖及主接線圖。為了保證對一、二級負(fù)荷進(jìn)行可靠供電，在企業(yè)變電所中一次側(cè)主接線廣泛采用由兩個(gè)電源、進(jìn)線和裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的橋式主接線。橋式主接線包括：內(nèi)橋、外僑兩種形式13。內(nèi)橋接線：內(nèi)橋主要優(yōu)點(diǎn)是方便檢修線路，內(nèi)橋用在并聯(lián)工作是某一元件故障以減小電壓損失，其倒換線路操作方便，設(shè)備投資少，占地面積較少。缺點(diǎn)是：操作變壓器和擴(kuò)建不方便，故適用于進(jìn)線距離長，線路故障多，變壓器切換少的場所。內(nèi)橋接線由兩臺(tái)受電線路的續(xù)路器組成，主變壓器與一次母線由隔離開關(guān)

48、聯(lián)結(jié)。如圖3-1中的（a）所示。外僑接線：這種接線方式適用于供電線路較短，線路切換較少的變電所，適用于向一二級供電情況，變電器需經(jīng)常切換且負(fù)荷穩(wěn)定的變電所，這些都是由于這種接線方式的優(yōu)點(diǎn)所決定的，如對變壓器切換方便，比內(nèi)橋少兩個(gè)隔離開關(guān)，投資少，占地面積小。繼電保護(hù)簡單，易于過度觀察全橋接線。缺點(diǎn)是：倒換線路時(shí)，操作不方便，變電所一次側(cè)無接線保護(hù)。所以適用于進(jìn)線短而倒換次數(shù)少或變壓器采取經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要經(jīng)常切換的終端變電所以及可能發(fā)展為有穿越負(fù)荷的變電所。外橋接線由主變電器一次側(cè)兩斷路器和外橋上的聯(lián)絡(luò)斷路器組成，進(jìn)線由隔離開關(guān)受電。如圖3-1中（b）所示。 a 內(nèi)橋一次側(cè)接線方式 b 外橋一次側(cè)接線方式 圖3-1變電所一次側(cè)主接線方式示意圖fig.3-1 the first side of substation main connection diagram根據(jù)以上敘述，由于遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)變電所只做定期的檢查和維護(hù)，電源進(jìn)線故障不多，倒換次數(shù)少，經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理，建設(shè)投資少，設(shè)備少，維護(hù)方面等條件，所以本設(shè)計(jì)采用了外橋接線的方式。3.4 變電所變壓器二次側(cè)接線方式二次側(cè)接線方式主要用母線制，母線制有三種可分為單母線、單母線分段、雙母線接線三種方式24。母線制與進(jìn)線的回路