密级：

　公开

　 科学技术学院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

　学 士 学 位 论 文

　THESIS

　OF

　BACHELOR （2014 — 2018年）

　题

　 目

　某化纤厂厂用变电站电气设计

　 学 科 部：

　 信息学科部

　 专

　业：

　电气工程及其自动化

　班

　级：

　电气141班

　学

　号：

　 7022814003

　 学生姓名：

　 姚凌锋

　 指导教师：

　 许仙明

　 起讫日期：2017年12月2日—2018年5月27日

　 南昌大学 科学技术学院 学士学位论文原创性申明

　本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

　作者签名：

　 日期：

　学位论文版权使用授权书

　本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

　本学位论文属于 保

　密 □，在

　 年解密后适用本授权书。 不保密 □。

　（请在以上相应方框内打“√” ）

　作者签名：

　 日期：

　导师签名：

　 日期：

　目录

　摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第一章 绪论 1 1.1设计变电所的意义 1 1.2数据参数 1 1.3车间变电所位置的确定 1 1.4变电所型式 2 1.5电压等级确定 2 第二章 负荷计算主变选择与主接线图的确定 3 2.1 数据统计 3 2.2计算负荷 3 2.3 变压器选择 5 2.4 接线设计要求 7 2.5 主接线方案实际绘制出图 7 第三章 设备校验选择 9 3.1 电气设备选择 9 3.1.1 元件的选择校验 9 3.2高低压侧设备选择 10 3.3进出线校验 11 3.3.1选择类型 11 3.3.2截面选择 12 3.3.3热稳定校验： 12 3.4.4热稳定校验 12 第四章 短路计算与保护 13 4.1短路电流的计算 13 4.2继电保护 15 4.3避雷方式 15 总结 16 致谢 17

　 某化纤厂厂用变电站设计 专业：电气工程及其自动化

　 学号：7022814003

　学生姓名：姚凌锋

　指导教师：许仙明

　摘要：变电所的设计是关系到一座工厂能否正常运转的关键所在，好比是人的骨架，需要为其搭建好骨架才能完全发挥出工厂的生产能力，而设计变电所，需要具备相应的知识技能，这些是要自身去学习掌握的，去查找相关书籍。此外，在设计的时候，不应该闭门造车，要学会合理利用资源，学会像别人请教，懂得达者为先的道理。 因为设计的服务对象是化纤厂，涉及到化学品的工厂在设计的时候还要注意到这类工厂的设计经验，尽量避免一些安全隐患，在设计这个源头上就去杜绝危险的发生，降低损失和耗能，也是一条设计的思路。

　 关键词：变电所、电气设计 Substation design for a chemical fiber plant

　Abstract:The design of a substation is the key to the normal operation of a factory. It is like the skeleton of a man. It needs to build a good skeleton for the factory to fully produce the production capacity of the factory, and the design of a substation requires the corresponding knowledge skills. In addition, when designing, we should not create a closed door, learn to make rational use of resources, learn to consult others, and understand the principle of being first. Because the designed service object is the chemical fiber factory, the factory involved in the chemical design should pay attention to the design experience of this kind of factory in the design, try to avoid some hidden dangers as far as possible. It is also a design idea to eliminate the dangerous occurrence, reduce the loss and energy consumption in the design of the source.

　Key words: substation,electrical design

　第一章 绪论

　1.1设计变电所的意义 发电站发出的电要时直接用远距离输电，直接输送到该化纤厂处，线路上的电流会很大，而且电能的损耗也会很严重，同时，输送到化纤厂附近的时候，电压还是很大的，有几十上百千伏，是无法直接使用的，此时，就需要设置一个变电站，将配电线路上的电压降低至0.4kV 以方便工厂使用。 1.2数据参数 　　(1) 工厂总平面图1.1,

　图1.1 江南化纤厂总平面图(1cm=200m) （2）供电电源情况:本厂可由东南方22公里处的城北变电所110/38.5／11kV，50MVA变压器供电，可选择电源电压。另外，距离10kV的备用电源可以采用6公里的其他工厂，但容量只能满足工厂30%的重要负荷。平时不允许投入使用。　　 （3）电源的短路容量（城北变电所）：35KV母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10KV母线的出线断路器断流流量为350MVA。 　　（4）供电局要求的功率因数：当35kV供电时，变电站高压侧的COS需要大于0.9在10kV供电时，变电站高压侧的COS需要大于0.95 1.3车间变电所位置的确定

　 根据实际负荷，设计安装3个车间变电所，分别设计为：

　 变电所一号提供纺织提炼车间与烧水锅炉房间的电力供应；2号为原液车间供电；3号为其他地方供电 1.4变电所型式

　 实际上化工厂的配电设施一般是独立和附设式结合使用，为保证空间的利用率和安全可靠性，设计变电所型式如下图所示：

　图1.2 变电所型式 1.5电压等级确定 任务书中提出，距离该化纤厂22KM处有一座城北变电所，可以提供电压等级为110kV\38.5kV\10kV的电压，同时，在与该化纤厂相距六公里的地方，有一处其他工厂，可以为化纤厂提供10kV的备用电源，但是，该处的10kV电压只能作为备份，只在该化纤厂出现了主要电源的故障或是检修的时候，才会投入使用，并且此处工厂所提供的十千伏备用电源只可以满足该化纤厂30%的重要负荷，这点是需要特别注意的。 根据所给出的数据，查阅资料得知相应电压等级所对应的输送距离和负载情况 表1.1 负载情况 额定电压 线路结构 输送功率 输送距离 10 架空线路 3000以下 15至8 35 架空线路 2000至10000 50至20 110 架空线路 10000至50000 150至50

　第二章 负荷计算主变选择与主接线图的确定

　2.1 数据统计 该化纤厂负荷情况如下表2.1所示： 表2.1 化纤厂负荷情况 序号 车间设备名称 安装容量（KW） Kd tan 1 纺炼车间

　纺丝机 200 0.80 0.78 筒绞机 30 0.75 0.75 烘干机 85 0.75 1.02 脱水机 12 0.60 0.80 通风机 180 0.70 0.75 淋洗机 6 0.75 0.78 变频机 840 0.80 0.70 传送机 40 0.80 0.70 小计 1393

　 2 原液车间照明 1200 0.75 0.70 3 酸站照明 200 0.65 0.70 4 锅炉房照明 290 0.75 0.75 5 排毒车间照明 180 0.70 0.60 6 其它车间照明 300 0.70 0.75

　2.2计算负荷 1.纺丝机：

　筒搅机：

　 烘干机：

　脱水机：

　通风机：

　淋洗机：

　变频机：

　传送机：

　合计：

　2.照明 原液车间：

　排毒车间：

　其他车间：

　 酸站:

　锅炉房：

　 小计：

　 根据规划要求的十年发展中年增长率达到百分之二，可知

　2.3 变压器选择 1.按照设计，该厂变电所将分为三处，分别为其配置变压器 （1）1号变电所 ，

　 计算无功补偿：

　 、

　合乎要求

　 查阅资料，选择型变压器两台【s】

　（2）2号变电所

　合乎要求

　 查阅资料，选择变压器两台 （3）3号变电所

　 ，

　 计算无功补偿：

　 根据查阅而得的资料文献数据，可以很容易知道，需要选择的两台变压器为 2.4 接线设计要求 ·对原始资料分析 a.实际工程情况 设计主要变电所和变电节点的型式，以及所需的数量 b.关注系统与系统间关系

　未来五到十年的系统规划，以确定其与电网系统的联网情况 c.负载与接线设计要匹配

　该工厂的机械设备、用电器的用电情况，以确定需要设计多大的容量的系统 d.地缘环境的风险

　 依据任务书中给出的环境条件去考虑，对照着去设计接线中的变配电 e.电气设备比对择优

　查阅资料，比对各类电气设备的性能，按照可靠安全耐用维修便捷的原则从中选择 2.方案设计

　 严格依照任务书上给定的数据参数，来设计主接线方案 3.计算比对，规避风险

　 计算各处短路电流，可以在设计接线时，可以规避开一些地形条件所带来的具有风险，即可能导致电力系统短路的问题 4.按照实际需求选择电气设备

　 根据之前确定的三十五千伏的电压等级去选择相对应的电流互感器、高压断路器等电气设备 5.绘制电气主接线图

　 使用绘图工具，并按照电气设计规范来绘制出合格的电气主接线图

　2.5 主接线方案实际绘制出图

　 图2.1 主接线初步设计方案

　 第三章 设备校验选择

　3.1 电气设备选择 变电所设计需要的电器元件有电流互感器、电压互感器、隔离开关、变压器、避雷器等

　根据实际情况进行选择，同时保证所选的电器元件、设备拥有可靠安全耐用维护简便等优点。 同时查找到相应的电气设备编号，得到数据参数，开始着手绘制图纸

　 3.1.1 元件的选择校验 （1）电压互感器的校验

　 由于电压互感器由熔断器进行保护，所以不需要进行动稳定和热稳定的校验。只需要按照需求选择合适的电压互感器就可以了。

　 一般来说，三十五千伏的分配电力的系统使用油浸绝缘的结构的电压互感器。 （2）电流互感器的校验

　 动稳定：

　热稳定：

　（3）避雷器的校验

　 最大通过电压： 避免最大通过电压大于避雷器的工作电压 （4）断路器的校验

　断路器的选择要服从这些技术条件：

　3.2高低压侧设备选择 严格按照电气设计规范手册里的技术参数与要求来选择设备，而不是依据自己的想象来凭空臆断来确定用什么设备，高低压侧设备的选择有着其自己的一套严谨而与时俱进的一套标准与规范，这并不是某一个个体或者是某一位工程师的成果，而是无数行业内的工程师共同努力的成果，所以，作为后来者的我，更加需要遵循这一套体系下的选择标准去按照需求来选择我设计的这套化纤厂变电站所需要的高低压侧电气设备了。 根据电气设计规范手册里的要求，经过查表与计算，得出了一系列数据和参数，这些参数的得来不易，为方便审阅这份论文的老师们，我将这些内容都汇总制成表格一览了 表3.1 35kV高压侧 计算结果

　 表3.2 10kV中压侧 计算结果

　表3.3 0.4kV低压侧 计算结果

　3.3进出线校验 3.3.1选择类型

　 截流的导体相对来说，一般都是会去选择铝质的材料单额，但是考虑到该厂是涉及到腐蚀性相对严重的化纤厂，所以可以选用铜制材料。

　 同时，当整个变电站的工作回路正常运转的电流在四千安及以下时，常识上都是选择矩形的导体，因为这种形状的导体散热性能不错，还有一定的机械强度，这样方便固定和连接 3.3.2截面选择 （1） 软母线的截面 按照经济电流密度选择

　（2） 硬母线的截面

　 按照最大的持续工作电流选择

　3.3.3热稳定校验：

　 经查表，得知LGJ-35在环境温度为三十摄氏度时 ，温度校正系数

　符合条件 3.4.4热稳定校验

　 由于硬母线一般用在电压相对来说不那么高的分配电力的系统里，所以选择的是软母线，而软母线不需要进行热稳定校验。

　第四章 短路计算与保护

　4.1短路电流的计算

　图4.1 等效电路图

　标幺值：

　 ，， （1） 系统：

　 （2） 线路：

　三相短路电流、短路容量计算 （1）标幺值：

　（2）周期分量有效值：

　（3)短路容量：

　 标幺值： ，， （1）系统：

　（2）线路：

　 （3）变压器：

　 三相短路电流短路容量： （1）标幺值：

　 （2）周期分量有效值：

　 （3）短路容量：

　标幺值： ，，

　(1)系统：

　(2)线路：

　(3)变压器（35\11kV）：

　 (4)架空线路：

　 (5)变压器（11\0.4kV）：

　三相短路电流短路容量：

　 标幺值：

　周期分量有效值：

　短路容量：

　4.2继电保护

　保护的目的是为了能在系统故障时及时切断该部分的供电，确保其他部分能正常工作；为了能在系统异常工作时，发出警告，提醒相关人员及时对异常工况进行处理

　常见继电保护手段有以下几种： 1.过电流保护：在故障点与电源间直接连接的电气设备电流会增大 2.低电压保护：系统故障相的相电压或相间电压会下降，离故障点越近，电压降低越多 3.距离保护：供电网络运行无误时，负荷阻抗Z的数值会较大。供电网络遇到短路的情况时，保护继电保护装置安装点到电源处的阻抗Z会较小 4.方向保护：短路时，电流电压之间的相位角会发生变化，有二十度到六十至八十度 5.零序保护：接地故障时产生零序分量，非对称时产生负序分量 6.瓦斯保护、压力释放、过热保护：都是利用非电气量的变化接通继电器相应的节点动作，触发信号或者跳闸 4.3避雷方式

　查阅GB-50057-2010建筑物防雷设计规范得知，该化纤厂为一类防雷建筑物，所以在设计防雷方式的时候，要根据规范来严格执行。

　 总结

　经过相当长的一段时间的努力，在我的导师许仙明的帮助辅导之下，完成了一份还算完整的毕业论文。在老师的带领下，学习的不只是书本上的知识，还有很多与我们电气行业息息相关的一些行业准则与行为规范，这和之前三年在学校里的学习是完全不同的。我想大概是这样的，毕竟是将要踏上社会的毕业生了，要求自是不能像之前那样的宽松了，这样不仅仅是对自己的不负责，同时，还是在挥霍自己的最后一段学生的时光，这些事情现在想起来不会那样的懊悔，不过拿来类比高中向大学的那段时间就会知道了，挥霍时间只是让自己现在过得舒服一些，心安理得一些，懊悔和不甘总是会伴随着接下去的一个阶段的，这并不是随便说说的，只是纯粹的见得多了罢了。言归正传，电气行业作为国民经济命脉的支柱，重要性不言而喻，现代社会的设备等等大多都是依靠电力来支持的，有幸高考的志愿填报的电气，也有幸在学校学习涉猎了四年的电气知识。哪怕今后不在从事电气相关行业，也会是一段很好很好的阅历了，见识过葛洲坝的壮阔和精密，也见识过三峡的宏大，也很知足了，这会是一生都值得铭记且愿意向后辈去面授的机宜。 编写论文的过程，可以比喻为一场苦修，因为这可能是学习生涯的一份素描。整个学习的生涯，不就是为了达成学习的目的而去通宵达旦的苦熬，这对阅历不深，涉世尚浅的广大学子来说，又何尝不是学习这位导师向我们悄然展开了人生这幅五味杂陈画卷的一角了？凡事只怕你去钻研。曾记得一位行业的顶峰说过，我的成就并不如何出彩，任何人只要在一个行业兢兢业业摸爬滚打四十年，你也成为了专家了。这也能说成是一切事情其实都不难的，只要是自己把心放在上面去，耐心的打磨钻研，何愁不成事？

　 参考文献（references）： [1] 赵德申.供配电技术应用[M]北京：高等教育出版社，2004.7

　[2] 电气设计规范手册GB/T6451-2008[s]

　 [3] GB-50057-2010建筑物防雷设计规范[s] [4] 陈小虎.工厂供电技术[M].高等教育出版社，2006年5月第2版 [5] 江文,许慧中.供配电技术[M].机械工业出版社，2005年8月第1版 [6] 李显全.维修电工[M].中国劳动社会保障出版社，2006年1月第1版 [7] 李宗纲，刘玉林.工厂供电设计[M].高等教育出版社，2003年2月第2版 [8] 钟大文.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M].北京:水利电力出版社，1989年P7～P16

　[9] 朱声石.高压电网继电保护原理与技术(第三版)[M].北京:中国电力出版社，2005年P20～P80 [10] 钟松茂，李火元.电力系统继电保护设计指导[M].北京:中国电力出版社，1996年7月P3～P76

　致谢

　感谢我的导师许仙明的耐心指导，否则以我这惫懒性子，不定哪天才能完成这份论文，其次感谢在我完成论文过程中给与帮助的同学们，最后要感谢审阅的老师们能耐心看到最后，文彩不算好，质量也不上乘，仅仅是花了时间去写去找资料去整合。 同时也要感谢这四年里遇见的人和事，不单单只是作为一件件已经发生的事情而刻印在我的心里面，反而时因为这些发生过的一桩桩一件件事情丰富了自己的阅历和见识，和自己同一个年龄段却来自天南海北，从小到大接触的层面完全不同的这样一群人。若非亲身经历，也不曾想到能够碰撞出这样多的火花，也不会想到，自己留下了那么多光影的回忆，在翻阅这四年里留下的照片时，发现不知不觉间，自己已经做了这么多的事情啊，原来我们不只是同过窗了，曾一起笑得像个傻子，曾一起顶着毒辣的太阳去做过志愿者，也曾一个念起，就跑到江滩边去疯玩。 感谢有你们，让这样一个四年不曾有过半点枯燥乏味。我很开心，有你们。

　 附图