电气工程及自动化毕业论文设计毕业设计目录1 绪论 (1)1.1 论文背景及目的 (1)1.2 论文研究方法 (1)1.3 供电设计的主要容 (1)2 负荷计算与无功功率补偿 (2)2.1 负荷计算 (2)2.1.1 负荷计算的意义 (2)2.1.2 按需要系数法确定计算负荷 (2)2.1.3 6kV负荷计算 (3)2.1.4 NO.1~NO.5变电所380V负荷计算 (3)2.2 无功补偿计算 (4)2.2.1 确定补偿容量 (4)2.2.2 补偿后的功率因素 (6)3 变压器选择与主接线方案的设计 (8)3.1 选择降压变压器 (8)3.1.1 35kV/6kV变压器的选择 (8)3.1.2 6kV/380V变压器的选择 (9)3.2 工厂主接线方案的比较 (10)3.2.1 工厂总降压变电所高压侧主接线方式比较 (10)3.2.2 工厂总降压变电所低压侧主接线方式比较 (10)3.2.3 工厂总降压变电所供配电电压的选择 (11)3.3 总降压变电所电气主接线设计 (11)3.4 高低压配电柜选择 (11)4 短路电流计算 (13)4.1 短路计算的意义 (13)4.2 短路计算 (13)5 电气设备选择 (15)5.1 电气设备选择与校验的条件与项目 (15)5.2 设备选择 (15)5.2.1 断路器的选择 (15)5.2.2 隔离开关的选择 (17)5.2.3 高压熔断器选择 (18)5.2.4 电压互感器的选择 (19)5.2.5 电流互感器的选择 (20)5.3 母线与各电压等级出线选择 (23)5.3.1 6kV母线的选择 (23)5.3.2 选择35kV线路导线 (25)5.3.3 6kV出线的选择 (26)6 继电保护选择与整定 (32)6.1 35kV侧电压互感器二次回路方案与继电保护的整定 (32)6.1.1 35kV主变压器保护 (32)6.1.2 6kV变压器保护 (35)6.1.3 6kV母线保护 (36)6.1.4 6kV出线保护 (36)7 防雷保护与接地装置的设计 (39)7.1 防雷保护设计 (39)7.2 接地装置设计 (39)结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录A 设计计算书 (44)附录B 主接线图 (54)1 绪论1.1 论文背景及目的电能是一种清洁的二次能源。
由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。
在目前各种形式的能源中，电能具有如下特点：易于去其它形式的能源相互转化；输配电简单经济；可以精确控制、调节和测量。
因此，电能在工业生产和人民日常生活中得到广泛应用，生产和输配电能的电力工业相应得到极大发展。
本论文主要对冶金机械修造厂进行全面的配电系统设计。
1.2 论文研究方法对与冶金厂全厂总降压变电站及配电系统设计这个题目，要结合基本理论的系统性与实用性，围绕供电技术的基本知识来确认工程设计的方法。
对论文每一步都一定要遵循国家的线性技术标准和设计规来设计。
1.3 供电设计的主要容供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、地区供电条件、工程设计所提供的用电负荷资料进行的。
供电设计一般分两个阶段，可研设计阶段和施工图设计阶段。
可研设计主要落实供电电源及供电方式，确定供电系统的方案；施工图设计阶段是落实初步设计的方案具体绘制主接线图。
本篇设计论文的容有：先按照设计所提供的用电设备资料来计算负荷；通过进行无功补偿来提高系统的功率因素；根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供电方式；根据环境和计算负荷来选择变电所位置、变压器数量和容量；确定变配电所的最佳主接线的方案；选择并校验电气设备及配电网络载流导体截面；继电保护系统设计和参数整定计算；对系统进行防雷设计和接地设计；归纳设计的计算部分编成计算书；绘制供电系统主接线图。
2 负荷计算与无功功率补偿 2.1 负荷计算 2.1.1 负荷计算的意义计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。
由于载流导体一般通电半小时后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为发热条件选择电器元件的计算负荷。
有功负荷表示为P 30，无功计算负荷表示为Q 30，计算电流表示为I 30。
用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法。
需要系数法是世界各个普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。
关于以概率轮为理论基础而提出的用以取代二项式发达利用系数法，由于其计算比较繁复而未能得到普遍应用，所以只介绍需要系数法与二项式法。
当用电设备台数多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算。
当用电设备台数少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算。
根据原始资料，用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算[1]。
2.1.2 按需要系数法确定计算负荷根据原始资料分析，本论文负荷是多组用电设备计算，所以，要根据多组用电设备计算负荷的计算公式来计算。
有功计算负荷的计算公式[9]：3030p i P K P ∑=⨯∑(2.1)式中30i P ∑—所有设备组有功计算负荷P 30之和； p K ∑—有功符合同时系数，本文资料有提供为0.9无功计算符合（单位为kVar ）的计算公式：3030Q =P tg θ⨯(2.2)式中tg θ—对应于用电设备组功率因数cos θ的正切值，本设计资料有提供。
视在计算负荷（单位为kVA ）的计算公式：30S =(2.3)计算电流（单位为A ）的计算公式：30S I = (2.4)2.1.3 6kV 负荷计算6kV 车间包括铸钢车间、铸铁车间、空压站，我们可以根据需要系数法计算各车间的有功功率、无功功率、容量与工作电流。
计算过程在附录A 设计计算书中。
把所有结果归纳得出下面的表2.1。
2.1.4 NO.1~NO.5变电所380V 负荷计算 380V 变电所包括：1号车间：铸钢车间。
2号车间：铸铁车间、砂库。
3号车间：铆焊车间、1#水泵房。
4号车间：空压站、机修车间、锻造车间、木型车间、制材场、综合楼。
5号车间：锅炉房、2#水泵房、仓库（1、2）、污水提升机。
根据以上的公式，我们可以算出各车间变电所的负荷，计算过程在附录A 设计计算书中。
结果所得工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见表2.2。
表2.1 各车间6kV 负荷结果表表2.2 各车间380V负荷结果表2.2 无功补偿计算2.2.1 确定补偿容量根据本资料所给的条件：工厂最大负荷时的功率因数值在0.9以上，所以必需采用并联电容器来采取无功补偿。
供电系统中装设无功功率补偿装置以后，对前面线路和变压器的无功功率进行了补偿，从而使前面线路和变压器的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流得以减小，功率因素得以提高[2]。
补偿前功率因数：1cos P Sϕ= (2.5)14912.4cos 0.766440.1P S ϕ===85.01=ϕtg补偿后功率因数：根据系统要求，变压器高压侧的功率因数应大于0.9。
因此变电所低压侧补偿后的功率因数可取：22cos 0.950.329tg ϕϕ==补偿容量：3012()c Q P tg tg ϕϕ=-(2.6)3012()4912.39(0.850.392)2630var c Q P tg tg k ϕϕ=-=⨯-=取标准值Qc=2700kvar 。
5126.2S kVA ==根据上面的计算可以初步选出主变压器： 可选变压器S9-6300/35。
6300N S kVA = %0.7I =7.9Fe P = 34.5Cu P =补偿后总降压变电所低压侧计算负荷： 有功功率补偿前后不变：3030'4912.4P P kW ==无功功率变化为：3030'4164.627001464.6var C Q Q Q k =-=-=视在功率变化为：30'5126.2S kVA === 其中Qc 为无功补偿。
30230'4912.4cos 0.958'5126.2P Q θ=== 损耗计算：变压器是一种能量转换装置，在转换能量过程中必然同时产生损耗。
变压器的损耗可以分为铁损耗和铜损耗。
变压器的基本铁损耗就是主磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗。
变压器的基本铜损耗是指电流流过时所产生的直流电阻损耗。
我们可以同过查询变压器得到空载损耗和短路损耗，也就是铁损耗和铜损耗。
通过查阅文献[3，40—43]，可得功率损耗公式： 2b Fe Cu P P P β∆=+⨯(2.7)Fe P —铁损耗 Cu P —铜损耗b P ∆—有功功率损耗 β—负载系数负载系数可以通过系统最大工作电流与变压器最大工作电流的比计算得出，通过查阅变压器的数值可以得出：220.81NI I β=== 7.90.8134.530.5b P kW ∆=+⨯=无功功率的计算：一台变压器的空载无功功率的损耗计算公式为：10%100NS Q I ∆= (2.8)0%I —变压器空载电流。
2(%)100Nd S Q U ∆= (2.9)(%)d U --变压器阻抗电压。
根据上面2个公式相加便得出无功功率损耗如下：0%(%)100100N Nb d S S Q I U ∆=+ (2.10) 063006300%(%)0.77.5516.5100100100100N N b d S S Q I U kVar ∆=+=⨯+⨯=2.2.2 补偿后的功率因素 总降压变电所高压母线计算负荷303030'4912.430.54942.9P P P kW =+∆=+= 303030'1464.6516.61981.18Q Q Q kVar =+∆=+=305325.2S kVA ==高压侧平均功率因数为：9.093.02.53259.4950cos 1>===S P p ϕ 满足要求。
一般此类系统采用并联电容器进行补偿。
即在6kV 母线上每相设计3个型号为BWF6.3-100-1(额定容量为100kVar)的并联电容补偿器。
3 变压器选择与主接线方案的设计3.1 选择降压变压器一般正常环境的变电所，可以选用油浸式变压器，且应优先选用S9、S11等系列变压器。
在多尘或由腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用S9-M、S11-M。
R等系列全密封式变压器。
多层或高层建筑的变电所，宜选用SC9等系列环氧树脂注干式变压器或SF6充气型变压器。
根据本论文给出的条件我们可以选用油浸式变压器[2]。
3.1.1 35kV/6kV变压器的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。
当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。