某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统的设计

摘 要

某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计是对工厂供电的设计。本设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。本设计通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。

根据国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。,,,

关键词：变电所，负荷计算，设备选型，继电保护

目 录

第1章 绪论 ...........................................................1

1.1 工厂供电的意义 ..................................................1

1.2 工厂供电的要求 ..................................................1 1.3 工厂平面图 ......................................................1

第2章 主接线的设计 .................................................3

2.1 总配电所的主接线设计的原则和意义 ................................3 2.2 变配电所主接线方案的技术经济指标 ................................3 2.3 主接线图 ........................................................4

第3章 负荷计算 ......................................................6

3.1 负荷计算的意义 ..................................................6

3.2 负荷计算的方法 ..................................................6 3.3 负荷计算示意图 ..................................................7 3.4 具体数据和负荷计算举例 ..........................................7

3.4.1 原始数据 ...................................................7 3.4.2 负荷计算 ...................................................8

第4章 功率补偿计算及变压器的选择 ................................12

4.1 功率补偿计算 ...................................................12 4.2 变压器容量的选择 ...............................................14

第5章 短路电流计算 ................................................16

5.1 短路电流计算方法及意义 .........................................16 5.2 短路计算 .......................................................16

5.2.1 短路电流计算等效示意图 ....................................16 5.2.2 短路电流及容量的计算 ......................................16

第6章 进线、母线及电器设备的选择 ................................19

6.1 总配电所架空线进线的选择 .......................................19 6.2 高压侧与低压侧母线的选择 .......................................19 6.3 各变电所进线选择 ...............................................19 6.4 变电所低压出线的选择 ...........................................20 6.5 设备的选择 .....................................................21

6.5.1 高压侧设备的选择 ..........................................21 6.5.2 各车间进线设备的选择 ......................................22 6.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表 .....................22

第7章 过电流保护 ...................................................25

7.1 高压进线的继电保护 .............................................25

7.2 各变电所进线的保护 .............................................26 7.3 变压器继电保护 .................................................28

第8章 防雷与接地保护 ..............................................31

8.1 防雷保护 .......................................................31

8.2 接地装置 .......................................................32

结论 ...................................................................34 参考文献 ..............................................................35 致 谢 .................................................................36

新疆工程学院供配电设计（论文） 第1章 绪论

1.1 工厂供电的意义

工厂供电（electric power supply for industrial plants），就是指工厂所需电能的供应和分配。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。例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此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自动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的自动化。从另一方面说，如果工厂的电能供应突然中断，对工业生产可能造成严重的后果。例如某些供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短暂的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。所以，工厂应该根据本厂环境条件和供电要求来选择适当的电气设备和确定其各项参数，保证工厂正常运行时安全可靠，出现故障时不致出现严重的后果，并在合理的情况下注意节约，还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。因此，一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。

1.2 工厂供电的要求

在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要，还要做好节能工作，就应该做到以下要求：

① 可靠 要满足供电可靠性的要求。

② 安全 要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。 ③ 优质 要保证用户对电能质量的要求。

④ 经济 尽量减少供电系统中不必要的投资，并尽可能地节约电能。

此外，在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防雷接地装置，合理地处理当前和长远的关系，既要节约能源，又要保证工厂生产和生活的需要。

1.3 工厂平面图

1

新疆工程学院供配电设计（论文）

图1.1 塑料厂平面布置图

2

新疆工程学院供配电设计（论文） 第2章 主接线的设计

根据本厂与供电部签定的供用电协议，供电电压为从电业部门某6到10千伏变电所用10千伏架空线路向本厂供电，该所在厂南侧l公里，工作电源仅采用10千伏电压一种。总配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。

单母线不分段接线。当只有一路电源进线时，常用这种接线方式，其每路进线和出线中都配有一组开关电器。断路器用于通断正常的负荷电流，并能切断短路电流。

2.1 总配电所的主接线设计的原则和意义

一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

对工厂变电所主接线应满足以下几点要求：

1） 安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安 全。

2) 可靠：应满足电力负荷对供电可靠性的要求。

3) 灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。 4) 经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低， 并节约电能和有色金属消耗量。

2.2 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，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其优着作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下四种：

1. 单母线接线

母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。

2. 双母线连线

3

新疆工程学院供配电设计（论文） 在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。

3. 桥式接线

当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。

4. 线路一变压器组单元接线

当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。

2.3 主接线图

方案1，只装一台变压器的主接线图。

图2.1 装一台变压器的主接线图

4

新疆工程学院供配电设计（论文）

方案2，装有两台变压器的主接线图。

图2.2 装两台变压器的主接线图

经过对比方案1比方案2更经济就、简单，并且满足本设计的需要，所以本设计选择方案1。

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新疆工程学院供配电设计（论文） 第3章 负荷计算

3.1 负荷计算的意义

计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。通常规定取30分钟(min)平均最大负荷P，并用Pjs、Qjs、Sjs和Ijs分别表示其有30、Q30和S30作为该用户的“计算负荷”功、无功、视在和电流计算负荷。

计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。

3.2 负荷计算的方法

计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，汁算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果汁算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来确定汁算负荷。常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。

按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。需用系数法的计算，现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。

6

新疆工程学院供配电设计（论文） 3.3 负荷计算示意图

本设计所采用的电力负荷计算示意图如图3.1所示，将每个计算点编号，由用电设备依次逆推到电源侧。

图3.1 电力负荷计算示意图

3.4 具体数据和负荷计算举例

3.4.1 原始数据

个车间的数据如表3.1所示

表3.1 所有变电所负荷计算表

序号 车间或用电单位名称 设备容量（千瓦） （1）NO1变电所 1 2 3 4 5 6

需用系数Kd 功率因数 功率因数正切cos 0.6 0.25 0.8 0.3 0.3 0.3 7

tg 1.33 1.73 1.73 1.73 1.73 薄膜车间 原料库 生活间 成品库（一） 成品库（二） 包装材料库 1400 30 10 25 24 20 0.6 0.5 1 0.5 0.5 0.5 （2）NO2变电所 新疆工程学院供配电设计（论文） 1 2 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 单丝车间 1385 0.6 0.65 0.4 0.35 0.6 0.8 0.8 0.3 0.8 0.3 0.25 0.6 0.3 0.7 0.25 0.2 0.65 0.65 0.6 0.6 0.8 0.6 0.6 0.5 1 1 0.65 1 0.5 0.65 0.7 0.5 0.75 0.5 0.5 0.8 0.8 0.6 1.33 0.75 1.33 1.33 1.73 1.17 1.73 1.17 1.02 1.73 0.88 1.73 1.73 0.75 0.75 1.33 水泵房及其附属设备 20 油塑车间 管材车间 备料复制车间 生活间 浴室 钳工车间 原料、生活间 仓库 机修模具车间 处理车间 车间 锅炉房 试验室 辅助材料库 油泵房 加油站 办公楼、招待所、食堂 189 880 138 10 3 30 15 15 100 150 180 200 125 110 15 10 15 （3）NO3变电所 （4）NO4变电所 （5）NO5变电所 3.4.2 负荷计算

现以NO.5变电所车间负荷计算为例，计算过程如下：（在计算各车间变电所负荷

合计时，同时系数分别取值：Kp=0.9；Kq=0.95）

NO.5变电所 （1）锅炉房

有功功率：P30(1)=KdPe=200×0.7=140 KW

无功功率：Q30(1)= P30(1)tan=140×0.88=123.2 Kvar 视在功率：S30(1)=（2）试验室

有功功率：P30(2)=KdPe=125×0.25=31.25 KW

8

P30(1)cos=140÷0.75=186.67 KV·A

新疆工程学院供配电设计（论文） 无功功率：Q30(2)= P30(2)tan=31.25×1.73=54.06 Kvar 视在功率：S30(2)=

P30(2)cos=31.25÷0.5=62.5 KV·A

（3）辅助材料库

有功功率：P30(3)=KdPe=110×0.2=22 KW

无功功率：Q30(3)= P30(3)tan=22×1.73=38.06 Kvar 视在功率：S30(3)=（4）油泵房

有功功率：P30(4)=KdPe=15×0.65=9.75 KW

无功功率：Q30(4)= P30(4)tan=9.75×0.75=7.31 Kvar 视在功率：S30(4)=（5）加油站

有功功率：P30(5)=KdPe=10×0.65=6.5KW

无功功率：Q30(5)= P30(5)tan=6.5×0.75=4.88 Kvar 视在功率：S30(5)=

P30(3)cos=22÷0.5=44 KV·A

P30(4)cos=9.75÷0.8=12.19 KV·A

P30(5)cos=6.5÷0.8=8.13 KV·A

（6）办公楼、招待所、食堂 有功功率：P30(6)=KdPe=15×0.6=9 KW

无功功率：Q30(6)= P30(6)cos=9×1.33=11.97 Kvar 视在功率：S30(6)=

P30(6)cos=9÷0.6=15 KV·A

变电所N0.5的计算负荷：

9

新疆工程学院供配电设计（论文） 有功计算负荷：P30=KpP305

=0.9×（140＋31.25＋22＋9.75＋6.5＋9） =196.65 KW 无功计算负荷：Q30=KqQ305

=0.95×(123.2＋54.06＋38.06＋7.31＋4.88＋11.97) =227.51 Kvar

视在计算负荷：S30=P302Q302=196.652227.512 =300.72 KV·A

其余变电所的计算方法与NO.1变电所的计算方法相同，这里就不一一计算了，其 计算结果如表3.2所示。

表3.2 负荷计算结果

序车间（单位）名称 号 （1）NO1变电所 1 2 3 4 5 6 7 薄膜车间 原料库 生活间 成品库（一） 成品库（一） 包装材料库 小计 840 7.5 8 7.5 7.2 6 876.2 788.58 1117.2 12.98 12.98 12.46 10.38 1166 1107.7 1400 15 8 15 14.4 12 1464.4 1359.73 有功P30（KW） 无功Q30（Kvar） 视在S30（KV·A） 计算负荷 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （2）NO2变电所 1 2 3 单丝车间 水泵房及其附属设备 小计 831 13 844 759.6 1105.23 9.75 1114.98 1059.23 1385 16.25 1401.25 1303.44 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95

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新疆工程学院供配电设计（论文） （3）NO3变电所 1 2 3 油塑车间 管材车间 小计 75.6 308 383.6 345.24 100.55 409.64 510.15 484.68 126 513.33 639.33 595.07 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （4）NO4变电所 1 2 3 4 5 6 7 8 9 备料复制车间 生活间 浴室 钳工车间 原料、生活间 仓库 机修模具车间 处理车间 车间 82.8 8 2.4 9 12 4.5 25 90 54 287.7 258.57 143.24 10.53 7.79 29.25 91.8 93.42 376.03 357.23 165.6 8 2.4 13.85 12 9 38.46 128.57 108 485.88 440.99 10 小计 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （5）NO5变电所 1 2 3 4 5 6 7 锅炉房 试验室 辅助材料库 油泵房 加油站 140 31.25 22 9.75 6.5 123.2 54.06 38.06 7.31 4.88 11.97 239.48 227.51 186.67 62.5 44 12.19 8.13 15 328.49 300.72 办公楼、招待所、食堂 9 小计 218.5 196.65 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95

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新疆工程学院供配电设计（论文） 第4章 功率补偿计算及变压器的选择

4.1 功率补偿计算

供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低 时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

本设计采用并联电容器进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无功功率的电源。

下面以NO.5变电所为例计算：

30变电所的补偿前功率因数：cos=PS30=196.65÷300.72=0.65

计算电流：I30=

S301359.73==78.46 A 3UN310补偿后功率因数：cos'=0.92

需要补偿的功率：QC=P30(tantan')=196.65×（1.17-0.43） =145.52 Kvar 补偿电容器的个数：nQC=145.52÷25=5.81

qc所以实际补偿的功率：Qc=150 Kvar（所以本设计中选用电容器的型号为BKMJ0.4-25-3 ）

补偿后有功计算负荷：P30'=P30=196.65 KW

补偿后无功计算负荷：Q30'=Q30-Qc=227.51-150=77.51 Kvar 补偿后视在计算负荷：S30'=P30'2Q30'2=211.37 KV·A

211.37S30'

补偿后的计算电流：I30===12.20 A

3103UN

'高压侧功率因数的校检：PT=0.015S30'=0.015×211.37=3.17 KW QT=0.06S30'=0.06×211.37=12.68 Kvar

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新疆工程学院供配电设计（论文） 高压侧有功计算负荷：P30''=PT+P30'=199.82 KW 高压侧无功计算负荷：Q30''=QT+Q30'=90.19 KV·A 高压侧视在计算负荷：S30''=P30''2Q30''2=219.23 KV·A

219.23S30''

高压侧计算电流：I30===12.66 A

3103UN

'P''30高压侧的功率因数：cos=''=0.91>0.9，满足要求。

S30''无功补偿前后的比较：

S`NTSNT了功率因数。

315250100kVA

由此可见，补偿后主变压器的容量减少了100kVA,不仅减少了投资，而且减少了电费的支出，提高

其他各变电所的计算方法相同，计算结果如表4.1所示：

表4.1 功率补偿计算结果

变电所 补偿前 cos NO.1 0.58 788.58 1107.7 1359.73 78.46 0.92 788.58 332.7 855.89 49.42 0.9 801.42 NO.2 0.58 759.6 1059.23 1303.44 75.26 0.92 759.6 309.23 820.13 47.35 0.91 771.9 13

NO.3 0.58 345.24 484.68 595.07 34.36 0.92 345.24 134.68 370.58 21.40 0.91 350.8 NO.4 0.59 258.57 357.23 440.99 25.46 0.92 258.57 107.23 279.92 16.16 0.90 262.77 NO.5 0.65 196.65 227.51 300.72 17.36 0.92 196.65 77.51 211.37 12.20 0.91 199.82 P30(KW) Q30(Kvar) S30(KV·A) I30(A) 补偿cos' P30(KW) Q30(Kvar) 后 S30(KV·A) I'30(A) 高cos'' P30(KW)

新疆工程学院供配电设计（论文） 压侧 Q30(Kvar) 383.05 888.26 51.29 358.44 851.06 49.14 156.91 384.29 22.19 124.03 290.57 16.78 90.19 219.23 12.66 S30(KV·A) I''30(A) 4.2 变压器容量的选择

(1)只装一台变压器的变电所

变压器的容量ST:应满足用电设备全部的计算负荷S30的需要，即

STS30

(2)装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量ST应满足以下两个条件。

①一台变压器单独工作时，宜满足总计算负荷S30 的大约60%~70%的需要，即

ST=（0.6~0.7）S30

②任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷S30的需要，即

STS30(12)

本设计中所有负荷均为三级负荷，故变电所选取的变压器仅考虑（1）即可。 (3)车间变电所变压器的容量上限

单台变压器不宜大于1000KV·A。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

（4）并行运行的变压器

最大容量与最小容量之比不应超过3:1。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：

①并联变压器的电压比必须相同，允许差值不应超过5% ，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

②并列变压器的阻抗电压必须相等，允许差值应不超过±10%，否则阻抗电压小的变压器可能过载。

③并列变压器的联接组别应相同，否则二次侧会产生很大的环流，可能使变压器绕组烧坏。

以NO.5变电所变压器的选择为例，其计算负荷是300.72KV·A，所以应该选择变压器的型号为S9-400/10一台就能满足需要，主变压器应该满足全部一、二级负荷

S30(12)的需要。所以应该选择S9-1250/10.同理，选出其他变电所的变压器型号。

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新疆工程学院供配电设计（论文） 结果如表4.2所示：

表4.2 各变电所选的变压器及台数

变 电 所 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5

15

额定变压器的型号 容量 KVA S9-1000/10 S9-1000/10 S9-500/10 S9-400/10 S9-315/10 1000 1000 500 400 315 额 定 电 压 高压 10.5 10.5 10.5 10.5 10.5 低压 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 空载消耗（KW） 空载 1.72 1.72 1.0 0.84 0.70 短路 10.0 10.0 5.0 4.20 3.50 阻抗台数电流 电压 （%） （%） （台） 1.1 1.1 1.4 1.4 1.5 4.5 4.5 4 4 4 1 1 1 1 1 新疆工程学院供配电设计（论文） 第5章 短路电流计算

5.1 短路电流计算方法及意义

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用标幺制法。短路电流计算的目的主要是为了正确选择电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

5.2 短路计算

5.2.1 短路电流计算等效示意图

图5.1 短路等效电路图

5.2.2 短路电流及容量的计算

取基准容量Sd=100MVA，高压侧基准电压UC110.5kV ，低压侧基UC20.4kV 高侧基准电流Id1SdSd5.5kA，低压侧基准电流Id2144.34kA 3UC13UC2Sd=100÷300=0.33 Soc（1）电力系统的电抗标幺值由SOC=300MVA得：X1=

（2）架空线路的电抗标幺值：由X0=0.35Ω/km l=1km得：

Sd100=0.32 X2=X0l2=0.3512Uc110.5（3）电力变压器的电抗标幺值，这里以NO.1为例计算，该变电所选的变压器是S9-1000/10，所以Uk%=4.5%：

Uk%Sd4.5100103X==4.5 2=

1000100SN1003短路等效电路图如图5-1所示，并标明短路计算点。

16

新疆工程学院供配电设计（论文） 计算K-1点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量： ① 总电抗标幺值

X*(K1)=X1+X2=0.33+0.32=0.65 ② 三相短路电流周期分量有效值

(3)IK1=

Id1X*(K1)=5.5÷0.65 KA=8.46 KA

③ 其他三相短路电流

(3)(3)=IKI''(3)=I1=8.64 KA

(3)=2.55I''(3)=2.55×8.64=22.03 KA ish(3)

=1.51I''(3)=1.51×8.64=13.06 KA Ish

④ 三相短路容量

(3)SK1=

SdX*(K1)=

100=153.85 MV·A 0.65计算K-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 ⑤ 总电抗标幺值

X*(K2)=X1X2X3=0.33+0.32+4.5=5.15 ⑥ 三相短路电流周期分量有效值

(3)IK2=

Id2X*(K2)=

144.34=28.03 KA 5.15⑦ 其他三相短路电流

(3)(3)=IKI''(3)=I2=28.03 KA

(3)=1.84I''(3)=1.84×28.03=51.58 KA ish(3)=1.09I''(3)=1.09×28.03=30.55 KA Ish⑧ 三相短路容量

17

新疆工程学院供配电设计（论文） (3)SK2=

SdX*(K2)=

100=19.42 MV·A 5.15其他各变电所的短路计算与NO.1计算相同，其计算结果如表5.1所示：

表5.1 各变电所的短路计算电路及容量

短路计算点 K-1 K-2 K-2 K-2 K-2 K-2 变电所号码 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 三相短路电流/KA (3) IK三相短路容量 i (3)shI''(3) (3) I I (3)sh(3)/MVA（SK） 8.64 28.03 28.03 16.69 13.55 10.81 8.64 28.03 28.03 16.69 13.55 10.81 8.64 28.03 28.03 16.69 13.55 10.81 22.03 51.58 51.58 30.71 24.93 19.89 13.06 30.55 30.55 18.19 14.77 11.78 153.85 19.42 19.42 11.56 9.39 7.49

18

新疆工程学院供配电设计（论文） 第6章 进线、母线及电器设备的选择

6.1 总配电所架空线进线的选择

架空线一般按发热条件来确定导线的型号，应该注意的是导线的允许载流量Ial 小于通过相线的计算电流I30，即

Ial>I30

高压侧补偿后的计算电流：I'30=

S'302633.41==152.04 A

3UN310查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LGJ-35型的铝绞线，该导线的截面积是35mm2，机械强度也满足要求。

6.2 高压侧与低压侧母线的选择

母线的选择方法与架空线的选择方法相同，所以计算电流为：

I'30=

S'302633.41==152.04 A

3UN310查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LMY型矩形硬铝母线，选择导线的截面积为50×4mm2，其允许载流量Ial为586A。

低压侧与高压侧的母线选择一致，此处省略计算过程。查表得，低压侧母线选用 LMY型矩形硬铝母线的截面为125×10mm2。

6.3 各变电所进线选择

NO.1 变电所引进线

年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度 为1.54A/mm2。

S'30888.26回路电流：I30===51.29 A

3UN310'I'3051.29所以ec===33.31mm2

jec1.54

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新疆工程学院供配电设计（论文） 查表知：可选择ZLQ20-10000-3×35 mm2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防 腐电缆，相关参数：在温度为35℃时，允许的载流量是105A，正常允许的最高温度为60℃。

其他变电所均采用ZLQ20-10000型电缆，其选择结果如表6.1所示：

表6.1 各变电所高压进线列表

回路电流截面积ec 架空线 电力电缆（每回路） 变电所 I30（A） 51.29 （mm2） 33.31 型号 ZLQ20-10000-3×35 S（mm2） 根数 35 1 35℃允许载流量（A） 130 NO.1 NO.2 49.14 31.91 ZLQ20-10000-3×35 35 1 130 NO.3 22.19 14.41 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 NO.4 16.78 10.90 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 NO.5 12.66 8.22 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 6.4 变电所低压出线的选择

选择原则:根据计算变电所计算电流大小，来选择线型。 NO.1 变电所

S'30855.89低压侧回路电流：I30===49.42A

3UN30.38'所选母线载流量应大于回路电流，查表可知：矩形硬铝母线LMY—100×6.3,其 放平时的载流量是1371A，能够满足载流要求。其他变电所选择如下表6.2所示： 表6.2 各变电所低压进线列表

低压侧回路母线 变电所 回路电流（A） 型号 NO.1 NO.2 NO.3

尺寸（mm2） 根数 100×6.3 100×6.3 50×4 20

允许载流量（A） 1371 371 586 1300.43 1246.10 563.05 LMY—100×6.3 LMY—100×6.3 LMY—50×4 1 1 1 新疆工程学院供配电设计（论文） NO.4 NO.5 425.31 321.15 LMY—40×4 LMY—40×4 40×4 40×4 1 1 480 480 6.5 设备的选择

选择的原则：所选设备的额定电压UN.e不应小于所在线路的额定电压UN,即：UN.e ≥UN；所选设备的额定电流IN.e不应小于所在电路的计算电流I30，即：IN.e≥I30；所选设备的额定开断电流IOC或断流容量SOC不应小于设备分段瞬间的的短路电流有效值IK或短路容量DK,即：IOC≥IK或SOC≥DK。

6.5.1 高压侧设备的选择

表6.3 高压侧设备列表

装置地点条件 参数 量程 参数 隔离开关 GN19-10/ 400 电流互感器LQJ-10- 200/5 高压断路器SN10-10I/630 号高压熔断器RN2-10/0.5 电压互感器JDZ-10- 10000/100 避雷器FS4-10 格 10 UN/KV 10 I30/A 152.04 IK(3)/KA ish/KA 22.03 (3)IOC(3)2tima 8.64 8.6422.2164.23 设UN 10 IN 400 IOC — — imax 31.5 Itt 12.524625 (2)备10 400/5 160×2×0.4=90.50 (750.2)21225 1624512 — — — 型10 10 630 500 — — 16 200 — — 40 — — — 规10/0.1

21

新疆工程学院供配电设计（论文） 6.5.2 各车间进线设备的选择

各变电所回路电流计算值：

NO.1变电所：回路电流I30=51.29A，电压UN=10KV； NO.2变换所：回路电流I30=49.14A，电压UN=10KV； NO.3变电所：回路电流I30=22.19A，电压UN=10KV； NO.4变电所：回路电流I30=16.78A，电压UN=10KV； NO.5变电所：回路电流I30=12.66A，电压UN=10KV。

此处设备器材均以K—1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变 电所10KV进线回路设备相同。此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。

表6.4 高压侧设备列表

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 高压隔离开关GN9-10/400 高压断路器 SN10-10I/630 电流互感器 LQJ-10- 150/5 UN/KV 10 I30/A 51.29 IK(3)/KA ish/KA 22.03 (3)IOC(3)2tima 8.64 8.6422.2164.23 UN 10 10 10 IN 400 630 150/5 IOC — 16 — 160imax 31.5 40 Itt 12.524625 (2)1624512 20.15=33.9 (750.15)21 126.56 6.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表

1. NO.1车间变电所：低压侧回路电流I301332A,UN380V

表6.5 NO.1变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备 参数 量程 参数 UN/KV 10 I30/A 1300.43 IK(3)/KA ish/KA 51.58 (3)IOC(3)2tima 28.03 28.5322.2=1790.71 UN 0.38 IN 1500 22 IOC 40 imax — Itt — (2)低压断路器DW15-1500/3 新疆工程学院供配电设计（论文） 型号规格 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 0.38 1500 — — — 0.5 1500/5 — — — 2. NO.2车间变电所：低压侧回路电流I301246.10A,UN380V

表6.6 NO.2变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-1500/3 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 UN/KV 10 I30/A 1246.1 IK(3)/KA ish/KA 51.58 (3)IOC(3)2tima 28.03 28.5322.2=1790.71 UN 0.38 0.38 IN 1500 1500 IOC 40 — imax — — Itt — — (2)0.5 1500/5 — — — 3．NO.3车间变电所，低压侧回路电流I30503.65A,UN380V

表6.7 NO.3变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 600/5 UN/KV 10 I30/A 503.65 IK(3)/KA ish/KA 30.17 (3)IOC(3)2tima 16.69 16.6922.2=1790.71 UN 0.38 0.38 IN 600 600 IOC 30 — imax — — Itt — — (2)0.5 600/5 — — — 4. NO.4车间变电所，低压侧回路电流I30684A,UN380V

表6.8 NO.1变电所低压侧进线设备

23

新疆工程学院供配电设计（论文） 装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 UN/KV 10 I30/A 425.31 IK(3)/KA ish/KA 24.93 (3)IOC(3)2tima 13.55 13.5522.2=403.93 UN 0.38 0.38 IN 600 600 IOC 30 — imax — — Itt — — (2)低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 500/5 0.5 500/5 — — — 5. NO.5车间变电所，低压侧回路电流I30456A,UN380V

表6.9 NO.5变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 400/5 UN/KV 10 I30/A 321.15 IK(3)/KA ish/KA 19.89 (3)IOC(3)2tima 10.81 10.8122.2=257.08 UN 0.38 0.38 IN 400 400 IOC 25 — imax — — Itt — — (2)0.5 400/5 — — —

24

新疆工程学院供配电设计（论文）

第7章 过电流保护

7.1 高压进线的继电保护

1) 装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。 ① 过电流保护动作电流的整定

IopKrelKwILmax

KreKi式中IL.max=2I30，I30为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst ，

I30=139.163A，Krel1.2,Kw=1，Kre=0.8，Ki=200/5=40，因此动作电流为：

1.21Iop2152.04A11.4A，因此过电流保护动作电流Iop整定为12A。

0.840② 过电流保护动作时间的整定 过电流保护动作时间整定为2s。 ③ 过电流保护灵敏系数的检验

SpIk.min1.5 Iop,1式中Ik.min 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路：

Ik.min0.866Ik1(3)0.8668.64KA7482.24 A

Iop.1继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流：

Iop1IopKi/Kw12A401480 A

因此其保护灵敏系数为:

SpIk.min7482.2415.588>1.5,灵敏系数满足要求。 Iop.14802) 装设电流速断保护，利用DL-15的速断装置。 ① 电流速断保护动作电流的整定

Iqb

Kre1KwIk.max Ki25

新疆工程学院供配电设计（论文） 式中Ik.max为被保护线路末端的三相短路电流，这里Ik.max=8.64KA，Krel1.2，Kw=1，

Ki=200/5=40，因此动作电流为：

1.21Iqb8.64259.2 A

40因此动作电流整定为260A。整定的速断电流倍数:

nqbIqbIop26021.67 12② 电流速断保护灵敏系数的校验

SpIk.min2 Iop,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流，

Ik.min0.866Ik1(3)0.8668.64KA7482.24 A

Iop.1为速断电流折算到一次电路的值:

Iop1IopKi/Kw12A401480A

因此灵敏度系数为：

SpIk.min7482.2415.588＞2，满足灵敏度系数的要求。 Iop.14807.2 各变电所进线的保护

NO.1车间变电所高压进线的保护：

1）装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。 ① 过电流保护动作电流的整定

IopKrelKwILmax

KreKi式中IL.max=2I30，I30为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst,

I30=51.28AKrel1.2,Kw=1，Kre=0.8，Ki=150/5=30，因此动作电流为：

1.21Iop251.29A5.129 A

0.830因此过电流保护动作电流Iop整定为6A。

26

新疆工程学院供配电设计（论文） ② 过电流保护动作时间的整定

t1t2t

式中t1为后一级保护的线路首端发生三相短路时，前一级保护的动作时间；t2为后一级保护中最长的一个动作时间,t为前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取0.5s，前一级保护动作时间为2s,所以过电流保护动作时间整定为1.5s。

③ 过电流保护灵敏系数的检验

SpIk.min1.5 Iop,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流,

Ik.min0.866Ik1(3)0.8668.64KA7482.24A

Iop.1为动作电流折算到一次电路的值,

Iop1IopKi/Kw6A301180A

因此其灵敏度系数为：

SpIk.min552530.69＞1.5，满足灵敏度系数的要求。 Iop.11802) 装设电流速断保护

① 电流速断保护动作电流的整定

IqbKre1KwIk.max Ki式中Ik.max为被保护线路末端的三相短路电流，这里Ik.max=8.64KA，Krel1.2，Kw=1，

Ki=150/5=30，因此动作电流为：

1.21Iqb8.64345.6 A

30因此动作电流整定为246A。整定的速断电流倍数为：

nqbIqbIop34657.67 6② 电流速断保护灵敏系数的校验

27

新疆工程学院供配电设计（论文） SpIk.min2 Iop,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流

Ik.min0.866Ik1(3)0.8668.64KA7482.24 A

Iop.1为速断电流折算到一次电路的值

Iop1IopKi/Kw6A301180A，

因此其灵敏度系数为：

SpIk.min7482.2441.568＞2,满足灵敏度系数的要求。 Iop.1180其他变电所高压侧进线的保护方案与NO.1变电所的保护方案相同。

7.3 变压器继电保护

变压器的继电保护装置（NO.1变电所选用的S9—1000/10型变压器）

1）装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器，两相两继电器式 接线，去分流跳闸的操作方式。

① 过电流保护动作电流的整定

IopKrelKwILmax

KreKi其中：ILmax2I1NT21000KVA(310KV)115.5 A 可靠系数Krel1.2，接线系数Kw1，继电器返回系数Kre0.8，电流互感器的电流

比Ki=150/5=30 ，动作电流为：

1.21Iop115.55.775A,因此过电流保护动作电流整定为6A。

0.830② 过电流保护动作时间的整定:

t1t2t,

式中t1 为变压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，t2在变压器低压侧保护装置发生低压母线发生三相短短时的一个最长的动作时间，t为前后两极保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。

必须注意：对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10

28

新疆工程学院供配电设计（论文） 的倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定相应的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。但是，对于变压器的过电流保护时，其动作时间一般整定为住0.6s即可满足要求。

③ 过电流保护灵敏系数的检验

SpIkmin1.5 Iop1其中：

(2)(3)IkminIK2/KT0.866IK2/KT=0.86628.03kA÷(10kV÷0.4kV)=971A；

Iop1IopKi/Kw6A301180A

因此其灵敏度系数为： SpIk.min9715.39＞1.5，满足灵敏度系数的要求。 Iop.11802) 装设电流速断保护，利用DL15的速断装置。 ① 电流速断保护动作电流的整定

IqbKrelKwIkmaxKiKT

(3)其中：IkmaxIk 228.03kA，Krel=1.4，Kw=1，Ki150/530，KT=10/0.4=25，

因此速断保护电流为:

Iqb1.4128.03KA52.32 A

3025② 电流速断保护灵敏系数的检验

SpIkmin Iqb1其中：

(2)(3)IkminIK20.866IK10.8668.64KA7.48 KA

Iop1IqbKi/Kw52.32A3011.744 KA

因此其保护灵敏度系数为：

29

新疆工程学院供配电设计（论文） SpIk.min74804.29＞2，满足灵敏度系数的要求。 Iop.117443) 装设过负荷保护

① 过负荷保护动作电流的整定

Iop(OL)(1.2～1.25)

I1N Ki式中I1N为变压器的额定一次电流，即I1N=1000A，Ki为电流互感器的变流比，即

Ki=150/5=30，因此其动作电流为：

Iop(OL)1.25100041.6A。 30② 过负荷保护动作时间的整定：top(OL)10～15s

其他车间变电所的变压器的继电保护装置方案与本车间变电所的变压器保护的选 择方法和整定计算方法相同，只是整定值不同。

图7.1 电力变压器定时限过流保护、电流速

断保护和过负荷保护的综合电路图

30

新疆工程学院供配电设计（论文） 第8章 防雷与接地保护

8.1 防雷保护

防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10Ω。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。避雷针的保护半径在0.7米以内。（“滚球法”由h（2h-h）开根得出保护半径r） 应用滚球法，避雷针在地面上的保护半径的计算可见以下方法及图2。

a)避雷针高度h≤hR时的计算

距地面hR处作条平行于地面的平行线。以针尖为圆心、hR为半径作弧线交于平行线A，两点。以A，为圆心，hR为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，这样，从弧线起到地面就是保护范围。保护范围是一个对称的锥体。避雷针在hP高度的xx’平面上和在地面上的保护半径，按公式

RPh(2hRh)hp(2hRh)

R0h(2hRh) 计算确定

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新疆工程学院供配电设计（论文）

式中： Rp——避雷针保护高度xx’平面上的保护半径； hR——滚球半径，按表确定； hp——被保护物的高度；

R0——避雷针在地面上的保护半径。 b)当避雷针高度h＞hR时的计算

在避雷针上取高度hp的一点代替单支避雷针针尖并作为圆心。

8.2 接地装置

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。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

接地电阻是接地线和接地体电阻与接地体流散电阻的总和。接地电阻按其通过电流的性质分为以下两种：

1) 工频接地电阻 工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用RE表示。

2) 冲击接地电阻 雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻，用Rsh表示。

关于本设计低压TT系统中电气设备外露可导电部分的保护接地电阻RE，按规定应满足这样的条件，即在接地电流IE通过RE时产生的对地电压不应高于安全特低电压50V，因此保护接地电阻为：

RE

50V IE32

新疆工程学院供配电设计（论文） 如果作为设备单相接壳故障保护的漏电断路器的动作电流Iop(E)取为30mA（安全电流值），则RE1667。这一电阻很大，很容易满足要求。一般取RE100，以确保安全。

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新疆工程学院供配电设计（论文） 结论

通过本次课程设计，我的题目是某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计。在本次设计中我翻阅了大量的相关书籍，经过这次设计让我懂得了许多这方面的知识，为以后从事电气专业方面的工作打下了坚实的基础。本次设计的主要内容有各变电所的负荷计算，功率补偿计算，高低压侧的短路电流计算，设备的选择和防雷接地设计等。

在设计中涉及到了很多有关工厂配电的专业知识，虽然我们前面没开设这门学科，但经过这次设计，我学到了很多这方面的专业知识，进一步提高了自己的内涵。

此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子的一些知识，我知道这知识很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。由于本人资历有限，可能还有一些没有注意到的问题，还请老师赐教，深表感谢！

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新疆工程学院供配电设计（论文） 参考文献

[1] 刘介才．工厂供电［Ｍ］．第五版.北京：机械工业出版社，2010. [2] 刘介才．工厂供用电实用手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2001．

[3] 张保会,尹项跟.电力系统继电保护 [Ｍ].第二版.北京：中国电力出版社，2011. [4] 李宗纲, 刘玉林, 施慕云, 韩春生. 工厂供电设计[M]. 吉林：吉林科技出版社，

1995.

[5] 国家标准GB50052-95, 供配电系统设计规范[S]. 北京：中国标准出版社，1997. [6] 刘介才. 实用供配电技术手册［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，2002. [7] GB50168-2006, 电气装置安装工程 电缆线路施工及验收规范[S]. 北京：中国标

准出版社，1997.

[8] GB50053-94,10KV及以下设计规范[S].北京：中国标准出版社，2000. [9] 天津市电力公司。用电工作导读[J].北京：中国电力出版社，2006. [10] 孙琴梅。工厂供配电技术[Ｍ].北京：化学工业出版社，1995. [11] 王春江.电线电缆手册[S].北京：机械工业出版社，1999.

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新疆工程学院供配电设计（论文） 致 谢

对于本次设计，感谢我的导师刘华，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽帮助，让我在大学最后的时光里巩固和学习更多专业知识的同时，更让我感受到实际中得设计并不是我们想的那么简单，我们要学习的还有很多，这告诉我们以后在工作岗位上能应该虚心学习。在本次设计中，我感觉到自己所学的很多专业知识都得到了综合的提升和理解。

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