家属区供配电方案设计.docx

摘要 随着国民经济的不断提高，城市化的步伐正在加快。不仅是目前的城市，还是社会主义新农村，由经过专业人士设计的居民小区环境优美，公共设施齐全，各地小区的建设可谓是蒸蒸日上，如火如荼。本次针对电力系统的末端，小区配电方面进行了模拟学习。首先应该对小区的负荷进行统计，在统计的时候应全面考虑，包括近几年来当地小区的一户平均用电水平，以及逐年的变化趋势。还与一些大城市的户平均用电水平进行了比较，以及已经建设好的小区的变压器的负荷情况来综合考虑每户应该规划的负荷，以免造成电能的浪费和投资的增多。确定好负荷之后，确定变压器的容量。要紧跟变压器的发展，采用性价比比较高的变压器。考虑到居民小区本身的特点，以及箱式变压器的蓬勃发展，宜把小区分成若干供电团组来供电，由总控制室来管理。其中总控制室配备无功补偿，并且安装一台或两台油式变压器来给附近的住宅楼供电。在变压器的选址方面，严格遵守电力安全规定，绝对不能影响居民日常生活。在主接线方面充分结合了小区的负荷分布情况和道路的走向，本着高效，节约的原则确定了方案。在电缆的选择和铺设方面，严格遵照电力工程电缆敷设规范等相关的国家行业标准来选择和铺设。进行了短路电流的计算，主要设备的选择和校验，及接地防雷的设计。在本论文的正文里配备有说明、计算和图纸。关键词：居民小区 配电系统 变电所 Abstract With the national economy continued to increase，The pace of the Urbanization is speeding up. Not only the present city,and a new socialist countryside.the surroundings of the residential area is beautiful with a professional design. Public facilities are complete. This is works for the end of the power system , to study.the domestic load for small residential area . First Statistics Load of small residential,we must think many things. Including the electricity consumption of the local residential in recent years, and the trend of changes year by year. I also contrast with the electricity consumption of the developed city ,and the Situation of transformers that have constructed. These work is to avoid the waste of the power of electricity and the waste of investment . After the confirmition of lode, I ensure the capacity of the transformer. With the evelopment of the transformer,I choose the transformer that have a good price quality. Considering the characteristic of district and the greate development of box-type electric substation ,It is good to divide the district to several zones. Every zones power is supplied by a box-type electric substation. the command is equiped by parallel capacitor，and one or two transformers that offer electric power to buildings nearby. In the field of address of transformer ,I follow electricity ordinanceand electrical safety strictly.It mustnt affect the normal life. When drawing the schematic diagram ,I consider the distribution of the domestic load and the direction of the roads , on the principle of high efficiency and save resources ,to optimize of the plan.In the respect of underground cable ,I follow the Cable Layingof electric power engineering handbook and other relating to national standards. the Short Circuit Current has been analyzed, Major equipment has beed tested and calibrated. lightning protective earthing system has been designed in a systematic way.Keywords: Residential area Distribution system Step down transformer 第一章 绪论1.1 设计的对象本次设计的对象“居民小区”，全小区总面积约34000平方米。有2座12层的小高层，小高层下面配备有地下车库，有14座6层的多层，有1座2层的物业管理中心。负荷等级属于二级负荷。1.2 设计的主要任务本次设计的主要任务有负荷计算与无功补偿，变配电所主变压器和主接线方案，变配电所位置和型式的选择，短路电流的计算，变配电所一次设备的选择校验，变配电所进出线的选择，变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定，变配电所的防雷保护与接地装置的设计、变配电所的布置与结构设计。1.3 供配电系统设计的原则（1）必须遵守国家的有关法规、标准和规范，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）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，设计中应采用国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。（3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。（4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与长期发展的关系，做到远、近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.4 设计的原始资料1.4.1小区平面图 1.4.2供电电源情况在距离小区5km处有10KV电缆分接箱，从该分接箱处引出一条10KV三芯电缆，电缆首段设的高压真空断路器，其流量容量为500MVA。该真空断路器具有体积小，动作快，寿命长，安全可靠和便于维护检修等优点。该小区据邻近单位配电所的最远距离为2km，可以从邻近单位引进一条10KV架空线路引进，当做备用电源使用。1.5 当地的气象情况（1） 最热月平均最高温度：32.4。（2） 最高温度38.9。（3） 冬季最低日平均温度：-11.4。（4） 年平均雷暴日数（d/a）：21.4。按照雷暴日等级划分（20天及以下为少雷区，20天到40天为多雷区），处于少雷区和多雷区的边界处，高温雷暴并存。（5） 海拔100m，华中平原，黄土地，地下水位大于20m。1.6 用电费用本小区与当地供电部门达成协议，当小区最大负荷时的功率因素不得低于0.95。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费，610KV 为800元/KV 第二章 小区负荷统计本次是对一座城市居民住宅小区进行供配电的模拟设计。首先对现在的居民住宅供电进行深入的调查，包括实地的访问和资料文献的查阅。本次设计，在计算负荷时采用的是需用系数法。下面是小区平面图的基本情况。我将住宅面积分为三类：小型住宅60m以下，中型住宅60100m，大型住宅100m以上。（1） 1,2号楼为12层的小高层建筑，每栋配备两台电梯，有地下车库。每层有6户的住宅，其中小户型（60）的户数为3个，中户型（60100）的户数为2个，大户型（100以上）的户数为1个。总72套：其中36套小户型，24套中户型，12套大户型。（2） 3,4,5,6,7,8号楼为6层的多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（60以下）的户数为3个。大户型（100以上）的户数为3个。总38套：其中18套小户型,18套大户型。（3） 9,10,11,12为6层的多层住宅，每层有4户住宅，全部都为中户型（60100）。总24套中户型。（4） 13,14,15,16为6层的多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（60以下）的户数为3个，中户型（60100）的户数为2个，大户型（100以上）的户数为1个。总36套：其中18套小户型，12套中户型，6套大户型。（5） 17为一层的物业中心，大小为2户的中户房型。（6） 1,2号楼下建设车库，面积约1158,即640。（7） 路灯，草坪灯等公共用电设备10KW。予该小区以下的负荷估算，见表2-1。表2-1：户型用电分类容量（KW)需用系数cos()tan()有功功率（KW） P无功功率（Kvar）Q视在功率（KVA）S 大户照明20.60.90.4841.20.581.34空调50.40.80.7521.52.5厨房设备20.450.830.6720.90.601.08卫生间设备2.50.350.850.620.880.551.03娱乐设备1.70.40.80.750.680.510.85其他0.40.30.71.020.120.120.17合计13.60.830.665.73.866.96中户照明0.90.60.90.480.540.260.6空调40.40.80.751.61.22厨房设备1.50.450.830.670.670.450.81卫生间设备20.40.850.620.80.490.94娱乐设备1.20.40.80.750.480.360.6其他0.20.30.71.020.060.060.08合计9.80.820.684.152.835.04小户照明0.50.50.90.4840.250.120.27空调30.40.80.751.20.91.5厨房设备1.50.450.830.6720.6750.450.81卫生间设备20.40.850.620.80.490.94娱乐设备0.90.40.80.750.360.270.45其他0.10.30.71.020.030.030.043合计80.820.683.312.274.03电梯（2台）50.30.61.3331.51.99952.5合计52=101.52=31.99952=3.992.52=5车库（640）照明30.80.90.4842.41.16 空调610.80.7564.5水泵100.60.80.7564.5其他20.50.71.0211.02合计21 0.8140.72615.411.1818.91那么1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16号楼的负荷，见下表2-2，表2-2：1号楼容量（KW)cos()tan()有功功率（KW）P无功功率（Kvar）Q视在功率（KVA)S2号楼大户（12套）163.20.830.6669.346.3283.62中户（24套）235.20.820.6899.7267.97120.97小户（36套）2880.820.68119.3481.76144.91电梯（2台）100.61.33333.995车库（640）210.810.7215.411.1818.92合计717.40.820.68306.76211.24370.613号楼大户（18套）244.80.830.66103.9569.48125.434号楼小户（18套）1440.820.6859.6740.8872.465号楼6号楼7号楼8号楼合计388.30.830.67163.62110.37197.99号楼中户（24套）235.20.820.6899.7267.97120.9810号楼11号楼 12号楼合计235.20.820.6899.7267.97120.9813号楼大户（6套）81.60.830.6634.6523.1641.8114号楼中户（12套）117.60.820.6849.8633.9860.4915号楼小户（18套）1440.820.6859.6740.8872.4516号楼合计343.20.820.68144.1898.03174.7517号楼中户（2套）19.60.820.688.314.5610.08把照明和电梯，地下车库作为本小区的高级负荷，统计见下表2-3，表2-3：楼号用电类型有功功率（KW）无功功率（Kvar）视在功率（KVA)1，2照明36.3617.5982440.0808电梯33.99995车库15.411.181618.9149合计109.5265.55228127.99143,4,56,7,8，照明26.112.632428.999合计156.675.7944173.9949,1011,12照明12.966.2726414.4合计51.8425.0905657.613,1415,16照明18.188.79991220.20008合计72.7235.19964880.8003217照明1.080.522721.2合计391.76202.166808441.58572 第三章 无功补偿 通过对小区负荷的估算，发现供电的功率因数在0.83左右，达不到国家对居民小区功率因数的要求。本次取目标功率低压侧功率因数为0.95，高压侧为0.9，需要无功补偿。3.1 补偿点的设定在小区中，安装位置通常只有3个，即装设于住宅楼总配电箱进线处，楼梯单元配电箱进线处或住户配电箱进线处。由于大多数单元负荷在6KW一下，且无功需求波动大，投入时间短，投切频繁。因此，终端补偿位置，根据线路终端总容量的大小，一般分别选用前两个。使无功尽可能尽可能就地达到平衡，减少无功在电网中的流动，这对降低线损，改善电压质量和提高供电能力是十分有利的。本次无功补偿装置设在变电所里，采用低压集中补偿的方式。3.2 无功补偿容量的确定无功功率补偿容量（单位为Kvar）的计算： Q=P(tantan)=P （3-1） （3-2）补偿前380V侧的统计：=(1,2,3,4,5,6,7,8,9，10,11,12,13,14,15,16,17号楼有功功率) （3-3）=（1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17号楼无功功率） （3-4） = （3-5） 功率因数COS= （3-6）补偿后380V侧的统计： 有功功率P= （3-7） 无功功率Q=- 补偿容量Q （3-8） 视在功率S= （3-9） 功率因数COS= （3-10） 变压器损耗的有功功率P=0.015视在功率S （3-11） 变压器损耗的无功功率Q=0.06视在功率S （3-12）10KV侧补偿后，有功功率，无功功率，功率因数算法同上。现在把整个小区算在内，估算整个小区需要的无功补偿容量。为了达到低压侧功率因数为0.95，算定的补偿容量Q取1008Kvar。下表为补偿屏的参数，组合方式屏宽（mm）电容器数量总容量每步投入千乏数PGJ1-18006只84千乏14千乏统计见下表3-1，楼号cos()tan()有功功率（KW）无功功率（Kvar)视在功率（KVA）1号306.76211.243702号306.76211.243703号163.62110.372004号163.62110.37200380V侧补偿前负荷5号163.62110.372006号163.62110.372007号163.62110.372008号163.62110.372009号99.7267.9712010号99.7267.9712011号99.7267.9712012号99.7267.9712013号144.1898.0317514号144.1898.0317515号144.1898.0317516号144.1898.0317517号8.314.5610合计0.820.682579.151753.283130无功补偿 0-1008 380V侧补偿后0.960.292579.15745.28 变压器损耗46.95187.8 10KV侧补偿后负荷0.940.352626.1933.082786.94每一栋楼经过无功补偿后，即功率因数从0.83左右提高到0.95，有功功率不变，无功功率减小，视在功率也变小。 视在功率S=视在功率SCOSCOS （3-13）下表3-2是补偿过后每栋楼的视在功率S，表3-2：楼号视在功率KVA（补偿前）视在功率KVA（补偿后）1370324237032432001734200173520017362001737200173820017391201061012010611120106121201061317515314175153151751531617515317109第四章 变压器的选择和电气主接线4.1补偿后的小区负荷 用户的一部分无功功率由无功补偿装置提供，在第三章计算过了经过无功补偿后每栋楼的视在功率。变压器容量确定的依据是每栋楼补偿后的视在S。下面是小区平面图的负荷图， 补偿后整个小区的视在功率S=2731KVA。4.2 变压器选型的原则由于干式变压器越来越好的性能，相比于油浸式变压器以绝缘油为绝缘介质，干式变压器采用环氧树脂绝缘。本次采用SCB10系列。S表示三相，C表示环氧树脂浇注，B表示箔绕式线圈。4.3 变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑的基本原则，1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一，二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一，二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有备用电源。2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。3）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。4.4 主变压器容量的选择4.4.1只装一台主变压器主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷S的需要，即 SS （4-1）4.4.2装设两台主变压器每台变压器的容量S应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S的大约60%70%的需要，即 S（0.60.7）S （4-2）（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一级负荷，二级负荷的需要，即 SS () （4-3）4.5主变压器选择的方案 小区的总负荷S=2731KVA。全区的负荷中心位于8号楼的西北角处。考虑到变电所应尽量靠近负荷中心以及小区居民生活，结合小区平面图，把变电所建于7号楼东南角的正南方靠近小区围墙的位置。负荷中心的位置如上图小区负荷图上B1和B2的所示。选择4台1000KVA的SCB10-1000/10。采用两台并列运行的方式。变压器的联结组别为D，yn11。#1和#2变压器并列运行，给1、3、5、17和2、4、6号楼供电。距负荷中心约130m。#3和#4号变压器并列运行，给16、12、7、8和9、10、11、13、14、15号楼供电，距负荷中心约100m。S=2000KVA (0.60.7)S=1638KVA，S=2000KVAS ()=442KVA，满足要求。4.6变电所主接线方案的选择电气主接线时变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用，连接方式和回路间的相互联系。所以它的设计直接关系到全所电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护，自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全，经济运行起着决定的作用。对主接线的基本要求，概括地说包括可靠性，灵活性和经济性三个方面。在610KV配电装置，出线回路数为6回及以上时，宜采用分段的单母线接线。结合上面的两种变压器选择方案画出的主接线简图如下。主接线形式为 每台变压器需要的无功补偿容量Q=S(tantan) （4-5）#1变压器给1、3、5、17号楼供电，Q=（tantan）,i=1,3,5,17。楼号cos()tan()有功功率（KW）无功功率（Kvar）视在功率（KVA）1号楼306.76211.24370.623号楼163.62110.37197.95号楼163.62110.37197.917号楼8.314.5710.09合计0.8270.5970.679642.31436.55776.5每个无功补偿屏补偿的容量为84Kvar无功补偿的容量843=252Kvar合计0.9610.280.28642.31184.55668.3即Q=384Kvar=252Kvar。同理，给2、4、6供电的#2号变压器需要的无功补偿为：384Kvar=252Kvar；给7、8、12、16号楼供电的#3号变压器需要的无功补偿为：384Kvar=252Kvar；给9、10、11、13、14、15号楼提供电的#4号变压器需要的无功补偿为：384Kvar=252Kvar。满足要求。4.7 变电所型式的选择考虑的本小区的布局结构，以及主接线方案的情况，决定采用独立式变配电所，它可以是高压配电、变压器、低压配电设在一栋建筑物中，采用不同的房间分割。在第四章的附图上的变压器位置就是变配电所的位置。第六章 短路电流计算短路是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。6.1 短路的原因造成短路的主要原因，是设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。工作人员的误操作，或者将低压设备接入高压电路中，也可能造成短路。鸟兽（包括蛇，鼠等）跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。6.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大的多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害，主要有，1） 短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电流中的其他元件受到损害，甚至引起火灾。2） 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。3） 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。4） 不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交叉电磁场，对附近的通信设备，电子设备等产生严重的电磁感染。由此可见，短路的后果很严重，因此必须尽可能设法消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器，整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）也必须计算短路电流。6.3 短路的形式在三相系统中，短路的形式有三相短路，两相短路，单相短路和两相对地短路。在一般情况下，特备是在远离电源的小区供电系统中，三相短路的短路电流最大。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择和骄校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需35秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路 。在无线大容量系统中发生三相短路时中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大，因此校验电器和载流部分的短路动稳定度，一般应采取三相短路冲击断流或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值。6.4 短路电流的计算假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。进行短路电流计算，首先要绘制出计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出来，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大的短路电流通过。按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中主要元件的阻抗。短路电流计算方法，常用的有欧姆法和标幺值法。本次设计采用标幺值法。 6.5 计算电路图及短路电流计算 （1） 确定基准值取=100MVA，=10KV，=0.23KV而=5.77KA=152KA（2） 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1） 电力系统的标幺值=500MVA，因此=0.22） 电缆线路的电抗标幺值在小区的基本资料里面，给出了小区的供电情况。10KV侧的额定电流为：=162A通过查看下表，电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线路电压35KV以上610KV220380V架空线路0.40.350.32电缆线路0.120.080.066查表可得 =0.08，所以常用电源线路 =0.085km=0.4备用电源线路 =0.352km=0.73） 电力变压器的电抗标幺值查变压器SCB10-100010的参数可得，=6%，所以=6计算常用电源线路的短路电流数据，备用电源的短路电流数据计算过程省略。绘制短路等效电路图，见下图： （1） 计算K1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值 =0.20.40.6三相短路电流周期分量有效值=9.62KA其他三相短路电流I= I=9.62KA=2.55I=2.559.62KA=24.6KA=1.51I=1.519.62KA=14.6KA三相短路容量=166.7MVA（2） 计算K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值=0.20.4=3.6三相短路电流周期分量有效值=42.3其他三相短路电流I= 42.3KA=2.55I=1.8442.3KA= 77.832 KA=1.51I=1.0942.3KA=46.107 KA三相短路容量=27.78MVA（3） 计算K-3点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值=0.20.4=3.6三相短路电流周期分量有效值=42.3KA其他三相短路电流I= 42.3KA=2.55=1.8442.3KA= 77.832 KA=1.51=1.0942.3KA= 46.107 KA三相短路容量=27.78MVA备用电源的短路计算方法与上面的一样。 第七章 变配电所一次设备的选择和校验通过上述短路计算得知，供电系统中发生短路时，短路电流是相当大的。当短电流通过电器和导体时，一方面要产生很大的电动力，即电动效应；另一方面要产生很高的温度，即热效应。所以需要校验设备的动稳定性和热