高档别墅小区供配电系统设计演示教学.doc

高档别墅小区供配电系统设计精品文档高档别墅区供配电系统设计摘 要本次设计题目为小区供配电系统设计，该系统通过降压变压器与10kv公共电源干线相连，然后向学校供给电能。该小区包括了别墅区，用电负荷较大，对供电可靠性要求也较高。因此，必须采用可靠性较高的接线形式。本次设计主要内容包括：负荷计算、短路电流计算、电气主接线的设计、电气设备的选择与校验（包括主变压器的选择、断路器及隔离开关的选择与校验、导体的选择与校验、电流互感器的选择与校验、电压互感器的选择和避雷器的选择等）和变配电所的布置与结构设计。其中，主接线代表了变配电所主体结构，它对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系，并将长期影响电力系统运行的可靠性、安全性、灵活性和经济性。在设计的过程中，本人参阅了大量的供配电系统设计、变配电所设计、建筑电气设计规范等相关的规范和设计手册，最后对该校供配电系统进行了初步设计。本设计为毕业设计，其目的是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。关键词：变压器、电气主接线、电气设备、继电保护收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 AbstractThis design topic is the power supply and distribution system for a residence community, this system is connected with the public line of 10kV through step-down transformers, and distribute electrical power to the residence community. The residence community include Villa area section. The electrical charge is big , and the residence community demand of reliability of power supply is high, using the high reliable wiring form. This design main content includes: the charge computation, short-circuit current computation, electrical main wiring design, electrical equipment choice and verification (including main voltage transformer choice, circuit breaker and disconnecting switch with check-up, conductor choice with check-up, current transformer choice with check-up, voltage transformer choice with check-up and lightning protector choice and so on),the disposal and configuration of the transformer substation design. Between them, the electrical main wiring has represented the main bodies structure of the substation, it has the decisive relations about the electrical equipment choice, the power distribution equipment arrangement, the relay protection, the decision of automatic device and the control mode ,and it has long-term influence about the reliability，security， flexibility and efficiency of the electrical power system movement.In order to finish the design, I referring to the power supply and distribution design standard, the transformer substation design standard，the electrical design standard of architecture and so on, carry on the preliminary design to this power system. This design is a graduation design .The purpose of this design is to give us a chance of synthetical usage of the knowledge we have learned. Besides, it can train our ability to analyze and solve practical problems in Construct electricity in dependently so that the theory is connected with practice and a solid base is made in favor of future work.Key word: transformer, electrical main wiring,electrical equipment，electrical equipment目 录摘 要1 Abstract2第一章 概述6第一节 设计的对象和主要任务6第二节 设计的原则和资料6第二章 供配电系统设计7第一节 负荷计算7第二节 无功补偿功率10第三章 变电所位置和型式的选择12第四章 变电所主变压器和主结线方案的选择13第一节 变电所主变压器的选择13第二节 变电所主结线方案选择14第五章 短路电流计算 16第一节 短路电流计算的目的及方法16第二节 短路电流计算16第六章 电气设备的选择 18第一节 电气设备选择原则18第二节 电气设备选择21第三节 高低压母线的选择24第七章 变电所进出线和邻近单位联络线的选择25第一节 10KV高压进线和引入电缆的选择 25第二节 380V低压出线的选择25第三节 作为备用电源的高压联络线的选择校验31第八章 变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定33第一节 高压断路器的操动机构控制与信号回路33第二节 高低压侧的电能计量回路33第三节 变配电所的测量和绝缘监察回路34第四节 变配电所的保护装置35第九章 变配电所的防雷保护与接地装置的设计38第一节 变配电所的防雷保护38第二节 变配电所公共接地装置的设计38第十章 变配电所的布置与结构设计41第一节 变配电所总体布置方案的设计要求41第二节 变配电所各室的具体布置与结构要求41第三节 变配电所布置方案的确定44总 结45致 谢46参考文献47附 录48附录一 外文资料翻译481.1 原文481.2 译文55附录二 小区平面图58附录三 主接线图593.1 主接线图一593.2 主接线图二60附录四 变配电所布置图61第一章 概 述第一节 设计的对象和主要任务1、 设计的对象本次设计的对象“高档住宅小区”，它分为别墅区、公园、银行、医院等七部分，全小区总面积约490000平方米。别墅区为联排别墅共20排每排5户，共100户。由于小区属高档住宅区，所以小区内部配置有相应的小型医院和娱乐场所（如小型游乐场、休闲会所、公园等）出于对小区的安全和自动化管理配置有专用的小区监控系统（如防盗报警系统、闭路电视监视系统、门禁系统和确认系统等）和消防报警和控制系统（如火灾自动检测与报警、消防备用联动控制系统和紧急广播系统等）。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等。第二节 设计的原则和资料1、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。2、设计的原始资料（1）小区总平面图（见附录二）（2）小区负荷情况该小区内的银行、医院、小区监控和消防为一级负荷； 娱乐场所如休闲会所和游乐场的照明及设备属与二级负荷；而普通照明三级负荷。（3）供电电源情况按照小区与当地供电部门签订的供用电协议规定，本小区可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看小区总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185，导线为等边三角形排列，线距为1.0m；干线首端距离本小区约9Km。干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为2S。为满足小区一.二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本小区高压侧有电气联系的架空线路总长度达120Km，电缆线路总长度为40Km。（4） 气象资料本小区所在的年最高气温为35.1，年平均气温为17.3，年最底气温为-6.6，年最热月平均气温为33.2，年最热月平均气温为27.5，年最热月地下0.8m处平均气温为25。年主导风为东北风，年雷暴日数为22.6。（5） 地质水文资料本小区所在地区平均海拔111.4m,地层以黄土为主,地下水位大于20m。（6） 电费制度本小区与当地供电部门达成协议，小区最大负荷时的功率因素不得低于0.9。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/kVA。第二章 负荷计算及无功补偿第一节 负荷计算一、 负荷计算的内容和目的（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 （2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。（3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。二、负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。(1)三相设备组有功计算负荷基本公式: 有功功率：无功功率: 视在功率: 计算电流: (2)多组用电设备有功计算负荷基本公式: 需求系数: 本次设计取 三、负荷计算的结果根据小区的负荷统计资料，按照需要系数法，负荷计算结果如表2-1编号名称类别设备容量Pe/kw需要系数Kdcos tan计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kVAI301别墅区空调+电气加热装置10000.80.80.7580060010001519.4照明4000.61.0240240364.6消防+监控1000.60.80.75604575114小计15001100645131519982小区路灯及公园用电照明451.00.451.894589.11001523医院仪用500.30.551.521522.827.341.5照明300.61.0181827.4空调150.80.80.751291523消防50.60.80.7532.253.755.7小计1004834.0564.0597.64商业街空调电暖1200.80.80.759672120182照明800.61.0484873小计200144721682555休闲会所空调+电暖800.80.80.75644880121.5照明400.61.0242436.5健身器材1000.40.71.024040.85786.6消防200.60.80.751291522.8小计24014097.8176267.46银行空调400.80.80.7532244060.8照明400.71.0282842.5计算机系统1000.60.80.75604575114消防200.60.80.751291522.8小计20013278158240.17游乐场照明200.71.0141421.3游乐器材300.40.71.021212.2417.226.1小计502612.2431.247.48小区监控监控1000.450.51.734577.8590136.7合计(308V侧)设入Kp=0.92 Kq=0.950.831545.61050.71868.93194.2第二节 无功补偿功率一、无功补偿的目的按供电局的规定，低压功率因数补偿到0.95，高压功率因数要求0.9，凡达不到者，按规定罚款。采用无功补偿，提高系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。因此，建筑供电系统中的无功功率补偿是必不可少的。二、并联电容器的选择计算方法：（1） 无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算 （2）并联电容器个数式中 qc单个电容器的容量（单位为kvar）由表2-1可知，该小区380侧最大负荷时的功率因数为0.83。而供电部分要求该小区10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于0.90，暂取 0.92来计算380 V侧所需无功功率补偿综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。可选用BWF10.5-50-1型的电容器Qc=P30（tanj1-tanj2） =1545.6tan（arccos0.83）-tan（arccos0.92） =377.1kvar取Qc=450Kvar因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC =450/50=9而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取9个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S30（2）= =1658.2KVA变压器的功率损耗为： QT = 0.06 S30（2）= 0.06 1658.2 = 99.492Kvar PT = 0.015 S30（2）= 0.015 1658.2= 24.9Kw变电所高压侧计算负荷为： P30= 24.9+1545.6=1570.5Kw Q30= 81.474+492.6=700.2Kvar S30 = 1719.2 KV .A无功率补偿后，小区的功率因数为： cosj= P30/ S30= 1570.5/ 1719.20.9140.9因此符合本设计要求。第三章 变电所位置和型式的选择变电所选址的一般原则：1、尽量靠近负荷中心，以减少配电系统的电能损耗、电压损耗及有色金属消耗量。2、进出线方便，特别是采用架空线进出时应考虑这一点。3、接近电源侧，对总变、配电所特别要考虑这一点。4、设备运输方便。5、尽量避开剧烈震动和高温场所。6、不宜设在有多尘和有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，则应设在污源的上风侧。7、不宜设在厕所、浴池或其他经常经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。8、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方。且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。9、高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备建筑物合建。10、不应妨碍其他建筑物的发展，并适当考虑今后的扩建。以下采用负荷功率矩法确定负荷中心，在小区平面图的下边和左侧作一个直角坐标，图3-1、采用负荷功率矩法确定负荷中心 XPi=5500.2+480.2+360.3+360.3+360.5+360.5+5500.6+1320.6+1400.9+450.9+260.9+450.4=794.3 YPi=5500.5+360.2+360.2+360.7+360.7+5500.5+450.4+450.4+260.9=696.6负荷中心坐标为: X= XPi/Pi=0.47km, Y= YPi/Pi=0.42km因此该小区的负荷中心由上述计算得应放在别墅住宅区中间道路的中部右侧，且应避开进入别墅区大门位置，具体位置如上图3-1所示。第四章 变电所主变压器和主结线方案的选择第一节 变电所主变压器的选择一、变电所主变压器台数的选择 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，以便其中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。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，也可考虑采用两台变压器，以便高峰负荷期间两台运行，而低谷负荷期间切除一台，以减少变压器损耗。3、除上述情况外，一般三级负荷变电所可采用一台变压器。4、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。二、变电所主变压器容量的选择(1)装设一台主变压器的变电所，主变压器的容量ST应满足：SN.TS30 一般取S30=2000KVAS30=1719.2KVA 因此选2000KVA的变压器一台，型号选S9-2000/10(2)装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时，SN.T（0.6-0.7）S30=（0.6-0.7）1719.2=(1031.521203.44) KVA 任一台单独运行时，SN.TS30（+）=(402.05+112.2)=514.25 KVA因此选两台S9-1250/10型低压损耗配电变压器的联结组别采用Yyn0。第二节 变电所主结线方案选择 一、变配电所主结线的选择原则1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。 6.610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。7.采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。二、主结线方案选择方案一、装设一台主变压器的主接线方案 (见附录三)方案二、装设两台主变压器的主接线方案 (见附录三)两种主接线方案的技术经济性比较 如表41所示 表41 两种主接线方案比较比较项目装设一台主变压器的主接线方案装设两台主变压器的主接线方案供电技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求较高供电质量由于一台主变，电压损耗约大由于两台主变，电压损耗约小灵活方便性只一台主变，灵活性差由于两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差较好经济指标电力变压器的综合投资额查表得S9-2000单价18.9万元，变压器的综合投资额约为单价的两倍，因此综合投资为万元查表得S9-1250单价15万元，变压器的综合投资额约为单价的四倍，因此综合投资为万元，比一台变压器的方案多投资22.2万元高压开关柜的综合投资额查表得GG-1A(F)型柜按每台4.5万计，查表得综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.54.527万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为61.54.540.5万元，比一台主变的方案多投资13.5万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费37.80.05270.06（37.827）0.06=7.41万元22.20.0513.50.06（22.213.5）0.06=4.06万元交供电部门的一次性供电贴费按1000元KVA计，贴费为20000.1万元200万元贴费为212500.1250万元，比一台主变的方案多交50万元。从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变压器的主接线方案越优于装设一台主变压器的主接线方案，按经济指标，则装设一台主变压器的主接线方案优于装设两台主变压器的主接线方案。但本高档别墅小区，有一二级重要负荷所以决定装设两台主变压器的主接线方案优于装设一台主变压器的接线方案。第五章 短路电流计算第一节 短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，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可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于小区供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）；本设计采用标幺制法进行短路电流计算。 第二节 短路电流计算一、绘制计算电路。系统（1）500MVALGJ-120，10Km（2）K-1S9-1250S9-1250（3）3）（4）K-2220/380V如图5-1所示二、确定基准值。取=100MVA Ud1=10.5KV Ud2=Uc2=0.4KV而Id1= = =5.50KA Id2= =144KA三、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值。（1）、电力系统=0.2 （2）、架空线路查表得X0=0.35W/，因此 （3）、电力变压器 查表得Uz%=4.5，因此 因此绘制等效电路，如图5-2所示1/0.22/3.173/3.64/3.6K-1K-21、 计算K-1点（10.5KV侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量。（1）、总电抗标幺值 （2）、三相短路电流周期分量有效值 （3）、其它短路电流 （4）、三相短路容量2、计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量。（1）、总电抗标幺值= =5.17（2）、三相短路电流周期分量有效值（3）、其它短路电流（4）、三相短路容量以上计算结果综合如表5-1所示。表5-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-11.6321.6321.6324.1622.46429.67K-227.8527.8527.8551.24430.35619.34第六章 电气设备的选择第一节 电气设备选择原则一、电气设备选择的一般原则正确选择电器是使电气接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来检验热稳定和动稳定。（1）、按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压 电器允许最高工作电压UOLm不得低于所接电网的最高运行电压，即UOLmUSM一般电器允许的最高工作电压:当额定电压在220kV及以下时为1.15UX,额定电压为330500kV时为1.1UX，而实际电网的最高运行电压USM一般不超过1.1UNS，因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即UNUNS额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境Q0温度下，电器的长期允许电流，IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即INImax由于变压器在电压下降5%时出力保持不变，故其相应回路的Imax为变压器的额定电流的1.05倍，若变压器有过负荷运行的可能时，Imax应按过负荷确定，母联断路器回路一般可取母线上最大一台变压器的Imax。（2）、按短路情况校验短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电器各部件温度不超过允许值，满足热稳定的条件为：I2ctQk 其中式中：QK-短路电流产生的热效应Ict电器允许通过的热稳定电流和时间。电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定，满足动稳定的条件为： iesiSh 或IesIsh 式中Ish. ish断路冲击电流幅值及其有效值 Ies. ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值下列情况可不校验热稳定或动稳定(1)用熔断器保护的电器，其热能稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定(2)采用限流电阻熔断器保护的设备可不校验动稳定(3)装设有电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动热稳定.二、高压断路器的选择原则（1）断路器种类的型式的选择 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油式断路器，少油式断路器，压缩空气高压断路器SF6断路器，真空断路器。（2）额定电压的选择： UeUg（3）额定电流的选择:IeImax（4）开断电流的选择 高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即InbrIpt当断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I进行选择,即INbrI（5）ixd的选择 断路器的额定关合电流不应小于短路最大冲击值ish 即incLish（6）热稳定校验 I2ctQk（7）动稳定校验 iesish三、隔离开关的选择原则（1）种类和形式的选择 隔离开关的形式很多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。（2）额定电流选择：INImax（3）额定电压选择: UNUNS（4）热稳定校验:I2ctQK （5）动稳定校验:iesish四、电流互感器的选择原则（1）一次回路额定电压和电流的选择即应满足：UNUNS INImax（2） 二次回路额定电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为提高准确级，应尽量用1A。（3）电流互感器种类和形式的选择在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。（4）电流互感器的准确级和额定容量的选择 为了保证电感器的准确级，互感器二次测所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2即 SN2S2=I2N2Z2 互感器二次负荷包括测量仪表,电流线圈电阻,连接导线电阻和接触电阻,即ZH=ra+ rre +r1+rc式中ra 、rre可由回路是所接仪表和继电器的参数求得rc一般取0.1,仅连线电阻r1为未知数 sN2-I2N2 (ra+rre+rc) r1 I2N2（5）热稳定和动稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s所允许的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Ke表示。故热稳定应按下式校验。即I2ttQk或（ktIN1）2QK (t=1)电流互感器内部动稳定能力可用下列校验：iesish或21/2INkesish 对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度,故外部动稳定应满足: Fal0.51.7310-7i2shL/a五、电压互感器的选择原则（1）种类和形式的选择 应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和形式。 （2）电压的选择电压互感器的额定一次电压，应与安装地点电网的额定电压相适应，其确定二次电压一般为100V。（3）准确级的要求选择电压互感器满足准确级要求的条件，也是其二次负荷不得大与规定