建筑电气供配电课程设计说明书.doc

长春建筑学院电气信息学院

《建筑供配电》课程设计——说明书
2011/2012（二）

专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电094
学生姓名： 胡南南 学号： 31
指导教师： 李可 齐海英
所属院（系）： 电气信息学院

2012 年 6 月 25 日

目 录

1. 工程概况和设计要求............................3
1.1工程概况........................................3
1.2设计依据、内容及要求............................3
2. 负荷计算及无功功率补偿........................4
2.1负荷计算........................................4
2.2系统负荷计算及无功功率补偿......................7
3. 供配电系统一次接线设计.......................11
3.1供电电源.......................................11
3.2负荷分级.......................................11
3.3电力变压器的选择...............................12
3.4电能质量的改善措施.............................12
3.5接地系统设计...................................13
3.6变电所电气主接线设计...........................13
4.高低压电气设备选择...........................14
5.低压配电系统导线的选择.......................15
6.中压系统电力变压器的保护.....................16
7.总结.........................................17
8.参考文献.....................................18

1、 工程概况和设计要求
1.1工程概况
本工程为长春市公安局办公楼变电所电气设计
长春市公安局办公楼变电所工程负荷清单
序号
设备名称
有功功率（KW）
1
一~八层正常照明
341.6
2
九层正常照明
25.0
3
机房层应急照明
36.2
4
客梯
40.0
5
消防电梯
20.0
6
一般动力
24.0
7
网络动力
20.0
8
消防潜水泵
2.2
9
变电所照明
12.0
10
消防中心
6.0
1.2设计依据、内容及要求
1.2.1设计依据
[1]《民用建筑电气设计规范》 JGJ 16-2008
[2] 中国建筑设计院·《建筑工程设计编制深度实力范本》中国建筑工业出版社：2003,12
[3] 孙建民·《电气照明技术》 ·中国建筑工业出版社：2002,12
[4] 韩风·《建筑电气设计手册》 ·中国建筑工业出版社：1997.3
[5] 刘宝林·《建筑电气设计图集》 ·中国建筑工业出版社 ：2002.10
其它有关国家及地方的现行规程、规范及标准全套土建施工图。
1.2.2设计内容
确定供配电方案，确定电源的取得方式，确定合适的接地系统，合理选择变电所位置，合理布置变电所各室，确定中压系统结线方案，确定低压系统结线方案，进行无功补偿计算，选择合适的变压器，进行继电保护整定。合理选择低压配电系统各回路导线的型号，截面积以及各种开关电器的型号。
1.2.3设计要求
图纸图面清晰，设备选择合理，管线标注正确；图纸应达到施工要求，满足施工技术条件。必要时绘制剖面图及大样图。说明书内容全面，计算准确，字体规范，格式符合要求。
2.负荷计算及无功功率补偿
2.1负荷计算
本次设计采用需要系数法进行负荷计算。
（一） 需要系数的确定
将计算负荷与电气设备总容量的关系表达如下：

认为造成Pc和∑P之间差异的因素有：
（1） 供电范围内所有用电设备不一定同时投入使用，以同时系数
K∑表示。
（2） 投入使用的所有电气设备不一定任何时候都满载运行。以负荷系数KL表示。
（3） 电气设备的铭牌额定功率与额定运行状态下的输入功率不一定相等。以电气设备的平均效率表示。
（4） 用电设备配电线路上的功率损耗导致电网提供的功率大于设备的输入功率。以线路的平均效率表示。
考虑上述因素得到的系数称为需要系数。表达式为：

为统计数据，需查表得到。设备数量越多，需要系数取值应越小，反之则越大。
（二） 负荷计算的需要系数法
1.单组设备计算负荷
当分组后同一组中设备台数n大于3台时，计算负荷应考虑其需要系数，即

式中-------总设备功率，单位为KW；
-------需要系数；
Pc-------计算有功功率 ，单位为KW；
Qc------计算无功功率，单位为Kvar；
Sc-------计算视在功率，单位为KVA；
tan----电气设备功率因素角的正切值；
Ur-------电气设备额定电压，单位为KV；
Ic--------计算电流，单位为A；
当每组电气设备台（套）数n小于等于3台时，考虑其同时使用率非常高，将需要系数取为1，其余计算与上述公式相同。
2. 多组设备的计算负荷
当供电范围内有m个不同的电气设备组时，先将每一组都按上述步骤计算后，考虑各个设备组的计算负荷、在各自的负荷曲线上不可能同时出现，以一个同时系数来表达这种不同时率，因此其计算负荷为

式中 -------有功功率同时系数，对于配电干线的计算负荷，取值范围一般在0.8--0.9，对于变电所总计算负荷，取值范围一般在0.85--1；
-------无功功率同时系数，对于配电干线的计算负荷，取值范围一般在0.93--0.97，对于变电所总计算负荷，取值范围一般在0.95--1；

编号

设备
名称
设备容量
/KW
需要系数
Kd

cos

tan
Pc/
KW

Qc/
Kvar
Sc/
KVA
Ic/
A
1
1-8层正常照明
341.6
0.8
0.9
0.48
273
131
303
460
2
9层正常照明
25
0.8
0.9
0.48
20
9.6
22
34
3
机房层应急照明
36.2
1
0.9
0.48
36
17
40
61
4
变电所照明
12
0.6
0.9
0.48
7
4
8
12
5
一般动力
24
0.7
0.8
0.75
17
13
21
32
6
网路动力
20
0.7
0.8
0.75
14
11
18
27
7
消防潜水泵
2.2
0.7
0.8
0.75
1.5
1.2
2
3
8
客梯
40
0.2
0.5
1.73
8
14
16
24
9
消防电梯
20
0.2
0.5
1.73
4
7
8
12
10
消防中心
6
0.7
0.8
0.75
4
3
5
8
2.2系统负荷计算及无功补偿
本次课程设计采取并联补偿电容器装置变电站低压侧集中补偿，其特点是：对补偿装设点到负荷一段的设备及线路上的功率因数不能补偿；但可对变压器及以前的设备和线路上的功率因数进行补偿，维护、管理方便，补偿装置可以和低压配电装置一起安装在
变、配电室内。
需补偿的无功功率：
、分别为补偿前后的功率因数角。

图1 系统负荷计算及功率补偿示意图

说明：A1、B1分别是变压器一的高压侧和低压侧，A2、B2分别是变压器二的高压侧和低压侧；C1：1--8层正常照明，C2：9层正常照明，C3：机房层应急照明，C4：变电所照明；D1：一般动力，D2:网络动力，D3：消防潜水泵，D4：客梯，D5：消防电梯，D6：消防中心。
（1）计算T1所在回路的计算负荷
计算点C1--C4负荷

计算点
设备
容量/KW
Kd
功率因 数
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
C1
341.6
0.8
0.9
273.3
131.2
303.2
460.7
C2
25
0.8
0.9
20
9.6
22.2
33.7
C3
36.2
1
0.6
36.2
17.4
40.2
61
C4
12
0.6
0.9
7.2
3.5
8
12.2

计算B1点负荷（补偿前）
计算点
同时系数
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
B1
0.9
303
145.5
336
510.7
功率系数补偿后目标值0.95
B1点的负荷（补偿后）
计算点

Qcc
12Kvar
/台
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
B1
0.9
0.95
47
4
303
97.5
318.3
483
补偿后实际功率因数为0.952满足要求。
根据经验公式计算变压器损耗：
变压器有功损耗=0.02Sc=6.3KW
变压器无功损耗=0.08Sc=25.2Kvar
计算A1点的负荷

计算点
/KW
/Kvar
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
A1
6.3
25.2
309.3
122.7
332.7
19.2
高压侧功率因数为0.93满足要求
（2）计算T2所在回路的计算负荷
计算点
设 备
容量/KW
Kd
功率因 数
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
D1
24
0.7
0.8
16.8
12.6
21
32
D2
20
0.7
0.8
14
10.5
17.5
26.6
D3
2.2
0.7
0.8
1.54
1.2
2
3
D4
40
0.2
0.5
8
13.8
16
24.2
D5
20
0.2
0.5
4
6.9
8
12
D6
6
0.7
0.8
4.2
3.2
5.3
8

计算B2点负荷（补偿前）
计算点
同时系数
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
B1
0.9
43.7
43.4
61.6
93.6
功率系数补偿后目标值0.95
B1点的负荷（补偿后）

计算点

Qcc
12Kvar
/台
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
B1
0.71
0.95
29
3
43.7
7.4
44.3
67.3
补偿后实际功率因数为0.986满足要求。
根据经验公式计算变压器损耗：
变压器有功损耗=0.02Sc=0.89KW
变压器无功损耗=0.08Sc=3.5Kvar
计算A2点的负荷

计算点
/KW
/Kvar
Pc/KW
Qc/Kvar
Sc/KV.A
Ic/A
A1
0.89
3.5
44.6
10.9
45.9
2.7
高压侧功率因数为0.97满足要求。
3.供配电系统一次接线设计
3.1供电电源
本工程的电源取得方式为：从供电部门的110/10KV变电所取得两个电源，两个电源分别来自两个不同的区域变电所。
3.2负荷分级
本工程的负荷分级情况如下：
二级负荷
变电所照明、机房层应急照明、消防潜水泵、消防电梯、消防中心
三级负荷
1--8层正常照明、9层正常照明、一般动力、网络动力、客梯
3.3电力变压器的选择
本设计中二级负荷的视在功率为380KV.A，一级负荷的视在功率为63.5KV.A，所以选择两台变压器，变压器1的容量为500KV.A，负荷率为64%，变压器2的容量为80KV.A负荷率为55%；型号均为Dyn11联结组三相干式变压器。当变压器1发生故障时变压器2可以保证所有的一级负荷正常供电，当变压器2发生故障时，变压器1可以保证所有一级负荷的正常供电并能提供部分二级负荷的供电。
3.4电能质量的改善措施
本工程将采取下列措施使电能质量满足规范要求：
（1） 选用Dyn11联结组的三相配电变压器，采用5%无励磁调压分接头。
（2） 采用铜芯电缆，选择合适导体截面，将电压损失限制在5%以内。
（3） 气体放电灯采用低谐波电子镇流器或节能型电子镇流器，并就地无功补偿使其功率因素不小于0.9.在变压器低压侧采取集中补偿，自动投切。
（4） 将单相电气设备均匀分配于三相低压配电系统中。
（5） 照明与电力配电回路分开。
3.5接地系统
本工程采用柱内钢筋做接地极，变电所各箱体与与槽钢可靠焊接，从槽钢引线至柱内钢筋，要求接地电阻小于4欧姆。详细配置见变电所接地平面图。
3.6变电所电气主接线设计

图2 电气主接线图
如图所示，此时变压器一、二次侧均采用单母线分段接线，在一次侧保证电源的备用，二次侧保证变压器的备用，这样当电源容量足够时，一回电源故障不影响对所有负荷的用电，而一台变压器故障时，通常只能保证二级负荷的供电，三级负荷的供电将受到影响，因此变压器的备用容量通常不考虑三级负荷。
变电所高压系统图、变电所低压系统图详见图纸。
4. 高、低压电气设备选择
（1） 高压设备选择型号如下：
高压开关柜
ZS1-12KV（1100×900×2400）
真空断路器
VD4
电流互感器
AS12/150b/4s
电压互感器
RZL-10
高压熔断器
RN2-10
接地开关
JN15ES1
避雷器
HY5WS2-17/50
变压器柜
GGD(1390×800×800)
（2）低压设备选择型号如下：
低压开关柜
MNS(100×800×2200)
电流互感器
AKH-0.66I型
熔断器
RL1
负荷开关
SLG1-250/3P
框架断路器
DW17-400/3
本次课程设计中压开关为“断路器+隔离开关”的主接线。值得一提的是，目前，以“中压负荷开关+熔断器”代替“断路器+隔离开关”，在变压器容量不大（一般不大于1250KV.A)的系统中应用的很广。其优点主要表现在以下方面：
（1） 断路器作继电保护执行元件时，为保证各级过电流保护动作时间的配合，继电保护保护动作时间往往很难整定。
（2） 当严重故障（如短路）发生时，熔断器的动作时间往往比断路器快，可更好地起到保护作用。
（3） 由于“中压负荷开关+熔断器”不需要专门的保护装置和复杂的操作控制回路，可简化供配电系统的二次结线，节省维护工作量。
（4） 便于城市环网供电网络的构成及运行。
5.低压配电系统导线的选择
选择依据：

式中：------线路的计算电流；
------导体的允许持续载流量；
Iop1------低压断路器长延时脱扣器的动作电流，或熔断器的熔体额定电流；
导线选择结果如下：

回路名称
计算电流Ic/A
导线型号及截面积
1-8层正常照明
460.7
ZRYJV-T-4×185+1×95
9层正常照明
33.7
ZRYJV-T-4×25+1×16
机房层应急照明
61
NHYJV-T-4×35+1×16
变电所照明
12.2
ZRYJV-T-4×25+1×16
一般动力
32
ZRYJV-T-3×25+2×16
网络动力
26.6
ZRYJV-T-3×25+2×16
消防潜水泵
3
NHYJV-T-3×25+2×16
客梯
24.2
NHYJV-T-3×25+2×16
消防电梯
12
NHYJV-T-3×25+2×16
消防中心
8
NHYJV-T-4×25+1×16
6. 中压系统电力变压器的保护
变压器是供配电系统中最昂贵、最重要的设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。
本次课程设计所选用的两台变压器均为干式变压器，其保护形式及保护方案如下：
1. 绕组及其引出线的相间短路 包括三相短路和两相短路。与线路相间短路一样，这种故障的特点是，短路相上电流急剧增加为正常电流的若干倍，因此可采用反应电流过量而动作的过电流保护装置来加以保护。
2. 绕组匝间短路 绕组匝间短路也是变压器的常见故障。绕组匝间绝缘是比较薄弱的，较易产生短路。匝间短路时也会使故障点电流增加，当短路匝数不多时，故障电流与正常电流差异不是很大，过电流装置不一定能反映出来。干式变压器采用反应绕组温度升高的温度保护。
3. 二次侧单相短路 变压器二次侧中性点直接接地，其单相短路时，故障相出现较大的短路电流。一般，首先考虑用变压器一次侧装设的过电流保护兼作单相短路保护，若灵敏度不够，再考虑在变压器二次侧采用反应三相电流之和的零序电流保护。
4. 过负荷 虽然变压器有一定的过负荷能力，单过负荷时间不能太长。因此，当变压器的实际负荷超过其额定负荷时，采用反应变压器过负荷的过负荷保护。
5.干式变压器绕组温度升高 干式变压器绕组温度升高的原因很多，如过负荷、匝间短路、环境温度升高、冷却系统故障等。针对这种情况，应设置温度保护。
7.总结
经过两周的时间，我完成了这次供配电课程设计。虽然这已是大学的第三次课程设计了，但自己的把握水平仍然不够，开始几天竟然不知从哪里着手。做课程设计是大学期间很重要的学习机会，通过课程设计使我们能够更加深入地对学过的知识进行全面系统的总结和升华。做课程设计也是理论与实践相结合的一个过程，我们需要通过查资料、规范、标准等过程来完善课程设计。供配电是我们建筑电气专业的主干课程，而变电所的设计又是其中的重中之重，在变电所的设计中，我们电气专业是专业负责人，这个身份足以说明其重要性。回顾这次课程设计，我发现了自己的很多不足，虽然有几项有所改善，但面临的挑战还是很大的，出现的主要问题如下：（1）没有掌握好计算方法，比如短路电流的计算、继电保护整定的计算，所以这次设计只是初步的、不成熟的设计，需要不断学习、不断完善。（2）这次设计再次暴露了我对AutoCAD的掌握水平，很多命令用的不熟练，致使设计进展缓慢，作为将来吃饭的本钱，需要引起足够重视，必须熟练掌握。（3）计算机办公软件的使用不熟练，计算机辅助设计使得电脑成了设计人员最忠实的伙伴，所以要熟练掌握。值得庆幸的是通过这次设计我掌握了公式编辑器的使用方法，这对于工程设计人员来说是很有帮助的。对于暴露的问题我要严肃认真对待，我决心要以暴露出的问题为着手点，踏实投入到后续课程的学习之中，争取在以后的课程设计和毕业设计中有更好的表现。
展望未来，我对建筑电气行业充满了信心，马上就要踏入工作岗位，不时会有危机感袭上心头，随着社会的不断发展，企业对从业者的素质要求越来越高，所以必须加强学习理论知识，更多地投入到社会实践当中去。我的理想是成为一名注册电气工程师，所以从现在开始我就要朝这个方向努力了，我相信在自己的奋斗和老师和同学们的帮助下，这个理想在不久的将来一定能够实现。
8.参考文献
[1]《供配电工系统第二版》机械工业出版社，雍静，2011.
[2]《现代建筑电气供配电设计技术》，中国电力出版社，李英姿等，2008.
[4]《建筑电气设计手册》，中国建筑工业出版社，朱林根，2001.
[5]《低压电器及其配电电控设备选用手册》，科学技术出版社，李茂林，1998.
[6]《中低压配电设备与使用200例》，中国电力出版社，周武仲，2006.
[7]《工厂供配电》，北京大学出版社，王玉华，2006.
[8]供配电系统设计规范，GB50054-2009.
[9]民用建筑电气设计规范，GBJGJ_T16-2008.

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