某住宅小区供配电方案设计书变电所主变压器选择.docx
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某住宅小区供配电方案设计书变电所主变压器选择
毕业设计
题目：
某住宅小区供配电设计
——变电所主变压器选择
专业：
电气工程及其自动化
学号：
11922993
姓名：
王梁
指导教师：
方岩
学习中心：
绍兴学习中心
西南交通大学
网络教育学院
2013年11月30日
院系西南交通大学网络教育学院专业电气工程及其自动化
年级电气工程及其自动化2011-98班（专本）学号11922993姓名王梁
学习中心绍兴指导教师方岩
题目某住宅小区供配电设计 ——变电所主变压器选择
指导教师
评语
是否同意答辩过程分（满分20）
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩组组长（签章）
年月日
毕业设计任务书
班级电气工程及其自动化2011-98班（专本）学生姓名王梁学号11922993
开题日期：
2013年月日完成日期：
年月日
题目某住宅小区供配电设计——变电所主变压器选择
题目类型：
工程设计√技术专题研究理论研究软硬件产品开发
一、设计任务及要求
二、应完成的硬件或软件实验
三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）
四、指导教师提供的设计资料
五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）
六、设计进度安排
第一部分熟练课题，收集、整理课题相关资料（1周）
第二部分系统需求分析与总体设计（2周）
第三部分熟悉系统实现平台（2周）
第四部分详细设计、编码、测试（3周）
第五部分毕业设计论文文档编写整理（2周）
评阅或答辩（1周）
指导教师：
年月日
学院审查意见：
审批人：
年月日
诚信承诺
一、本设计是本人独立完成；
二、本设计没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。
承诺人（钢笔填写）：
年 月 日
择
摘要..........................................................................................................................I
摘要
本小区开发范围10万m2，建筑总面积25万m2，是具有较完善现代化设施的高标准住宅。
小区以住宅为主，有20多幢10～17层高楼构成，辅以地下车库，农贸城等配套设施。
小区西北侧马路沿线两路城市10kV架空线经过，本小区电源由其引接，要求本小区功率因数在0.9以上。
两10kV架空线引接的短路容量按最大运行方式时均为100MVA，最小运行方式时均为75MVA考虑。
小区内线路均采用电缆。
本文涉及七块内容：
①小区用电负荷分析和计算；②无功负荷的分析、计算、补偿；③变压器型号、台数及容量选择；④变电所主接线方案比较和确定；⑤短路电流计算；⑥高低压电气设备的选择和校验；⑦电力线路选择和校验；
在整个设计过程中，重点进行了小区的小区用电负荷及其性质的分析、计算无功负荷的分析和补偿,变压器台数、型号、类型及容量的选择确定,变配电所所址、型式的确定等。
关键词：
电力负荷；变压器；变电所
Keywords:
Powerload;transformer;transformersubstation
第一章概述
1.1工厂供电的意义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
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（除电化工业外）。
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自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2工厂供电设计的一般原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家的有关规定及标准，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）安全可靠、先进合理；
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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3设计内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。
解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面。
1.负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算成果。
2.工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。
3.工厂总降压变电所主结线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。
4.厂区高压配电系统设计
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。
参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。
按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。
用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。
5.工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。
由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。
6.改善功率因数装置设计
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。
如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。
7.变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。
并根据需要进行热稳定和力稳定检验。
用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。
8.继电保护及二次结线设计
为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。
设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。
35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。
9.变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。
进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。
进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。
10.专题设计
11.总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。
1.4设计（论文）要求
1.4.1主要设计内容
1.小区用电负荷及其性质的分析、计算；
2.10/0.4/0.23KV变电所所址、型式的确定；
3.无功负荷的分析和补偿；
4.变压器台数及容量选择；
5.高压配电网络主接线方式的选择和确定；
6.短路电流计算；
7.变电所主要设备选型；
8.各电缆线路的选择及布置；
9.小区低压配电系统设计。
1.4.2设计成品要求
1.设计文本：
围绕上述内容展开详尽的论述、分析和计算形成完整文本。
要求说明有条理，论证分析有依据，计算（以相应EXCEL型式表示）及结果正确。
2.成品图纸：
1）供电总平面图
2）高压主接线和低压供电系统图
3）小区变电所平面布置图
1.4.3设计（论文）条件
1.4.3.1小区概述
该小区开发范围为10万m2，建筑总面积约25万m2，是具有较完善现代化设施的高标准住宅区。
本小区以住宅为主，有20多幢10~17层高楼构成，辅以地下车库，农贸城等配套设施。
具体指标见附表1。
1.4.3.2原始设计资料
1.小区总平面图（附图）
2.小区户型分布表（附表1）
3.单位容量和需要系数选取表（附表2）
附表1
标准面积（m）
建筑面积（m）
户型
户数
地下建筑面积（m）
备注
247
2840
B6:
20
B6Y:
2
22
247
247
2840
B6:
20
B6Y:
2
22
247
786
11282
C1:
45
C2:
15
B2:
8
B1:
10
B2Y:
1
B1Y:
1
CF1Y:
3
C2Y:
1
84
786
底层架空（部分为商铺）
750
12383
C1:
60
C2:
30
C1Y:
4
C2Y:
2
96
750
地下室与车库连通
494
8157
C1:
30
C2:
30
C1Y:
2
C2Y:
2
64
494
地下室与车库连通
566
6230
B1:
20
B2:
18
B1Y:
2
B1Y:
2
42
566
底层架空（部分为商铺）
566
6230
B1:
20
B2:
20
B1Y:
2
B2Y:
2
44
566
地下室与车库连通
482
5550
B4:
20
B6:
20
B4Y:
2
B6Y:
2
44
482
地下室与车库连通
566
6230
B1:
20
B2:
18
B1Y:
2
B1Y:
2
42
566
底层架空（部分为商铺）
494
8151
C1:
30
C2:
30
C1Y:
2
C2Y:
2
64
494
地下室与车库连通
566
6230
B1:
20
B2:
18
B1Y:
2
B1Y:
2
42
566
底层架空（部分为商铺）
237
3919
C2:
30
C2Y:
2
32
237
566
6230
B1:
20
B2:
18
B1Y:
2
B1Y:
2
42
566
底层架空（部分为商铺）
883
6593
C4:
12
C5:
14
C2:
15
C1:
15
C1Y:
1
C2Y:
1
58
883
底层架空（部分为商铺）
883
6593
C4:
12
C5:
14
C2:
15
C1:
15
C1Y:
1
C2Y:
1
58
883
底层架空（部分为商铺）
525
4455
B4:
7
B6:
7
B2:
7
B1:
7
B1Y:
1
B2Y:
1
B6Y:
1
B4Y:
1
32
525
底层架空（部分为商铺）
570
7410
C4:
26
C5:
52
C4:
26
C5:
52
78
570
底三层为商场
562
8155
C3:
52
C3Y:
4
C3:
52
C3Y:
4
56
562
底层架空（部分为商铺）
562
8155
C3:
52
C3Y:
4
C3:
52
C3Y:
4
56
562
底层架空（部分为商铺）
562
8155
C3:
52
C3Y:
4
C3:
52
C3Y:
4
56
562
底层架空（部分为商铺）
238
3919
C2:
32
C2Y:
4
C2:
32
C2Y:
2
34
238
底层架空（部分为商铺）
494
8645
C1:
34
C2:
34
C1Y:
2
C2Y:
2
72
494
地下室与车库连通
494
8645
C1:
34
C2:
34
C1Y:
2
C2Y:
2
72
494
地下室与车库连通
494
8645
C1:
34
C2:
34
C1Y:
2
C2Y:
2
72
494
地下室与车库连通
237
4156
C2:
34
C2Y:
2
36
237
地下室与车库连通
237
4156
C2:
34
C2Y:
2
36
237
地下室与车库连通
13312
173950
B1:
117
B2:
107
B4:
27
B6:
47
C1:
297
C2:
387
C3:
162
1356
13312
B1Y:
10
B2Y:
10
B4Y:
3
B6Y:
5
C1Y:
19
C2Y:
23
C3Y:
12
C4:
50
C5:
80
表2单位容量和需要系数选取表
1．单位容量取值
a.住宅
6KW/户
b.营业用房
100W/m2
c.办公楼
75W/m2
d.农贸市场
50W/m2
e.地下车库
50W/m2
2．需要系数选取参考
a.住宅
单相户数
需要系数
4户
0.93
6户
0.75
10户
0.6
25户
0.4
25～100户
0.35
100～200户
0.33
200户以上
0.26
b.营业用房
0.26
c.办公楼
0.26
d.农贸市场
0.26
e.地下车库
0.26
1.4.3.3供电条件
1.电源：
小区西北侧马路沿线两路城市10kV架空线经过，本小区电源由其引接，要求本小区功率因数在0.9以上。
2.10kV母线短路容量
两10kV架空线引接处的短路容量按最大运行方式时均为100MVA，最小运行方式时为75MVA考虑。
3.电价：
暂不考虑其影响。
4.小区内线路均采用电缆。
四）负荷性质
小区内的消防用电、地下车库（属人防工程）属二级负荷，其它农贸城、住宅用电负荷属三级负荷。
1.4.3.4气象、地质条件和环境条件
1.气象条件
1）主导风向为东北风
2）最热月平均最高温度为33.5℃
3）最热月地面下0.8M处土壤平均温度为25℃
4）年雷暴日57.6天。
2.土壤结构：
砂质粘土。
3.环境：
属正常普通环境
1.4.3.5本人设计任务
主要设计内容
1．小区用电负荷及其性质的分析、计算；
2．10/0.4/0.23KV变电所所址、型式的确定；
3．无功负荷的分析和补偿；
4．变压器台数及容量选择；
5．高压配电网络主接线方式的选择和确定；
6．短路电流计算；
7．变电所主要设备选型；
8．各电缆线路的选择及布置；
9.小区低压配电系统设计。
在整个设计过程中重点进行了小区的小区用电负荷及其性质的分析、计算无功负荷的分析和补偿,变压器台数、型号、类型及容量的选择确定,变配电所所址、型式的确定等。
第二章小区用电负荷及其性质的分析、计算
2.1电力负荷的分级
工厂的电力负荷，按GB50052—1995《工配电系统设定规范》规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：
（1）一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或中断供电将会在政治，经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别严重的场所不允许中断供电的负荷，应该视为特别严重的负荷。
（2）二级负荷二级负荷为在中断供电将在政治经济上造成重大损失者，如主要设备损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
（3）三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者均为三级负荷。
2.2各级电力负荷对供电电源的要求
（1）各级电力负荷对供电电源的要求
由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。
一级负荷属特别重要的负荷，除上述两路电路电源外，还必须增设应急电源。
为保证特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
常用的应急电源可使用下列几种电源：
①独立于正常电源的发电组；②供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路；③蓄电池；④干电池。
（2）二级负荷对供电电源的要求
二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台。
（这两台变压器不一定在同一变电所）。
在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。
只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6kV及以上的专用架空线路供电。
这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现切除、检查和修复。
当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部二级负荷。
（3）三级负荷对供电电源的要求
由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。
2.3负荷性质的分析
本小区以高层住宅为主，小区内的负荷以照明负荷为主，其性质属于不重要负荷，但是也有少量的重要负荷，如消防用电等。
现将小区内的负荷性质分析和对其采用的供电方式叙述如下：
小区内单位住宅负荷属于三级负荷，它对供电电源无特殊要求，因此我们采用线状供电系统，即引入单相220V市电，然后根据小区内住户的用电负荷，由小区内变电所出线，三相380V引入每幢大楼，大楼内的三相用电设备如电梯等可直接对其供电，单相用户可根据负荷对其分配三相，尽量使其满足三相平衡。
小区内的消防用电、地下车库属于二级负荷，它要求由两回路供电，供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定在同一变电所内）。
因此我们可采用环网状供电系统（如图1-1），即采用双路低压进线，一路运行，一路为备用，这样才能满足二级负荷的要求。
图1-1环网状供电系统示意图
根据《工厂供电》第三版，电力系统的中性点运行方式，我国220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式。
本小区以单相供电为主，因此户外采用中性点直接接地的TN-C系统，户内采用中性点直接接地的TN-S系统。
2.4小区负荷计算
求计算负荷，即需用负荷。
目的是为了合理的选择供配电系统务级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。
负荷计算方法有需要系数法和二项式系数法。
当用电设备台数较多，多台设备容量相差不大时，特别在确定车间和工厂的计算负荷时，宜于采用需要系数法。
当用电设备台数较少，有的设备容量相差悬殊时，特别在确定干线和支线的计算负荷，宜于采用二相式系数法。
此两种方法比较分析，确定出本设计采用需要系数法。
需要系数法，是将用电设备容量Pe乘以需要系数和同时系数，直接求出计
算
负荷的一种方法。
这种方法由于简单易行，为设计人员普遍接授。
事实上只有当设备台数足够多，总容量足够，无特大型用电设备，需要系数值才能趋向一个稳定的数值。
因此，需用系数法普遍用于方案估算，初步设计和工厂大型车间变电所的施工设计。
需要系数法的计算公式如下：
序列
计算负荷
计算公式
适用条件
1
有功（kW）
已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因素来求负荷
无功（kvar）
视在（kV·A）
电流（A）
2
有功（kW）
已求出各设备组或各单位的有功和无功计算负荷后，求总的计算负荷
无功（kvar）
视在（kV·A）
电流（A）
符号含义
Pe——设备组或单位的设备容量（kW），不计备用容量
UN——设备额定电压（kV）
Kd——需要系数
K∑p、K∑q——有功和无功负荷同时系数
P30、Q30——各设备的有功和无功计算负荷、
备注
1
升级会员 