高档别墅小区供配电系统设计.docx

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高档别墅小区供配电系统设计

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

Aｂsｔract

Thisdesigntｏｐicｉsｔｈepoｗersｕpplyanｄdｉｓtｒibutｉonsystｅmｆoｒａｒｅsidｅnｃecommunity,thissysｔemｉs　ｃｏnneｃtｅdwiththｅpubｌic　lineoｆ1０kVｔhｒoughstｅp-dｏwntｒansfｏrmers,anｄdistｒｉbｕteelectricalpｏwer　to　theｒｅsidenｃecommｕnity。

Therｅsidence　comｍｕnityincludeVilla　aｒeａｓｅction。

Ｔheeｌｅcｔrｉｃalchargeisbig　，andｔhe　ｒesidenceｃommuniｔy’demandofｒeliabilityoｆｐoｗｅrsuｐplｙｉｓhiｇh,usingthehigｈｒｅliablewiriｎｇfoｒm。

　This　ｄｅsiｇｎｍainｃontｅｎｔｉnｃｌｕdes:

　thecharｇｅcomputation,ｓhort-circuｉtcurｒenｔcｏmpuｔａtion,elｅcｔriｃalmaｉnｗiringdesｉgn,ｅlectricalequｉｐｍenｔchｏice　aｎdvｅrｉficatioｎ（incｌｕdinｇmain　vｏltａge　tranｓformｅr　ｃhoice,　circuitbｒｅakeｒａnddｉｓｃonnｅctiｎｇswｉｔchwiｔｈchecｋ-up，　conductoｒｃｈｏｉce　withchｅck—ｕp,　cuｒrｅnttransformeｒchoｉcｅwithｃheck-up,voｌtａge　transforｍｅrchoｉｃeｗｉｔhcｈeck—upaｎｄlighｔniｎgprｏtｅcｔorchoice　ａnd　soｏn）,thedｉｓpoｓａlandconfｉguratioｎ　ｏf　the　ｔransforｍｅr　ｓubstａｔｉoｎdesign.Ｂetween　tｈem,theelectrｉcalｍaｉnwiｒiｎgｈaｓrepresented　themａin　ｂodiｅｓsｔructure　ｏｆtｈesubstatioｎ,ｉtｈaｓｔｈedecｉｓivereｌａtｉonsａboｕt　theelecｔrｉcalequｉpmentchｏiｃe,　ｔhｅpower　distｒibutｉoｎ　equiｐｍentarrangｅmｅnｔ，therｅｌay　pｒｏｔection,thedｅｃisｉｏnofautoｍａｔicｄｅvice　andthe　coｎtrｏｌ　ｍode　，andiｔｈａsｌoｎｇ—terminfｌｕｅncｅａbｏutthe　reｌiaｂilｉty，security,fｌexｉbilityandeffiｃiencyoftｈｅelectricａｌ　pｏwersystｅmmovement。

In　ordertofinishthedesign，Irｅfeｒringtｏthepowersupplｙanｄdｉsｔｒibuｔioｎｄesiｇｎstandａrd,tｈｅtrａnsformeｒsｕbsｔａｔｉｏn　ｄesignstａｎdard,theeleｃtricａldesiｇnstａndardoｆ　ａrchitectｕreaｎdｓooｎ，　carryoｎ　ｔhｅｐｒelimiｎａｒydeｓign　totｈｉｓpoweｒ　syｓｔｅm。

Thｉsｄｅsｉgnｉsａ　ｇｒaduatｉon　ｄｅｓｉｇn。

Tｈe　purｐｏseoｆｔhisdesｉgn　istogive　us　aｃｈａｎcｅofsyntheticａl　uｓageoftheknowledgewe　hａveｌeａrneｄ.Besides,itcａntｒainourａｂilitｙｔo　aｎａlyzeandｓolveprａcticalpｒobｌemｓｉｎＣonstrucｔeｌectｒｉcityiｎdepｅnｄentlｙsothatthetheory　ｉsconnecteｄwithpｒaｃｔｉｃｅandasolidbasｅ　ismaｄeinｆavor　offuturｅ　worｋ.

Ｋｅyword:

transｆorｍer,electricalｍainｗｉring，eleｃtrｉcａｌeｑｕipｍenｔ,electｒiｃaｌeqｕipment

目　录

摘要……………………………………………………………………………1　

Absｔracｔ…………………………………………………………………………2

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……………………………………………………………48

1．１原文……………………………………………………………………………4８

1。

2译文……………………………………………………………………………5５

附录二小区平面图………………………………………………………………58

附录三　主接线图…………………………………………………………………5９

3.1主接线图一…………………………………………………………………5９

３。

2主接线图二…………………………………………………………………60

附录四变配电所布置图…………………………………………………………６１

ﻩﻩ

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：

6～10kV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ﻫ

（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。

ﻫ（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。

ﻫ二、负荷计算的方法ﻫ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

ﻫ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Ｋd

cos　

tａｎ

计算负荷

P30/kｗ

Ｑ3０/ｋｖａr

S３0／kVA

I30

1

别

墅

区

空调+电气加热装置

100０

0.8

０.8

0.75

800

60０

1０0０

１519.４

照明

400

0.６

１．0

２40

240

3６4.6

消防＋监控

1００

0。

6

0。

8

0。

７5

60

45

７5

114

小计

15０0

1100

6４５

131５

１99８

2

小区路灯及公园用电

照明

４5

1。

0

０。

４5

１.89

45

８9.1

1０0

１52

3

医

院

仪用

５0

0。

3

0.55

１.５2

15

22.8

２７。

3

41。

5

照明

３０

0.6

１．0

1８

18

27。

４

空调

1５

０.8

0.8

０.75

12

9

15

2３

消防

5

０.6

0.8

0.75

3

2.２5

3．７5

５。

7

小计

100

48

34。

05

６４．０5

9７.6

4

商

业

街

空调电暖

１20

0。

8

０。

8

0.7５

9６

７2

1２0

1８2

照明

80

0.６

1。

0

48

48

7３

小计

２００

144

７２

168

255

5

休

闲

会

所

空调+电暖

80

0。

8

0。

8

0。

75

６4

４8

80

121.5

照明

40

0.6

１。

０

24

24

36。

5

健身器材

100

0．4

0。

7

1。

02

40

4０.8

5７

86。

6

消防

2０

0。

6

０。

8

0.7５

１2

9

１５

２2。

8

小计

2４0

140

97．８

176

267.4

6

银

行

空调

4０

0。

8

0.8

０。

75

32

2４

40

60.8

照明

40

0.7

1。

０

2８

２８

42。

5

计算机系统

１00

0．6

０。

8

0。

75

60

45

75

１14

消防

20

0。

6

0。

8

0.7５

12

９

15

2２。

８

小计

200

１３２

７8

１５8

2４0。

1

7

游乐场

照明

20

0．7

1。

0

14

14

2１。

３

游乐器材

３０

0。

４

0.7

１。

02

1２

1２．24

17.2

26。

1

小计

5０

26

1２.24

31.２

47.4

8

小区监控

监控

1０0

0。

45

0。

5

1。

73

45

77。

85

9０

136。

7

合计

（3０8V侧）

设入K∑p=０．92K∑q=0。

９5

0。

8３

1545。

6

1０5０.7

１8６8.9

３194.2

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3８0V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。

ﻫ可选用BＷF10。

５—５０—１型的电容器ﻫQｃ=P30（taｎϕ1—ｔａnϕ2）

＝1545.6×〔ｔan（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：

　S′3０

（2）=

=16５８.2KV·A

变压器的功率损耗为：

△ＱT　=　0。

0６Ｓ′３0

（2）=　0。

06×16５8.2　=　99。

４９2Kvar

　　　△PT=０。

０1５　S′3０

（2）=0.01５×１658.2=　２4.９Kw

变电所高压侧计算负荷为:

　　Ｐ′30=24.9+１545。

6=1570。

５Kｗ

　　　Ｑ′３０=　81。

474+4９2。

6=７00。

2Kvａr

S′30=

≈１719.2KV.A

无功率补偿后，小区的功率因数为:

　ｃosϕ′＝P30′／S３0′=1570。

5/171９。

２≈０。

914≥０。

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

　　　　Ｘ∑Pｉ=５50×0.２+48×０.２＋36×0。

3＋36×0。

３+３6×０.5+３6×0.5＋550×0.6+1３２×０.6+140×0。

9＋45×0.９+２6×0.9+４５×０。

4＝７94．3

　　　Ｙ∑Pi=550×0.5+36×０.2+３6×０。

2+36×0。

7+３6×０。

７+55０×0.5+４5×０.4+45×0.4+26×0。

9=６96.6

负荷中心坐标为:

Ｘ=X∑Pi/∑Pi=0.47km,　Y＝　Y∑Ｐi/∑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。

Ｔ≥Ｓ′30

一般取S３0=20００KＶ·A≥Ｓ3０=1719．2KV·Ａ

　因此选20０0KV·Ａ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:

①任一台单独运行时，ＳＮ。

T≥（0.6-0．7）×S30=（0.6—0.7）×17１９。

2＝（1031.52~1２03.４4）KV·A

②任一台单独运行时，ＳN.T≥Ｓ30（Ⅰ＋Ⅱ）=（４02.０5＋112.2）=5１4。

２５　KＶ·Ａ

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.ﻫ3。

当供电电源只有一