某学校生活区配电系统设计.docx
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某学校生活区配电系统设计
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某学校生活区配电系统设计
学校：
专业：
学号：
姓名：
指导教师：
目录
前言..................................................（4）
第一部分说明书
第一章设计任务
1.1原始资料..........................................（5）
1.2设计任务........................................（7）
第二章负荷分析计算和无功补偿
2.1负荷计算的目的及方法...............................（8）
2.2学生宿舍的负荷分析和计算...........................（9）
2.3无功补偿后生活区的计算负荷.........................（9）
第三章变电所及主变压器的选择
3.1变电所所址选择的一般原则...........................（9）
3.2利用生活区的负荷来选变电所的位置...................（10）
3.3变电所型式的选择...................................（10）
3.4变电所主变压器和主结线方案的选择..................（11）
第四章短路电流计算及设备的选择
4.1短路电流计算的目的.................................（14）
4.2短路电流计算的一般规定.............................（14）
4.3短路电流的计算.....................................（15）
4.4变电所一次设备的选择校验...........................（15）
第五章变电所二次回路方案的选择和继电保护选择
5.1高压断路器的操作机构控制与信号回路.................（18）
5.2变电所的电能计量回路...............................（18）
5.3变电所的测量和绝缘监察回路.........................（19）
5.4继电保护的整定............................................................................（19）
第六章防雷保护和接地装置的设计
6.1接地极要求..........................................（21）
6.2接地线要求.........................................（21）
6.3接地线和接地极连接要求..............................（21）
6.4接地电阻要求.......................................（22）
第二部分计算书........................................
2.1学生宿舍总共有八栋..................................（22）
2.2无功功率补偿........................................（23）
2.3短路电流的计算.....................................（23）
2.4变电所进出线与邻近单位联络线选择....................（25）
2.5380V低压出线的选择.................................（26）
2.6变电所的保护装置....................................（28）
总结与体会.............................................（31）
谢辞....................................................（32）
参考文献................................................（33）
附录...................................................（34）
附图1：
本校变电所主接线图...............................（35）
附图2：
本校用电接线图...................................（36）
附图3：
本校变电所平面图.................................（37）
附图4：
剖面图...........................................（38）
附图5：
宿舍照明系统图...................................（39）
前言
毕业设计是学生走出校门、走向社会相关工作岗位的一道考核，也是一次对学生三年所学知识的巩固程度的大考验。
毕业设计由指导老师指导、由学生独立完成的知识成果，可以体现一个学生对所学知识的巩固程度以及学生独立设计的能力。
故本次设计是我最努力、最全面的一次设计，从中我可以学习到很多知识和体验到很多平时难得的设计快感。
本次设计是对学校生活区配电系统进行设计,共完成了:
确定变电所主变压器的台数与容量,类型,选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案以及选择整定继电保护装置等.通过完成这次设计，巩固和加深了对三年来所学有关专业知识的理解，获得了实践经验，从而为以后完成相关的设计打下良好的基础，同时也使自己该方面的学习成果得到综合考核。
最后，再次恳请各位老师批评指正,以便我在日后的相关设计得到提高。
摘要要求根据本校所能取得的电源及本校用电负荷的实际情况，并适当考虑到学校的发展，按照学好全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与
型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置
关键词配电系统变电所短路变压功率
第一部分说明书
第一章设计任务
1.1.原始资料
1.1.1.设计题目
学校生活区配电系统设计
1.1.2.设计要求
要求根据本校所能取得的电源及本校用电负荷的实际情况，并适当考虑到学
校的发展，按照学好全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与
型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置（选做），最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
1.1.3.设计依据
1）学校生活区总平面图
2）学校宿舍楼标准层建筑平面图
3）电源的南侧1000m处,有一座10kv的配电所,其出口断路器是SN10-10II型,
此断路器配电备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过流整定的动作
时间为1.3s.为满足学校二级负荷的要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得电源。
4）学校生活区负荷表,见表
编号
名称
/kw
/kw
1
学校食堂
308
210
2
锅炉
100
100
3
教师楼
270
120
4
校医室
130
98
5
户外照明
25
20
6
本所用电
10
0
7
学生宿舍
由学生设计计算
5）气象资料
本所在地区的年最高温度为,年平均气温为,年平均气温为年最热月平均最高气温为,年最热月平均气温为,年最热月地下0.8m处平均温度为.当地主导风向为东北风,年雷暴日数为45。
6）地质水文资料
本校所在地区平均海拔500m,地层一砂粘土为主,地下水位为2m。
7）电费制度
本校与当地供电部门达成协议,在本校变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费制交纳电费.每月基本电费按主变压器容量计为18元/（KVA）,电费为0.5元/（KW.h）.学校最大负荷时的功率因数不得低于0.90.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补贴费:
6~10kv为800元/（KVA）。
1.2.设计任务
要求在规定时间内独立完成下列工作量
1.2.1.设计说明书
1）前言
2）目录
3）负荷计算和无功功率补偿
4）变电所位置和型式的选择
5）变电所主变压器的台数与容量,类型的选择
6）学生宿舍楼配电系统的确定
7）变电所主结线方案的设计
8）短路电流的计算
9）变电所一次设备的选择与校验
10）变电所进出线的选择与校验
11）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
12）防雷保护和接地装置的设计
13）附录及参考文献
1.2.2.设计图样
1）变电所主结线图一张。
2）学校用电结线图一张。
3）学校变电所平面图、剖面图各一张。
4）若时间允许，绘制高低开关柜配置图、接地及照明图各一张。
第二章负荷分析计算和无功补偿
2.1.负荷计算的目的及方法
2.1.1.目的
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。
负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。
负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。
为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
2.1.2.方法
目前，我国设计部门在进行企业供电设计时,经常采用的电力负荷计算方法有:
需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便,对于任何性质的企业负荷均适用,且计算结果上符合实际,因此,这种计算方法采用最广泛.尤其对各用电设备容量相差较小,且用电设备数量较多的用电设备组,这种计算最适宜.二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所,如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。
利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。
这种计算方法虽理论依据较充分,但由于目前积累的实用数据不多,且计算步骤较繁琐,精确度也并不比前两种方法强多少,所以,目前以逐渐不被采用.最后两种方法常用于方案估算。
2.2.学生宿舍的负荷分析和计算
整个生活区的计算负荷表如下
编号
名称
计算负荷
/kw
/kw
1
学校食堂
308
210
2
锅炉
100
100
3
教师楼
270
120
4
校医室
130
98
5
户外照明
25
20
6
本所用电
10
0
7
学生宿舍
393.6
339.15
2.3.无功补偿后生活区的计算负荷
项目
COS
计算负荷
/Kw
/Kvar
/KVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.81
1236.6
887.15
1521.91
2312
380V侧无功补偿容量
-482.27
380V侧补偿后负荷
0.95
1236.6
404.88
1301.19
1977
主变压器功率损耗
10KV侧负荷总计
0.93
1256.12
482.95
1345.76
77.7
第三章变电所及主变压器的选择
3.1.变电所所址选择的一般原则
选择生活区变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：
（1）接近负荷中心。
（2）进出线方便。
（3）接近电源侧。
（4）设备运输方便。
（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所。
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。
（7）不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。
（8）不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家
标准GB50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。
（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
3.2.利用生活区的负荷来选变电所的位置
利用生活区的负荷来选变电所的位置。
因为该生活区的负荷较集中于学生宿舍和食堂。
所以考虑到方便进出线及周围环境情况。
决定该变电所选在学生宿舍和食堂的中间来修建变电所，其型式附设式。
3.3.变电所型式的选择
变电所有屋内式和屋外式两大型。
屋内式运行维护方便，占地面积少。
在选择生活区变电所的型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。
负荷较大的地方，宜设附设式或半露天式变电所。
负荷较大的及高层建筑内，宜设在室内变电所或组合式成套变电站。
负荷小而分散的生活区，或需要远离有易燃易爆危险及有腐蚀性时，宜设独立变电所。
如户外环境正常，亦可设露天式变电所。
当变压器容量在350KVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。
3.4.变电所主变压器和主结线方案的选择
3.4.1.变电所主变压器的选择
根据生活区的负荷和电源情况，生活区的主变压器可有下列两种方案：
（1）装设一台主变压器变电所，型式采用S9，主变压器容量应不小于总计算负荷，而容量根据所得出来的数据，选=1600KVA>=1520KVA,即选一台S9-1600/10型的低损耗配电变压器。
至于生活区的二次负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（注：
由于二次负荷达到335.1KVA，380V侧电流达到509A，距离又较长，因此不能采用低压联络线作备用电源。
）
（2）装设两台主变压器、型号采用S9，而每台容量的选择，即
同时每台主变压器容量不应小于全部一、二负荷之和即
因此选两抬S9-1000/10型的低损耗配电变压器。
本所二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组别均采用Yyn0。
图3-1装设一台主变的主结线方案图3-2装设两台主变的主结线方案
（附高压柜列图）（附高压柜列图）
3.4.2.变电所主结线方案的选择，按上面考虑的两种主变压器的方案可以设计下列两种主结线方案：
（1）装设一台主变压器的主结线方案
（2）装设两台主变压器的主结线方案
（3）两种主结线方案的技术经济比较
比较项目
装设一台主变的主结线方案
装设两台主变的主结线方案
技
术
指
标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电的可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
由于两台主变，灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经
济
比
较
电力变压器的综合投额
查表得S9-1600单价为15.18万元，而查表得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资约为2×15.18万元=30.36万元
查表得S9-1000单价为10.76万元，因此两台综合投资为4×10.76万元=40.06万元，比一台主变的方案多投资12.68万元
高压开关柜（含计量柜）的综合投资
查表的GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×3.5万元=21万元
本方案采用6台GG-1A（F）型柜，其综合投资额约为6×1.5×3.5万元=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元
交供电部门的一次性供电贴费
按800元/KVA计，贴为1600×0.08万元=128万元
贴费为2×1000×0.08万元=160万元，比1台主变的方案多投32万元
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图3-2）略优于装设一台主变的主结线方案（图3-1），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图3-1）远优于装设两台主变方案（图3-2），因此决定采用装设一台主变的方案，即S9-1600。
第四章短路电流计算及设备的选择
4.1.短路电流计算的目的：
在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。
其目的是：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。
（2）在选择载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全，可靠地工作，同时又力为节约资金，这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。
（3）为选择继电保护方式和进行整定计算提供依据。
（4）接地装置的设计，也需用短路电流。
4.2.短路电流计算的一般规定：
按照《高压配电装置设计技术规程SDJ5-85》和《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86》的有关条文，对于验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定。
（1）计算的基本情况：
a、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
b、所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；
c、短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
d、所有电源的电势相位角相同；
e、应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
（2）接线方式：
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
4.3.短路电流的计算（4-1）
短路计算点
三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA
K-1
1.06
1.06
1.06
2.7
1.6
19.23
K-2
18
18
18
33.12
19.62
12.5
（详细参考在计算书的2.3）
4.4.变电所一次设备的选择校验
①10KV侧一次设备的选择校验（表4-2）
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其它
装置地点条件
参数
数据
10KV
92.38A
1.06KA
2.7KA
KA
一
次
设
备
型
号
规
格
额定参数
少油断路器
SN10-10II/630
—
—
—
—
高压隔离开关GN19-10/400
400A
－
31.5KA
KA
高压熔断器RN1-10
100A
－
－
－
电流互感器JDJ-10
10/0.1KV
－
－
－
－
电压互感器JDZJ-10
KV
KV
KV
－
－
－
－
电流互感器LQJ-10
100/5A
－
KA
二次负荷
避雷器FS4-10
FS4-10
10KV
－
－
－
户外式高压隔离开关GW4-15G/200
15KV
200A
－
－
－
表4-3所选设备均满足要求。
②380V侧一次设备的选择校验（表4-3）
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其它
装置地
点条件
参数
数据
380V
2312A
18KA
33.12KA
KA
额定参数
380V
2500A
60KA
低压断路器DZ20-630
380V
630A
30KA
低压断路器DZ20-200
380V
200A
25KA
380V
1500A
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
2500/5A
电流互感器LMZ1-0.5
500V
160/5A
100/5A
表4-4所选设备均满足要求。
综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表4-6所示。
③ 高低压母线的选择，查表4-4，10KV母线选LMY—3×（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm；380V母线选LMY—2（120×10）＋（80×10），即相母线尺寸为120mm×10mm,中性母线尺寸为80mm×10mm。
变压器容量/KVA
200
400
500
800
1000
1250
1600
高压母线
40×4
低压
母线
相母线
40×4
60×6
80×6
100×8
120×10
2×（100×10）
2×（120×10）
中性母线
60×6
80×6
80×8
80×10
必须注意：
按表4-4选择的母线尺寸，一般均满足短路动稳定和热稳定要求，因此不必再进行短路校验。
但对于高压配电所及35KV或以上的变电所，则不能采用此表的母线尺寸，
而应按发热条件进行选择，并校验其短路稳定度。
变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表4-5所示。
（计算书的2.4、2.5）
线路名称
导线或电缆的型号规格
10KV电源进线
LJ—25铝绞线（三相三线架空）
主变引入电缆
YJL—10000—3×25交联电缆（直埋）
380V低压
出线
至食堂
VLV22—1000—3×185—1×90四芯塑料电缆（直埋）
至锅炉
VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋）
至教师楼
VLV22—1000—3×185—1×80四芯塑料电缆（直埋）
至校医院
VLV22—1000—3×185—1×90四芯塑料电缆（直埋）
至本所用电和户外照明
VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋）
至学生宿舍
VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋）
与邻近单位10KV联络线
YJL—10000—3×25交联电缆（直埋）
第五章变电所二次回路方案的选择和继电保护选择
5.1.高压断路器的操作机构控制与信号回路
高压断路器的操作机构控制与信号回路，断路器采用手力操作机构，其控制与信号回路如图5-1所示。
5.2.变电所的电能计量回路
变电所的电能计量回路，变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量整个生活区消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月生活区的平均功率因数。
计量柜由上级供电部门加封和管理。
5.3.变电所的测量和绝缘监察回路
变电所的测量和绝缘监察回路，变电所高压侧装有电压互感器、避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Y。
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