高层住宅供配电设计.docx
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高层住宅供配电设计
工厂供电课程设计
、负荷计算和无功功率计算
1、基本理论及计算公式
2、负荷计算和无功功率计算
3、无功功率补偿
4、年耗电量的估算
二、变电所位置和形式的选择
三、变电所主变压器台数和容量的选择
1、变电所主变压器台数的选择
2、变电所主变压器容量选择
四、变电所主接线方案的选择
五、短路电流的计算
1、短路电流计算的目的及方法
2、短路电流的计算
3、确定基准值
4、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值
5、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容
6计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
六、变电所一次设备的选择
1、导线机截面选择的基本理论
2、变电所高压一次设备的选择
七、变电所继电保护的设计
1、变压器继电保护
2、变压器的瓦斯保护
八、防雷和接地装置的确定
1、防雷基本理论
2、防雷装置的确定
3、接地基本理论
4、接地装置的确定
负荷计算和无功功率计算
负荷名称
FekW
Kd
COS
IjsA
选用电缆型号规格
1-6F住宅电源
168
0.8
0.9
227
YFD-YJV-4（1*95）+PE（1*50）
7-12F住宅电源
168
0.8
0.9
227
YFD-YJV-4（1*95）+PE（1*50）
13-18F住宅电源
168
0.8
0.9
227
YFD-YJV-4（1*95）+PE（1*50）
消防电梯常用电源及辅助设备
14
1
0.8
30.4
NH-W-4*16+E16
普通电梯常用电源及辅助设备
14
1
0.8
30.4
ZR-W-4*16+E16
生活泵
5.5
1
0.8
11
W-4*4+E4
消防泵
22
1
0.8
42
NH-W-4*25+E16
公用照明常用电源
7
1
0.8
13
ZR-W-4*6+E6
人防照明
5
1
0.8
10
YJV-4*6+E6
人防动力
7
1
0.8
13
NHYJV-4*6+E6
高层各楼层负荷统计资料
1、基本理论及计算公式
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。
在负荷计算时，采用需要系数法对各个楼层进行计算。
主要计算公式有：
有功功率：
氐PeKe
无功功率：
Q30P30tan
视在功率：
S30pPq30
计算电流:
130产。
—
a
2、负荷计算和无功功率计算
1、1-6F
P
30
1680.8134.4kW
Q30
134.40.4864.5kvar
S30
.134.4264.52149.1kVA
130
1491
149.1226.5A
1.7320.38
2、7-12F住宅
P
30
1680.8134.4kW
Q30
134.40.4864.5kvar
S30
134.4264.52149.1kVA
1491CCCLA
130
226.5A
1.7320.38
3、13-18F住宅
P
30
1680.8134.4kW
Q30
134.40.4864.5kvar
S30
134.4264.52149.1kVA
149.1CCCL"
130
226.5A
1.7320.38
4、消防电梯及辅助设备:
P
30
14114kW
Q30
140.7510.5kvar
S30
.14210.5217.5kVA
17.5小小小A
130
26.6A
1.7320.38
5、普通电梯及辅助设备:
P
30
14114kW
Q30
140.7510.5kvar
S30
14210.5217.5kVA
17.5小小小A
130
26.6A
1.7320.38
6、消防泵
P
30
22122kW
Q30
220.7516.5kvar
S30
.22216.5227.5kVA
27.5n
130
41.8A
1.7320.38
7、生活泵
P
30
5.515.5kW
Q30
5.50.754.1kvar
S30
5.524.126.9kVA
69
130
10.5A
1.7320.38
8公用照明常用电源:
P
30
717kW
Q30
70.755.25kvar
S30
725.2528.75kVA
8.75
130
13.2A
1.7320.38
9、人防照明:
P30
515kW
S30
523.752
6.25kVA
I
6.25
9.5A
30
1.7320.38
10、人防动力
P
30
717kW
Q30
70.755.25kvar
S30
...725.252
8.75kV
A
I
8.75
13.2A
30
1.7320.38
取本住宅同时系数:
K刀p
0.95K工q0.97
则全楼计算负荷为:
P30
K环即30
0.95477.7453.8kW
Q30
K"Q30
0.97249.35241
.9kvar
S30
\P30Q30
453.82241.92
514.2kVA
I30
§30
514.2
781.3A
3Un1.7320.38
3、无功功率补偿
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：
S30514.2kVA
这时低压侧的功率因数为：
cos2453.80.88
514.2
为使高压侧的功率因数0.90,则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90,
取：
cos'0.95。
要使低压侧的功率因数由0.88提高到0.95,则低压侧需装设
的并联电容器容量为：
Qc453.8tanarccos0.88tanarccos0.95kvar95.8kvar
取:
Qc96kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
S302453.82241.9962476.7kVA
计算电流1302476.7kVA724.27A
v'30.38kV
变压器的功率损耗为:
补偿后的功率因数为：
COS
46095
亦0.94满足（大于0.9。
）的要求。
4、年耗电量的估算
年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到:
年有功电能消耗量：
WpaP30T
年无功电能耗电量：
WqaQ30T
结合本厂的情况，年负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数
0.72，年平均无功负荷系数0.78。
由此可得本住宅：
年有功耗电量：
Wpa0.72492.9kW4800h1.7106kWh
年无功耗电量：
Wqa0.78241.9kvar4800h9.0105kvarh
二、变电所位置和形式的选择
由于本住宅有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经6kV公共电源干线架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻近高压联络线。
变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和
形式的选择规定》及GB50053-1994的规定，结合本住宅的实际情况，这里变电所米用单独设立方式。
三、变电所主变压器台数和容量的选择
1、变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。
当符合下列条件之一时，宜装
设两台及以上变压器：
有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。
结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。
2、变电所主变压器容量选择
每台变压器的容量Snt应同时满足以下两个条件：
1）任一台变压器单独运行时，宜满足：
Snt（0.6~0.7）S30
2）任一台变压器单独运行时，应满足：
SntSbo（iio）。
考虑到本住宅的实际情况，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步
取SNT=1000kVA。
考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱
型干式变压器。
型号：
SC3-1000/10，其主要技术指如下表所示：
变压器
型号
额定
容量
/kVA
额定
电压
/kV
联结
组型
号
损耗/kW
空载
电流
Io%
短路
阻抗
Uk%
高
压
低
压
空载
负载
SC3-1000/10
1000
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.3
6
四、变电所主接线方案的选择
方案I:
高、低压侧均采用单母线分段。
优点：
用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停
电。
缺点：
当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为
双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案U:
单母线分段带旁路。
优点：
具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。
缺点：
常用于大型电厂和变电中枢，投资高。
方案川：
高压采用单母线、低压单母线分段。
优点：
任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。
缺点：
在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。
以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案I<
根据所选的接线方式，其主接线图如下：
宀丄
X
oo
变电所主接线
五、短路电流的计算
1、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。
对于工厂供电系统来说，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）。
2、短路电流的计算
本住宅的供电系统简图如下图所示。
下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。
采用标幺制法进行短路电流的计算。
3、确定基准值
取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV
所以:
5.500kA
144.000kA
4、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：
（忽略架空线至变电所的电缆电抗）
1）电力系统的电抗标么值：
X；100MVA0.167
600MVA
2）因电线的型号是LGJ-240:
查手册得，因此：
3）电力变压器的电抗标么值：
由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此:
可绘得短路等效电路图如下图所示
5、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
»F***
1）
总电抗标么值：
X工k-1X1X20.1670.60.767
IS3）1.517.17kA10.83kA
6计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
»F****
1）
总电抗标么值：
X*2X,X2X30.1670.666.767
3）其他三相短路电流:
iS3）1.3、、221.28kA39.12kA
lS3）1.0921.28kA23.20kA
三相短路容量：
吧x1106爲A14.78MVA
这样，短路电流的计算就完成了
六、变电所一次设备的选择
1、导线机截面选择的基本理论
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件：
1）发热条件
导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
2）电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。
对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。
3）经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。
所选截面，称为“经济截面”。
此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。
10KV及以下线路，通常不按此原则选择。
4）机械强度
导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆，不
必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。
母线也应校验短路时的稳定度。
对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。
对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。
对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。
对低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再发热条件和机械强度进行校验。
对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。
高压一次设备选取原则：
根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。
选取母线型号：
TMY3504;TMY38010;TMY3606
2、变电所高压一次设备的选择
高压断路器：
ZN6-10
高压熔断器：
RN2-10/0.5-50
电流互感器：
LZZQB6-10-0.5-200/5
电压互感器：
JDZJ-10
接地开关：
JN-3-10/25
绝缘子型号：
ZA-10Y抗弯强度：
Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）从高压配电柜引出的6kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：
YJV-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90oC。
七、变电所继电保护的设计
继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。
由于本设计高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。
对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。
继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；
带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。
型号都采用GL-25/10。
其优点
是：
继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。
此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。
1、变压器继电保护
变电所内装有一台10/0.4KV1000KV*A的变压器。
低压母线侧三相短路电流为
Ik3021.28kA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10
型，接成两相两继电器方式。
下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。
1）过电流保护动作电流的整定：
Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540
ILmax22I1NT41000kVA/（、、310kV）230.95A
故其动作电流：
131
Iop0.840230.95A9.38A
动作电流整定为9A
2）过电流保护动作时限的整定
由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时
限整定为0.5s。
3）电流速断保护速断电流倍数整定
取Krel1.5,Ikmax21.28kA0.40KV/10kV851.2A，故其速断电流为：
151
Iqb851.2A31.92A
q40
因此速断电流倍数整定为：
nqb31里3.55
q9
2、变压器的瓦斯保护
瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。
按GB50062—92规定，800KV?
A及以上的一般油浸式变压器和400KV?
A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护的主要元件是气体继电器。
它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。
为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%〜1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有2%〜4%的倾斜度。
当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。
这时上触点接通而接通
信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。
当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。
这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。
这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。
如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。
先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。
八、防雷和接地装置的确定
1、防雷基本理论
1）架空线路的防雷措施
*架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。
35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。
而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。
*提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。
*利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3〜10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。
在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。
*装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。
在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。
如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。
*个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。
2）变配电所的防雷措施
*装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。
如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。
*高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。
为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。
避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。
在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。
如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。
*低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。
当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。
2、防雷装置的确定
1）直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。
在进线段的1km长度内进行直击雷保护。
防直击雷的常用设备为避雷针。
所选用的避雷器：
接闪器采用直径10mm的圆钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根2.5m长的50mm50mm5mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。
2）雷电侵入波保护
由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。
对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。
3、接地基本理论
电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。
埋入地中并直
接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。
专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。
兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金
属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。
连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。
接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。
接地线与接地体合称为接地装置。
由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。
其中接地线又分为接地干线和接地支线。
接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
4、接地装置的确定
接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：
交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。
本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为60mm2，厚度为3mm。
铜接地线截面选择：
低压电器设备地面上的外露部分截面选择为1.5mm2（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为1mm2。
所用的接地电阻选择：
查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE
根据经验公式：
ReUN（Loh35lcab）其中：
|°h为同一电压的具有电联系的
350
架空线线路总长度；Icab为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。
则：
Re⑴10（635必）=4.67
350
所以，变电所的接地
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