某宾馆大楼的供配电系统设计Word格式文档下载.docx
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二、设计要求
1、基础资料
该工程宾馆大楼，地下有三层，地上有22层，总建筑面积为60000平方米，主要设备有：
1
空调机房
420
2
冷却水泵
75
4（三备一用）
3
冷冻水泵
4
冷却水塔
25
5
冷水机组
520
6
正压送风
60
7
送排风机
22
8
喷淋水泵
37
3（两备一用）
9
消防水泵
10
消防排烟
56
11
消防电梯
15
12
荷梯
18.5
13
客梯
14
自动扶梯
生活给水泵
16
补水泵
2（一备一用）
17
潜污水泵
电源情况：
两回10kv供电
2、要求：
（1）、统计负荷
（2）、变配电站的主接线设计
（3）、负荷计算（4）、短路电流计算
（5）、主要电气设备选择（6）、变压器的继电保护设计
三、各部分电路设计
1、负荷统计
计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。
用电设备计算负荷的确定,在工程中常用的有需要系数法和二项式法。
需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的基本方法,在此课程设计中采用需要系数法来确定计算负荷。
按需要系数法确定用电设备的有功计算负荷（kw）的计算公式为
PC=KdΣPn。
i
式中ΣPn。
i─用电设备组的总的设备容量，单位为KW。
Kd─用电设备组的需要系数，根据参考书《工厂供电设计指导》中的表2-1查得变配电所的需要系数为0.5～0.7，在此选取0.7。
无功计算负荷（kvar）为QC=PCtanφ
式中tanφ─用电设备组的总的设备组cosφ的正切值。
视在计算负荷（kva）为SC=PC/cosφ
式中cosφ为功率因数，有设计任务书取0.9。
计算电流（A）的计算公式IC=SC/（
Ur）
式中Ur=380V.
2．无功功率补偿
目前我国对用电单位的功率因素要求高压供电压者为0.9以上，低压供电者为0.95以上，为此绝大多数的工业与民用建筑采用补偿的办法、即在低压配电室的配电母线上安装若干组电力电容器补偿供电范围内的无功功率以达到提高功率因数的目的。
从以下的功率三角形的矢量图可知，要使功率因数由cos
提高到cos
，必须装置补偿电容器（采用自动补偿方式）的容量为:
式中：
---设计电容器补偿容量，Kvar;
---总有功计算负荷；
、
对应于补偿前后cos
cos
的正切值。
由附录可查出上述设备的需要系数和功率因数，计算出每一组的计算负荷，最后计算出总的计算负荷，结果过程及结果列表中：
表1各设备的负荷统计
设备组编号
设备名称
设备容量
需要系数
cos
tan
Pc
Qc
Sc
Ic
0.65
0.8
0.75
273
204.7
341.25
518.49
3*75
0.7
1459.5
1094.63
1824.38
2771.94
3*25
3*520
67.6
50.7
84.5
128.39
2*22
2*37
196
147
245
372.25
2*75
0.5
1.73
93.5
161.75
186.83
283.87
货梯
3*15
135.8
109.85
169.75
257.92
2*11
3、变配电站的主接线设计
（1）主接线的定义
主接线时有各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或母线一项电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配点能的电路。
主接线只表达上述电气设备之间的电气连接关系，与其具体安装地点无关。
主接线的实施场所是变电站行或配电站。
主接线可以分为有母线结线和无母线结线两大。
有母线接线又可分为单母线结线和双母线结线；
无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。
中、低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线，。
（2）对主结线的基本要求
1.安全性：
必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。
2.可靠性：
主结线的可靠性要求由人、用电负荷的等级确定。
3.灵活性：
应能适应各种可能的运行方式的要求。
4.经济性：
应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。
（3）本设计中的主接线的一次侧采用单母线分段的接线方式，三个变压器的容量分别为500、1600、400KVA,其中的二次侧接空调机房和消防设备（喷淋水泵、消防水泵、消防排烟），制冷设备（冷却水泵、冷冻水泵、冷却水塔、冷水机组），T3变压器的二次侧接风机（正压送风、送排风机）、电梯（消防电梯、荷梯、客梯、自动扶梯、）、生活用水设备（生活给水泵、补水泵、潜污水泵）.其主接线图如下图所示:
图1主接线图
4.主接线上各点的负荷计算：
如上图主接线所示,取C1/C2/C3三点进行负荷计算，其计算过程如下，然后根据所得的计算负荷确定变压器的容量及台数，同时补偿的目标为变压器高压侧部分功率因数不低于0.9.
C1点的计算负荷：
这一组是多组设备的计算，由空调机房和消防设备两组设备构成，其中备用设备不计入在内，同时由于变压器低压侧上设有自动无功补偿装置，因此C1、的计算负荷应为补偿后的值，入下表所示。
表2C1、的计算负荷
计算点
多组设备计算有功功率∑Pc/KW
多组设备计算无功功率∑Qc/KW
有功同时系数KΣP
无功同时系数KΣQ
计算有功功率Pc/KW
计算无功功率Qc/kvar
计算视在功率Sc/KVA
计算电流Ic/A
C1、
273+196=469
204.75+147=351.75
0.9
469*0.9
=
422.1
351.75*0.9
=316.58
√422.12+316.582
=527.63
801.6
C1、的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的负荷如下表所示：
现将低压侧功率因数补偿为0.93，则需要补偿的无功功率Qcc满足下式：
422.1/√422.12+（316.58-Qcc）2=0.93
故Qcc=149.74Kvar
表3C1的计算负荷
计算点
补偿前功率因数cosφ1
无功补偿容量Qcc/Kvar
实际补偿容量/（6台，30Kvar/台）
补偿后计算有功功率Pc/KW
补偿后计算无功功率Qc/Kvar
补偿后计算视在功率Sc/KVA
补偿后功率因数cosφ1·
补偿后计算电流Ic/A
C1
422.1/527.63
=0.8
149.74
180
136.58
443.65
0.95
674
补偿后功率因数0.95≫0.93，满足要求。
由C1点的计算负荷，我们可以确定所选变压器型额定容量为500KVA.
C2点的计算负荷：
表4C2点的计算负荷
有功功率Pc/KW
有功同时系
KΣP
无功功率Qc/Kvar
计算负荷Pc
计算负荷Qcc
计算电流Ic/A
C2
1094.6
*0.9=
1313.5
1094.63*0.9
=985.167
√1313.52+985.22
=1641.9
2494.7
C2点的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的复合如下表所示：
现将低压侧功率因数补偿为0.93，则需要补偿的无功功率Qcc满足下式：
1313.5/√1313.52+（985.167-Qcc）2=0.93
故Qcc=519.12Kvar
表5C2的计算负
补偿前功率因数cosφ2
需要补偿的无功功率为Qcc/Kvar
实际补偿容量/（18台，30Kvar/台）
补偿后功率因数cosφ2·
519.12
540
445.167
1386.89
0.947
2107.2
由C2点的计算负荷，我们可以确定所选变压器额定容量为1600KVA.
.C3点的计算负荷：
同C1类似，C3也为多组设备，其计算方法同C1类似，其计算结果如下：
表6C3点的计算负荷
有功同时系数
无功同时系数
KΣQ
计算无功功率Qc/Kvar
C3’
67.6+135.8+93.5=296.9
50.7+109.85+
161.75=321.3
267.21
289.17
393.73
598.2
对C3’的计算负荷进行补偿后即得C3得计算负荷，其计算过程及结果如下表所示:
表7C3的计算负荷
267.21/√267.212+（289.17-Qcc）2=0.93
故Qcc=183.57Kvar
补偿前功率因数cosφ3
需要补偿的无功容量
实际补偿容量/（9台，30Kvar/台）
补偿后功率因数cosφ3·
C3
0.68
183.57
270
19.17
267.90
0.997
407
由C3点的计算负荷，我们可以确定所选变压器定容量为400KV
变压器高压侧功率因数的校验（表格）
5.主变压器的选择
（1）变电所变压器台数的选择
选着主变压器台数时应考虑以下原则：
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，宜采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台可以一二级负荷供电。
对只有二级负荷而没有一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但在低压侧应采用敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。
2.对季节负荷或昼夜负荷变动较大的易于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
3.除以上情况外，一般车间宜采用一台变压器。
但集中重负荷较大者，虽为三级负荷，也可采用两台以上变压器。
4.在确定变电所主变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有一定的余量。
（2）变电所主变压器容量的选择
1.只装有一台变压器的变电所。
主变压器容量Sr，应满足全部用电设备总计算负荷Sca的需要，即
St>
=Sca
2.装有两台主变压器的变电所。
每台变压器容量St，应该同时满足以下两个条件：
（1）任一台变压器运行时，应满足总计算负荷Sca的大约70%的需要，既：
St=0.7Sca
（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷Sca（1+2）的需要，即：
=Sca（1+2）
据以上的条件，我们可以确定所选变压器型号为SC系列铜绕组低损耗电力变压器，并且变压器容量分别为500KVA、1600KVA、400KVA.
6.短路电流的计算：
计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采取限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。
如上主接线图所示，取C1/C2/C3做短路电流计算，其计算结果如下：
短路电流的计算
经查表的：
所选三个型号为SC系列铜绕组低损耗电力变压器的额定参数为：
表8三个变压器的额定参数
变压器
额定容量kVA
额定电压（KV）
空载损（w）
短路损耗（kw）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
一次
二次
T1
500
10.5
0.4
1180
5.1
1.4
T2
1600
260
14.5
1.0
T3
400
1000
4.3
短路点C1:
据公式
高压系统的电抗X1=Uav2/Sk=4002/（150*1000）=16mΩ
（取变压器一次侧短路容量Sk=150MV）电阻R1忽略不计
变压器阻抗Z2=（uk%*Ur2.T2）/（100*Sr..T）=12.8mΩ
变压器电阻R2=
Pk*Ur2.T2/Sr..T=1.632mΩ
变压器电抗X2=
=12.7mΩ
所以C1点的短路的总阻抗为
RΣ=R1+R2=0+3.26=3.26mΩ
XΣ=X1+X2=28.7mΩ
ZΣ=√RΣ2+XΣ2=28.9mΩ
C1的三相短路电流为Ik（3）=Uav/（√3*ZΣ）=7.99KA
（1）、三相短路全电流冲击值ish
对于L较大的中、高压系统，取
=1.8，则ish=2.55Ip
对于R较大的低压系统，取
=1.3，则ish=1.84Ip
对于本设计而言，L较大，故ish=2.55Ip=20.37KA
ish主要用来校验电气设备短路时的动稳定性。
（2）、短短路冲击电流有效值Ish
=Ip
Ish主要用于校验设备在短路冲击电流下的热稳定性。
当断路发生5~~7个周波之后，可以认为Ip=Ik（3）=Ik
对于本设计而言
=11.99KA
同理，可计算出C2、C3处的三相短路电流：
整理于下表：
表9C1、C2、C3处的短路电流
短路点
高压系统的电抗X1（mΩ）
变压器阻抗Z2（mΩ）
变压器电阻R2（mΩ）
变压器电抗X2（mΩ）
短路处总阻抗ZΣ（mΩ）
Ik（3）
（KA）
ish
（KA）
12.8
1.632
12.7
28.9
8.13
20.73
11.99
1.45
5.82
21.87
10.56
26.93
16.16
1.72
15.9
31.95
7.38
18.83
11.3
7.变压器的继电保护
一般规定：
（1）电力网中的电力设备和线路，应装设反应短路故障和异常运行的继电保护和自动装置。
继电保护和自动装置应尽快切除短路故障和恢复供电。
（2）电力设备和线路应有主保护，后备保护和辅助保护。
（3）在本设计中需对变压器进行相间短路保护、单相短路保护。
现以变压器T1为例对其进行保护。
1、相间短路保护
确定保护装置的结线方式。
由于变压器一次侧为中性点不好接地系统，对其进行相间短路保护可采用二继电器二互感器的不完全星形接线，此时接线系数kkx为1。
确定电流互感器的电流比。
因为线路上的最大负荷电流I1.max=1.5Ir.t=1.5*1600/（√3*10）A=138.56A，根据经验取值法，即电流互感器变比KTA=（1.5~~2）I1.max/5，取KTA=250/5=50.
用电磁型继电器进行保护。
i）定时限过电流保护
一次侧动作电流：
Iop.1=Krel*I1.max/Kre=1.2/0.85×
138.56=195.6A
继电器动作电流：
Iop.k=Krel·
KKX/（Kre·
Kta）×
I1.max=1.2*1/（0.85·
50）×
138.56A=3.9A。
为了便于整定，取继电器整定值Iop.k=4.0A，则
一次侧实际动作电流值Iop.l=50*4.0=200A
保护装置的动作时间t1=t2+∆t=0.5s+0.5s=1s
根据公式Ks=Ik.min.2/Iop.1对灵敏度Ks进行校验。
ii）速断保护
I·
op1=Krel*I·
（3）k.max.2=1.2*10.56*1000*0.4/10A=507A
继电器动作电流值：
op.k=Krel*Kkx*I·
（3）k.max.2/KTA=507/50A=10.14A
为便于继电器整定，取继电器整定值I·
op.k=15A
则一次侧实际动作电流值I·
op1=15*50=750A
根据公式Ks=Ik.min.1/I·
op.1对灵敏度Ks进行校验。
2、单相短路保护
以变压器一次侧的过电流保护兼做单相短路保护
根据公式Ks=I·
（1）k.min.2/Iop.1对灵敏度Ks进行校验。
四、设计总结
1、设计过程中遇到的问题及解决方法
宾馆的设计涉及的范围很广，在本次设计中，从负荷计算到设备的选择，我们遇到了许多问题，像主接线的短路电流计算，变压器的继电保护，以及主要设备的选择，通过我们查阅资料、同学间互相讨论、以及向老师请教，最终我们将问题一一解决，让我们对工厂供配电这门课程由了整体的把握与了解。
2、设计体会
此次设计使我对工厂供配电有了新的认识，掌握了对宾馆供配电的设计的基本知识.此外这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，编辑，各种信息的查阅和分析，也大大的提高了自己的计算能力，及对CAD的使用等多方面的进一步的了解。
3、对设计的建议
本设计采用的是两路10KV电源供电，由于一次侧采用单母线分段不联络的接线方式，这样当一回电源故障时，也只能保证所有的一、二级负荷的供电，而三级负荷的供电将受到影响，所以如果采用柴油发电机做后备电源时。
可以保证供电的的质量！
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