配电室电气设计毕业设计.docx

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配电室电气设计毕业设计

北京建筑工程学院

毕业论文

题目

北京万科蓝山4#高基配电工程电气设计

学生

姜爱林

指导教师

王燕京高级工程师

学号

2107170812201

班级

电08-2

系别

电气工程及其自动化

2012年5月

摘要

配电室是电力系统的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

本毕业设计是根据国家相关标准和规范，对北京万科蓝山4#高基配电工程中，新建小区及小区商业配套供配电系统进行电气设计。

其工程概况包括以下几个方面：

首先，根据北京电力公司高压供电方案等，提供资料，进行负荷计算，其次，选择变压器型号并进行布置，最后根据电压和计算电流选择低压电缆型号和低压配电设备，并进行布置，并对所有设备进行接地保护设置，最后绘制出相关的电气图纸。

关键词：

配电；新建小区；商业配套；负荷计算；设备选择；防雷接地

Abstract

Distributionroomisanimportantpartofthepowersystem,directlyaffectingthesafetyandeconomicoperationoftheentirepowersystem,contactthepowerplantsandusersofintermediatelinks,playstransformationanddistributionofelectricenergyrole.Thisgraduationprojectisaccordingtotherelevantnationalstandardsandnorms,BeijingWankelanshan4#High-baseddistributionprojects,newresidentialandcommunitycommercialfacilitiessupplyanddistributionsystemforelectricaldesign.ProjectOverviewincludesthefollowingaspects:

First,accordingtotheBeijingElectricPowerCorporationhighvoltagepowersupplysolutions，loadcalculation,andsecondly,thetransformermodelandlayout,andfinallyselectmodelsofthelowvoltagecableandlowvoltagedistributionequipmentaccordingtothevoltageandcalculatethecurrentandlayout,andallequipmentgroundingprotectionsettings,andfinallydrawelectricaldrawings.

Keywords:

Distribution;newdistrict;commercialfacilities;loadcalculation;equipmentselection;lightningprotectiongrounding

前言：

本次设计题目为北京万科蓝山4#高基配电工程电气设计，设计任务旨在对本专业的知识系统的全面认识及掌握，培养对本专业各学科进行综合运用的能力，同时检验大学期间对本学科知识的掌握程度。

同时提炼学生完成设计的能力，使自身能力得到锻炼提高，为更好的进入社会为祖国贡献夯实了基础。

本次设计首先根据北京万科蓝山有限公司提供的系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷的发展趋势。

通过对拟建配电室的概括以及出线方向来考虑，并通过对符合资料的分析、安全、经济及可靠性方面考虑，确定10kV主接线，然后通过资料提供的供电范围及确定的变压器台数，容量，进行负荷计算确定型号，根据最大持续工作电流及短路计算结果，对高压设备进行了选型，考虑到系统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护作了简要说明。

对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护及接地保护的设计，同时对整体进行规划布置，从而完成北京万科蓝山4#高级配电室工程的电气设计。

由于本人初次进行电气设计，无设计经验，都是在初步摸索中，向师父以及老师请教中才得以完成，且本人掌握的知识着实有限，设计中难免存在错误及不足之处，恳请各位老师的批评指正。

此致

敬礼！

一．设计说明

1.1住宅小区基本情况

该住宅小区规划总建筑面积约为16万平方米，本配电室供电范围，小区商业配套，建筑面积3.4万平方米。

首先根据设计要求和目的，按照最新的《供配电系统设计规范》对其中的建筑负荷进行分类统计，根据《高层民用建筑设计防火规范》按照现行的国家标准工业与民用供配电系统设计要求进行设计，然后进行负荷等级与无功补偿计算，列出负荷计算表，其次，根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，根据总计算负荷选择变压器容量及台数。

力求做到安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便，接着选择大楼的高低压部分进行短路电流的计算，并列出计算表格，选择配电室的一次设备，包括高低压断路器、熔断器、隔离开关、避雷器、开关柜，电流、电压互感器等设备，然后进行导线电缆的选择，最后，根据相关规范，进行建筑的防雷保护与接地设计。

1.2给定条件

北京万科蓝山4#高基配电工程新建居民小区用电地址为朝阳区广渠路27号，新建4#高基配电室，内设容量为1250kVA的变压器2台，总计设备容量为3316kW，预计最大负荷为1156kW，其中新装电光设备容量2760kW，用于空调、照明等，新装电力设备容量556kW。

4#高基配电室设于地下二层，10kW双路供电，同时运行，高压无联络。

计量方式为高供高量。

1.3配电所主接线及其电气设备

1.3.1主接线

配电室的主接线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、母线电力电缆和移相电容器等电气设备，依照一定次序相连的，接受和分配电能的电路，主接线指标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所或者配电站（配电室）。

主接线可以分为有母线接线和无母线接线两大类。

有母线接线又可以分为单母线接线盒双母线接线，无母线接线可以分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。

中低压供配电系统中主要采用单母线接线、单元式接线、桥式接线。

主接线的确定与配电室电气设备的选择，配电装置的布置以及运行的可靠和经济有很密切的关系。

对所选用的主接线必须满足下列要求：

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

（1）可靠性主接线的可靠性要求用电负荷的等级确定。

应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。

要保证主接线的可靠性可以采用多种措施。

入系统中某一电器元件故障时，可以有保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统其它部分的继续运行。

也可以在系统中设置备用元件，当工作元件故障时，由自动装置立即投入备用元件来代替工作元件，因此在主接线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。

（2）灵活性应能适应各种节能的运行方式的要求。

主接线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主接线电路关系的改变叫运行方式的改变。

运行方式的改变通常是通过对主接线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，在主接线中就要考虑是否方便电气元件的投切操作。

从而适应各个时段能源供电能力与复合变化的要求，适应检修的要求，保证各种不正常的运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。

（3）经济性在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单、投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，使得总经济效益为最佳。

根据给定条件，10kV双电源供电，采用高压单母线分段、高压两路电源同时供电，无联络；低压单母线分段的主接线形式，因为这种接线形式供电可靠性高。

图1-1

1.3.2主接线的主要电气设备

由于是电缆线引进，为了防止雷电波侵入配电室时击毁其中的电气设备，在入口处需要装设避雷器。

在高压设备的选择上，设置一个进线隔离及电压互感器柜，内部配置户内高压熔断器、电压互感器及避雷器各一套。

设置进线柜，内部配置少油断路器及电流互感器。

设置计量柜的内部有电压互感器、电流互感器、高压熔断器及计量仪表。

设置两路出线柜连接变压器。

所有的柜子均为抽屉式，因此不用再装设隔离开关。

向一二级负荷供电的主接线，像高层民用建筑，多层重要的公共建筑、有重要设备的工厂车间等，有一二级负荷的场所，一般都有两回路电源进线。

而向三级复核供电，比如普通工厂车间等，当其负荷等级为三级负荷时，若需要使用变压器降压，一般变压器一侧才欧诺更单元式接线，二次侧采用单母线接线。

这种接线简单经济，也能适用负荷对可靠性的要求。

当负荷较大，一台变压器不能满足要求，需要采用两台或者更多台变压器时候，二次侧常常采用单母线分段不联络的接线。

本设计采用的是双路电源供电，高压无联络的运行方式进行供电。

本设计方案进线柜、出线柜的主要开关电气元件采用少油断路器，在正常工作时用来接通负荷电流，电路发生短路时用来切断巨大的短路电流。

少油断路器是一种采用油作为灭弧装置的开关电器，其中的油作为灭弧介质和触头开断后的绝缘介质，而其带电部分对地之间的绝缘采用瓷或者其他介质。

优点是体积小、重量轻、可以节省

大量钢材，并且爆炸和是活的危险性较小。

这里的“电测量仪表”按GBJ63-90《电力装置的电测量仪表装置设计规范》的定义，“是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量，选择测量，记录用的仪表和作计费，技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。

”

为了监视供电系统一次设备（电力装置）的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理的运行，供电系统中需要装设一定数量的补偿柜。

本设计中根据负荷计算，装设两台补偿柜。

电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表，在这里计费所用的计量仪表由供电局决定。

1.4高基配电室的含义

高基配电室指的是高压管理用户供电方案，低基配电室指的是低压管理用户供电方案；高压管理用户意思就是在配电室建成后高压低压都属于用户自行管理，低压管理用户意思就是在配电室建成后高压低压都属于供电公司管理。

低基项目按照规定必须由建设单位委托给供电公司负责（招投标及施工），高基项目建设单位自行决定承包给任何一家具备相应资质的电气施工单位（这家施工单位必须在建设项目所属区县电力公司备案或者许可）。

通常情况下居民住宅小区必须是低基方案，不能由用户自管（极特殊情况除外）；其他的比如说工厂、企事业单位等都属于高基方案。

分界室就是供电公司与用户之间的一个产权分界点，通常分界室内装设环网柜或环网隔离开关等，投资费用由使用单位集资建设（只有一家时先由这一家全额垫付），自分界开关或隔离开关往下产权属于用户，往上（含分界开关或隔离开关）产权属于供电公司，分界室通常设于室外，其实也可以成为小型开闭站，因为它就是起一个电源分配以及管理的作用。

高基和低基配电室是以产权划分的。

住宅的是低基，属于供电局管理，以500KVA为界，以上供电局在高压做计量，低压处可以不做，以下供电局在高低压处都做计量。

除住宅以外的都是高基属于用户自管，供电局只在高压处做计量，用户也可以在低压处设置计量。

1.5供电可靠性与负荷等级

（一）供电可靠性：

供配电系统的供电质量主要由电能质量和供电可靠性两大指标来衡量。

电能质量指标包括电压、波形和频率。

供电可靠性是指供电企业对用户的供电连续性，一般用供电企业的实际供电小时数与全年时间内实际小时数的百分比来衡量，也可以全年的停电次数和停电的持续时间来衡量。

（二）负荷等级：

这里的负荷的含义是指用电设备，“符合的大小”是指用电设备功率的大小，不同的负荷，重要的程度是不同的，重要的负荷对供电可靠性要iugao，繁殖则低。

因此根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治上、经济上造成的损失或影响的程度既兴奋剂，并针对不同的负荷等级确定其对供电电源的要求。

1.符合下列情况之一时，应为一级负荷：

（1）．中断供电将造成人身伤亡时。

（2）．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。

例如：

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。

（3）．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。

例如：

重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。

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，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

符合下列情况之一时，应为二级负荷：

（1）．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。

例如：

主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

（2）．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。

例如：

交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

3.不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

在一个工业企业或者民用企业中，并不一定所有用电设备都属于同一等级的负荷，因此在进行系统设计时可以根据负荷级别分别考虑。

（三）.不同等级负荷对电源的要求

一级负荷对电源供电的要求：

（1）.一级负荷重普通一级负荷应由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。

.一级负荷中特别重要负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。

为保证其对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

二级负荷对电源供电的要求：

对于二级负荷一般应有两回线路供电，当电源来自同一区域变电站的不同变压器时，即可认为满足要求。

三级负荷对电源供电的要求：

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。

二．负荷计算

计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个等效负荷，是一个假象的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等，也可用持续时间为半小时平均有功负荷的最大值来描述“计算负荷”。

在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。

他是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。

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予以肯定。

需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。

（一）需要系数法：

在计算某供电范围内的计算负荷时，首先根据负荷类别进行分组，设备功率、单组设备计算负荷、多组设备的计算负荷等，然后根据差负荷计算表进行分组计算。

（二）二项式法：

二项式法认为计算负荷由两部分组成，一部分是所有的设备运行时产生的平均负荷，另一部分是大型设备（容量最大的x台）的投入产生的负荷。

（三）利用系数法：

一般情况下，当用电设备组确定后，其最大的日负荷曲线就确定了，要得到利用系数非常容易。

常见的用电设备的利用系数可以查阅教材《供配电系统》附录。

2.1用电设备组的负荷计算

在计算设备组单台设备的容量（Pe）后，可以根据所提供的需要系数Kx，得到设备组的有功计算负荷

Pj=Kx·∑Pe

上式中，Kx为需要系数，Pe为单台电气设备的设备容量（Kw）。

设备组的无功计算负荷为

Qj=Pj·tanφ，

Qj为用电设备组无功功率（kvar），Pj为有功计算负荷（Kw）。

设备组的计算容量为

Sj2=Pj2+Qj2，

设备组的计算电流

Ij=Sj/1.732UN

式中UN为系统的额定电压（V）。

设备组的功率因数

cosφ=Pj/Sj。

Sj为视在功率。

以下为北京万科蓝山有限公司商业配供电方案提供负荷资料图：

图2-1办公楼负荷1AA1

图2-2办公楼负荷1AA2

图2-3办公楼负荷1AA3

图2-4办公楼负荷1AA4

图2-5办公楼负荷1AA8

图2-6办公楼负荷1AA10

图2-7办公楼负荷1AA6

图2-8办公楼负荷1AA7

图2-9办公楼负荷2KZ1、2KZ2

图2-10楼负荷AA1

图2-11楼负荷AA2

图2-12楼负荷AA3

图2-13巡警楼负荷AA1

图2-14巡警楼负荷AA2

图2-15巡警楼负荷AA3

由以上负荷图得出以下变压器负荷计算书：

表2-1

其中：

1#变压器有功计算负荷为

Pj=Kx·∑Pe=0.82*1652=1382.75kW；

1#变压器无功计算负荷为

Qj=Pj·tanφ=1382.75*0.7=961.85kvar

1#变压器计算容量为

Sj=√（Pj2+Qj2）=√（1382.752+961.852）=1684.38KVA

1#变压器计算电流为

Ij=Sj/（1.732*10kV）=1684.38/（1.732*10kV）=97.25A

2#变压器有功计算负荷为

Pj=Kx·∑Pe=0.81*1688=0.95kW；

2#变压器无功计算负荷为

Qj=Pj·tanφ=1367.95*0.7=1006.94kvar

2#变压器计算容量为

Sj=√（Pj2+Qj2）=√（1367.952+1006.942）=1698.59KVA

2#变压器计算电流为

Ij=Sj/（1.732*10kV）=1698.59/（1.732*10kV）=98.07A

容量为1250KVA的变压器

功率因数由0.82提高到0.93，

低压侧需装设的并联电容器的容量为Q1=1382.75*（tanarccos0.82-tanarccos0.93）kvar=1382.75*0.27409kvar=378.99kvar

功率因数由0.81提高到0.92，

低压侧需装设的并联电容器的容量为Q2=1382.75*（tanarccos0.81-tanarccos0.92）kvar=1367.95*kvar=0.277kvar=379kvar

取Q=380kvar

补偿后低压侧的视在功率为

Sj′1=√（Pj2+Qj2）=√（1382.752+（961.85-380）2）=1489.23KVA

Sj′2=√（Pj2+Qj2）=√（1367.952+（1006.94-380）2）=1492.44KVA

变压器的功率损耗为：

△PT=0.015*Sj=0.015*1392.75=20.74kW

△QT=0.06*Sj=0.06*1367.95=82.077kvar

变压器高压侧的计算负荷为：

P′=1382.75kW+20.74kW=1403.49kW

Q′=（961.85-380）kvar+82.077kvar=663.927kvar

S′=√（1403.492+663.9272）=1552.6kW

补偿后的功率因数是

cos′φ=P′/S′=1403.49/1552.6=0.923>0.92

满足要求。

选择型号为SC10-1250/10的变压器2台。

2.2功率因数与无功补偿

在工业与民用用电设备中，有大量设备的工作需要通过向系统吸收感性的无功功率来建立交变的磁场，这使系统输送的电能容量中无功功率的成分增加。

在系统变配电设备及输配电线路规格一定的情况下，直接影响到有功功率的输送。

因此，在供配电系统中，必须限制无功功率大小，及提高功率因数，以便提高系统中设备的有效利用率。

电力系统要求0.38kV的电能用户的功率因数应达到0.85以上，10kV的电能用户的功率因数应达到0.90以上。

2.2.1功率因数低对供配电系统的影响

功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下几点影响：

（1）使变配电设备的容量增加

在三相交流系统中，电流和有功功率的关系是，

I=P/（√3Ucosφ）

其中有功功率P是系统向用电设备提供的，要转化为其他形势能量的功率，这部分功率是不能减少的，因此在电压一定的情况下，功率因数越小，即无功分量越大，则电流越大。

若要承受较大的电流，系统电气设备的容量必然要加大，这就会增加系统成本，使电气设备利用率降低。

（2）使供配电系统的损耗增加

从供配电系统功率损耗计算式中不难看出，通过系统的电流增加，系统上的功率损耗也会增加。

（3）使得电压损失增加

线路电流越大，电压损失也就越大。

电压损失的计算后面会提到。

（4）使发电机效率效率降低

系统中负荷对无功功率需要量增大时，发电机必须增发相应的无功功率去平衡，这样就降低了效率。

2.2.2提高功率因数的措施

2.2.2.1提高自然功率因数的措施

电动积累电气设备的额定功率因数是较高的，一般都在0.85以上，可是当他们在非额定状态下（如轻载）工作时，功率因数和效率都将大幅度降低，对此，主要采用如下措施改善自然功率因数。

（1）合理选择电动机的型号和规格

首先，在满足使用要求的情况下，选用功率因数较高的电动机，其次，选择的电动机要使其保持较高的负荷率，避免长期轻载运行，再次，尽量控制电动机的空载运行时间，对于反复短时工作制的设备，可以考虑使用空载切除的装置。

另外还可以考虑在负荷允许的情况下，使用同步电动机通过励磁调节来改善功率因数。

（2）合理选择变压器的型号和规格

避免因长期轻载运行而造成的功率因数降低。

2.2.2.2采用人工补偿提高功率因数的方法

（1）采用同步电动机补偿

（2）采用并联电容器补偿

目前采用电容器补偿是供配电系统中比较普遍采用的一种无功补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。

它具有有功功率损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用的特点，但不能实现无级调节。

2.2.3静止无功补偿容量的计算

1.固定补偿时补偿容量计算

补偿前：

tgψ1=Qav/Pav

补偿后：

tgψ2=（Qav-Qcc）/Pav

式中：

Pav—补偿前的平均有功功率，单位为kW；

Qav—补偿前的平均无功功率，单位为kvar；

Qcc—需要补偿的无功功率，单位为kvar；

tgψ1、tgψ2—补偿前后的功率因数角。

因此需要补偿的无功功率为：

Qcc=Pav（tgψ1-tgψ2）=αPc（tgψ1-tgψ2）=αPcQqc

Qqc=tgψ1-tgψ2

式中：

Qqc—无功功率补偿率

2.自动补偿时候补偿容量计算

Qcc=Pc（tgψ1-tgψ2）=Pc·Qqc

3.电容器的选择

设单台电容器容量为Qr，当需要补偿的无功功率计算出来后，就可以算出需要使用的电容器的台数N:

N≥Qcc/Qr

当电容器为三相电容器时，其额定容量之和应不小于系统需补偿的容量。

所以实际补偿的容量Qcc′=N·Qr

当电容器为单相电容器时，还应保证维持三相平衡，保证电容器的台数为3的倍数。

2.2.