现代住宅小区10KV04KV供配电系统设计论文.docx
《现代住宅小区10KV04KV供配电系统设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代住宅小区10KV04KV供配电系统设计论文.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
现代住宅小区10KV04KV供配电系统设计论文
现代住宅小区10/0.4KV供电系统设计
摘要
本次设计的课题是住宅小区10kV供电系统的一次设计。
依据配电自动化的内容和国内外配电自动化的发展现状，本着“安全性、可靠性、经济性以及易维护性”的原则，完成了本次设计。
以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，再根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出最为合适的方案。
这次设计的主要内容包括小区负荷的计算，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，无功补偿设计，防雷保护装置的设计。
供电系统采用的是降压箱式变电站，具有10kV和38个0V两电压等级，10kV一侧接与小区旁边经过的110kV变电站的10kV母线，380V主要用于小区用户及小区公共场所的用电。
关键词：
箱式变电站，短路计算，无功补偿，接地
THEPOWERSUPPLYSYSTEMDESIGNOFRESIDENTIAL
Abstract:
Thedesignofthisresidentialareaisthesubjectofthepreliminarydesignof10kVpowersupplysystem.Thedevelopmentpresentconditionthatcontentsanddomesticandinternationalpowerdistributionthatautomatesaccordingtothepowerdistributionautomate.Thepowersupplysystemdesignedisveryimportant,ifthesystemisbroken,theentireresidentialareawillaffectthepowersupply,sothehighreliabilityrequirements.Therefore,thedesignmusttakeintoaccountthepowersystemsecurity,reliabilityandeconomy.
Withourcountryeachcurrentrelevantspecificationregulationsetc.techniquestandardisbasis,againprovideoriginaldataaccordingtothetaskbook,accordingtointerrelateddataandbook,carryoncomparevsvariousschemebutgetmostsuitablescheme.Thismanualwiringthroughtheresidentialloadcalculation,shortcircuitcurrentcalculation,themainelectricalequipmenttodeterminethemodelandparameters,reactivepowercompensationdesign,lightningprotectionandovervoltageprotection.
Thepowerdistributionsystemstep-downbox-typesubstationwith10kVand380V2avoltage,10kVand110kVsubstationsideoftheaccessbus10kV,380Velectricitymainlyforresidentialusers.
Keywords:
box-typesubstation,short-circuitcalculation,reactivepowercompensation,touchdown
第1章前言
1.1课题的国内外现状
小区供电详细规划是小区电力网施工设计的依据和基础。
因此它必须在城市供电总体规划和区域电力系统规划的基础上进行,要保证供电系统安全可靠运行,同时兼顾社会效益、经济效益,讲求综合投资效果,节省主要设备和原材料、争取分期投资、远近结合、以近为主、技术上先进可靠、布局经济合理,以满足用户的不同要求,并适应用电负荷的不断增长。
近年来,国内外电力行业要求用新型箱式变电站来代替老式变电所和配电室,变电站变压器容量为100kVA～1600kVA,用户可根据需要选择容量合适的箱式变电站。
箱式变电站的特点,一是占地面积小,可灵活选择站址；二是变电站的体积小,不遮挡居民眺望视线,不影响采光,同周围环境可以协调一致；三是便于现场安装（设备主体已在工厂装好）；四是适应性强,投资小,社会、经济和环境效益明显。
1.2设计范围
按照市区供电部10kV及以下配电网络设计的规定，对于住宅小区配电工程，设计范围为：
高压侧从市区公用10kV配电线路起，在接引10kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各个建筑低压用电计量装置。
1.3设计原则及标准
本设计主要参考了如下电气行业标准：
GB3804-90：
3-63kV交流高压负荷开关
GB11032-89：
交流无间隙金属氧化物避雷器
DL401-91：
高压电缆选用导则
DL/T572-95：
电力变压器运行规程
同时小区供电还应该符合全国电压电流等级和频率标准化技术委员会（TCI）制定的标准及其主要指标：
（1）GB12325-1990供电电压允许偏差：
35KV及以上正、负偏差的绝对值之和小于10%
10KV及以下小于±7%；220V小于+7%、-10%
（2）GB/T15945-1995电力系统频率允许偏差
一般情况±0.2HZ；系统较小±0.5HZ
（3）GB/T15543-1995三相电压允许不平衡度
三相电压允许不平衡度为2%，短时不超过4%，用户引起不平衡度为1.3%
（4）GB12326-1990电压允许波动和闪变
电压允许波动：
≤10KV为2.5%；35～110KV为2%；≥220KV为1.6%
闪变：
要求较高时为0.4%；一般时为0.6%
（5）GB/T14549-1993公用电网谐波
电网谐波电压限值
电网电压/KV0.386、1035、66110
畸变率/%5.04.03.02.0
对用电设备容量在250kW以上的建筑应单独设用户变电所,直接由高压供电,对用电设备容量较小的用户由小区变电所供电在城市居住小区,每条10kV供电线路及每座配电站都应有明确且比较整齐的供电区域,防止交叉重叠及近电远供。
根据不同区段不同负荷,在10kV干线上要装设分段开关以便控制。
一般10kV电网应根据不同用电负荷的可靠性要求,需要选择适当的接线方式。
对供电可靠性要求较高的可采用双线放射型或双线闭合型,其用户应双电源进线,并有电源自动切换装置。
正确选用配电线路导线截面和长度,可以降低有色金属用量,减少线路能量损耗,保证供电电压质量均有重要意义。
若输送负荷较大,输送距离较远,最大负荷使用时间又较长,则按经济电流密度选择导线截面,用允许电压损失、机械强度和发热等技术条件来校验导线截面。
对于1kV以下的动力和照明线路,虽然输送距离不太远,但由于负荷电流较大,必须按允许电压损失来选择导线截面,电缆线路还应按短路时的热稳定来校验。
供电距离越长,选出的导线截面越大,供电距离越小,选出的导线截面越小,这样选择比按经济电流密度选择截面要小,不但节省有色金属,亦可降低运行费用。
1.4设计基本思路
这个住宅小区占地面积大约73000平方米，一共有建筑27座，其中高层住宅楼6座（3#、4#、13#、14#、15#、16#，其中3#、4#带2层底商），多层住宅楼10座（1#、2#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#，其中10#带2层底商），写字楼4座（19#、20#、21#、22#），小区西、北侧临街建筑均带有底商（17#、18#），此外还有小区物业（23#）、泵房（24#）、热力交换站（25#）及车棚（26#、27#）、地下车库等公共用电设施。
（详见设计图）。
小区的供电系统由城市10KV的电力网，经过箱式变压器的高低压变换箱引来380V/220V的三相四线制电源，引至区域分配箱。
接地系统为三相五线制零接地保护系统（TN-S系统），进户外采用保护接地线重复接地保护，接地电阻不得大于４欧姆。
高压10KV采用架空线路，低压配电干线采用硬铝母线做母线绝缘电力电缆（YJV）穿管埋地或沿墙敷设，支线（BV.RVS）穿管，沿墙地面，顶板暗敷设。
第2章住宅小区负荷的计算
2.1概述
为了满足电力用户对供电可靠性的要求，同时又考虑到供电的经济性，根据负荷在实际应用中所处地位的重要性不同，用电负荷可以分为下述三类。
第一类负荷：
凡因突然中断供电，可能造成人生伤亡事故或重大设备损坏，长期才能恢复的。
第二类负荷：
凡因为突然停电会造成大量废品、产量显著下降或企业内运输停顿。
第三类负荷：
是指除一类、二类负荷外的其他负荷。
本工程主要包含高层普通住宅、多层住宅、商铺、车库等，属于规范规定的二级负荷。
2.2电源及高压供配电系统
小区位于城市主城区内，高压电源即由附近10kV配网线路接引，再由高压电缆输送至小区负荷中心。
近些年来，为了保证供电质量和供电可靠性，某些小区高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计中的小区来说，参考《城市电力网规划设计导则》相关规定：
1.重要用户除正常供电电源外，应有备用电源。
对于需要连续不间断供电的重要用户，除了供电部门提供的电源外，用户还应自备保安电源并具备零秒启动功能。
2.双电源用户一般采用一路电源供电、一路电源备用的供电方式。
一般不采用专线供电方式。
在正常情况下，用户的10千伏侧不能并列运行。
3.双电源用户必须与电网调度部门签定调度协议，并按照调度命令执行操作。
4.双电源或多电源用户（包括使用自备发电机用户）应采用可靠的技术措施，在任何情况下都不得向电网反送电。
5.10层至18层的非住宅建筑及19层以上的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑，除正常供电电源外，应有备用电源。
本设计中的小区用电面积不大，而且并不符合以上规定中重要用户的标准，因此，只允许接入一回路高压电源。
如有需要，可以对电梯、消防设施自备应急电源，但应急电源与工作电源之间必须采取措施，防止并列运行对10kV供电网络造成反送电事故。
应急电源的设置需经供电部门审查同意后方能接入。
小区南侧即为10kV高压架空配电线路，可直接在就近砼杆上接引一回路10kV电源，组立附杆1基，使用绝缘导线从线路主杆接引至附杆，再从附杆敷设高压电力电缆至小区内高压设备。
2.3负荷计算
发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。
它的设计直接关系着电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，所以显得非常重要。
社会经济的快速发展，使人们生活水平逐步提高，在一些家庭，家用电器不断增多，快捷方便、干净卫生的电力能源正在或逐步取代其它能源。
尤其是高耗能的空调、电冰箱、电热水器、电炊具、蓄热式电热器、电茶壶、音响设备、豪华吊灯等已非常普遍，拥有2～3个空调、彩电、电冰箱的家庭更是屡见不鲜，并有大量增长的趋势，电力能源的高消费已直面向我们扑来。
所以，在对居民住宅小区的供电设计时要本着超前计划的原则，为即将增添的用电设备留有一定的负荷余地。
这样，才能免使我们不间断的更新供电设备，减少不必要的重复投资和频繁的变更给用户带来用电上的不便。
根据《国家电网公司电力安全工程规范》的有关规定和要求，居民小区的每户供电能力至少要达到4～10kW。
以此考虑，住宅小区在电气设计时，户住房面积在100m2及以下的，设计容量应为5kW左右；住户住房面积在100m2以上的，设计容量应为8kW左右。
该小区的小户住户每户为80m2，大户住户每户为120m2，所以居民小区的负荷测算为：
小户估算为每户5kW，大户估算为每户9kW。
2.4电气负荷的计算
2.4.1住宅小区住户照明用电负荷计算方法：
简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：
1.单位指标法
应用单位指标法确定计算负荷Pjs（适用于照明及家用电负荷），即：
Pjs=∑Pei×Ni÷1000（kW）…………………………………………公式（2-1）
式中Pei——单位用电指标，如：
W/户（不同户型的用电指标是不同的），由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用
Ni——单位数量，如户数（对应不同面积户型的户数）
应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷（PM）。
PM=Pjs×η…………………………………………………………公式（2-2）
式中η——同时系数，η值按照住户数量多寡不同取不同的数值：
一般情况下，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35。
2.单位面积法
按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：
PM=Ped×S×η………………………………………………………公式（2-3）
式中PM——实际最大负荷（单位为kW）
Ped——单位面积计算负荷（单位为W/m2）
S——小区总面积（单位为m2）
η——同时系数，取值范围同上
2.4.2其它负荷计算方法：
根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。
比如这个小区还包括小区物业公司、泵房、热力交换站及车库、自行车棚等用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷（供生活及消防用水），以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段是每天19：
00～22：
00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：
00～22：
00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。
其它负荷计算方法为：
1.电梯：
PD=∑PDi×Ηd………………………………………………………公式（2-4）
式中PD——电梯实际最大总负荷（单位为kW）
PDi——单部电梯负荷（单位为kW）
ηD——多部电梯运行时的同时系数（取值范围见下表）
电梯同时系数一览表
电梯台数123456…12
同时系数10.910.850.80.760.72…0.48
2.二次加压水泵：
PMS=∑PSi×NSi……………………………………………………公式（2-5）
试中PMS——二次加压水泵最大运行方式下（开泵最多的方式）的实际最大负荷
PSi——各类水泵的单台最大负荷
NSi——最大运行方式下各类水泵的台数
3.物业楼：
PWM=PWS×ηW………………………………………………………公式（2-6）
式中PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷
PWS——物业楼设计最大负荷（单位为kW）
ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数
4.路灯及公用照明：
按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。
路灯负荷为PL（kW）。
5.住宅小区的综合最大负荷
P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL（kW）……………………………………………公式（2-7）
2.4.3详细负荷计算：
1.居民用电负荷计算：
按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。
PM=Ped×S×η……………………………………………………公式（2-8）
式中 PM——实际最大负荷（单位为kW）
Ped——单位面积计算负荷（单位为W/m2）
S——每户面积（单位为m2）
η——同时系数
其中单位面积计算负荷按照成都市的用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从80m2到140m2左右，其中小户型居多，为方便计算，取平均值100m2，则每户负荷为：
PM=40W/m2×100m2=4kW
再将PM作为单位指标Pei代入单位指标法公式Pjs=Pei×Ni×η（kW），可求出每座住宅楼的用电负荷，如表2-1：
表2-1住宅小区负荷计算明细表
序号
楼号
户数
单位指标（kW）
计算负荷（kW）
负荷同时率
实际负荷
1
1#
36
4
144
0.6
86.4
2
2#
48
4
192
0.6
115.2
3
3#
80
4
320
0.6
192
4
4#
64
4
256
0.6
153.6
5
5#
48
4
192
0.6
115.2
6
6#
72
4
288
0.6
172.8
7
7#
60
4
240
0.6
144
8
8#
68
4
272
0.6
163.2
9
9#
60
4
240
0.6
144
10
10#
40
4
160
0.6
96
11
11#
42
4
168
0.6
100.8
12
12#
48
4
192
0.6
115.2
13
13#
27
4
108
0.6
64.8
14
14#
27
4
108
0.6
64.8
15
15#
27
4
108
0.6
64.8
16
16#
27
4
108
0.6
64.8
合计
774
3096
1857.6
2.商业及写字楼用电负荷计算：
根据已知商户面积，可按单位面积法求取每座楼的商户负荷：
PM=Ped×S×η…………………………………………………………（2-9）
式中 PM——实际最大负荷（单位为kW）
Ped——单位面积计算负荷，W/m2，商业用户取80W/m2，写字楼取40W/m2
S——每户面积（单位为m2）
η——同时系数，商业用户取0.7，写字楼取0.65
将各楼商户面积代入上式得负荷值如表2-2：
表2-2住宅小区商业及写字楼负荷计算明细表
序号
楼号
户数
面积
单位面积负荷（W/m2）
计算负荷（kW）
负荷同时率
实际负荷
1
3#底商
10
2700
80
216
0.7
151.2
2
4#底商
8
2280
80
182.4
0.7
127.68
3
10#底商
10
1520
80
121.6
0.7
85.12
4
17#商业
6
3000
80
240
0.7
168
5
18#商业
6
3000
80
240
0.7
168
6
22#底商
7
2400
80
192
0.7
134.4
7
19#
8000
40
320
0.65
208
8
20#
2040
40
81.6
0.65
53.04
9
21#
5800
40
232
0.65
150.8
10
22#
14500
40
580
0.65
377
合计
1512
834.4
3.其他用电负荷计算：
（1）电梯：
电梯的负荷分级
电梯的负荷分级应符合2.2的负荷分级规范要求。
客梯的供电要求应符合下列要求：
一级负荷的客梯，应由引自两路独立电源的专用回路供电。
二级负荷的客梯，可由两回路供电，其中一回路应为专用回路。
三级负荷的客梯，宜由建筑物低压配电柜以一路专用回路供电，当有困难时，电源可由同层配电箱接引。
因本工程电梯建筑均为小高层，小区规模为普通城镇住宅小区属二级负荷，不允许双电源引入，如需双电源接入的，可由用户自备发电机电源接入，在本设计中，电梯用电由用户从建筑电表下表位或配电室内自行接引低压电源。
3#楼电梯负荷：
PD=∑PDi×ηD=8kW×5台电梯×0.76=30.4kW
4#楼电梯负荷：
PD=∑PDi×ηD=8kW×4台电梯×0.8=25.6kW
13#楼电梯负荷：
PD=∑PDi×ηD=9kW×1台电梯×1=9kW
19#楼电梯负荷：
PD=∑PDi×ηD=8kW×2台电梯×0.91=14.56kW
22#楼电梯负荷：
PD=∑PDi×ηD=12kW×2台电梯×0.91=21.84kW
14#、15#、16#楼电梯负荷同#13楼计算结果，由此可得小区电梯总负荷为：
∑PD=30.4+25.6+9+9+9+9+14.56+21.81=128.4kW
（2）物业管理中心
物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、打印机等办公器材），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：
PM=Ped×S×η=40W/m2×540m2÷1000=21.6kW
（3）其它：
热力交换站、水泵房、自行车棚、地下车库
热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW，水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW，此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行，按满负荷考虑用电。
地下车库用电时间主要在早晨7：
00至8：
00、中午12：
00至12：
30、晚上5：
30至6：
00几个时间段，与住户用电高峰期不重合，且多层住宅的地下车库数量少、负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。
自行车棚负荷主要为照明用电，通常单个车棚用电负荷不足1kW，可忽略不计，配电线路按最低标准配置。
第3章短路电流计算
3.1短路计算的目的及步骤
3.1.1短路电流计算的目的
电力系统常常在运行中发生故障。
电力系统的故障可以分为简单故障和复合故障,简单故障是指某一时刻只在电力系统的一个地方发生故障；复合故障一般是指某一时刻在电力系统两个及两个以上的地方同时发生故障。
电力系统的故障通常是短路故障和断线故障。
一般情况下，短路故障比断线故障发生的几率大，也比断线故障严重。
短路是电力系统的严重故障。
当短路发生时，系统将从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随发生复杂的暂态现象。
所以计算系统的短路电流将具有非常重要的意义。
3.1.2短路电流计算的一般规定
1.计算的基本情况
（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置；
（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
（4）所有电源的电动势相位角相同；
（5）应考虑对短路电流值有影响的所有的元件，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安全电流有效值时才予以考虑。
2.接线方式：
计算短路电流之时所用的接线方式，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），而不能仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3.计算容量：
按此次工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建设后5～10年）。
4.短路种类：
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路，或直接接地系统以
升级会员 