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1、-小区供配电设计_毕业设计说明书-第 31 页吉林化工学院毕业设计说明书小区供配电设计The Power Supply design学生学号： 09580133 学生姓名： 专业班级： 电气0901 指导教师： 孙浩 职 称： 讲师 起止日期： 2013.3.042013.6.17 吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology摘 要本设主要阐述了现代化小区各系统电气设计的设计依据。首先应该对小区的负荷进行统计，在统计的时候应全面考虑，包括近几年来当地小区的一户平均用电水平，以及逐年的变化趋势。还与一些大城市的户平均用电水平进行了比较，以及已
2、经建设好的小区的变压器的负荷情况来综合考虑每户应该规划的负荷，以免造成电能的浪费和投资的增多。确定好负荷之后，确定变压器的容量。要紧跟变压器的发展，采用性价比比较高的变压器。考虑到居民小区本身的特点，以及箱式变压器的蓬勃发展，宜把小区分成若干供电团组来供电，由总控制室来管理。其中总控制室配备无功补偿，并且安装一台或两台油式变压器来给附近的住宅楼供电。在变压器的选址方面，严格遵守电力安全规定，绝对不能影响居民日常生活。在主接线方面充分结合了小区的负荷分布情况和道路的走向，本着高效，节约的原则确定了方案。在电缆的选择和铺设方面，严格遵照电力工程电缆敷设规范等相关的国家行业标准来选择和铺设。进行了短
3、路电流的计算，主要设备的选择和校验，及接地防雷的设计。关键词：配电系统；变电所；变压器 Abstract This is works for the end of the power system , to study.the domestic load for small residential area . Statistics Load of small residential,we must think many things. Including the electricity consumption of the local residential in recent years,
4、 and the trend of changes year by year. I also contrast with the electricity consumption of the developed city ,and the Situation of transformers that have constructed. These work is to avoid the waste of the power of electricity and the waste of investment.After the confirmition of lode, I ensure t
5、he capacity of the transformer. With the evelopment of the transformer,I choose the transformer that have a good price quality. Considering the characteristic of district and the greate development of box-type electric substation ,It is good to divide the district to several zones. Every zones power
6、 is supplied by a box-type electric substation. the command is equiped by parallel capacitor，and one or two transformers that offer electric power to buildings nearby. In the field of address of transformer ,I follow electricity ordinanceand electrical safety strictly.It mustnt affect the normal lif
7、e. When drawing the schematic diagram ,I consider the distribution of the domestic load and the direction of the roads , on the principle of high efficiency and save resources ,to optimize of the plan.In the respect of underground cable ,I follow the Cable Layingof electric power engineering handboo
8、k and other relating to national standards. the Short Circuit Current has been analyzed, Major equipment has beed tested and calibrated. lightning protective earthing system has been designed in a systematic way.Keywords: Power distribution system；Power substation；The transformer目 录摘 要IAbstractII第1章
9、 概述11.1 设计对象及目标11.2 设计的主要任务11.3 设计遵循的原则11.4 设计资料11.4.1小区平面图11.4.2供电电源情况21.5 当地的气象状况21.6 当地用电费用21.7 对于电气设计的要求3第2章 负荷等级及供电电源4第3章 无功补偿73.1 无功补偿点的设定73.2 无功补偿容量的确定7第4章 变压器的选择和电气主接线114.1 无功补偿后小区负荷114.2 选择变压器的原则114.3 选择变压器的数量124.4 选择变压器的容量安装一台主变压器124.5 其他因素124.6 负荷中心的计算124.7 主变压器选择的方案134.8 变电所主接线方案的选择13第五章
10、 短路电流计算155.1 造成短路的原因155.2 短路造成的后果155.3 短路的几种形式155.4 短路电流的计算165.5 标幺值法计算165.6 计算电路图及短路电流计算18第6章 变配电所一次设备的选择和校验226.1 高压一次设备的选择校验项目和条件226.2 380V侧设备选择26第7章 二次回路和继电保护317.1 二次回路317.2 电能测量317.3 变压器的继电保护327.4 高压断路器的控制和信号回路33第8章 防雷接地系统348.1 防雷措施348.2 接地及等电位348.3 防雷电波侵入358.4 本工程防雷等级35结 论36参考文献37致 谢38第1章 概述1.1
11、 设计对象及目标某市某小区，全小区总面积约30000平方米。有2座12层的小高层，小高层下面配备有地下车库，有14座6层的多层，有1座2层的物业管理中心。负荷等级属于二级负荷。1.2 设计的主要任务本次设计的主要任务有：1. 负荷计算与无功补偿；2. 变配电所主变压器和主接线方案，变配电所位置和型式的选择；3. 变配电所一次设备的选择校验，变配电所进出线的选择，变配电所二次回路方案的选择与继电保护的整定，变配电所的防雷保护与接地装置的设计、变配电所的布置与结构设计；4. 短路电流的计算。1.3 设计遵循的原则1. 必须遵守国家的有关法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源、节约
12、有色金属等技术经济政策；2. 应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品；3. 必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案；4. 应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与长期发展的关系，做到远、近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.4 设计资料1.4.1小区平面图 小区平面图1-1： 图1-1 小区平面图1.4.2供电电源情况在距离小区5km处有10KV电缆分接箱，从该分接箱处引出一条10KV三芯电缆，电缆首段设的高压真空断路器，其流量容量为50
13、0MVA。该真空断路器具有体积小，动作快,寿命长,安全可靠和便于维护检修等优点。该小区据邻近单位配电所的最远距离为2km,可以从邻近单位引进一条10KV架空线路引进，当做备用电源使用。1.5 当地的气象状况1. 最热月平均最高温度：28；2. 最高温度：30.9；3. 冬季最低日平均温度：-23。年平均雷暴日数（d/a）：21.4。按照雷暴日等级划分（20天及以下为少雷区，20天到40天为多雷区），处于少雷区和多雷区的边界处，高温雷暴并存；4. 海拔100m，东北平原，黄土地，地下水位大于20m。1.6 当地用电费用本小区与当地供电部门达成协议，当小区最大负荷时的功率因素不得低于0.95。此外
14、，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贴费，610KV 为800元/KVA。1.7 对于电气设计的要求1. 安全:设计阶段应首先充分注意安全用电问题，要从生命、设备、系统及建 筑等方面全面考虑；2. 可靠:体现在供电电源和供电质量的可靠性；3. 合理:一方面要符合国家有关政策和法令，符合现行的行业行规要求，另一方面符合建筑方的经济实力、运行维护及扩充发展等的要求；4. 先进:杜绝使用落后、淘汰设备，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展；5. 实用:考虑降低物耗，保护环境，综合利用等实用因素。如提高功率因数，深入负荷中心，选用高效电光源，选用节能开关等等。第2章 负荷等
15、级及供电电源我国国家标准GB500521995供配电系统设计规中规定:电力负荷等级应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度进行分级。按规范的规定将电力负荷分为三级，具体规定如下。本次设计，在计算负荷时采用的是需用系数法。用到的公式有：有功计算负荷（单位为KW） （2-1）式中 Pe用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）。K用电设备组的需要系数。无功计算负荷（单位为Kvar） （2-2）视在计算负荷（单位为KVA） （2-3）计算电流（单位为A） （2-4）下面是小区平面图的基本情况。我将住宅面积分为三类：小型住宅60m以下，中型住宅60100m，
16、大型住宅100m以上。1,2号楼为12层的小高层建筑，每栋配备两台电梯，有地下车库。每层有6户的住宅，其中小户型（60）的户数为3个，中户型（60100）的户数为2个，大户型（100以上）的户数为1个。总72套：其中36套小户型，24套中户型，12套大户型。3,4,5,6,7,8号楼为6层的多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（60以下）的户数为3个。大户型（100以上）的户数为3个。总38套：其中18套小户型,18套大户型。9,10,11,12为6层的多层住宅，每层有4户住宅，全部都为中户型（60100）。总24套中户型。13,14,15,16为6层的多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（6
17、0以下）的户数为3个，中户型（60100）的户数为2个，大户型（100以上）的户数为1个。总36套：其中18套小户型，12套中户型，6套大户型。17为一层的物业中心，大小为2户的中户房型。1,2号楼下建设车库，面积约1158,即640。路灯，草坪灯等公共用电设备10KW。在规划小区的供电容量时，进行了多方面的考虑，包括全国的小区供电负荷水平，该小区所处地区得经济发展水平，节能家用电器的不断推出，国家对新能源的给力支持，国外小区用电负荷的数据，将来10到20年内经济的发展预测，以及我们中国人勤俭持家的一贯作风等，给予该小区以下的负荷估算，见表2-1小区负荷估算。表2-1小区负荷估算户型用电分类容
18、量（KW)需用系数cos()tan()有功功率（KW） P无功功率（Kvar）Q视在功率（KVA）S大户照明20.60.90.4841.20.581.34空调50.40.80.7521.52.5厨房设备20.450.830.6720.90.601.08卫生间设备2.50.350.850.620.880.551.03娱乐设备1.70.40.80.750.680.510.85其他0.40.30.71.020.120.120.17合计13.60.830.665.73.866.96中户照明0.90.60.90.480.540.260.6空调40.40.80.751.61.22厨房设备1.50.450.
19、830.670.670.450.81卫生间设备20.40.850.620.80.490.94娱乐设备1.20.40.80.750.480.360.6其他0.20.30.71.020.060.060.08合计9.80.820.684.152.835.04小户照明0.50.50.90.4840.250.120.27空调30.40.80.751.20.91.5厨房设备1.50.450.830.6720.6750.450.81卫生间设备20.40.850.620.80.490.94娱乐设备0.90.40.80.750.360.270.45其他0.10.30.71.020.030.030.043合计80
20、.820.683.312.274.03电梯（2台）50.30.61.3331.51.99952.5合计52=101.52=31.99952=3.992.52=5车库（640）照明30.80.90.4842.41.16 空调610.80.7564.5水泵100.60.80.7564.5第3章 无功补偿3.1 无功补偿点的设定如果把补偿装置设在变压器的高压侧，则只是补偿了变压器前的无功功率，对低压侧的无功功率起不到补偿的作用。如果把补偿装置设置在变压器的低压侧就补偿了小区所需要的无功功率，从而补偿了低压配电线路本身的无功损耗及广大用户用电设备的部分无功需要，提高了小区用电的功率因数。在小区中，安装
21、位置通常只有3个，即装设于住宅楼总配电箱进线处，楼梯单元配电箱进线处或住户配电箱进线处。由于大多数单元负荷在6KW一下，且无功需求波动大，投入时间短，投切频繁。因此，终端补偿位置，根据线路终端总容量的大小，一般分别选用前两个。使无功尽可能尽可能就地达到平衡，减少无功在电网中的流动，这对降低线损，改善电压质量和提高供电能力是十分有利的。本次无功补偿装置设在变电所里，采用低压集中补偿的方式。3.2 无功补偿容量的确定 无功功率补偿容量（单位为Kvar）的计算： （3-1） （3-2） 补偿前380V侧的统计： （3-3） （3-4）= （3-5） 功率因数COS= （3-6）补偿后380V侧的统计
22、： （3-7） （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） （3-12）10KV侧补偿后，有功功率，无功功率，功率因数算法同上。现在把整个小区算在内，估算整个小区需要的无功补偿容量。为了达到低压侧功率因数为0.95，算定的补偿容量Q取1008Kvar。采用低压无功功率动态补偿柜，这种补偿柜适用于农村、城市配电网和工矿企业内部配电网，可安装在0.4kV低压配电室内，对低压负荷实现动态无功补偿；也可用于厂矿、石油、铁路、化工、港口等行业的低压电网，对动力设备进行就地无功补偿。屏内设有ZKW-型无功率自动补偿控制器一台。控制器采用8步或6步循环投切的方式进行工作，并根据电网负荷消耗的感性无功
23、量的多少以10秒120秒可调的时间间隔自动地控制并联电容器组的投切动作，使电网的无功消耗保持到最低状态，从而可提高电网电压质量减少辅配电系统和变压器的损耗。下表3-1为补偿屏的参数，表3-2为各小区补偿前后统计。表3-1补偿屏参数组合方式屏宽（mm）电容器数量总容量每步投入千乏数PGJ1-18006只84千乏14千乏表3-2各小区统计楼号功率因数cos()tan()有功功率（KW）无功功率（Kvar)视在功率（KVA）1号楼306.76211.243702号楼306.76211.243703号楼163.62110.372004号楼163.62110.37200380V侧补偿前负荷5号楼163.
24、62110.372006号楼163.62110.372007号楼163.62110.372008号楼163.62110.372009号楼99.7267.9712010号楼99.7267.9712011号楼99.7267.9712012号楼99.7267.9712013号楼144.1898.0317514号楼144.1898.0317515号楼144.1898.0317516号楼144.1898.0317517号楼8.314.5610合计0.820.682579.151753.283130无功补偿 0-1008 380V侧补偿后负荷0.960.292579.15745.28 变压器的损耗46.9
25、5187.8 每一栋楼经过无功补偿后，即功率因数从0.83左右提高到0.95，有功功率不变，无功率减小，视在功率也变小。 （3-13）下表3-3是补偿过后每栋楼的视在功率S，表3-3各个楼的视在功率楼号视在功率KVA（补偿前）视在功率KVA（补偿后）1370324237032432001734200173520017362001737200173820017391201061012010611120106121201061317515314175153151751531617515317109第4章 变压器的选择和电气主接线4.1 无功补偿后小区负荷由于小区用户的一部分无功功率由无功补偿装置提
26、供，在第3章计算过了经过无功补偿后每栋楼的视在功率。变压器容量确定的依据是每栋楼补偿后的视在功率。下图4-1是小区平面图的负荷图。图4-1小区平面负荷图 补偿后整个小区的视在功率S=2731KVA。4.2 选择变压器的原则随着科学技术的进步，变压器行业的发展突飞猛进。从S7，S9，S10，S11，S12，S13系列不断进步，所用材料也不断的改进。由于干式变压器越来越好的性能，相比于油浸式变压器以绝缘油为绝缘介质，干式变压器采用环氧树脂绝缘。本次采用SCB10系列。S表示三相，C表示环氧树脂浇注，B表示箔绕式线圈。4.3 选择变压器的数量选择主变压器台数时应考虑的基本原则，应满足用电负荷对供电可
27、靠性的要求。对供有大量一，二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一，二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有备用电源。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。4.4 选择变压器的容量安装一台主变压器 主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷S的需要，即 （4-1） 安装两台主变压器每台变压器的容量S应同时满足以下两个条件：(1) 任一台变
28、压器单独运行时，宜满足总计算负荷S的大约60%70%的需要，即 S（0.60.7）S （4-2）(2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一级负荷，二级负荷的需要，即 （4-3）4.5 其他因素(1) 主变压器单台容量上限，单台配电变压器（低压为0.4KV）的容量一般不宜大于1250KVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的配电变压器；(2) 位于同一个变电所的变压器宜用型号容量相同的；(3) 适当考虑负荷的发展。4.6 负荷中心的计算根据小区的平面图，本小区每栋楼的房型基本上是矩形的，那么可以假设每一栋楼的负荷中心位于矩形的中心。按负荷功率矩确定负荷中心。在小区平面
29、图上建立一个适当的坐标系，测量每栋楼中心的横坐标和纵坐标。仿照力学中求重心的力矩方程可得。4.7 主变压器选择的方案小区的总负荷S=2731KVA。全区的负荷中心位于8号楼的西北角处。考虑到变电所应尽量靠近负荷中心以及小区居民生活，结合小区平面图，把变电所建于7号楼东南角的正南方靠近小区围墙的位置。负荷中心的位置如上图小区负荷图上B1和B2的所示。选择4台1000KVA的SCB10-1000/10。采用两台并列运行的方式。变压器的联结组别为D，yn11。#1和#2变压器并列运行，给1、3、5、17和2、4、6号楼供电。距负荷中心约130m。#3和#4号变压器并列运行，给16、12、7、8和9、
30、10、11、13、14、15号楼供电，距负荷中心约100m。，满足要求。4.8 变电所主接线方案的选择电气主接线时变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用，连接方式和回路间的相互联系。所以它的设计直接关系到全所电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护，自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全，经济运行起着决定的作用。对主接线的基本要求，概括地说包括可靠性，灵活性和经济性三个方面。在610KV配电装置，出线回路数为6回及以上时，宜采用分段的单母线接线。结合上面的两种变压器选择方案画出的主接线简图如图4-2下。图4-2主接线简图每台变压器需要的无功补偿容量Q=S(tantan) （4-4）#1变
31、压器给1、3、5、17号楼供电，表4-1 1,3,5,17号楼各功率情况楼号cos()tan()有功功率（KW）无功功率（Kvar）视在功率（KVA）1号楼306.76211.24370.623号楼163.62110.37197.94号楼163.62110.37197.917号楼 8.314.57 10.09合计0.8270.5970.679642.31436.55 776.5每个无功补偿屏补偿的容量为84Kvar无功补偿的容量843=252Kvar合计0.9610.280.28642.31184.55668.3 即=384Kvar=252Kvar。同理，给2、4、6供电的#2号变压器需要的无
32、功补偿为：384Kvar=252Kvar；给7、8、12、16号楼供电的#3号变压器需要的无功补偿为：384Kvar=252Kvar；给9、10、11、13、14、15号楼提供电的#4号变压器需要的无功补偿为：384Kvar=252Kvar。第五章 短路电流计算5.1 造成短路的原因短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间的短接。系统发生短路的原因有很多主要有：（1）电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路等；（2）自然原因。如：气候恶劣，由于大风，低温导线覆冰引起
33、架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等；（3）人为事故。如：工作人员的误操作，或者将低压设备接入高压电路中，也可能造成短路。 5.2 短路造成的后果短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大停电。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害，主要有：（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电流中的其他元件受到损害，甚至引起火灾；（2）短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行；（3）短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而
34、造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大；（4）不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交叉电磁场，对附近的通信设备，电子设备等产生严重的电磁感染。由此可见，短路的后果很严重，因此必须尽可能设法消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器，整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）也必须计算短路电流。5.3 短路的几种形式在三相系统中，可能发生的短路故障形式有：三相短路，两相短路，单相短
35、路和两相对地短路。在一般情况下，特备是在远离电源的小区供电系统中，三相短路的短路电流最大。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择和骄校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需35秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路 。在无线大容量系统中发生三相短路时中间相导体所受的电动力比两相短路时导体所受的电动力大，因此校验电器
36、和载流部分的短路动稳定度，一般应采取三相短路冲击断流或短路后第一个周期的三相短路全电流有效值。5.4 短路电流的计算假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都
37、小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。进行短路电流计算，首先要绘制出计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数都表示出来，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的短路电流通过。按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中主要元件的阻抗。短路电流计算方法，常用的有欧姆法和标幺值法。本次设计采用标幺值法。5.5 标幺值法计算计算时选定一个基准容量S和基准电压U.将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值，称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算)。 基准容量，工程设
38、计中通常取S=100MVA。 基本电压，通常取元件所在处的短路电流计算电压，即取U=U。1. 基准电流则按下式计算： （5-1）2. 基准电抗则按下式计算： （5-2） 下面分别讲述供电系统中主要元件的电抗标幺值的计算，1. 电力系统的电抗标幺值 （5-3） 为断路器的断流容量。2. 电力变压器的电抗标幺值 （5-4）3. 电力线路的电抗标幺值 （5-5）短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出后，即可利用其等效电路图进行电路化简，求出其总电抗标幺值X。 无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值按下式计算： I= （5-6） 由此可求的三相短路电流周期分量有效值： （5-7） 求出I以后，
39、即可利用欧姆法的公式求出短路次暂态电流有效值I，三相短路稳态电流，短路冲击电流，短路冲击电流有效值。在高压电路发生三相短路时：I= I，=2.55I，=1.51I （5-8） 在1000KV.A及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时，三相短路容量的计算公式为：I= I，=1.84I，=1.09I （5-9） 三相短路容量的计算公式为： （5-10）5.6 计算电路图及短路电流计算如图5-1所示电路图供配电主系统图。图5-1供配电主系统图1. 确定基准值 取=100MVA，=10KV，=0.23KV，而=5.77KA=152KA2. 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值（1）电力系统的标幺值=500MVA，