某市大润发超市10kv配变电所电气设计大学论文.doc

扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 扬州大学水利与能源动力工程学院本科生课程设计题 目：某市大润发超市10kV配变电所电气设计 课 程： 供配电工程 专 业： 建筑电气与智能化 班 级： 建电1201 扬州大学水利与能源动力工程学院供电工程课程设计任务书31题 目某市大润发超市10kV变电所电气设计2原始资料2.1 某大型超市建筑面积18000m2，3层。建筑分区有大卖场、商品街、肯德基店、食品加工区、库容区、停车场等。设中央空调。2.2 负荷资料照明负荷： 一层卖场照明负荷容量50kW。Kd=0.9，cos=0.9。 一层商品街照明负荷容量50kW。Kd=0.9，cos=0.9。 一层户外广告，路灯负荷容量60kW。Kd=1，cos=0.85。 二层卖场照明式负荷容量120kW。Kd=0.9，cos=0.9。 二层广告灯箱负荷容量100kW。Kd=1，cos=0.85。 三层照明负荷容量60kW。Kd=0.9，cos=0.9。 三层停车场照明负荷容量60kW。Kd=0.8，cos=0.9。 库容区照明负荷总量30kW。Kd=0.8，cos=0.9。电力负荷： 空调冷冻机房负荷容量480kW。Kd=0.8，cos=0.8。 空调用泵房负荷容量150kW。Kd=0.7，cos=0.8。 室外消防泵房负荷容量100kW。Kd=0.8，cos=0.8。 消防排烟风机负荷容量80kW。Kd=0.8，cos=0.8。 两部货梯负荷总容量40kW。Kd=0.7，cos=0.7。 一层自动扶梯3部，每部容量20kW。Kd=0.8，cos=0.7。 二层自动扶梯2部，每部容量20kW。Kd=0.8，cos=0.7。 肯德基动力负荷容量200kW。Kd=0.8，cos=0.8。 一层商品街动力负荷容量150kW。Kd=0.8，cos=0.8。 一层食品加工区动力负荷容量250kW。Kd=0.8，cos=0.8。 注：发生火灾时才用的消防用电设备容量不计入总负荷。考虑变电所用电15kW，cos=0.85。各用电设备的负荷等级及其配电要求根据规范确定。2.3 供电条件（1）供电部门可提供两路10kV环网电源，每路供电容量各半，互为备用。（2）电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约100米。电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约80米。（3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9。要求计量柜在主进开关柜之前，且第一柜为计量柜。（4）变电所设于超市一层，有人值班。面积大小由电气设计定。已知建筑构造柱间距为7.2m7.8m。2.4 其他资料当地年最高气温为37，年平均气温为25，年最低气温6，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地年雷暴日数为25天。当地海拔高度为130m，土壤电阻率110m。3具体任务及技术要求本次课程设计共1.5周时间，具体任务与日程安排如下：第1周周一：布置设计任务，熟悉有关资料，负荷计算、主变压器选择。 周二：供电一次接线方案确定，短路计算。周三：进出线电缆及开关设备选择计算。周四：设计绘制变电所高压电气系统图。周五：设计绘制变电所低压电气系统图。第2周周一：设计绘制变电所电气平面布置图及变电所接地平面布置图。 周二：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。 周三：整理打印设计报告，交设计成果。要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成10kV变配电所的电气设计。设计深度应达到扩大初步设计要求，制图应符合国家规范要求。4实物内容及要求课程设计报告由设计任务书、设计报告正文、设计图纸三部分组成，并有封面、目录，装订成册。4.1 设计报告正文内容包括：（1）负荷等级确定与供电电源（2）负荷计算与无功补偿（3）变电所所址选择与结构型式（4）变压器类型、台数及容量选择（5）变电所电气主接线设计（6）短路计算与电气设备选择校验（7）进出线电缆选择校验（8）变电所电气装置布置（9）变电所接地装置布置（10）参考文献设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。设计报告正文采用A4纸打印。4.2 设计图纸包括：（1）变电所高压电气系统图（1张A3）（2）变电所低压电气系统图（1张A3加长）（3）变电所电气平面布置图（1张A3）（4）变电所接地平面布置图（1张A3）设计图纸绘制的一般要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。设计图纸采用A3图纸CAD出图。5参考文献1 中国计划出版社编注册建筑电气工程师必备规范汇编北京：中国计划出版社，中国建筑工业出版社，20032 易立成编注册电气工程师(供配电)执业资格考试强制性标准摘编北京：中国电力出版社，20043 翁双安主编.供电工程. 北京：机械工业出版社，20044 中国航空工业规划设计研究院等编工业与民用配电设计手册（第2、3版）北京：中国电力出版社，1994、20055 北京照明学会设计委员编建筑电气设计实例图册北京：中国建筑工业出版社，1998，2000，20026 孙成群主编民用建筑电气设计资料集办公住宅北京：知识产权出版社，20027 朱林根主编21世纪建筑电气设计手册北京：中国建筑工业出版社，20018 戴瑜兴等编民用建筑电气设计数据手册北京：中国建筑工业出版社，20039 中元国际工程设计研究院编电气设计50北京：机械工业出版社，200510 本书编委会编建筑电气设备选型（2001版，2002版，20032004版），北京：中国建筑工业出版社，2001，2002，200311 刘江主编建筑电气设备选型北京：中国建筑工业出版社，200312 朱林根主编现代住宅建筑电气设计北京：中国建筑工业出版社，200413 全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编电气简图用图形符号标准汇编北京：中国标准出版社，200114 全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编电气制图及相关标准汇编北京：中国标准出版社，200115 高低压电器最新产品技术样本等6任务书写于2015年6月15日7完成期限2015年6月15日至6月22日8学生任务分配建电12011202 9指导教师：李世博 5第 二 部 分课程设计报告目录1. 负荷等级确定与供电电源21.1 工程概况与设计依据21.2 负荷等级确定与供电电源取得22. 负荷计算与无功补偿42.1 各回路负荷计算42.2 无功补偿方案52.3 总计算负荷确定63. 变压器类型、台数及容量选择73.1变压器类型选择73.2变压器台数选择73.3变压器容量选择74.配电所电气主接线设计84.1 高压配电网接线设计84.2 变电所电气主接线设计84.3 低压配电网的接线形式95. 短路计算与电气设备选择校验105.1 短路电流计算105.2高压电气设备选择校验125.2.1高压断路器的选择135.2.2高压熔断器的选择校验135.2.3高压电流互感器的选择校验135.2.4高压电压互感器145.3低压电气设备选择校验145.3.2变电所低压电源进线、母线联络保护用熔断器的初步选择155.3.3变电所低压电源出线、母线联络保护用断路器的初步选择166. 母线电缆选择校验176.1高压进线电缆选择校验176.2 高压进出线电缆选择校验176.3低压出线电缆选择校验187.变电所电气装置布置207.1变电所的所址与结构形式207.2变电所布置的总体要求207.3变电所电气布置208. 变电所接地装置布置228.1 接地类型及要求228.2 接地装置设计228.3 接地布置及等电位联结22参 考 文 献231. 负荷等级确定与供电电源1.1 工程概况与设计依据1.1.1 某大型超市建筑面积18000m2，3层。建筑分区有大卖场、商品街、肯德基店、食品加工区、库容区、停车场等。设中央空调。 负荷资料照明负荷： 一层卖场照明负荷容量50kW。Kd=0.9，cos=0.9。 一层商品街照明负荷容量50kW。Kd=0.9，cos=0.9。 一层户外广告，路灯负荷容量60kW。Kd=1，cos=0.85。 二层卖场照明式负荷容量120kW。Kd=0.9，cos=0.9。 二层广告灯箱负荷容量100kW。Kd=1，cos=0.85。 三层照明负荷容量60kW。Kd=0.9，cos=0.9。 三层停车场照明负荷容量60kW。Kd=0.8，cos=0.9。 库容区照明负荷总量30kW。Kd=0.8，cos=0.9。电力负荷： 空调冷冻机房负荷容量480kW。Kd=0.8，cos=0.8。 空调用泵房负荷容量150kW。Kd=0.7，cos=0.8。 室外消防泵房负荷容量100kW。Kd=0.8，cos=0.8。 消防排烟风机负荷容量80kW。Kd=0.8，cos=0.8。 两部货梯负荷总容量40kW。Kd=0.7，cos=0.7。 一层自动扶梯3部，每部容量20kW。Kd=0.8，cos=0.7。 二层自动扶梯2部，每部容量20kW。Kd=0.8，cos=0.7。 肯德基动力负荷容量200kW。Kd=0.8，cos=0.8。 一层商品街动力负荷容量150kW。Kd=0.8，cos=0.8。 一层食品加工区动力负荷容量250kW。Kd=0.8，cos=0.8。 注：发生火灾时才用的消防用电设备容量不计入总负荷。考虑变电所用电15kW，cos=0.85。各用电设备的负荷等级及其配电要求根据规范确定。1.1.2 供电条件（1）供电部门可提供两路10kV环网电源，每路供电容量各半，互为备用。（2）电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约100米。电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约80米。（3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9。要求计量柜在主进开关柜之前，且第一柜为计量柜。（4）变电所设于超市一层，有人值班。面积大小由电气设计定。已知建筑构造柱间距为7.2m7.8m。1.1.3其他资料当地年最高气温为37，年平均气温为25，年最低气温6，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地年雷暴日数为25天。当地海拔高度为130m，土壤电阻率110m。1.2 负荷等级确定与供电电源取得1.2.1 负荷等级确定根据设计任务书，两部货梯，肯德基动力负荷，一层食品加工区，一层商品街是二级负荷，其他的为3级负荷。本工程用电设备负荷等级确定见表1-1。表1-1 负荷等级确定序号用电设备名称负荷等级低压配电回路回路编号备注1一层卖场照明1WL12商品街照明1WL23一层户外广告1WL34二层卖场照明1WL45二层广告灯1WL56三层卖场照明1WL67三层停车场照明1WL78库容区照明1WL89空调冷冻机房1WP910空调用泵房1WP1011一层自动扶梯1WP1112二层自动扶梯1WP1213两部货梯2WP13一用一备14肯德基动力负荷2WL14一用一备15一层食品加工区2WP15一用一备16一层商品街2WL16一用一备1.2.2 供电电源取得根据设计规范，本工程整体按级负荷供电，外网供电电源电压级与共18条回路数，变压器应为4台；级负荷用电设备采用一用一备的方式供电系统概略图如图1-1所示。图1-1供电系统概略图2. 负荷计算与无功补偿2.1 各回路负荷计算采用需要系数法 基本公式有功计算负荷 无功计算负荷视在计算负荷 计算电流各低压配电干线的计算负荷表2-1 变压器T1无功补偿前低压母线计算负荷序号回路编号设备名称设备容量Pe / kWKd计算负荷PCkWQCkvarSckVAICA1一层卖场照明500.90.94521.7950762一层商品街照明500.90.94521.7950763一层户外广告6010.856037.1870.59107.254二层卖场照明1200.90.910852.31120182.45二层广告灯箱10010.8510061.97117.65178.756三层照明负600.90.95426.156091.167三层停车场照明600.80.94823.2553.3381.038空调用泵房1500.70.810578.75131.25199.419一层自动扶梯3部600.80.74848.9768.57104.1810二层自动扶梯2部400.80.73232.6545.7169.4511一层商品街动力负荷1500.80.812090150227.9012变压器用电1510.85159.3017.6526.81总计算负荷9150.839780504.11928.721411.050.9 ，0.950.826702478.90849.80表2-2 变压器T2无功补偿前低压母线计算负荷序号回路编号设备名称设备容量Pe / kWKd计算负荷PCkWQCkvarSckVAICA1库容区照明300.80.92411.6226.6740.522两部货梯400.70.72828.574060.83肯德基动力负荷2000.80.81601202003044空调冷冻机房负荷4800.80.8384288480729.35一层食品加工区动力负荷2500.80.8200150250380总计算负荷0.796796605.310000.9 ，0.950.803716.4575.04918.642.2 无功补偿方案 由计算结果看出，本工程的功率因数未达到要求，采用低压无功补偿装置进行补偿，采用自动投切方式补偿。 变压器低压侧无功补偿及无功补偿后低压母线计算负荷见表2-5，表2-6。表2-5 变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器T1有功计算负荷PckW无功计算负荷Qckvar视在计算负荷SckVA计算电流IcA功率因数cos补偿前低压母线计算负荷702478.90849.801291.130.826补偿容量 QN.CkvarQN.C=Pc tan(arccos0.826 )tan(arccos0.92 )180实际取10组20 kvar=200 kvar200补偿后低压母线计算负荷702278755.041147.10.93表2-6 变压器T2无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器T2有功计算负荷PckW无功计算负荷Qckvar视在计算负荷SckVA计算电流IcA功率因数cos补偿前低压母线计算负荷716.4575.04918.641395.730.803补偿容量 QN.CkvarQN.C =Pc tan(arccos0.780)tan(arccos0.92 )226.52实际取10组30 kvar=300 kvar300补偿后低压母线计算负荷716.4275.04767.381165.910.9342.3 总计算负荷确定高压进线总计算负荷见表2-7。表2-7 变电所高压进线总计算负荷序号计算点有功计算负荷PckW无功计算负荷Qckvar视在计算负荷SckVA计算电流IcA功率因数cos1变压器T1低压母线计算负荷702278755.041147.10.932T1功率损耗PT0.01Sc ；QT0.05Sc7.5537.753变压器T1高压侧计算负荷709.55315.75776.6344.840.914变压器T2低压母线计算负荷716.4275.04767.381165.910.9345T2功率损耗PT0.01Sc ；QT0.05Sc7.6738.376变压器T2高压侧计算负荷724.07313.41788.9945.550.927变电所高压进线总计算负荷（序号367）1433.62629.160.95 0.971361.94610.291492.4386.17 0.913. 变压器类型、台数及容量选择3.1变压器类型选择变压器类型选择见表3-1。表3-1 变压器类型选择序号类 型选择结果依 据1变压器相数3有三相用电设备2变比及调压方式无载手动调压10KV配电变压器一般采用无载调压方式3绕组型式4绝缘及冷却方式干式室内5外壳防护等级IP20防触电6联结组Yyn0一般要求7型 号SC(B)- SC(B)11等系列环氧树脂变压器节能3.2变压器台数选择 有二级负荷，需两台变压器和双回路，选用等容量的变压器且单台变压器容量不宜大于1250KV。，3.3变压器容量选择变压器容量选择见表3-2。 表3-2 变压器容量选择序号项 目计算负荷选择两台变压器的容量SNTkVA选择一台变压器的容量SNTkVA1视在计算负荷SckVA 1492.4310002（0.60.7）ScKva895.461044.73一二级负荷Sc（）Kva552.174变压器负荷率T177.63%T277.78%所选变压器其他技术参数见表3-3。表3-3 变压器技术参数变压器全型号原边额定电压Kv副边额定电压Kv原边额定电流A副边额定电流A空载损耗Kw短路损耗Kw空载电流阻抗电压外形尺寸长宽高mmT1SC(B)10-1000/10100.41.557.090.66 T2SC(B)10-1000/10100.41.557.090.664.配电所电气主接线设计 本工程中有二级负荷和三级负荷，二级负荷一般采用两台变压器和两回路供电，要求当其中任一变压器或供电回路发生故障时，另一变压器和供电回路不应同时发生故障。4.1 高压配电网接线设计 根据设计规范，该工程用两路电源供电，一备一用，单母线形式供电。4.2 变电所电气主接线设计 工程的变压器一次侧用单母线形式，二次侧采用变压器主单元接线。双回路供电，一备一用。 本工程可能采用的两个主接线方案见图4-1。技术经济比较见表4-1。图4-1主接线方案表4-1 电气主接线方案的比较比较项目主接线方案一（图4-1）主接线方案二（图4-2）技术指标供电安全性非常安全比较安全供电可靠性 可靠 较可靠电能质量 好 好灵活方便性 灵活 较灵活扩建适应性 好 较好建筑寿命及占地面积大小 寿命长，占地多 寿命一般，占地少设备的先进性 高 一般经济指标综合投资线路的综合投资 高 一般变压器的综合投资 高 高开关柜的综合投资 高 一般建筑及征地投资 多 一般供电贴费 少 一般 高 一般年运行费用投资年折旧费 高 一般年维修管理费 高 一般年电能损耗费 高 一般 高 一般 从上表可以看出，用方案一投资打，但可靠性高。而用方案二，投资较少但是可靠性低。综合设计要求，选用方案二，可靠性可以达到指标要求。4.3 低压配电网的接线形式低压配电网采用单母线分段形式供电。安全性高，灵活性高。本工程配电所高压电气系统图见附录图纸电01，变电所低压电气系统图见附录图纸电02。5. 短路计算与电气设备选择校验5.1 短路电流计算5.1.1 高压系统短路计算 采用标幺值法计算最大三相短路电流和最小两相短路电流，计算公式如下： 短路计算电路图见图5-1。短路点选在高压母线k-1点和变压器二次侧k-2点。短路计算见表5-1，5-2。图5-1高压系统短路计算电路表5-1 T1高压系统短路计算元件及短路计算点元件技术参数电抗标么值最大三相短路电流kA最小两相短路电流Sd=100MVA,Uc1=10.5kV，Uc2=0.4kVkA系统Sk=100MVA , 1线路x0=0.1/km , L=0.08km0.0073变压器(T12)Uk%=6，SNT=1000KVA6k-1点Id1=5.501.00735.465.465.4613.928.244.73k-2点变压器并联Id2=144.347.007320.6020.6020.6046.5526.9917.84表5-2 T2高压系统短路计算元件及短路计算点元件技术参数电抗标么值最大三相短路电流kA最小两相短路电流Sd=100MVA,Uc1=10.5kV，Uc2=0.4kVkA系统Skmax=120MVA , 0.83线路x0=0.1/km , L=0.1km0.0091变压器(T12)Uk%=6，SNT=1000KVA6k-3点Id3=5.50KA0.8396.566.566.5616.729.915.68k-4点Id4=144.34KA6.83921.1121.1121.1147.7127.6518.285.1.2 低压系统短路计算 采用有名值法计算主要低压配电干线首端和末端的三相/单相短路电流，计算公式如下： 短路计算电路图见图5-2。短路计算见表5-3，表5-4，表5-5。图5-2低压配电干线1短路计算电路表5-3 低压配电干线1短路计算元件及短路计算点元件技术参数每相阻抗m相零阻抗值 m冲击系数三相短路电流kA单相短路电流Uc=400VkA系统Sk=97.56MVA ,0.1631.6320.1091.088变压器SNT=1000KVAUk%=6，Pk%=9.25KW1.4809.4851.4809.485母线TMY-4(80*6.3) L=6M0.2400.7860.4801.740k-1点1.88311.9032.06912.3131.60819.1647.3225.26917.620线路YJV-3*120+2*70 L=100M18.17.759.617.8k-2点19.98319.60361.66930.1131.0418.2512.148.2643.206表5-4 低压配电干线2短路计算元件及短路计算点元件技术参数每相阻抗m相零阻抗值 m冲击系数三相短路电流kA单相短路电流Uc=400VkA系统Sk=105.26MVA ,0.1511.5120.1011.008变压器SNT=1000KVAUk%= 6，Pk%=9.25KW 1.4809.4851.4809.485母线TMY-4(80*8) L=6M0.2400.7860.4801.740k-3点1.87111.7842.06112.2341.60719.3643.9925.51517.733线路YJV-3*150+2*70 L=100M4.8002.6006.61.907k-4点6.67114.3848.66114.241.23314.5725.3915.34113.2245.2高压电气设备选择校验选择高压电器，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电器应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。变电所高压电气设备选择校验见表5-6。从表中可以看出所选设备均满足要求。表5-6 高压电气设备选择校验选择校验项目电压电流开断能力动稳定热稳定其他装置地点条件参 数kV A kA kAkAs数据电源进线1086.176.5616.726.560.95变压器T1一次侧1044.845.4613.925.460.95变压器T2一次侧1045.556.5616.726.560.95设备型号规格额定参数高压电源进线断路器VS-12/630-20126302050204变压器一次侧断路器VS-12/630-20126302050204高压熔断器XRNT3-12/200-5010200505.2.1高压断路器的选择CV1-12-630A/25KA选择项目装置地点技术数据断路器技术数据结论额定电压与最高工作电压Un=10kV，Um=10*1.05kV=10.5kVUr=12kVUrUm，合格额定电流Ic=2Ir.T=（2*1000kVA）/(30.5*10kV)=115.5AIr=630AIrIc，合格额定频率50Hz50Hz合格额定短路开断电流Ib3=6.56 KA(最大运行方式)Ib=25KAIbIb3，合格额定峰值耐受电流ip3=16.72kA(最大运行方式)imax=63kVImaxip3,合格额定短时（4s）耐受电流Qt=6.562*(0.1+0.8+0.05)kA2s=40.882kA2s(断路器全开断时间取0.1s)I2t=252*4kA2s=2500kA2sI2tQt,合格额定短路关合电流Ip3=16.72kA(最大运行方式)Im=63kAimip3,合格环境条件华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境满足条件5.2.2高压熔断器的选择校验XRNT3-12/ 125-50序号选择项目装置地点技术数据熔断器技术数据结论1额定电压与最高工作电压Un=10kV,Um=10*1.05=10.5kVUr=12kVUrUm,合格2额定频率50Hz50Hz合格3熔断器额定电流Ir=125AIr=Ir.t,合格4熔体额定电流电压互感器回路Ir.f=100A合格5额定开端电流Ik3=6.56kA(最大运行方式)Ib=50kAIbIk3,合格6环境条件华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境满足条件5.2.3高压电流互感器的选择校验LZZJB12-10A序号选择项目装置地点数据互感器技术数据结论1额定电压 Un=10kVUr=10kVUr=Un，合格2额定频率50Hz50Hz合格3额定一次电流IC=(2*1000)/(1.732*10)=115.5I1r=150AIrIc,合格4额定二次电流I2r=5A合格5准确级及容量测量/保护0.5/10P(20VA/15VA)合格6额定动稳定电流ip3=16.72kA（最大运行方式）Imax=112.5kA（最小）imaxip3,合格7额定短时热稳定电流Qt=6.562*（0.1+0.8+0.05）=40.882kA2sI2tt=452*1kA2s =2025KA2sI2ttQt,合格8环境条件华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境满足条件9其他条件电能计量接线继电保护接线两相不完全星形联结三相星形联结满足条件5.2.4高压电压互感器JNZ12-10序号选择项目装置地点技术数据互感器技术数据结论1额定一次电压Un=10kVUr=10kVUr=Un，合格2额定频率50Hz50Hz合格3额定二次电压100V合格4准确级及容量AH2/AH9（计量）0.2（30VA）合格AH1/AH10（测量）0.5（80VA）合格5环境条件华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境满足条件6其他条件两只单相电压互感器结成Vv联结满足条件5.3低压电气设备选择校验 1按正常工作条件选择 1）考虑所选择设备工作环境，如户内，户外，环境温度，海拔或有无防尘，防腐，防火，防爆等要求，以及沿海或是温热地域的特点。 2）电器的额定电压应不小于所在线路的额定电压。、电器的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。保护电器还应按保护特性选择。2按短路条件校验 1）核能通过短路电流的电器，应满足在短路条件下短时和峰值耐受电流的要求。 2）断开短路电流