高档别墅小区供配电专业系统设计.doc

高档别墅区供配电系统设计摘 要本次设计题目为社区供配电系统设计，该系统通过降压变压器与10kv公共电源干线相连，然后向学校供应电能。该社区涉及了别墅区，用电负荷较大，对供电可靠性规定也较高。因而，必要采用可靠性较高接线形式。本次设计重要内容涉及：负荷计算、短路电流计算、电气主接线设计、电气设备选取与校验（涉及主变压器选取、断路器及隔离开关选取与校验、导体选取与校验、电流互感器选取与校验、电压互感器选取和避雷器选取等）和变配电所布置与构造设计。其中，主接线代表了变配电所主体构造，它对各种电气设备选取、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式拟定均有决定性关系，并将长期影响电力系统运营可靠性、安全性、灵活性和经济性。在设计过程中，本人参阅了大量供配电系统设计、变配电所设计、建筑电气设计规范等有关规范和设计手册，最后对该校供配电系统进行了初步设计。本设计为毕业设计，其目是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气设计问题能力，为将来工作奠定坚实基本。核心词：变压器、电气主接线、电气设备、继电保护AbstractThis design topic is the power supply and distribution system for a residence community，this system is connected with the public line of 10kV through step-down transformers，and distribute electrical power to the residence community. The residence community include Villa area section. The electrical charge is big ，and the residence community demand of reliability of power supply is high，using the high reliable wiring form. This design main content includes：the charge computation， short-circuit current computation，electrical main wiring design，electrical equipment choice and verification (including main voltage transformer choice，circuit breaker and disconnecting switch with check-up，conductor choice with check-up，current transformer choice with check-up，voltage transformer choice with check-up and lightning protector choice and so on),the disposal and configuration of the transformer substation design. Between them，the electrical main wiring has represented the main bodies structure of the substation，it has the decisive relations about the electrical equipment choice，the power distribution equipment arrangement，the relay protection，the decision of automatic device and the control mode ,and it has long-term influence about the reliability，security， flexibility and efficiency of the electrical power system movement.In order to finish the design，I referring to the power supply and distribution design standard，the transformer substation design standard，the electrical design standard of architecture and so on，carry on the preliminary design to this power system. This design is a graduation design .The purpose of this design is to give us a chance of synthetical usage of the knowledge we have learned. Besides，it can train our ability to analyze and solve practical problems in Construct electricity in dependently so that the theory is connected with practice and a solid base is made in favor of future work.Key word：transformer，electrical main wiring,electrical equipment，electrical equipment目 录摘 要1 Abstract2第一章 概述6第一节 设计对象和重要任务6第二节 设计原则和资料6第二章 供配电系统设计7第一节 负荷计算7第二节 无功补偿功率10第三章 变电所位置和型式选取12第四章 变电所主变压器和主结线方案选取13第一节 变电所主变压器选取13第二节 变电所主结线方案选取14第五章 短路电流计算 16第一节 短路电流计算目及办法16第二节 短路电流计算16第六章 电气设备选取 18第一节 电气设备选取原则18第二节 电气设备选取21第三节 高低压母线选取24第七章 变电所进出线和邻近单位联系线选取25第一节 10KV高压进线和引入电缆选取 25第二节 380V低压出线选取25第三节 作为备用电源高压联系线选取校验31第八章 变配电所二次回路方案选取与继电保护整定33第一节 高压断路器操动机构控制与信号回路33第二节 高低压侧电能计量回路33第三节 变配电所测量和绝缘监察回路34第四节 变配电所保护装置35第九章 变配电所防雷保护与接地装置设计38第一节 变配电所防雷保护38第二节 变配电所公共接地装置设计38第十章 变配电所布置与构造设计41第一节 变配电所总体布置方案设计规定41第二节 变配电所各室详细布置与构造规定41第三节 变配电所布置方案拟定44总 结45致 谢46参照文献47附 录48附录一 外文资料翻译481.1 原文481.2 译文55附录二 社区平面图58附录三 主接线图593.1 主接线图一593.2 主接线图二60附录四 变配电所布置图61第一章 概 述第一节 设计对象和重要任务1、 设计对象本次设计对象“高档住宅社区”，它分为别墅区、公园、银行、医院等七某些，全社区总面积约490000平方米。别墅区为联排别墅共20排每排5户，共100户。由于社区属高档住宅区，因此社区内部配备有相应小型医院和娱乐场合（如小型游乐场、休闲会所、公园等）出于对社区安全和自动化管理配备有专用社区监控系统（如防盗报警系统、闭路电视监视系统、门禁系统和确认系统等）和消防报警和控制系统（如火灾自动检测与报警、消防备用联动控制系统和紧急广播系统等）。2、 设计重要任务本次设计重要任务有：负荷计算与无功补偿、变配电所主变压器和主接线方案、变配电所位置和型式选取、短路电流计算、变配电所一次设备选取校验、变配电所进出线选取、变配电所二次回路方案选取与继电保护整定、变配电所防雷保护与接地装置设计、变配电所布置与构造设计等。第二节 设计原则和资料1、供配电系统设计原则（1）必要遵守国家关于法规、原则和规范，执行国家关于方针、政策，涉及节约能源、节约有色金属等技术经济政策。（2）应做到保障人身和设备安全、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关于原则效率高、能耗低、性能先进电气产品。（3）必要从全局出发，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，合理拟定设计方案。（4）应依照工程特点、规模和发展规划，对的解决近期建设与长期发展关系，做到远、近期为主，恰当考虑扩建也许性。2、设计原始资料（1）社区总平面图（见附录二）（2）社区负荷状况该社区内银行、医院、社区监控和消防为一级负荷； 娱乐场合如休闲会所和游乐场照明及设备属与二级负荷；而普通照明三级负荷。（3）供电电源状况按照社区与本地供电部门订立供用电合同规定，本社区可由附近一条10KV公用电源干线获得工作电源。该干线走向参看社区总平面图。该干线导线牌号为LGJ-185，导线为等边三角形排列，线距为1.0m；干线首端距离本社区约9Km。干线首端所装高压断路器断流容量为500MVA，此断路器配备有定期限过电流保护和电流速断保护，其定期限过电流保护整定动作时间为2S。为满足社区一.二级负荷规定，可采用联系线由邻近单位获得备用电源。已知与本社区高压侧有电气联系架空线路总长度达120Km，电缆线路总长度为40Km。（4） 气象资料本社区所在年最高气温为35.1，年平均气温为17.3，年最底气温为-6.6，年最热月平均气温为33.2，年最热月平均气温为27.5，年最热月地下0.8m处平均气温为25。年主导风为东北风，年雷暴日数为22.6。（5） 地质水文资料本社区所在地区平均海拔111.4m,地层以黄土为主,地下水位不不大于20m。（6） 电费制度本社区与本地供电部门达到合同，社区最大负荷时功率因素不得低于0.9。此外，电力顾客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。第二章 负荷计算及无功补偿第一节 负荷计算一、负荷计算内容和目（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一种假想持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生最大热效应相等。在配电设计中，普通采用30分钟最大平均负荷作为按发热条件选取电器或导体根据。 （2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右最大负荷电流。普通取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选取电器和保护元件等根据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流非周期分量。（3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性一昼夜内电能消耗量最多一种班）平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。二、负荷计算办法负荷计算办法有需要系数法、运用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法拟定。(1)三相设备组有功计算负荷基本公式： 有功功率：无功功率： 视在功率：计算电流：(2)多组用电设备有功计算负荷基本公式: 需求系数： 本次设计取 三、负荷计算成果依照社区负荷记录资料，按照需要系数法，负荷计算成果如表2-1编号名称类别设备容量Pe/kw需要系数Kdcos tan计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kVAI301别墅区空调+电气加热装置10000.80.80.7580060010001519.4照明4000.61.0240240364.6消防+监控1000.60.80.75604575114小计15001100645131519982社区路灯及公园用电照明451.00.451.894589.11001523医院仪用500.30.551.521522.827.341.5照明300.61.0181827.4空调150.80.80.751291523消防50.60.80.7532.253.755.7小计1004834.0564.0597.64商业街空调电暖1200.80.80.759672120182照明800.61.0484873小计200144721682555休闲会所空调+电暖800.80.80.75644880121.5照明400.61.0242436.5健身器材1000.40.71.024040.85786.6消防200.60.80.751291522.8小计24014097.8176267.46银行空调400.80.80.7532244060.8照明400.71.0282842.5计算机系统1000.60.80.75604575114消防200.60.80.751291522.8小计20013278158240.17游乐场照明200.71.0141421.3游乐器材300.40.71.021212.2417.226.1小计502612.2431.247.48社区监控监控1000.450.51.734577.8590136.7共计(308V侧)设入Kp=0.92 Kq=0.950.831545.61050.71868.93194.2第二节 无功补偿功率一、无功补偿目按供电局规定，低压功率因数补偿到0.95，高压功率因数规定0.9，凡达不到者，按规定罚款。采用无功补偿，提高系统功率因数，不但可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电裕量。因而，建筑供电系统中无功功率补偿是必不可少。二、并联电容器选取计算办法：（1） 无功功率补偿容量（单位为kvar）计算 （2）并联电容器个数式中 qc单个电容器容量（单位为kvar）由表2-1可知，该社区380侧最大负荷时功率因数为0.83。而供电某些规定该社区10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器无功损耗远不不大于有功损耗，因而380V侧最大负荷时功率因数应稍不不大于0.90，暂取 0.92来计算380 V侧所需无功功率补偿综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。可选用BWF10.5-50-1型电容器Qc=P30（tanj1-tanj2） =1545.6tan（arccos0.83）-tan（arccos0.92） =377.1kvar取Qc=450Kvar因而，其电容器个数为： n = Qc/qC =450/50=9而由于电容器是单相，因此应为3倍数，取9个 正好 无功补偿后，变电所低压侧计算负荷为： S30（2）= =1658.2KVA变压器功率损耗为： QT = 0.06 S30（2）= 0.06 1658.2 = 99.492Kvar PT = 0.015 S30（2）= 0.015 1658.2= 24.9Kw变电所高压侧计算负荷为： P30= 24.9+1545.6=1570.5Kw Q30= 81.474+492.6=700.2Kvar S30 = 1719.2 KV .A无功率补偿后，社区功率因数为： cosj= P30/ S30= 1570.5/ 1719.20.9140.9因而符合本设计规定。第三章 变电所位置和型式选取变电所选址普通原则：1、尽量接近负荷中心，以减少配电系统电能损耗、电压损耗及有色金属消耗量。2、进出线以便，特别是采用架空线进出时应考虑这一点。3、接近电源侧，对总变、配电所特别要考虑这一点。4、设备运送以便。5、尽量避开激烈震动和高温场合。6、不适当设在有多尘和有腐蚀性气体场合，当无法远离时，则应设在污源上风侧。7、不适当设在厕所、浴池或其她经常经常积水场合正下方，且不适当与上述场合相贴邻。8、不应设在有爆炸危险环境正上方或正下方。且不适当设在有火灾危险环境正上方或正下方。9、高压配电所应尽量与车间变电所或有大量高压用电设备建筑物合建。10、不应妨碍其她建筑物发展，并恰当考虑此后扩建。如下采用负荷功率矩法拟定负荷中心，在社区平面图下边和左侧作一种直角坐标，图3-1、采用负荷功率矩法拟定负荷中心 XPi=5500.2+480.2+360.3+360.3+360.5+360.5+5500.6+1320.6+1400.9+450.9+260.9+450.4=794.3 YPi=5500.5+360.2+360.2+360.7+360.7+5500.5+450.4+450.4+260.9=696.6负荷中心坐标为：X= XPi/Pi=0.47km， Y= YPi/Pi=0.42km因而该社区负荷中心由上述计算得应放在别墅住宅区中间道路中部右侧，且应避开进入别墅区大门位置，详细位置如上图3-1所示。第四章 变电所主变压器和主结线方案选取第一节 变电所主变压器选取一、变电所主变压器台数选取 1、应满足用电负荷对供电可靠性规定。对供有大量一、二级负荷变电所，应采用两台变压器，以便其中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。2、对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运营方式变电所，也可考虑采用两台变压器，以便高峰负荷期间两台运营，而低谷负荷期间切除一台，以减少变压器损耗。3、除上述状况外，普通三级负荷变电所可采用一台变压器。4、在拟定变电所主变压器台数时，应恰当考虑负荷发展，留有一定余地。二、变电所主变压器容量选取(1)装设一台主变压器变电所，主变压器容量ST应满足：SN.TS30 普通取S30=KVAS30=1719.2KVA 因而选KVA变压器一台，型号选S9-/10(2)装设两台主变压器变电所，每台变压器容量ST应同步满足如下两个条件： 任一台单独运营时，SN.T（0.6-0.7）S30=（0.6-0.7）1719.2=(1031.521203.44) KVA 任一台单独运营时，SN.TS30（+）=(402.05+112.2)=514.25 KVA因而选两台S9-1250/10型低压损耗配电变压器联结组别采用Yyn0。第二节 变电所主结线方案选取 一、变配电所主结线选取原则1.当满足运营规定期，应尽量少用或不用断路器，以节约投资。2.当变电所有两台变压器同步运营时，二次侧应采用断路器分段单母线接线。3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。4.为了限制配出线短路电流，具备多台主变压器同步运营变电所，应采用变压器分列运营。5.接在线路上避雷器，不适当装设隔离开关；但接在母线上避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。 毕业论文 6.610KV固定式配电装置出线侧，在架空线路或有反馈也许电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。7.采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。8.由地区电网供电变配电所电源出线处，宜装设供计费用专用电压、电流互感器（普通都安装计量柜）。9.变压器低压侧为0.4KV总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源规定期，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关出线侧及母线分段开关两侧，宜装设刀开关或隔离触头。二、主结线方案选取方案一、装设一台主变压器主接线方案 (见附录三)方案二、装设两台主变压器主接线方案 (见附录三)两种主接线方案技术经济性比较 如表41所示 表41 两种主接线方案比较比较项目装设一台主变压器主接线方案装设两台主变压器主接线方案供电技术指标供电安全性满足规定满足规定供电可靠性基本满足规定较高供电质量由于一台主变，电压损耗约大由于两台主变，电压损耗约小灵活以便性只一台主变，灵活性差由于两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差较好经济指标电力变压器综合投资额查表得S9-单价18.9万元，变压器综合投资额约为单价两倍，因而综合投资为万元查表得S9-1250单价15万元，变压器综合投资额约为单价四倍，因而综合投资为万元，比一台变压器方案多投资22.2万元高压开关柜综合投资额查表得GG-1A(F)型柜按每台4.5万计，查表得综合投资按设备价1.5倍计，因而其综合投资约为41.54.527万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为61.54.540.5万元，比一台主变方案多投资13.5万元。电力变压器和高压开关柜年运营费37.80.05270.06（37.827）0.06=7.41万元22.20.0513.50.06（22.213.5）0.06=4.06万元交供电部门一次性供电贴费按1000元KVA计，贴费为0.1万元200万元贴费为212500.1250万元，比一台主变方案多交50万元。从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变压器主接线方案越优于装设一台主变压器主接线方案，按经济指标，则装设一台主变压器主接线方案优于装设两台主变压器主接线方案。但本高档别墅社区，有一二级重要负荷因此决定装设两台主变压器主接线方案优于装设一台主变压器接线方案。第五章 短路电流计算第一节 短路电流计算目及办法短路电流计算目是为了对的选取和校验电气设备，以及进行继电保护装置整定计算。进行短路电流计算，一方面要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑各元件额定参数都表达出来，并将各元件依次编号，然后拟定短路计算点。短路计算点要选取得使需要进行短路校验电气元件有最大也许短路电流通过。接着，按所选取短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各重要元件阻抗。在等效电路图上，只需将被计算短路电流所流经某些重要元件表达出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于社区供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，并且短路电路也比较简朴，因而普通只需采用阻抗串、并联办法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 短路电流计算办法，惯用有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）；本设计采用标幺制法进行短路电流计算。 第二节 短路电流计算一、绘制计算电路。系统（1）500MVALGJ-120，10Km（2）K-1S9-1250S9-1250（3）3）（4）K-2220/380V如图5-1所示二、拟定基准值。取=100MVA Ud1=10.5KV Ud2=Uc2=0.4KV而Id1= = =5.50KA Id2= =144KA三、计算短路电路中各重要元件电抗标幺值。（1）、电力系统=0.2 （2）、架空线路查表得X0=0.35W/，因而 （3）、电力变压器 查表得Uz%=4.5，因而 因而绘制等效电路，如图5-2所示1/0.22/3.173/3.64/3.6K-1K-21、 计算K-1点（10.5KV侧）短路总电抗及三相短路电流和短路容量。（1）、总电抗标幺值 （2）、三相短路电流周期分量有效值 （3）、其他短路电流 （4）、三相短路容量2、计算K-2点（0.4KV侧）短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量。（1）、总电抗标幺值= =5.17（2）、三相短路电流周期分量有效值（3）、其他短路电流（4）、三相短路容量以上计算成果综合如表5-1所示。表5-1 短路计算成果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-11.6321.6321.6324.1622.46429.67K-227.8527.8527.8551.24430.35619.34第六章 电气设备选取第一节 电气设备选取原则一、电气设备选取普通原则对的选取电器是使电气接线和配电装置达到安全、经济运营重要条件，电器要能可靠地工作，必要按正常工作条件进行选取，并按短路状态来检查热稳定和动稳定。（1）、按正常工作条件选取电器额定电压和最高工作电压 电器容许最高工作电压UOLm不得低于所接电网最高运营电压，即UOLmUSM普通电器容许最高工作电压:当额定电压在220kV及如下时为1.15UX,额定电压为330500kV时为1.1UX，而实际电网最高运营电压USM普通不超过1.1UNS，因而在选取电器时，普通可按照电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS条件选取。即UNUNS额定电流电器额定电流IN是指在额定周边环境Q0温度下，电器长期容许电流，IN应不不大于该回路在各种合理运营方式下最大持续工作电流Imax，即INImax由于变压器在电压下降5%时出力保持不变，故其相应回路Imax为变压器额定电流1.05倍，若变压器有过负荷运营也许时，Imax应按过负荷拟定，母联断路器回路普通可取母线上最大一台变压器Imax。（2）、按短路状况校验短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电器各部件温度不超过容许值，满足热稳定条件为：I2ctQk 其中式中：QK-短路电流产生热效应Ict电器容许通过热稳定电流和时间。电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应能力，亦称动稳定，满足动稳定条件为： iesiSh 或IesIsh 式中Ish. ish断路冲击电流幅值及其有效值 Ies. ies-电器容许通过动稳定电流幅值及其有效值下列状况可不校验热稳定或动稳定(1)用熔断器保护电器，其热能稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定(2)采用限流电阻熔断器保护设备可不校验动稳定(3)装设有电压互感器回路中裸导体和电器可不校验动热稳定.二、高压断路器选取原则（1）断路器种类型式选取 按照断路器采用灭弧介质和灭弧方式，普通可分为多油式断路器，少油式断路器，压缩空气高压断路器SF6断路器，真空断路器。（2）额定电压选取： UeUg（3）额定电流选取:IeImax（4）开断电流选取 高压断路器额定开断电流INbr不应不大于实际开断瞬间短路电流周期分量,即InbrIpt当断路器INbr较系统短路电流大诸多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I进行选取,即INbrI（5）ixd选取 断路器额定关合电流不应不大于短路最大冲击值ish 即incLish（6）热稳定校验 I2ctQk（7）动稳定校验 iesish三、隔离开关选取原则（1）种类和形式选取 隔离开关形式诸多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。（2）额定电流选取：INImax（3）额定电压选取：UNUNS（4）热稳定校验:I2ctQK （5）动稳定校验:iesish四、电流互感器选取原则（1）一次回路额定电压和电流选取即应满足：UNUNS INImax（2） 二次回路额定电流有5A和1A两种,普通弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为提高精确级，应尽量用1A。（3）电流互感器种类和形式选取在选取互感器时，应依照安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选取其型式。（4）电流互感器精确级和额定容量选取 为了保证电感器精确级，互感器二次测所接负荷S2应不不不大于该精确级所规定额定容量SN2即 SN2S2=I2N2Z2 互感器二次负荷涉及测量仪表,电流线圈电阻,连接导线电阻和接触电阻,即ZH=ra+ rre +r1+rc式中ra 、rre可由回路是所接仪表和继电器参数求得rc普通取0.1,仅连线电阻r1为未知数 sN2-I2N2 (ra+rre+rc) r1 I2N2（5）热稳定和动稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s所容许热稳定电流It或一次额定电流IN1倍数Ke表达。故热稳定应按下式校验。即I2ttQk或（ktIN1）2QK (t=1)电流互感器内部动稳定能力可用下列校验：iesish或21/2INkesish 对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管机械强度,故外部动稳定应满足: Fal0.51.7310-7i2shL/a五、电压互感器选取原则（1）种类和形式选取 应依照装设地点和使用条件进行选取电压互感器种类和形式。 （2）电压选取电压互感器额定一次电压，应与安装地点电网额定电压相适应，其拟定二次电压普通为100V。（3）精确级规定选取电压互感器满足精确级规定条件，也是其二次负荷不得大与规定精确级所规定额定二次容量即。第二节 电气设备选取一、10KV高压电器设备选取（1）高压断路器选取校验回路最大持续工作电流选取：依照断路器选取原则选取SN-101000型断路器，其参数如下：额定电流IN (A)额定断流Soc (MVA)极限电流峰imax (KA)4S热稳定电流It(KA)100050031.531.5校验：额定工作电压10KV线路电压10KV。动稳定校验：imax=31.5KA，ish=4.162KA，则极限电流峰imaxk-1点最大冲击电流ish 符合规定。热稳定校验：It2t=31.524=3969 KA2Stima=tk+0.05