小区供电设计.doc

摘要 伴随国民经济不停提高，都市化步伐正在加紧。不仅是目前都市，还是社会主义新农村，由通过专业人士设计居民小区环境优美，公共设施齐全，各地小区建设可谓是蒸蒸日上，如火如荼。电是现代人生活不可离开一部分，那么小区供电质量直接影响着居民平常生活。因此作为一名有志于成为一名电力工作人员人，应当针对电力供应各个环节，不停学习模拟，提高专业水平。本次针对电力系统末端，小区配电方面进行了模拟学习。首先应当对小区负荷进行记录，在记录时候应全面考虑，包括近几年来当地小区一户平均用电水平，以及逐年变化趋势。还与某些大都市户平均用电水平进行了比较，以及已经建设好小区变压器负荷状况来综合考虑每户应当规划负荷，以免导致电能挥霍和投资增多。确定好负荷之后，确定变压器容量。要紧跟变压器发展，采用性价比比较高变压器。考虑到居民小区自身特点，以及箱式变压器蓬勃发展，宜把小辨别成若干供电团组来供电，由总控制室来管理。其中总控制室配置无功赔偿，并且安装一台或两台油式变压器来给附近住宅楼供电。在变压器选址方面，严格遵守电力安全规定，绝对不能影响居民平常生活。在主接线方面充足结合了小区负荷分布状况和道路走向，本着高效，节省原则确定了方案。在电缆选择和铺设方面，严格遵照电力工程电缆敷设规范等有关国家行业原则来选择和铺设。进行了短路电流计算，重要设备选择和校验，及接地防雷设计。在本论文正文里配置有阐明、计算和图纸。关键词：居民小区 配电系统 变电所 Abstract With the national economy continued to increase，The pace of the Urbanization is speeding up. Not only the present city,and a new socialist countryside.the surroundings of the residential area is beautiful with a professional design. Public facilities are complete.the pace of construction of the residential area is quickly. Electricity is a necessary part to the life of the people . So that the quality of supply of electricity is important to peoples daily life. As a people who makes a target that work for power systems should continually study all kinds of power link,to improve professional skills. This is works for the end of the power system , to study.the domestic load for small residential area . First Statistics Load of small residential,we must think many things. Including the electricity consumption of the local residential in recent years, 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 the 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 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 life. 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 handbook 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: Residential area Distribution system Step down transformer目录摘要1Abstract2目录4第一章 概述61.1 设计对象61.2 设计重要任务61.3 供配电系统设计原则61.4 设计原始资料61.4.1小区平面图61.4.2供电电源状况71.5 当地气象状况71.6 用电费用8第二章 小区负荷记录9第三章 无功赔偿153.1 赔偿点设定153.2 无功赔偿容量确实定15第四章 变压器选择和电气主接线194.1 赔偿后小区负荷194.2 变压器选型原则194.3 变压器台数选择204.4 主变压器容量选择204.4.1只装一台主变压器204.4.2装设两台主变压器204.5其他方面考虑214.6 负荷中心计算214.7 主变压器选择方案214.8 变电所主接线方案选择22第五章 变配电所位置和型式选择265.1 变电所位置选择一般原则265.2 变电所型式选择26第六章 短路电流计算286.1 短路原因286.2 短路后果286.3 短路形式296.4 短路电流计算296.5 标幺值法306.6 计算电路图及短路电流计算31第七章 变配电所一次设备选择和校验357.1 高压一次设备选择校验项目和条件357.2 380V侧低压一次设备选择40第八章 变电所内部构造和配电装置468.1 变电所布局规定468.2 变配电所安全净距468.3 配电装置设计基本环节478.4 屋内配电装置布置型式47第九章 二次回路和继电保护489.1 电能测量489.2 变压器继电保护499.3 高压断路器控制和信号回路51第十章 电气安全，接地和防雷5210.1 安全常识5210.2 接地5210.3 防雷53总结55道谢辞56附录57第一章 概述1.1 设计对象本次设计对象“居民小区”，全小区总面积约34000平方米。有2座12层小高层，小高层下面配置有地下车库，有14座6层多层，有1座2层物业管理中心。负荷等级属于二级负荷。1.2 设计重要任务本次设计重要任务有负荷计算与无功赔偿，变配电所主变压器和主接线方案，变配电所位置和型式选择，短路电流计算，变配电所一次设备选择校验，变配电所进出线选择，变配电所二次回路方案选择与继电保护整定，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。1.3 供配电系统设计原则（1）必须遵守国家有关法规、原则和规范，执行国家有关方针、政策，包括节省能源、节省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有关原则效率高、能耗低、性能先进电气产品。（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，对处理近期建设与长期发展关系，做到远、近期为主，合适考虑扩建也许性。1.4 设计原始资料1.4.1小区平面图 1.4.2供电电源状况在距离小区5km处有10KV电缆分接箱，从该分接箱处引出一条10KV三芯电缆，电缆首段设高压真空断路器，其流量容量为500MVA。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长处。该小区据邻近单位配电所最远距离为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 当地气象状况（1） 最热月平均最高温度：32.4。（2） 最高温度38.9。（3） 冬季最低日平均温度：-11.4。（4） 年平均雷暴日数（d/a）：21.4。按照雷暴日等级划分（20天及如下为少雷区，20天到40天为多雷区），处在少雷区和多雷区边界处，高温雷暴并存。（5） 海拔100m，华中平原，黄土地，地下水位不小于20m。1.6 用电费用本小区与当地供电部门到达协议，当小区最大负荷时功率原因不得低于0.95。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 小区负荷记录在做配电设计时，首先要对对象进行深入全面分析，基础部分包括地理上对象周围供电环境，对象负荷性质，负荷等级等。接下来最重要就是要对负荷进行精确估算。只有把负荷估算恰当了，才能使设计出来方案，无论是从可靠性方面考虑，还是从经济性方面考虑都是恰当。假如负荷估算过大，那么选用变压器等有关设备容量会偏大，这样会导致投资增大，挥霍资金。假如负荷估算偏大，那么选用变压器等有关设备容量会偏小，这样就小区供电不能得到保证，变压器会常常过负荷运行，断路器等也会常常跳闸，供电不稳定。尤其是伴随经济发展，居民家庭电气设备不停增多，用电量不停增大，更是会加重跳闸严重性。因此要想设计出经得起时间考验供配电方案，需要认真学习负荷记录措施，查看对应国标，向专业人士征询，对目前广泛运用负荷记录措施进行深入分析，为负荷记录准备好。本次是对一座都市居民住宅小区进行供配电模拟设计。首先对目前居民住宅供电进行深入调查，包括实地访问和资料文献查阅。本次设计，在计算负荷时采用是需用系数法。用到公式有：（1） 有功计算负荷（单位为KW）P=KP （2-1）式中 Pe用电设备组总设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）。K用电设备组需要系数。（2） 无功计算负荷（单位为Kvar）Q=Ptan （2-2）（3） 视在计算负荷（单位为KVA）S=Pcos （2-3）（4） 计算电流（单位为A）I=S （2-4）下面是小区平面图基本状况。我将住宅面积分为三类：小型住宅60m如下，中型住宅60100m，大型住宅100m以上。（1） 1,2号楼为12层小高层建筑，每栋配置两台电梯，有地下车库。每层有6户住宅，其中小户型（60）户数为3个，中户型（60100）户数为2个，大户型（100以上）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。（2） 3,4,5,6,7,8号楼为6层多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（60如下）户数为3个。大户型（100以上）户数为3个。总38套：其中18套小户型,18套大户型。（3） 9,10,11,12为6层多层住宅，每层有4户住宅，所有都为中户型（60100）。总24套中户型。（4） 13,14,15,16为6层多层住宅，每层有6户住宅，其中小户型（60如下）户数为3个，中户型（60100）户数为2个，大户型（100以上）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。（5） 17为一层物业中心，大小为2户中户房型。（6） 1,2号楼下建设车库，面积约1158,即640。（7） 路灯，草坪灯等公共用电设备10KW。在规划小区供电容量时，进行了多方面考虑，包括全国小区供电负荷水平，该小区所处地区得经济发展水平，节能家用电器不停推出，国家对新能源给力支持，国外小区用电负荷数据，未来10到内经济发展预测，以及我们中国人勤俭持家一贯作风等，予以该小区如下负荷估算，见表2-1。表2-1：户型用电分类容量（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1.50.450.830.670.670.450.81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80.820.683.312.274.03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其他20.50.71.0211.02合计21 0.8140.72615.411.1818.91那么1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16号楼负荷，见下表2-2，表2-2：1号楼容量（KW)cos()tan()有功功率（KW）P无功功率（Kvar）Q视在功率（KVA)S2号楼大户（12套）163.20.830.6669.346.3283.62中户（24套）235.20.820.6899.7267.97120.97小户（36套）2880.820.68119.3481.76144.91电梯（2台）100.61.33333.995车库（640）210.810.7215.411.1818.92合计717.40.820.68306.76211.24370.613号楼大户（18套）244.80.830.66103.9569.48125.434号楼小户（18套）1440.820.6859.6740.8872.465号楼6号楼7号楼8号楼合计388.30.830.67163.62110.37197.99号楼中户（24套）235.20.820.6899.7267.97120.9810号楼11号楼 12号楼合计235.20.820.6899.7267.97120.9813号楼大户（6套）81.60.830.6634.6523.1641.8114号楼中户（12套）117.60.820.6849.8633.9860.4915号楼小户（18套）1440.820.6859.6740.8872.4516号楼合计343.20.820.68144.1898.03174.7517号楼中户（2套）19.60.820.688.314.5610.08把照明和电梯，地下车库作为本小区高级负荷，记录见下表2-3，表2-3：楼号用电类型有功功率（KW）无功功率（Kvar）视在功率（KVA)1，2照明36.3617.5982440.0808电梯33.99995车库15.411.181618.9149合计109.5265.55228127.99143,4,56,7,8，照明26.112.632428.999合计156.675.7944173.994 9,1011,12照明12.966.2726414.4合计51.8425.0905657.6 13,1415,16照明18.188.79991220.8合计72.7235.19964880.80032 17照明1.080.522721.2合计391.76202.166808441.58572第三章 无功赔偿通过对小区负荷估算，发现供电功率因数在0.83左右，达不到国家对居民小区功率因数规定。本次取目功率低压侧功率因数为0.95，高压侧为0.9，需要无功赔偿。3.1 赔偿点设定假如把赔偿装置设在变压器高压侧，则只是赔偿了变压器前无功功率，对低压侧无功功率起不到赔偿作用。假如把赔偿装置设置在变压器低压侧就赔偿了小区所需要无功功率，从而赔偿了低压配电线路自身无功损耗及广大顾客用电设备部分无功需要，提高了小区用电功率因数。在小区中，安装位置一般只有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，终端赔偿位置，根据线路终端总容量大小，一般分别选用前两个。使无功尽量尽量就地到达平衡，减少无功在电网中流动，这对减少线损，改善电压质量和提高供电能力是十分有利。本次无功赔偿装置设在变电所里，采用低压集中赔偿方式。3.2 无功赔偿容量确实定无功功率赔偿容量（单位为Kvar）计算： Q=P(tantan)=P （3-1） （3-2）赔偿前380V侧记录：=(1,2,3,4,5,6,7,8,9，10,11,12,13,14,15,16,17号楼有功功率) （3-3）=（1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17号楼无功功率） （3-4） = （3-5） 功率因数COS= （3-6）赔偿后380V侧记录： 有功功率P= （3-7） 无功功率Q=- 赔偿容量Q （3-8） 视在功率S= （3-9） 功率因数COS= （3-10） 变压器损耗有功功率P=0.015视在功率S （3-11） 变压器损耗无功功率Q=0.06视在功率S （3-12）10KV侧赔偿后，有功功率，无功功率，功率因数算法同上。目前把整个小区算在内，估算整个小区需要无功赔偿容量。为了到达低压侧功率因数为0.95，算定赔偿容量Q取1008Kvar。采用低压无功功率动态赔偿柜，这种赔偿柜合用于农村、都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赔偿；也可用于厂矿、石油、铁路、化工、港口等行业低压电网，对动力设备进行就地无功赔偿。屏内设有ZKW-型无功率自动赔偿控制器一台。控制器采用8步或6步循环投切方式进行工作，并根据电网负荷消耗感性无功量多少以10秒120秒可调时间间隔自动地控制并联电容器组投切动作，使电网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损耗。下表为赔偿屏参数，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14千乏记录见下表3-1，表3-1：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侧赔偿前负荷5号楼163.62110.372006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 无功赔偿 0-1008 380V侧赔偿后0.960.292579.15745.28 变压器损耗46.95187.8 10KV侧赔偿后负荷0.940.352626.1933.082786.94每一栋楼通过无功赔偿后，即功率因数从0.83左右提高到0.95，有功功率不变，无功功率减小，视在功率也变小。 视在功率S=视在功率SCOSCOS （3-13）下表3-2是赔偿过后每栋楼视在功率S，表3-2：楼号视在功率KVA（赔偿前）视在功率KVA（赔偿后）1370324237032432001734200173520017362001737200173820017391201061012010611120106121201061317515314175153151751531617515317109第四章 变压器选择和电气主接线4.1 赔偿后小区负荷由于小区顾客一部分无功功率由无功赔偿装置提供，在第三章计算过了通过无功赔偿后每栋楼视在功率。变压器容量确定根据是每栋楼赔偿后视在功率S。下面是小区平面图负荷图， 赔偿后整个小区视在功率S=2731KVA。4.2 变压器选型原则伴随科学技术进步，变压器行业发展突飞猛进。从S7，S9，S10，S11，S12，S13系列不停进步，所用材料也不停改善。由于干式变压器越来越好性能，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表达三相，C表达环氧树脂浇注，B表达箔绕式线圈。4.3 变压器台数选择选择主变压器台数时应考虑基本原则，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联络线作为备用电源，或另有备用电源。2）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变电所，也可以考虑采用两台变压器。3）在确定变电所主变压器台数时，应合适考虑负荷发展，留有一定余地。4.4 主变压器容量选择4.4.1只装一台主变压器主变压器容量S应满足所有用电设备总计算负荷S需要，即 SS （4-1）4.4.2装设两台主变压器每台变压器容量S应同步满足如下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S大概60%70%需要，即 S（0.60.7）S （4-2）（2）任一台变压器单独运行时，应满足所有一级负荷，二级负荷需要，即 SS () （4-3）4.5其他方面考虑（1） 主变压器单台容量上限，单台配电变压器（低压为0.4KV）容量一般不适宜不小于1250KVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量配电变压器。（2） 位于同一种变电所变压器宜用型号容量相似。（3） 合适考虑负荷发展。4.6 负荷中心计算根据小区平面图，本小区每栋楼房型基本上是矩形，那么可以假设每一栋楼负荷中心位于矩形中心。按负荷功率矩确定负荷中心。在小区平面图上建立一种合适坐标系，测量每栋楼中心横坐标和纵坐标。仿照力学中求重心力矩方程可得。负荷中心坐标为：X= Y= （4-4）4.7 主变压器选择方案小区总负荷S=2731KVA。方案一：全小区建一种变电所。全区负荷中心位于8号楼西北角处。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号楼东南角正南方靠近小区围墙位置。负荷中心位置如上图小区负荷图上B1和B2所示。选择4台1000KVASCB10-1000/10。采用两台并列运行方式。变压器联结组别为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、10、11、13、14、15号楼供电，距负荷中心约100m。S=KVA (0.60.7)S=1638KVA，S=KVAS ()=442KVA，满足规定。方案二：建两个变电所，结合小区负荷平面图，把小辨别为2块。第1块包括1、2、3、4、5、6、7、8、17号楼，第2块包括9、10、11、12、13、14、15、16号楼。第一块：总负荷为1695KVA，选用两台SCB10-1250/10变压器。为了保证变压器，断路器等维修时候，保证1、2号楼供电，1、2号楼分别由一台变压器供电。S=1250KVA(0.60.7)S=1186KVA，S=1250KVAS ()=304KVA，满足规定。第一块负荷中心位于3、4号楼中间。变压器设置在1号楼地下室内，距离负荷中心约60m。第二块：总负荷为1036KVA，选用两台SCB10-630/10变压器。S=630KVA（0.60.7）S=622KVA，S=630KVAS ()=139KVA，满足规定。第二块负荷中心位于10、11、14、15号楼中间，偏近1、4、15号楼。变电所建在7号楼东南角正南方靠近小区围墙位置，距离负荷中心约120m。负荷中心位置如上图小区负荷图上A1和A2所示。4.8 变电所主接线方案选择电气主接线时变电所电气部分主体，它反应各设备作用，连接方式和回路间互相联络。因此它设计直接关系到全所电气设备选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式确实定，对电力系统安全，经济运行起着决定作用。对主接线基本规定，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，宜采用分段单母线接线。结合上面两种变压器选择方案画出主接线简图如下。方案一：主接线形式为 每台变压器需要无功赔偿容量Q=S(tantan) （4-5）#1变压器给1、3、5、17号楼供电，Q=（tantan）,i=1,3,5,17。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8.314.5710.09合计0.8270.5970.679642.31436.55776.5每个无功赔偿屏赔偿容量为84Kvar无功赔偿容量843=252Kvar合计0.9610.280.28642.31184.55668.3即Q=384Kvar=252Kvar。同理，给2、4、6供电#2号变压器需要无功赔偿为：384Kvar=252Kvar；给7、8、12、16号楼供电#3号变压器需要无功赔偿为：384Kvar=252Kvar；给9、10、11、13、14、15号楼提供电#4号变压器需要无功赔偿为：384Kvar=252Kvar。方案二：主接线形式为： 同理，给1、3、5、7、17号楼供电变压器#1需要无功功率为：484Kvar=336Kvar；给2、4、6、8号楼供电变压器#2需要无功赔偿为：484Kvar=336Kvar；给11、12、15、16号楼供电变压器#3需要无功赔偿为：284Kvar=252Kvar；给9、1