某住宅小区供电设计.doc

完整word版)某住宅小区供电设计
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工厂供电课程设计

某住宅小区供电方案设计

姓 名

学 号

院系、部

班 号

完成时间

目 录
第1章 设计任务 1
1.1设计内容 1
1.2设计依据 1
1.3设计要求 2
第2章　负荷计算和无功功率补偿 2
2.１负荷计算 2
2.2无功功率补偿 6
第3章 变电所主变压器及主接线方案的选择 9
3.1变电所主变压器的选择 9
3.2变电所主接线方案的选择 10
第4章　短路电流的计算 11
4.1临时施工短路电流计算 11
4.2小区短路电流计算 13
第5章　变电所一次设备的选择校验 16
5.1 10kV侧一次设备的选择校验 16
5.2 380V侧一次设备的选择校验 19
第6章　变压所进出线的选择 19
6.1 10kV高压进线的选择 19
6.2 低压母线的选择 20
6.3 380低压出线的选择 20
第7章　设计总结 22
参考文献 23

第1章 　设计任务
1.1设计内容
(1)为住宅小区两栋楼房临时建筑施工选择变压器及其一次侧电气设备；
(2)对住宅小区长期供电进行合理设计。
1.2设计依据
(1)住宅小区临时施工现场用电情况如下：
表2-1 小区临时施工用电表
序号
设备名称
台数
设备容量
/kW/台
额定电压
1
混凝土搅拌机
2
10
380
2
卷扬机
2
28
380
3
塔式起重机
2
20
380
5
振捣器
10
1
380
6
施工照明

6
220
7
生活照明

9
220
注：动力设备平均功率因数0.75，需要系数0.5，照明需要系数0.9。
(2)小区有两栋高层楼房
① 1号楼共24层分3个单元，2号楼共18层，1个单元，各楼每个单元负一层均设有单元配电室，每个单元有15 kW电梯两部，10 kW风机和25 kW高压水泵电动机2台，220 kW热力泵电动机2台；
② 两栋楼各有30 kW消防水泵电动机各两台；
③ 1号楼每个单元住户用电设备容量为192 kW，2号楼住户用电设备容量为
144 kW。
④ 1号楼地下车库照明用电设备容量为2 kW，2号楼为1 kW。
⑤ 路灯照明设备容量2kw。
1.3设计要求
(1)为两栋楼房临时建筑施工选配变压器以及选择变压器一次侧电气设备；
(2)设计两栋楼房变电所，即选择变压器，确定主接线方案，绘出主接线图；
(3)选择变电所进出线和低压进电线；
第2章　负荷计算和无功功率补偿
2.１负荷计算
(1)单组用电设备计算负荷的计算公式
①有功计算负荷（单位为kW）
，为需要系数
②无功计算负荷（单位为kvar）

③视在计算负荷（单位为kV·A）

④计算电流（单位为A）
,为用电设备的额定电压（单位为kV）
(2)多组用电设备计算负荷的计算公式
①有功计算负荷（单位为kW）

式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.80~0.90。本设计取0.9。
②无功计算负荷（单位为kvar）
，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.85~0.95。本设计取0.95。
③视在计算负荷（单位为kV·A）

④计算电流（单位为A）

经过计算，单相总容量为240 kW，三相总容量为2406 kW，单相总容量与三相总容量的比值为9.97%。因为施工照明和生活照明单项总容量没有超过三项设备总容量的15%，按三相负荷计算。故得到临时施工现场和小区长期供电的负荷计算表，如下表所示（额定电压取380V）。
表2-1 临时施工现场的负荷计算表
名称
类别
设备容量/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷

/kW

/kvar

/kVA
/A
临时施工
混凝土搅拌机
20
0.5
0.75
0.88
10
880
13.32
20.24
卷扬机
56
0.5
0.75
0.88
28
24.64
37.30
56.67
塔式起 重机
40
0.5
0.75
0.88
20
17.6
26.64
40.48
振捣器
10
0.5
0.75
0.88
5
4.40
6.66
10.12
施工照明
6
0.9
1
0
5.40
0
5.40
14.17

生活照明
9
0.9
1
0
8.1
0
8.10
21.26
表2-2 小区长期供电的负荷计算表
名称
类别
设备
容量/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷名称

/kW

/kvar

/kVA
/A
一号楼每单元
风机
20
0.8
0.8
0.75
16
12
20
30.39
高压水泵
50
0.8
0.8
0.75
40
30
50
75.97
热力泵电动机
440
0.8
0.8
0.75
352
264
440
668.53
住户用电设备容量
192
0.9
1
0
172.80
0
172.80
262.54
二号楼每单元
风机
20
0.8
0.8
0.75
16
12
20
30.39
高压水泵
50
0.8
0.8
0.75
40
30
50
75.97
热力泵电动机
440
0.8
0.8
0.75
352
264
440
668.53
住户用电设备容量
144
0.9
1
0
129.60
0
129.60
196.91

表2-3 重要负荷及其他负荷计算表
名称
类别
设备
容量/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷名称

/kW

/kvar

/kVA
/A
重要 负荷
电梯
120
0.25
0.5
1.73
30
51.9
59.95
91.09
消防水泵电动机
120
0.8
0.8
0.75
96
72
120
182.33
其他
车库照明
3
0.7
1
0
2.1
0
2.1
3.19
路灯照明
2
1
1
0
2
0
2
3.04
根据以上分析，小区中，考虑到总负荷过大，若选用一个变压器工作并不实际，若选用多台变压器并联使用，于施工与设计及日后的维护会产生诸多不便。初定将小区负荷分为：一号楼1、2单元设一台变压器，一号楼3单元和二号楼设一台变压器，两台变压器均可为重要负荷供电。对于临时施工又增设临时施工使用的变压器一台。下面将对此分别进行负荷计算。然后分别设计无功功率补偿
2.2无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。
由表2-4可知，该供电要求的380V侧最大负荷时的功率因数只有0.83，供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
表2-4 临时施工和小区计算负荷

/kW
/kvar
/kV·A
cos
临时工地计算负荷
=68.85
=49.90
=85.03
cos=0.81
一号楼1、2单元
计算负荷
=1162.53
=723.51
=1369.29
cos=0.85
一号楼3单元和二号楼
计算负荷
=1123.65
=723.51
=1336.43
cos=0.84
临时工地：
=tan-tan)=68.85[tan(arccos0.81)-tan(arccos0.92)]=20.52kvar
小区：
一号楼1、2单元：=(tan-tan)=1162.53tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=
225.24kvar
一号楼3单元和二号楼：=(tan-tan)=1123.65[tan(arccos0.84)-tan(arccos0.92)]=
247.13kvar
经查《工厂供电》附录表4知，小区各部分无功补偿如下。
临时变压器采用1个BCMJ0.4-25-3并联；第一台变压器采用4个BCMJ0.4-50-3和1个BCMJ0.4-10-3并联；第二个变压器采用5个BCMJ0.4-50-3并联。
补偿后各部分的无功功率：

补偿后各部分的视在功率：

补偿后各部分的计算电流：

补偿后工厂的功率因数为：

无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算分别如表2-5，表2-6和表2-7。
表2-5 无功补偿后临时工地的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.81
68.85
49.90
85.03
129.12
380V侧无功补偿容量
-
-
25
-
-
380V侧补偿后负荷
0.94
68.85
24.90
73.21
111.23
主变压器功率损耗
-
0.01=0.73
0.05=3.65
-
-
10kV侧负荷计算
0.93
69.58
28.55
75.21
4.34
表2-6 无功补偿后小区一号楼1、2单元的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.85
1162.53
723.51
1369.29
2080.42
380V侧无功补偿容量
-
-
230
-
-
380V侧补偿后负荷
0.92
1162.53
493.51
1262.94
1918.84
主变压器功率损耗
-
0.01=12.63
0.05=63.15
-
-
10kV侧负荷计算
0.90
1175.16
556.66
1300.34
75.08

表2-7 无功补偿后小区1号楼3单元和2号楼的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.84
1123.65
723.51
1336.43
2030.50
380V侧无功补偿容量
-
-
250
-
-
380V侧补偿后负荷
0.92
1123.65
473.51
1219.34
1852.60
主变压器功率损耗
-
0.01=12.19
0.05=60.95
-
-
10kV侧负荷计算
0.90
1135.84
534.46
1255.30
72.47

第3章　变电所主变压器及主接线方案的选择
3.1变电所主变压器的选择
(1) 临时工地变压器选择
由于临时工地是临时性质的，在施工结束后需要拆除，故根据临时工地的负荷性质和电源情况，变电所装设一台主变压器，就足以满足工地需要，而变压器容量根据下式选择，即：
= 80kV·A＞75.21kV·A
经过查《工厂供电》附录表5知，选一台S9-80/10型低损耗配电变压器。因为Yyn0较Dyn11联结来说，其零序阻抗小得多，有利于低压单向短路故障保护的动作和故障切除，而且其一次绕组的绝缘强度稍低于后者，从而更经济，所以联结组别选为Yyn0。
(2) 小区变压器选择
由于小区是长期性的，根据小区的负荷性质和电源情况，为保证小区居民生活用电不受影响，应装设三座变压器，分别为小区不同单元供电。每座变电所装设一台主变压器，以满足小区需要。具体安排如下：
变压器TM1为1号楼1、2单元提供；变压器TM2为1号楼3单元和2号楼提供；两台变压器均可为重要负荷供电。。
变压器的选择需要遵循。经过查《工厂供电》附录表5知，选SC9-1600/10、 SC9-1600/10共两台配电变压器分别为小区供电。小区二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近小区相联的高压联络线来承担，因为Yyn0较Dyn11联结来
说，其零序阻抗小得多，有利于低压单向短路故障保护的动作和故障切除，而且其一次绕组的绝缘强度稍低于后者，从而更经济，所以选主变压器的联结组为Yyn0。

3.2变电所主接线方案的选择
根据上面对主变压器选择以及负荷性质和施工条件，可以选择主接线方案：

(a) (b) (c) (d)
图3-1 主接线方式
（a） 高压侧采用隔离开关—熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线图
（b） 高压侧采用负荷开关—熔断器或负荷型跌开式熔断器的变电所主接线图
（c） 高压侧采用隔离开关—断路器的变电所主接线图
（d） 高压侧双回路进线的一台主变压器变电所主接线图
图（a）的接线方式一般只用于500kV·A及以下容量的变电所，这种变电所相当经济简单，但供电可靠性不高，当主变压器或高压侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电，对于三级负荷的小容量变电所相当适宜。图（b）接线方式在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种接线仍然存在这排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍不高，一般也只用于三级负荷的变电所。图（c）接线方式，在变电所停、送电操作十分灵活方便，在发生短路故障时，过电流保护装置动作，短路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。如果变电所只有一路电源进线时，一般只用于三级负荷，但是如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。如果变电所有两路电源进线，即图（d）所示的接线方式，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。
第4章　短路电流的计算
4.1临时施工短路电流计算
(1)绘制计算电路

500MVA
K-1
K-2
5km
10.5kV
S9-80/10
0.4kV
(2)
(3)
(1)
～
∞系统

图4-1 短路计算电路
(2)计算短路电路中个元件的电抗
①电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故

②架空线路
查表得(6-10)KV电缆线路电抗，假设线路长5km，故

③电力变压器
查《工厂供电》附录表5,得知变压器的短路电压百分值=4，故

式中,为变压器的额定容量。
（3）k-1点（10.5kV侧）的相关计算
①总电抗

②三相短路电流周期分量有效值

③三相短路次暂态电流、态电流和全电流

④三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

⑤三相短路容量

（4）k-2点（0.4kV侧）的相关计算
①阻抗归算到0.4KV侧

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

表4-1 短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MV·A

k-1
3.08
3.08
3.08
7.85
4.65
56.0
k-2
65.42
65.42
65.42
120.37
71.31
45.32

4.2小区短路电流计算
(1)绘制计算电路

500MVA
K-1
K-2
5km
10.5kV

0.4kV
(2)
(3)
(1)
～
∞系统
SC9-1600/10

图4-2 短路计算电路

(2)计算短路电路中个元件的电抗
①电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量=500MV·A，故

②电缆线路
暂设线路长为5km，查表得（6-10）KV电缆线路电抗，故

③电力变压器
查表得 变压器的短路电压百分值=6，故

式中，为变压器的额定容量
（3）k-1点（10.5kV侧）的相关计算
①总电抗

②三相短路电流周期分量有效值

③三相短路次暂态电流、稳态电流和全电流

④三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

⑤三相短路容量

（4）k-2点（0.4kV侧）的相关计算
①阻抗归算到0.4KV侧

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

以上为1号楼1、2单元（变压器为SC9-1600/10）的短路计算结果，同理可得，1号楼3单元和2号楼（变压器为SC9-1600/10）的短路计算结果。详见表4-2。

表4-2 短路计算结果
小区变压器
短路计
算点
三相短路电流
三相短路容量/MVA

1号楼1、2单元
k-1
9.77
9.77
9.77
24.93
14.75
169.22
k-2
24.06
24.06
24.06
44.26
26.22
16.67
1号楼3单元和2号楼
k-1
9.77
9.77
9.77
24.93
14.75
169.22
k-2
24.06
24.06
24.06
44.26
26.22
16.67

第5章　变电所一次设备的选择校验
5.110kV侧一次设备的选择校验
高压一次设备必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。电气设备按正常条件下工作进行选择，就要考虑电器装置的环境条件和电器要求，即电器装置所处的位置、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐。防火、防爆等要求，以及对电器的电压、电流、频率等的电器要求。满足短路故障条件下的工作要求，还必须按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。对熔断器或装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。对电力电缆，由于其机械强度足够，所以也不必进行短路动稳定度的校验，但必须进行短路热稳定度的校验。
（1）按工作电压选择
设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，熔断器额定电压=12kV。
（2）按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即。
（3）按断流能力选择
设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即
或
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。
（4）、隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
①动稳定校验条件
或
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和短路后第一个周期的短路电流的有效值
②热稳定校验条件

对于称为短路发热的假想时间，总体上由短路时间构成。
对于上面的分析，如表5-1、5-2所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表5-1 临时施工变压器一次侧设备选择：
选择校验项目
电压
电流
断流 能力
动态 定度
热稳定度
装置地点条件
参数

数据
10kV
4.62A()
3.08kA
4.65kA
7.11
一次设备型号规格
额定参数

高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630A
16kA
40 kA
1624=1024
高压隔离开关-10T/200
10kV
200A
-
25.5 kA
1025=500
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50kA
-
-
避雷器FS4-10
10/0.1kV
--
-
-
-
电流互感器LQJ-10
10kV
5A

-
31.8 kA
(900.1)21=81

表5-2 变电所1、2 10 kV一次侧设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流 能力
动稳 定度
热稳定度
装置地点条件
参数
数据

10kV
92．38A()
9.77kA
14.75kA
71.58
一次设备型号规格
额定参数

高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630A
16kA
40 kA
1624=1024
高压隔离开关-10T/200
10kV
200A
-
25.5 kA
1025=500
避雷器FS4-10
10 kV
-
-
-
-
电压互感器JDZJ-10
10/0.1 kV

电流互感器LQJ-10
10kV
100/5A
-
31.8 kA
160

5.2 380V侧一次设备的选择校验
同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表5-3所示，所选数据均满足要求。
表5-3 380V一次侧设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流 能力
动态稳 定度
热稳定度
装置地点条件
参数
数据

380V
1857.70A
21.99kA
2.97kA
338.49
一次设备型号规格
额定参数

低压断路器DW15-2000
380V
2000A
60 kA
-
-
低压刀开关
HD13-2000/30
380V
2000A
-

低压断路器
DW15-600
380
600A
25kA

电流互感器
LMZJ1-0.5
-
1500A
-
-
-

第6章　变压所进出线的选择
6.110kV高压进线的选择
采用YJL22-10000交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋），接往10kV公用干线。
（1）按发热条件选择 由==92.38A及土壤环境25°，查表得，初选YJL22-10000-335,其25°C时的=105A>,满足发热条件。
（2）校验短路热稳定 按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=9770A，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器段路时间为0.2s，C=84，把这些数据代入公式中得

（3）校验电压损耗 查附录表可知电缆,

线路的电压损耗百分值为

因此YJL22-10000-3 120电缆满足要求。

6.2低压母线的选择
经查《工厂供电》附录表17知，在TM1变压器上选择LMY-3（12510）+6310的母线；在TM2变压器上选择LMY-3（1258）+6310的母线；在TM3变压器上选择LMY-3（404)+404的母线。母线均平放，LMY为矩形硬铝母线。

6.3 380低压出线的选择
以下线路都按环境温度为30℃，选择BLV型铝芯塑料线或BLX型铝芯橡皮线。线路基本都是低压动力线路，应先按发热条件选择，再校验机械强度和电压损耗。
采用BLV-型铝芯塑料绝缘线或BLX型铝芯橡皮线眀敷的220V/380V的TN-S线路。
（1）在临时施工使用的变压器上，线路的计算电流I30=111.23A，当地最热月平均最高气温为+30℃。
①相线截面的选择
由附录表19-1得环境温度为+30℃时眀敷的BLV型截面为35mm2的铝芯塑料绝缘线的Ial=121A>I30=111.23A，满足发热条件。因此相线截面选为=35mm2。
②中性线截面的A0的选择
按A00.5,选A0=25mm2。
③保护线截面APE的选择
由于16mm235mm2，APE16mm2，故选=16mm2。
所选导线型号可表示为：BLV
④机械强度校验：根据《工厂供电》附录表14得知，沿墙明敷的塑料护套线的铝芯线的最小截面为25，满足要求。

（2） 在TM1变压器上，由于线路的计算电流I30=1918.84A，故需要选择多条线路并联的方式。相线截面的选择。在电容补偿之前，热力泵电动机I30=668.53A，而电容补偿后，电流约降低10%，即补偿后热力泵电动机I30=601.68A，故选择两条BX型铜芯橡皮线截面积为240，Ial=615A>I30=601.68A，满足发热条件。在补偿电容之前，风机、高压水泵以及住户用电设备的总电流I30=368.9A，而电容补偿后，电流约降低10%，即补偿后热力泵电动机I30=332.01A，故选择两条BLV型截面为185mm2的铝芯塑料绝缘线的Ial=355A>I30=332.01A，满足发热条件。按同上临时变压器的校验方法对所选线进行校验即可。

（3） 根据上述方法，按发热条件导线选择如下：
①号变电所低压出线选择
热力泵电动机：BX型（3240+195+PE95）
其他：BLV型（3185+195+PE95）
②二号变电所低压出线选择
热力泵电动机：BX型（3240+395+PE95）
其他：BLV型（395+335+PE35）
③电梯、消防栓以及照明
选择低压进线：BLV（3120+350+PE50）
表6-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格
线 路 名 称
导线或电缆的型号规格
10KV电源进线
YJL22-10000-3120 交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）
380V低压
临时施工
BLV（350+335+PE35） 眀敷
TM1热力 泵电动机
BX （3240+195+PE95） 眀敷
TM1其他
BLV（3185+195+PE95） 眀敷
TM2热力 泵电动机
BX（3240+395+PE95） 眀敷
TM2其他
BLV（395+335+PE35） 眀敷
重要负荷
BLV（3120+350+PE50） 眀敷

第7章　设计总结
在此次设计中，从负荷的计算，短路电流的计算，再到设备与导线的选择，使我更深刻的理解了工厂供电这门课程在日常生活中的重要性，使我懂得了各种设备在不同的场合是如何选择其适宜的型号的。在计算与选择中发现，虽然大体的思路是明确的，但是在一些小的细节方面不知道该如何处理。尤其是线路容量值与变压器容量值相差无几的时候，不知是否应该选择更大一级容量的设备，我想这就要联系实际情况来解决问题，要结合安全、可靠、优质、经济的原则进行处理。此次课程设计使我们更加扎实地掌握了有关工厂供电方面的知识，虽然在设计过程中遇到了一些问题，但是经过自己查阅资料，老师的辛勤指导，同学的帮助，解决了许多设计中的问题，使得设计思路越来越清晰，设计说明书也逐渐完善起来。
参考文献
[1] 苏文成，《工厂供电》第二版，机械工业出版社　
[2] 卢帆兴、肖清、周宇恒，《电力工程综合设计指导书》
[3]《实用供配电技术手册》　　中国水利水电出版社
[4]《实用电工电子技术手册》实用电工电子技术手册编委会编　机械工业出版社
[5] 刘介才，《工厂供电设计指导》，机械工业出版社

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