某宾馆大楼的供配电系统设计.doc

供配供配电电技技术课术课程程设计设计 课题：某宾馆大楼的供配电系统某宾馆大楼的供配电系统 系系 别别： ： 电气与电子工程系 专 业： 自 动 化 姓 名： 学 号： 092409245 指导教师： 河南城建学院 2012 年 6 月 20 日 成绩评定 一、指一、指导导教教师评语师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评 定）。 二、二、评评分分（按下表要求评定） 设计报告评分答辩评分平时表现评分 评分项目 任务完成 情 况 （20 分） 课程设计 报告质量 （40 分） 表达情况 （10 分） 回答问题 情 况 （10 分） 工作态度与 纪律 （10 分） 独立工作 能力 （10 分） 合 计 （100 分） 得分 课程设计成绩评定 班级班级 姓名姓名 学号学号 成绩：成绩： 分（折合等级分（折合等级 ） 指导教师签字 年 月 日 一、设计目的一、设计目的 供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业 生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基 础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是 建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电 部门造成严重的和深远的影响。因此，作好供配电工作，对于保证正常的工作、 学习、生活将有十分重要的意义。 我们这次的设计的题目是某宾馆大楼的供配电系统设计；作为宾馆，随着 人民生活水平的不断提高，对宾馆的基础设施建设特别是电力设施将提出新的 挑战。 二、设计要求二、设计要求 1、基础资料基础资料 该工程宾馆大楼，地下有三层，地上有 22 层，总建筑面积为 60000 平 方米，主要设备有： 1 空调机房 4201 2 冷却水泵 75 4（三备一用） 3 冷冻水泵 75 4（三备一用） 4 冷却水塔 253 5 冷水机组 5203 6 正压送风 601 7 送 排风机 222 8 喷淋水泵 37 3（两备一用） 9 消防水泵 75 3（两备一用） 10 消防排烟 561 11 消防电梯 151 12 荷梯 18.51 13 客梯 153 14 自动扶梯 151 15 生活给水泵 75 3（两备一用） 16 补水泵 22 2（一备一用） 17 潜污水泵 112 电源情况：两回 10kv 供电 2、要求：要求： （1） 、统计负荷 （2） 、变配电站的主接线设计 （3） 、负荷计算 （4） 、短路电流计算 （5） 、主要电气设备选择 （6） 、变压器的继电保护设计 三、各部分电路设计三、各部分电路设计 1、负荷统计、负荷统计 计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。用电设 备计算负荷的确定,在工程中常用的有需要系数法和二项式法。需要系数法 是世界各国普遍应用的确定计算负荷的基本方法,在此课程设计中采用需要 系数法来确定计算负荷。 按需要系数法确定用电设备的有功计算负荷（kw）的计算公式为 PC=Kd Pn。i 式中Pn。i用电设备组的总的设备容量，单位为 KW。 Kd用电设备组的需要系数，根据参考书工厂供电设计指导 中的表 2-1 查得变配电所的需要系数为 0.50.7，在此选取 0.7。 无功计算负荷（kvar）为 QC= PCtan 式中tan用电设备组的总的设备组cos的正切值。 视在计算负荷（kvA）为 SC= PC/cos 式中 cos为功率因数，有设计任务书取 0.9。 计算电流(A)的计算公式 IC= SC/(Ur) 3 式中 Ur=380V. 2 2无功功率补偿无功功率补偿 目前我国对用电单位的功率因素要求高压供电压者为 0.9 以上，低压供电者 为 0.95 以上，为此绝大多数的工业与民用建筑采用补偿的办法、即在低压配电 室的配电母线上安装若干组电力电容器补偿供电范围内的无功功率以达到提高 功率因数的目的。从以下的功率三角形的矢量图可知，要使功率因数由 cos 提高到 cos，必须装置补偿电容器(采用自动补偿方式)的容量为: 1 2 )tan(tan 21 j PQc 式中：-设计电容器补偿容量，Kvar;Qc -总有功计算负荷； j P 、对应于补偿前后 cos, cos的正切值。 1 tan 2 tan 1 2 由附录可查出上述设备的需要系数和功率因数，计算出每一组的计算负荷， 最后计算出总的计算负荷，结果过程及结果列表中： 表 1 各设备的负荷统计 设 备 组 编 号 设备名称 设备容 量 需要 系数 costanPcQcScIc 1 空调机房 4200.650.80.75273204.7341.25518.49 冷却水泵 3*75 冷冻水泵 3*75 冷却水塔 3*25 2 冷水机组 3*520 0.70.80.751459.51094.631824.382771.94 正压送风 60 3 送 排风机 2*22 0.650.80.7567.650.784.5128.39 喷淋水泵 2*37 消防水泵 2*754 消防排烟 56 0.70.80.75196147245372.25 消防电梯 15 货梯 18.5 客梯 3*15 5 自动扶梯 15 10.51.7393.5161.75186.83283.87 生活给水泵 2*75 补水泵 226 潜污水泵 2*11 0.70.80.75135.8109.85169.75257.92 3 3、变配电站的主接线设计、变配电站的主接线设计 （1）主接线的定义 主接线时有各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或母线一项电容 器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配点能的电路。 主接线只表达上述电气设备之间的电气连接关系，与其具体安装地点无关。 主接线的实施场所是变电站行或配电站。 主接线可以分为有母线结线和无母线结线两大。有母线接线又可分为单母 线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。 中、低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线， 。 （2） 对主结线的基本要求 1.安全性：必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安 全。 2.可靠性：主结线的可靠性要求由人、用电负荷的等级确定。 3.灵活性：应能适应各种可能的运行方式的要求。 4.经济性：应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。 （3）本设计中的主接线的一次侧采用单母线分段的接线方式，三个变压器的容 量分别为 500、1600、400KVA,其中的二次侧接空调机房和消防设备（喷淋水 泵、消防水泵、消防排烟） ，制冷设备（冷却水泵、冷冻水泵、冷却水塔、冷水 机组） ，T3 变压器的二次侧接风机（正压送风、送排风机） 、电梯（消防电梯、 荷梯、客梯、自动扶梯、 ） 、生活用水设备（生活给水泵、补水泵、潜污水泵）. 其主接线图如下图所示: 图 1 主接线图 4.主接线上各点的负荷计算主接线上各点的负荷计算： 如上图主接线所示,取 C1/C2/C3 三点进行负荷计算，其计算过程如下，然后 根据所得的计算负荷确定变压器的容量及台数，同时补偿的目标为变压器高压 侧部分功率因数不低于 0.9. C1 点的计算负荷： 这一组是多组设备的计算，由空调机房和消防设备两组设备构成，其中备 用设备不计入在内，同时由于变压器低压侧上设有自动无功补偿装置，因此 C1、的计算负荷应为补偿后的值，入下表所示。 表 2 C1、的计算负荷 计 算点 多组设 备计算 有功功 率 Pc/K W 多组设备计 算无功功率 Qc/KW 有功 同时 系数 KP 无功 同时 系数 KQ 计算有 功功率 Pc/KW 计算无功功 率 Qc/kvar 计算视在功率 Sc/KVA 计算 电流 Ic/A C1 、 273+196 =469 204.75+147 =351.75 0.90.9469*0.9 = 422.1 351.75*0.9 =316.58 422.12+316.582 =527.63 801.6 C1、的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的负荷如下表所示： 现将低压侧功率因数补偿为 0.93，则需要补偿的无功功率 Qcc满足下式： 422.1/422.12+（316.58-Qcc）2=0.93 故 Qcc=149.74 Kvar 表 3 C1 的计算负荷 计 算 点 补偿前功率 因数 cos1 无功补 偿容量 Qcc/Kv ar 实际补 偿容量 /(6 台， 30Kvar /台) 补偿后 计算有 功功率 Pc/KW 补偿后 计算无 功功率 Qc/Kv ar 补偿后 计算视 在功率 Sc/KV A 补偿 后功 率因 数 cos1 补偿 后计 算电 流 Ic/A C1422.1/527.63 =0.8 149.74180422.1136.58443.650.95674 补偿后功率因数 0.950.93，满足要求。 由 C1 点的计算负荷，我们可以确定所选变压器型额定容量为 500KVA. C2 点的计算负荷： 表 4 C2 点的计算负荷 计 算 点 有功功 率 Pc/KW 有功 同时 系 KP 无功功 率 Qc/Kva r 无功 同时 系数 KQ 计算负 荷 Pc 计算负荷 Qcc计算视在功率 Sc/KVA 计算 电流 Ic/A C21459.50.91094.60.91459.5 *0.9= 1313.5 1094.63*0.9 =985.167 1313.52+985.22 =1641.9 2494.7 C2 点的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的复合如下表所示： 现将低压侧功率因数补偿为 0.93，则需要补偿的无功功率 Qcc满足下式： 1313.5/1313.52+（985.167-Qcc）2=0.93 故 Qcc= 519.12Kvar 表 5 C2 的计算负 计 算 点 补偿 前功 率因 数 cos2 需要补 偿的无 功功率 为 Qcc/Kvar 实际补 偿容量 /（18 台， 30Kvar/ 台) 补偿 后计 算有 功功 率 Pc/KW 补偿后 计算无 功功率 Qc/Kvar 补偿后 计算视 在功率 Sc/KV A 补偿后功 率因数 cos2 补偿后计 算电流 Ic/A C20.8519.125401313.5445.1671386.890.9472107.2 由 C2 点的计算负荷，我们可以确定所选变压器额定容量为 1600KVA. . C3 点的计算负荷： 同 C1 类似，C3 也为多组设备，其计算方法同 C1 类似，其计算结果如下： 表 6 C3 点的计算负荷 计 算 点 多组设备计 算有功功率 Pc/KW 多组设备计算 无功功率 Qc/KW 有功 同时 系数 KP 无功 同时 系数 KQ 计算有功 功率 Pc/KW 计算无 功功率 Qc/Kva r 计算视 在功率 Sc/KV A 计算 电流 Ic/A C367.6+135.8+ 93.5=296.9 50.7+109.85+ 161.75=321.3 0.90.9267.21289.17393.73598.2 对 C3的计算负荷进行补偿后即得 C3 得计算负荷，其计算过程及结果如下 表所示: 表 7 C3 的计算负荷 现将低压侧功率因数补偿为 0.93，则需要补偿的无功功率 Qcc满足下式： 267.21/267.212+（289.17-Qcc）2=0.93 故 Qcc= 183.57Kvar 计 算 点 补偿 前功 率因 数 cos3 需要 补偿 的无 功容 量 实际补 偿容量 /(9 台， 30Kvar/ 台) 补偿 后计 算有 功功 率 补偿后 计算无 功功率 Qc/Kvar 补偿后 计算视 在功率 Sc/KV A 补偿 后功 率因 数 cos3 补偿后 计算电 流 Ic/A Pc/KW C30.68183.57270267.2119.17267.900.997407 由 C3 点的计算负荷，我们可以确定所选变压器定容量为 400KV 变压器高压侧功率因数的校验（表格）变压器高压侧功率因数的校验（表格） 5.主变压器的选择主变压器的选择 （1）变电所变压器台数的选择 选着主变压器台数时应考虑以下原则： 1. 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一二级负荷的变电所，宜 采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台可以一二级负荷供电。 对只有二级负荷而没有一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但在 低压侧应采用敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。 2. 对季节负荷或昼夜负荷变动较大的易于采用经济运行方式的变电所，也可考 虑采用两台变压器。 3. 除以上情况外，一般车间宜采用一台变压器。但集中重负荷较大者，虽为三 级负荷，也可采用两台以上变压器。 4. 在确定变电所主变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有一定的余量。 （2） 变电所主变压器容量的选择 1.只装有一台变压器的变电所。主变压器容量 Sr，应满足全部用电设备总计算 负荷 Sca 的需要 ，即 St=Sca 2. 装有两台主变压器的变电所。每台变压器容量 St，应该同时满足以下两个条 件： （1） 任一台变压器运行时，应满足总计算负荷 Sca 的大约 70%的需要，既： St=0.7Sca (2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷 Sca（1+2）的需要， 即： St=Sca(1+2) 据以上的条件，我们可以确定所选变压器型号为 SC 系列铜绕组低损耗电 力变压器，并且变压器容量分别为 500 KVA、1600 KVA、400KVA. 6.短路电流的计算：短路电流的计算： 计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作 用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采取限流措施，以及进行继电保 护装置的整定计算。 如上主接线图所示，取 C1/C2/C3 做短路电流计算，其计算结果如下： 短路电流的计算 经查表的：所选三个型号为 SC 系列铜绕组低损耗电力变压器的额定参数为： 表 8 三个变压器的额定参数 额定电压 （KV） 变压器 额定容量 kVA 一次二次 空载损 （w） 短路损耗 （kw） 空载电流 （%） 阻抗 电压 （%） T150010.50.411805.11.44 T2160010.50.426014.51.06 T340010.50.410004.31.44 短路点 C1 : 据公式 高压系统的电抗 X1=Uav2/Sk=4002/(150*1000)=16m （取变压器一次侧短路容量 Sk=150MV） 电阻 R1忽略不计 变压器阻抗 Z2=(uk%*Ur2.T2)/(100*SrT)=12.8m 变压器电阻 R2= P k*Ur2.T2/ SrT=1.632m 变压器电抗 X2= =12.7m 2 2 2 2 RZ 所以 C1 点的短路的总阻抗为 R=R1+R2=0+3.26=3.26m X=X1+X2=28.7m Z=R2+X2=28.9m C1 的三相短路电流为 Ik（ （3）=Uav/（3* Z）=7.99KA （1） 、三相短路全电流冲击值 ish 对于 L 较大的中、高压系统，取=1.8， 则 ish=2.55Ip sh K 对于 R 较大的低压系统，取=1.3， 则 ish=1.84Ip sh K 对于本设计而言，L 较大，故 ish=2.55Ip=20.37KA ish主要用来校验电气设备短路时的动稳定性。 （2） 、短短路冲击电流有效值 Ish = Ip sh I 2 ) 1(21 sh K Ish主要用于校验设备在短路冲击电流下的热稳定性。 当断路发生 57 个周波之后，可以认为 Ip= Ik（ （3）=Ik 对于本设计而言= Ip=11.99KA sh I 2 ) 1(21 sh K 同理 ，可计算出 C2、 C3 处的三相短路电流： 整理于下表： 表 9 C1、C2、C3 处的短路电流 短 路 点 高压系 统的电 抗 X1 (m) 变压器阻 抗 Z2 (m) 变压器 电阻 R2 (m) 变压器电 抗 X2 (m) 短路处总 阻抗 Z(m) Ik（ （ 3） (KA) ish (KA) sh I (KA) C11612.81.63212.728.98.1320.7311.99 C21661.455.8221.8710.5626.9316.16 C316161.7215.931.957.3818.8311.3 7.变压器的继电保护变压器的继电保护 一般规定：（1）电力网中的电力设备和线路，应装设反应短路故障和异常 运行的继电保护和自动装置。继电保护和自动装置应尽快切除短路故障和恢复 供电。 （2）电力设备和线路应有主保护，后备保护和辅助保护。 （3）在本设计 中需对变压器进行相间短路保护、单相短路保护。 现以变压器 T1 为例对其进行保护。 1、相间短路保护 确定保护装置的结线方式。由于变压器一次侧为中性点不好接地系统，对 其进行相间短路保护可采用二继电器二互感器的不完全星形接线，此时接线系 数 kkx为 1。 确定电流互感器的电流比。因为线路上的最大负荷电流 I1.max=1.5Ir.t=1.5*1600/（3*10）A=138.56 A，根据经验取值法，即电流互感器 变比 KTA=（1.52）I1.max/5，取 KTA=250/5=50. 用电磁型继电器进行保护。 i）定时限过电流保护 一次侧动作电流：Iop.1=Krel *I1.max/Kre =1.2/0.85138.56=195.6A 继电器动作电流：Iop.k=KrelKKX/（KreKta）I1.max =1.2*1/（0.8550） 138.56 A =3.9A。 为了便于整定，取继电器整定值 Iop.k=4.0A，则 一次侧实际动作电流值