大型小区供电系统设计.doc

摘 要本次课程设计的课题是住宅小区供电系统的设计，根据设计的基本要求，运用所学的相关知识，查阅相关的资料，进行供电系统的初步设计。本次设计的基本流程是：进行负荷计算，根据负荷计算结果进行变压器的选择并确定供电方案，之后依次进行短路电流的计算，高、低压电器设备的选择和校验，继电保护，防雷与接地保护，电测量仪表设计等，在这一框架下，按照国家的标准，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案和电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求的方案和设备，除此以外，还考虑到了小区未来的负荷发展情况，做到了远、近期结合，留有扩建的可能性。关键词：负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护；备用电源27目录1 引言12 负荷计算22.1 供电负荷的分析22.2 供电负荷的计算33 供电方案的确定53.1 主接线方案原则53.2 主接线方案设计53.3 低压部分配电系统64.1 变压器台数的选择84.2 变压器容量的选择84.3 变压器型号的选择84.4 线路的选择95 短路计算115.1 短路故障的形式115.2 短路电流的计算116 高、低压设备的选择146.1 设备选择的基本原则146.2 高压设备的选择156.3 低压设备的选择167 继电保护197.1 继电保护的意义及设置原则197.2 变压器的继电保护198 变电所防雷与接地228.1变电所防雷保护的设计：228.2 变电所接地保护的设计：22结 论24致 谢25参 考 文 献26附录271 引言研究意义：近几年来我国社会发展迅速，人民的生活水平有了很大提高，对居住环境的方便、安全、环保、舒适等方面提出了更高的要求。这使得住宅小区的供电系统要适应小区的用电负荷及小区的规划，从多方面考虑，设计出最合理的供电方案，以使供电系统的运行更加经济、灵活、安全、可靠。发展现状：步入21世纪后，我国城市化正处于又一新的发展阶段，城市地区的住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类的小区对用电负荷的要求也不尽相同，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大的波动，造成供电的不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高的可靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧张、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧的配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下的住宅用电负荷要求，由此对于小区的供电方案也有了新的要求。发展趋势：将来的供配电系统主要发展方向为小型化、节能化及更加自动化。目前对于供电系统的供电可靠性尚感不足，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯的供电可靠性还有待提高。另外，低压配电部分的安全性也需要更多的重视。小区供电设计要考虑下列基本要求： (1）安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。(2)可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。(3)灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。(4)经济性 在符合上述要求的前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。2 负荷计算2.1 供电负荷的分析近年来我国的经济建设步入快车道，居民的生活水品不断提高，越来越多的高能耗电器走进我们的生活，普通家庭的用电需求不断上涨，例如：空调、电炊具、电热水器等，很多家庭装有多个空调、彩电、冰箱，而且呈现出强劲的增长态势，根据以上现状湖南省住宅设计标准做出如下规定，一般而言高层的计算负荷可参考每户68kW标准，小高层及多层可参考每户46kW，除上述方法外还可参考50的建筑面积标准，本次设计是针对普通住宅小区的设计，根据以上标准，计算负荷取值6kW每户。本次设计共有两个院，每栋高6层，则每单元为12户，一号院为114栋，每两栋设置一个户外配电箱，共计7个配电箱；二号院为1526栋，每两栋设置一个户外配电箱，共计6个配电箱。每两个配电箱设置一个配电屏，共计7个配电屏。由配电屏引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元，之后各单元在引出线路到各户。表1 负荷的初步划分变压器配电屏配电箱楼栋单元1号变压器1号配电屏1#配电箱1栋、2栋2#配电箱3栋、4栋2号配电屏3配电箱5栋、6栋4#配电箱7栋、8栋3号配电屏5#配电箱9栋、10栋6#配电箱11栋、12栋4号配电屏7#配电箱13栋、14栋8#配电箱15栋、16栋2号变压器5号配电屏9#配电箱17栋、18栋10#配电箱19栋、20栋6号配电屏11#配电箱21栋、22栋12#配电箱23栋、25栋7号配电屏13#配电箱24栋、26栋-2.2 供电负荷的计算负荷计算公式：有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时取值0.6；在25100户时取值0.45；100200户时取值0.35；大于260户时取值0.3；生活用电功率因数取值，则（1）小区总的负荷计算（2）单元的负荷计算（3）配电箱的负荷计算： 1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱单元数相同，负荷相同 4#、11#配电箱单元数相同，负荷相同 9#、10#、12#、13#配电箱单元数相同，负荷相同 经以上计算结果列出下表：表2 负荷计算的结果负 荷 项 目负荷容量 kW有功负荷 kW视在负荷 kVA计算电流 A1号变压器1号配电屏1#配电箱504226.8266.8385.12#配电箱504226.8266.8385.12号配电屏3配电箱504226.8266.8385.14#配电箱432194.4228.7330.13号配电屏5#配电箱504226.8266.8385.16#配电箱504226.8266.8385.14号配电屏7#配电箱432194.4228.7330.18#配电箱504226.8266.8385.12号变压器5号配电屏9#配电箱576259.2304.9440.110#配电箱576259.2304.9440.16号配电屏11#配电箱432194.4228.7330.112#配电箱576259.2304.9440.17号配电屏13#配电箱576259.2304.9440.1-3 供电方案的确定3.1 主接线方案原则在设计小区供电主接线方案时，要符合国家规范，合理布局，经济节约等，为适应日益变化的新形势还要有一定的超前意识，从而避免造成重复建设，资金浪费，维护不便，还影响居民的正常用电。设计主接线方案时要符合下列要求：（1）安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。（2）可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。（3）灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。（4）经济性 在符合上述要求的前提下，尽可能简化主接线方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。3.2 主接线方案设计图1 主接线方案3.3 低压部分配电系统（1）配电屏至配电箱部分本次设计是每两栋楼设一个配电箱，小区的低压配电箱共有13个，分别标号为1#13#配电箱，低压配电屏设七个，1号配电屏为1#、2#配电箱配电，2号配电屏为3#4#配电箱配电，3号配电屏为5#6#配电箱配电，4号配电屏为7#8#配电箱配电，5号配电屏为9#10#配电箱配电，6号配电屏为11#12#配电箱配电，7号配电屏为13#配电箱配电。图2 配电屏至配电箱部分（2）配电箱至单元部分每两栋楼设一个配电箱，共计13个，配电箱为其下属的单元配电。图3 配电箱至单元部分4 变压器及线路的选择4.1 变压器台数的选择在变电所中最关键的一次设备是电力变压器，它的主要任务是提升或降低电力系统的电压，以便于合理分配、使用和输送电能。选择主变压器台数时应考虑以下原则：(1)供电系统对正常的用电负荷要有足够的可靠性。(2)当变电所的负荷因昼夜、季节而幅度较大时，且适宜以经济方式运行时，可考虑接入两台变压器。(3)一般情况下，变电所适宜选用一台变压器，但对于负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多的变压器。(4）在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷未来的发展情况，预留出一定的容量。就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，分别为两个院供电，若某台变压器停止运行时，另一台则须承担其负荷。4.2 变压器容量的选择(1)对于只装有一台主变压器的供电系统，主变压器的容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即(1)装有两台主变压器时每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足约60%70%的总计算负荷，即当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足所有的、级负荷，即 就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件：则两个院的为2337.8kVA，选用两个主变压器的容量，经计算得，取 4.3 变压器型号的选择根据以上对变压器的分析，查询资料可知，变压器型号选择为SC9-1600/10，参数如下：表3 SC9-1600/10变压器参数型号额定电压阻抗电压（%）空载损耗（W）负载损耗（W）空载电流（%）连接组别SC9-1600/1010kV61980108500.7Dyn114.4 线路的选择电源进线由10kV城市电网引出两路架空线路进入变电站，在两路电路进线的主开关柜之前各装设一台高压计量柜，计费电能表通过电压互感器及电流互感器接入电路中。在选择三相系统中导线的相线截面时可依照导线发热条件来选，须使其允许载流量 不小于相线上的计算电流 ，即在计算导线的允许载流量时，还要考虑温度条件的影响，计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：(1)变电所进线电缆的选择经算得温度校正系数为，即查表9得知：可选用标称截面为35的油浸纸绝缘电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的，发热条件满足。校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。(2)配电箱电缆的选择1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流4#、11#配电箱的计算电流9#、10#、12#、13#配电箱的计算电流经算得温度校正系数为，即查表9得知：1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱可选用标称截面为150的YJV型电缆；4#、11#配电箱可选用标称截面为120的YJV型电缆；9#、10#、12#、13#配电箱可选用标称截面为185的YJV型电缆。校验发热条件YJV型电缆的，发热条件满足。YJV型电缆的，发热条件满足。YJV型电缆的，发热条件满足。校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。(3)单元电缆的选择经算得温度校正系数为，即查表9得知：可选用标称截面为10的YJV型电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的，发热条件满足。校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。5 短路计算5.1 短路故障的形式三相系统的短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出的四线制系统及中性点接地的系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重的短路情况下能够可靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都按照三相短路时的数值来校验。5.2 短路电流的计算本次设计小区采用两路电源供电，由0.5KM处城市电网供电，断流容量，一般基准容量数值为100MVA，下面是采用标幺制法进行短路电流的计算过程：(1)确定基本值取基准容量 ，基准电压， 则：(2)相关元件在短路电路中的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值查资料得知，因此架空线路的电抗标幺值查表得知电缆的，因此变压器的电抗标幺值查表可知，因此由此可绘制出短路等效电路图：图4 短路等效电路图(3)点的短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量 (4)点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量 表4 短路计算结果 点14.837.722.3268.8点3564.438.224.36 高、低压设备的选择6.1 设备选择的基本原则(1)根据额定参数的选择在选用设备电器时，要求设备的额定电压不低于安装位置的额定电压，即同时要求其额定电流不低于实际通过设备的最大电流，即(2)根据稳定条件的选择系统发生短路故障后保护系统动作需要一定的时间，系统的供电设备要能够承受一定时间内的短路电流。供电设备的热稳定是指电气设备的载流导体通过最大电流时，其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流，并承受相应的电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即(3)根据断流能力的选择供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断电流一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流，或断流容量一般应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量，即或进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。以下为设备初选及校验项目： 表5 设备初选及校验项目项目额定电压kV额定电流A断流能力kA或MVA短路电流校验动稳定 热稳定断路器熔断器负荷开关隔离开关限流电抗器电流互感器电压互感器支柱绝缘子套管绝缘子母线电缆设备校验项目（表示需要校验项目 表示无需要校验项目）6.2 高压设备的选择为了充分提高高压设备运行的可靠性，高压电器应根据其正常运行时的额定电压及额定电流来进行初选，一些设备完成初选后还要验证其动稳定、热稳定性条件，对于熔断器和断路器还要验证其断流容量。此外，还要考虑电气设备的环境条件（如湿度、温度、海拔、介质状态等）选用不同类型的高压电器（如户内、户外、热带型、加强绝缘型等）。对于有些电器的选用还要作更多的考虑（如断路器、开关的操作频度、互感器的负载和准确等级、熔断器的上下级选择性配合等）。变压器高压侧的选择标准：(1)额定参数：额定电压:，额定电流:，(2)稳定条件：冲击电流，即热稳定，即(3)断流能力：断流容量，即 根据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜GG1A-10Q（F）、少油断路器SN1010I/630、隔离开关GN8-10T/200、电流互感器LQJ-10-200/5A、电压互感器JDZ-10Q、熔断器RN1-10表6 高压电器校验的结果项目额定电压kV额定电流A开断电流 kA短路电流校验动稳定 热稳定kA kA2s校验结果少油断路器SN10-10/63010630931614.84037.71024153满足条件隔离开关GN8-10T/400104009340 37.7980 153满足条件电流互感器LQJ-10-200/5A10200934537.75625 153满足条件电压互感器JDZ-10Q10满足条件熔断器RN1-1010150138.515.514.8满足条件（表示无需要校验项目）6.3 低压设备的选择变压器至母线间的选择标准：(1)额定参数：额定电压，即额定电流，即(2)稳定条件：冲击电流，即热稳定，即(3)断流能力：断流容量 ，即根据以上标准选择如下低压设备：断路器DW15-2500、刀开关HD18-2500表7 低压电器校验的结果项目额定电压kV额定电流A开断电流 kA短路电流校验动稳定 热稳定kA kA2s校验结果断路器DW15-25000.42500230960356564.43600858满足条件刀开关HD18-25000.42500230910564.42500858满足条件（表示无需要校验项目）配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择：1#至7#配电屏的计算电流分别为770.2A、715.2A、770.2A、770.2A、880.2A、770.2A、440.1A1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流为385.1A；4#、11#配电箱的计算电流为330.1A；9#、10#、12#、13#配电箱的计算电流为440.1A楼栋各单元的计算电流为73.3A根据以上标准选择如下低压设备：刀开关HD17-1000与HD17-630，断路器DZX10-630与DZX10-100表8 配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择项目设备1#、2#、3#、4#、5#、6#配电屏HD17-10007#配电屏HD17-6301#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱DZX10-630/4009#、10#、12#、13#配电箱DZX10-630/5004#、11#配电箱DZX10-630/350各楼栋单元DZX10-100/807 继电保护7.1 继电保护的意义及设置原则供电系统中继电保护是系统安全运行的重要保证，是自动、迅速、准确切除故障的重要环节，也是变压器二次回路的重要组成。继电保护的任务：(1)在系统发生故障时，要准确、自动、迅速的切除系统中的故障元件，以确保其余部分的正常供电。(2)当系统发生故障时，正确反映电气设备的故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备的正常运行。(3)与系统的故障部分电路自动重合闸或备用电源的自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够的可靠性。 设置的基本原则如下：(1)选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性的把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度的保障供电。(2)快速性 电力系统由于其实时性的特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短的时间完成故障部分的切断。 (3)灵敏性 继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合的灵敏度，以免做成误动作或拒动作。 (4)可靠性 根据系统继电保护的范围和任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统的故障部分不在保护范围内或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置的误动作与拒动作严重影响电力系统的可靠性，使系统不能安全、稳定的运行。装置的原理、接线方式等都直接影响了保护装置的可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富的设备进行保护。 除了上述四项基本的原则外，在实际的选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量选用投资少、维护费用低的保护装置。7.2 变压器的继电保护变压器定时限过流保护是变压器的基本保护方式之一，选用DL型电磁式电流继电器，变压器过电流保护的动作电流为， 为保护线系数，取值为1；为可靠系数，取值1.2；为继电器的返回系数，取值0.85；为电流互感器的变流比。变压器过流保护的动作时限按级差原则整定，该动作时限要比变压器二次侧出线过流保护的最大动作时限大一个级差，取值0.5秒。变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算:其中为变压器二次侧发生最小两相短路的电流。零序电流速断保护也是变压器基本保护方式之一，速断保护动作电流要不小于变压器二次侧母线最大三相短路的电流，即电流速断保护灵敏性校验要依据变压器一次侧最小两相短路电流进行校验过电流保护及速断保护的计算(1)过电流保护电流的整定动作电流选DL-11/10电流继电器，动作电流整定为5A动作时间的整定过流保护的灵敏性校验满足要求(2)速断保护电路的整定选DL-11/100电流继电器，动作电流整定为45A。电流速断保护的灵敏性校验：满足要求。8 变电所防雷与接地 8.1变电所防雷保护的设计：一般情况下，变配电所屋外防雷装置，可选用避雷线或避雷针。避雷针可以单独立杆，当其受到雷击时，避雷针及引下线处可能对附近建筑物等造成“反击”，为了避免发生此类事故，要注意下述几点：（1）要使被保护物与避雷针之间有足够的距离，这个距离与建筑物的防雷等级有关，由于是针对变电所的防雷，距离取值为大于等于5米。（2）避雷针不能共用保护物自身的接地，应另设独立的接地装置，两者接地体之间也要有足够的地中距离，距离取值为大于等于3米。（3）避雷针及其引下线选择位置时要尽可能在远离人员经过的地方。一般与人行道及其他建筑物的出入口距离至少要大于3米，从而限制跨步电压。为防止雷电冲击波沿高压线路侵入配电所，对所内的设备造成危害，尤其是价格高但绝缘能力相对薄弱的电力变压器，可以在变压器进线处每根母线处装设FS型阀型避雷器，且与变压器的距离通常小于5米。避雷器的接地可以同变压器外壳导电部分及低压侧接地中性点连接起来一同接地，如下图所示：变配电所的线路雷电波侵入防护 变压器的防雷保护及接地图5 变电所防雷与接地8.2 变电所接地保护的设计：对于同一系统中电压及用途不相同的电气设备，接地体可以只设置一个，其电阻阻值须满足最小值的规定。如果接地装置受到条件限制而不能做时，可以考虑选用绝缘台来进行电力设备的维护和操作。对于外壳导电的电力设备，一般还要进行接零保护，通常装设在靠近其电源的位置。（1）单根垂直管形或棒形接地体的接地电阻（2）多根垂直管形接地体并联的接地电阻实际的总接地电阻为式中，为多根接地体并联时的利用系数，可利用管间距离a与管长l之比及管子数n去查。由于该表所列未计及管子之间连接扁钢的屏蔽作用，所以实际的略高于表中的数据，由此计算所得的也略微偏高，这样便能更好的满足接地要求。结 论本次课程论文的课题是住宅小区供电系统的设计，主要任务是在满足大型小区供电经济、可靠、优质、安全的前提下，完成对大型小区供电系统的设计，供电设备选择和校验，保护和接地装置的设计，主要考察了我对工厂供电这一方面的认识。在设计的过程中，遇到了很多不懂的地方，通过查阅相关资料，询问指导老师，与同学讨论等方式，设计的思路慢慢明朗起来。设计中有大量的计算与绘图，需要我认真仔细的处理，对于绘图主要使用了AutoCAD制图软件，也让我对这一软件的使用更加熟练。最后在论文完成定稿前，指导老师也帮我们仔细检查，发现并帮助我们修改和完善了毕业论文的诸多细节。通过这次课程设计，使我对大学期间所学到的知识有了新的认识，更加系统的把书本中的理论知识运用到实际中去，较好的提高了我认识问题、分析问题并解决问题的能力，使我把在校期间所学做到的知识学以致用。另外，还使我认识到：在遇到任何困难时，不能畏惧，要通过合理的方法积极应对，没有克服不了的困难，应当全力以赴，永不言弃！以后走入工作岗位，我将会利用大学期间的所学，竭尽全力的服务于社会，服务于他人。致 谢经过三个多月的努力，我终于完成了小区供电系统设计的课程论文，为今后走向工作岗位打下了良好基础，尤其是提高了我认识问题、分析并解决问题的能力。这次设计是对以往四年学习成果的一次综合测试。在这次设计中，首先要衷心感谢的是指导老师陈孟娜，他为我提供了诸多宝贵的意见和大量的相关资料，他严谨的教学态度和耐心的指导使我受益匪浅，在学习和为人方面也有很大的帮助。在课程设计的开始阶段，我遇到了很多不懂得地