某学校生活区配电系统设计(共22页)

1、前言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转化而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。无论是主接线方式、设备配置及选型、总体布置还是保护方式，都形成了一种新的格局，从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。学校的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，由此也决定了此电力系统的特殊性，在确保供电正常的前提下，这三个环节环环相扣。其次，还电力系统一次设备较为简单，二次系统相对复杂。本设计对整

2、个系统作了详细的分析，各参数计算，以及电网方案的可靠性作了初步的确定。学校总降压变电所（或总配电所）及配电系统的设计，是根据各个部门的负荷数量，性质对用电负荷的要求，以及负荷布局，结合电网的供电情况，解决对全校可靠，经济的分配电能。1.学校供电设计的任务： 学校供电设计的任务是保障电能从电源安全、可靠、经济、优质地送到学校的各个用电部门。（1） 安全。在电能供应分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠。根据可靠性的要求，学校内部的电力负荷分为二级负荷、三级负荷三种。二级负荷突然停电会造成经济上的较大损失或会造成社会秩序的混乱，因此必须有两回路供电，但当去两回线路有困难时，可容许有

3、一回专用线路供电；三级负荷由于突然停电造成的影响或损失不大，对供电电源工作特殊要求。（3） 优质。应满足用户对电压、频率、波形不畸变等电能质量要求。（4） 经济。在满足以上要求的前提下，供电系统尽量要接线简单，投资要少，运行费用要低，并考虑尽可能地节约点能和有色金属的消耗量。2.学校供电设计应遵循的一般原则：（1）学校供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。（2）必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。（3）学校供电设计应做到供电可靠、保证人身和

4、设备安全。要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。设计采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。 学校供电系统是电力系统的一个组成部分，必然受到电力系统工况的影响和制约，因此供电系统应该遵守电力部门制定的法规，评价分析可以应用电力系统中采用的分析、计算方法。目录第一章 设计任务与要求31.1设计题目31.2设计目的31.3设计要求31.4设计依据31.5设计任务4第二章 负荷计算和无功功率补偿42.1负荷计算42.2无功功率补偿5第三章 变电所主变压器和主结线方案的选择63.1装设一台主变压器73.2装设两台主变压器8第四章 短路电流的计算114.1绘制计算电路114.2确

5、定基准值114.3计算短路电路中各元件的电抗标么值114.4计算k-1点(10.5kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量124.5计算k-2点(0.4kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量12第五章 变电所一次设备的选择校验135.1 10kV侧一次设备的选择校验135.2 38OV侧一次设备的选择校14第六章 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择156.1 380V低压出线的选择15第七章 选择整定继电保护装置167.1主变压器的继电保护装置167.2变电所低压侧的保护装置17第八章 防雷保护和接地装置设计188.1变电所的防雷保护188.2雷电侵入波的防护18第九章 课

6、程设计总结19第十章 参考文献19第十一章 附图1911.1差动保护的原理图接线图2011.2定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的重综合电路图2111.3变电所主接线方案的设计22第一章 设计任务与要求1.1设计题目某学校生活区配电系统设计1.2设计目的（1）通过学校生活区配电系统设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。（2）掌握供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和技能。（3）掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术奠定一定的基础。1.3设计要求（1）选择变电所主接线方

7、案。（2）确定变电所主变压器的台数和容量、类型。（3）选择高低压设备和进出线。（4）选择整定继电保护装置。1.4设计依据1、 学校生活区负荷情况 表1-1编号名称Pc/kWQc/kvar1食堂3802102教学楼2701203锅炉1001004校医院130985本所用电1016户外照明25202、供电电源情况1、由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-70，等边三角形排列，线距1m，干线长度为10km。干线首端断路器容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.3s。为满足学校二级负荷的要求，可采用长度为20km架空线

8、路取得备用电源。2、变电所最大负荷时功率因数不低于0.9；3、其它资料（平面图、气象、地质水文等）略。1.5设计任务1、负荷计算和无功功率补偿。（列出负荷计算表）2、主变压器台数、容量和类型的选择。3、变电所主接线方案的设计（绘图3号图纸）。4、短路计算。5、变电所一次设备的选择与校验。6、选择整定继电保护装置。7、防雷保护和接地装置设计。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算有功计算负荷(单位为kW)P30=KdPe无功计算负荷(单位为kvar)Q30=P30tan视在计算负荷(单位为kVA)S30=P30cos计算电流(单位为A)I30=S303UN 表2-1编号名称设备容量Pe/k

9、W需要系数Kdcostan计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1食堂38010.8750.552380209.7434.286592教学楼27010.9130.444270119.88295.724493锅炉1000.70.7071707099.001054校医院13010.7980.75313097.89162.902475本所用电100.60.9950.160.66.0396户外照明2510.6240.8252040.0660总计9150.8480.588881518.061037.9915292.2无功功率补偿由表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.8

10、48，而供电部门要求该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: Qc=P3(tan1-tan2)=881tan(cos-10.848)-tan(cos-10.92)=175选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0. 4-14-3型，总共容量42kvar×5=210kvar 因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表下所示。 表-2-2项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前

11、负荷0.848881518.061037.991529380V侧无功补偿容量-210380V补偿后负荷0.944881308.06933.261417.98主变压器功率损耗0.015S30=13.990.06S30=55.9910kV侧功率总计0.926894.99364.05966.5155图2-1第三章 变电所主变压器和主结线方案的选择由于学校是二级负载所以备用电源是采用长度为20km架空线路取得备用电源。主变压器的联结组别均采用Yyn0。变电所主变压器的选择根据学校的负荷性质和电源情况，学校变电所的主变压器可有下列两种方案:3.1装设一台主变压器主变压器容量SN.T应不小于总的计算负荷S

12、30，即SN.TS30SN.T=1000S30=966所以型式采用S9 选用一台S9-1000/10型低损耗配电变压器采用一台变压器时，采用的是明备用主变压器的接线如下图 图3-13.2装设两台主变压器每台主变压器容量SN.T不应小于总的计算负荷S30的60%最好为总计算负荷的了70%左右，即SN.T(60%-70%) S30SN.T(60%-70%) S30=(60%-70%)*966=579.6-676.2kVA所以型式采用S9 选用两台S9-800/10型低损耗配电变压。采用两台变压器时，采用的是暗备用主变压器的接线如下图图3-2比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安

13、全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变井列.电压根耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额由表查得S9-1000单价为10. 76万元。由于有一台是备用所以要两台。而由表查得变压器综合投资约为其单价的2倍、因此其综合投资为2*2*10.76万元=43.04万元。由表查得S9-800单价为9.11万元，因此两台综合投资为4*9.11万元=36.44万元。比一台主变方案少投资6.6万元。高压开关柜(含计量柜)的综合投资额查表得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元

14、计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为 元5*1.5*3.5=26.25万元。查表得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为 元5*1.5*3.5=26.25万元。电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为7.88万元(其余略)。主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.16万元，比1台主变的方案少投资0.72万元.交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为1000*0.08万元=80万元贴费为2*800*0.08万元=128万元。比1台主变的方案多交48万元 表

15、3-1从上表可以看出、按技术指标，装设两台主变的结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案 。第四章 短路电流的计算4.1绘制计算电路 图4-14.2确定基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则Id=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kAId=Sd3Ud2=100MVA3×0.4kV=144kA4.3计算短路电路中各元件的电抗标么值1、电力系统X1*=100MVA500MVA=0.22、架空线路查表得LGJ-70的

16、x0=0.4/km，而线路长10km ,故X2*=（0.4×10）100MVA）(10.5kV)2=3.83、电力变压器查表得Uz%=4.5X3*=4.5100×100MVA1000kVA=4.5因此绘等效电路，如图 4图4-24.4计算k-1点(10.5kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1、总电抗标么值X(k-1)*= X1*+ X2*=0.2+3.8=42、三相短路电流周期分量有效值Ik-1（3）=Id1X(k-1)*=5.5kA4=1.375kA3、其它短路电流I(3)=I（3）= Ik-1（3）=1.375kAish（3）=2.55× I(3

17、)=2.55×1.375kV=3.50kAIsh（3）=1.51×I(3)=1.51×1.375kV=2.07kA4、三相短路容量Sk-1（3）=SdX(k-1)*=100MVA4=25MVA4.5计算k-2点(0.4kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1、总电抗标么值X(k-2)*= X1*+ X2*+ X3*=0.2+3.8+4.5=8.52、三相短路电流周期分量有效值Ik-2（3）=Id2X(k-2)*=144kA8.5=16.94kA3、其它短路电流I(3)=I（3）= Ik-2（3）=16.94kAish（3）=1.84× I(3)

18、=2.55×16.94kV=31.16kAIsh（3）=1.09×I(3)=1.09×1.375kV=18.46kA4、三相短路容量Sk-2（3）=SdX(k-2)*=100MVA8.5=11.76MVA以上计算结果综合如表所示。表4-1短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAI（3）kI(3)I（3）i（3）shI（3）shS（3）kk-11.3751.3751.3753.502.0725k-216.9416.9416.9431.1618.4611.76第五章 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验表5-1选择校验项目电压电流断流能

19、力动稳定度热稳定度装备地点条件参数UAI30I(3)ki(3)shI(3)2t数据10kV55A1.3753.503.59一次设备型号规格额定参数UNINIocimaxI2t高压少油断路器SN10-10/63010kV630A16kV40kV512高压隔离开关GN-10/20010kV200A_25.5kA500高压熔断器RN2-1010kv0.5A50kA电压互感器JDZJ-10100.1kV电压互感器JDZJ-101030.130.13kV电流互感器LQJ-1010kV1005A_255×2×0.055kA=19.83kA(90×0.055)222×

20、1=24.50避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15/20015kV200A表所选设备均满足要求。5.2 38OV侧一次设备的选择校表5-2选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装备地点条件参数UAI30I(3)ki(3)shI(3)2t数据380V1417.916.9431.16200.8二次设备型号规格额定参数UNINIocimaxI2t低压断路器DW15-1500/3380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A(大于I30)一般30kA低压断路器DZ-200380V200A(大于I30)一般25KA低压刀开关HD13-1500/30380V

21、1500A电流互感器LMZ1-0.5500V15005A电流互感器LMZ1-0.5500V1605A1005A_表所选设备均满足要求第六章 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择6.1 380V低压出线的选择1、 馈电给食堂的线路采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择 由I30=659A及0.8m土壤温度25。查表初选300mm2，其中Iac=319A<I30，不满足，所以选三条240mm2电缆来把负荷平均分开，每条的Iac=310A，满足发热条件。 校验电压损耗。假设从变电所到食堂有90m,而查表得240mm2的铝芯电缆的R0=0.16/km（按电缆芯

22、工作温度75计），X0=0.07/km，食堂的P30=380kW， Q30=210kvar。因此按式得U=380kw×(0.16×0.09) +210kvar×(0.07×0.09) 0.38kV=18VU%=18V380V×100%=4.7%<Uai=5%满足允许电压损耗5的要求。 短路热稳定校验，求满足短路热稳定度的最小截面Amin=I(3)timaC=16940×0.75115=127mm2tima 变电所高压侧过流保护动作时间按0.5S整定（终端变电所），再加上低压断路器保护动作时间0.2S，再加0.05s。由于前面所选

23、240mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度要求，整个食堂的负荷是用两条电缆分开的，所以选的截面小一点也能满足要求，这样可以节约投资。故选 VLV 10003×185+1×90的四芯电缆。2、馈电给锅炉房的线路亦采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 按发热条件选择 由I30=215A及地下0.8m土壤温度25。查表初选150mm2，其中Iac=219A>I30，满足发热条件。 校验电压损耗。假设从变电所至锅炉房的距离约为1km，而查表得150mm2的铝芯电缆的R0=0.25/km X0=0.07/km。又锅炉房的P30=100kw Q30

24、=100kvar得U=100kw×(0.25×0.1) +100kvar×(0.07×0.1) 0.38kV=8.4VU%=8.4V380V×100%=2.2%<Uai=5%满足允许电压损耗5的要求。 短路热稳定校验，求满足短路热稳定度的最小截面Amin=I(3)timaC=16940×0.75115=127mm2由于前面所选150mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度要求，即选VLV10003×1501×70的四芯电缆。3、 馈电给教师楼的线路亦采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷

25、设。按发热条件选择 由I30=449A及地下0.8m土壤温度25。查表初选185mm2的截面，其Iai=273A<I30，不满足要求。所以需要用两条 185mm2的电缆把负荷分开。这样就可以达到要求。 校验电压损耗。假设从变电所至教师楼的距离约为10km，而查表得Amin=I(3)timaC=16940×0.75115=127mm22选VLV22100023×1851×80的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一半）。4、馈电给校医院的线路亦采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上）。电缆芯截面185mm2，选VLV2210002

26、3×1851×90的四芯电缆。5、馈电给户外照明、本所用电的线路亦采用VLV221000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。（方法同上）。电缆芯截面16mm，选VLV2210003×1851×80的四芯电缆。表6-1线路名称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LJ70铝绞线（三相三线架空）380V低压出线至食堂VLV2210003×1851×90四芯塑料电缆（直埋）至锅炉VLV2210003×1501×70四芯塑料电缆（直埋）至教师楼VLV2210003×1851×80四芯塑料电缆（直埋）至校医

27、院VLV2210003×1851×90四芯塑料电缆（直埋）至本所用电VLV2210003×1501×70四芯塑料电缆（直埋）至户外照明VLV2210003×1501×70四芯塑料电缆（直埋）第七章 选择整定继电保护装置7.1主变压器的继电保护装置1)装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。2)装设反时限过电流保护。采用LG15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线.去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定，其中Imax=2I1NT=(2×100

28、0kVA )/(10kV×3)=2×57.7A=115AKrd=1.3，KW=1，Kre=0.8，Ki=100/5=20，因此动作电流为: Iop=(115×1.3×1)/(0.8×20)=9.3 整定为10A。过电流保护动作时间的整定:因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5。过电流保护灵敏系数的检验; 其中 Ikmin=Ik-2(2)/KT=(0.866×16.94kV)/(10kV/0.4kV)=0.586kAIop=IpoK1/Kw=10A×20/1=200A因此其保护灵敏系数为

29、:Sp=586A/200A=2.931.51.5满足灵敏系数1.5的要求。3)装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。速断电流的整定:其中Ikmax=Ik-2(3)=16.94kA Krel=1.4 Kw=1 K1=100/5=20 KT=10/0.4=25因此速断电流为：Iqb=（1.4×1×16940）/（20×25）=47.432速断电流倍数整定为;Kqb=Iqb/Iop=47.432/10=4.7432电流速断保护灵敏系数的检验:Ikmin=Ik-1(2)=0.866×1.375kA=1.19kAIqb=IqbKi/Kw=47.432×

30、;20/1=948.64A因此其保护灵敏系数为:Sp=1190A/948.64A=1.2544查表可知：按GB50062-92规定，电流保护含电流速断保护的最小灵敏系数为1.5，所以把速断保护改为差动保护。7.2变电所低压侧的保护装置1、低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。2、低压侧所有出线上均采用DZ20。型低压断路器控制，其瞬时脱扣器叮实现对线路短路故障的保护。第八章 防雷保护和接地装置设计8.1变电所的防雷保护1、直击雷防护在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所如果变电