大型小区供电系统设计

1、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

2、：负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护；备用电源精品感谢下载载目录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 .43供电方案的确定 .63.1主接线方案原则 .63.2主接线方案设计 .63.3低压部分配电系统 .84.1变压器台数的选择 .104.2变压器容量的选择 .104.3变压器型号的选择 .104.4线路的选择 .115短路计算 .135.1短路故障的形式 .135.2短路电流的计算 .136高、低压设备的选择 .166.1设备选择的基本原则 .166.2高压设备的选择 .176.3低压设备的选择 .197继电保护 .217.1继电保护的意义及设置原

3、则 .217.2变压器的继电保护 .218变电所防雷与接地 .248.1变电所防雷保护的设计： .248.2变电所接地保护的设计： .24结论 .26致谢 .27参 考 文 献 .28附录 .29精品1 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

4、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

5、， 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。感谢下载载精品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

6、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 W / m 2 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

7、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1# 配电箱1 栋、2栋配电屏2# 配电箱3 栋、4栋2 号3 配电箱5 栋、6栋1 号配电屏4# 配电箱7 栋、8栋变压器3 号5# 配电箱9栋、10栋配电屏6# 配电箱11栋、 12栋4 号7# 配电箱13栋、 14栋配电屏8# 配电箱15栋、 16栋5 号9# 配电箱17栋、 18栋配电屏10# 配电箱19栋、 20栋2 号6 号11# 配电箱21栋、 22栋变压器配电屏12# 配电箱

8、23栋、 25栋7 号13# 配电箱24栋、 26栋感谢下载载精品配电屏-感谢下载载精品2.2供电负荷的计算负荷计算公式：有功计算负荷P30K d Pe无功计算负荷Q30P30 tan视在计算负荷P30S30cos计算电流S30I 303U n查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12 户时K d取值K d在 251000.6 ；户时 K d 取值 0.45 ；100200户时 K d 取值 0.35 ；大于 260户时 K d 取值 0.3 ；生活用电功率因数取值 cos0.85 ，则 tan0.62（ 1）小区总的负荷计算Pe(564540)66624kWP30K d Pe0.3 6627 1

9、987.2kWS30P301987.22337.8kVAcos0.85（ 2）单元的负荷计算Pe 12 1 672kWP30K d Pe0.67243.2kWS30P3043.250.8kVAcos0.85I 30S3050.873.3A3U n30.4（ 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Pe 12(3 4)6 504kWP30K d Pe0.45504226.8kWQ30P30 tan226.80.62140.3k var感谢下载载精品P30226.8S30266.8kVAcos0.85S30266.8I 30385.1A

10、3U n3 0.4 4# 、11# 配电箱单元数相同，负荷相同Pe12 (3 3)6 432kWP30K d Pe0.45 432 194.4kWQ30 P30 tan194.40.62 120.5k varS30P30194.4cos0.85228.7kVAI 30S30228.73U n3330.1A0.4 9# 、10# 、12# 、 13# 配电箱单元数相同，负荷相同Pe12 (4 4)6576kWP30K d Pe0.45576259.2kWQ30P30 tan259.20.62 160.7k varS30P30259.2304.9kVAcos0.85I 30S30304.9440.

11、1A3U n30.4经以上计算结果列出下表：表 2负荷计算的结果负荷容量有功负荷视在负荷计算电流负荷项目Pe kWP30 kWS30 kVAI30 A1 号1# 配电箱504226.8266.8385.1配电屏2# 配电箱504226.8266.8385.12 号3 配电箱504226.8266.8385.11 号配电屏4# 配电箱432194.4228.7330.1变压器3 号5# 配电箱504226.8266.8385.1配电屏6# 配电箱504226.8266.8385.14 号7# 配电箱432194.4228.7330.1感谢下载载精品配电屏8# 配电箱504226.8266.838

12、5.15 号9# 配电箱576259.2304.9440.1配电屏10# 配电576259.2304.9440.12 号箱变压器6 号11# 配电432194.4228.7330.1配电屏箱12# 配电576259.2304.9440.1箱7 号13# 配电576259.2304.9440.1配电屏箱-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，

13、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主接线方案设计感谢下载载精品图 1主接线方案感谢下载载精品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

14、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。感谢下载载精品图 3配电箱至单元部分感谢下载载精品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

15、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SN .T 应满足全部用电设备总计算负荷S30 的需要，即 SN. TS30(1) 装有两

16、台主变压器时每台变压器的容量 SN .T 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SN .T( 0.6 0.7)S30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SN .TS30( )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 S30 为2337.8kVA ， 选 用 两 个 主 变 压 器 的 容 量 SN .T(0.6 0.7) S30 ， 经 计 算 得SN .T1403 1637 kVA ，取 SN .T1600kVA4.3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

17、为SC9-1600/10 ，参数如下：感谢下载载精品表 3 SC9-1600/10 变压器参数型号额定电阻抗电压空载损耗负载损耗空载电连接组别压（ % ）（ W ）（ W ）流（ %）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 I a不小于相线上的计算电流I 30 ，即 I alI 30在计算导线的允许载流量时， 还要考虑温度

18、条件的影响， 计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：K'al0al0(1) 变电所进线电缆的选择经算得温度校正系数为'6018Kal0601.45al0401.45I alI 30 ，即 I alI 3092.31.4563.7 A1.45查表 9 得知：可选用标称截面为35mm2的油浸纸绝缘电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的 I al68 I3063.7A ，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 I 30 385.1A 4# 、11# 配电箱的计算电流 I 30

19、330.1A9# 、10# 、 12# 、13# 配电箱的计算电流 I 30 440.1A 经算得温度校正系数为感谢下载载精品K'al0al0901890301.1I 301.1I alI 30 ，即 I al1.1IIII 30385.1al11.1350 A1.1I30330.1al 2.11.1300A1I 30440.1al 31.1400 A1.1查表 9 得知：1# 、2# 、3# 、5# 、6# 、8# 配电箱可选用标称截面为 150 mm2 的 YJV 型电缆；4# 、11# 配电箱可选用标称截面为 120 mm2 的 YJV 型电缆； 9# 、 10# 、12# 、

20、13# 配电箱可选用标称截面为 185 mm2 的 YJV 型电缆。校验发热条件YJV 型电缆的 IYJV 型电缆的 IYJV 型电缆的 Ial 1371I 30350 A ，发热条件满足。al 2327I 30300A ，发热条件满足。al 3425I 30400A ，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K'al0al09018901.1301.1I alI 3073.3I 30 ，即 I al66.6 A1.11.1查表 9 得知：可选用标称截面为10 mm2的 YJV 型电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的 I al71

21、 I3066.6A ，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。感谢下载载精品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

22、Soc300MVA ，一般基准容量 Sd 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 Sd 100MVA，基准电压 U c110.5kV ， U c20.4kV 则：I d1Sd1005.5kA3U c1310.5I d 2Sd100144kA3U c230.4(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 X s*查资料得知 Soc300MVA ，因此X s*X SSd1000.33X dSoc300架空线路的电抗标幺值 XWL *查表得知电缆的 X 00.092/ km ，因此*XWLSd100X WLX dX 0 l U

23、c20.092 0.510.520.042变压器的电抗标幺值X t *查表可知 U k %6 ，因此感谢下载载精品X t*X TU k %Sd6 100 1033.75X d100SN100 1600由此可绘制出短路等效电路图：图 4 短路等效电路图(3) k 1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X * ( k 1)X s*X WL*0.330.0420.372三相短路电流周期分量有效值I k( 3)1XI d15.514.8kA* ( k 1)0.372其他三相短路电流I ''(3 )I (3)I k(3)114.8kAi sh(3)2.5514.

24、837.7kAI sh(3)1.5114.822.3kA三相短路容量( 3)Sd100Sk 1* ( k 1)268.8MVAX0.372(4) k 2 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X * ( k 2)X s*X WL*X t*0.330.0423.754.12三相短路电流周期分量有效值(3)I d 2144I k 2*35kAX(k 2)4.12其他三相短路电流I''(3)I(3)(3 )35kAI k 2感谢下载载精品ish(3)1.843564.4kAI sh(3)1.093538.2kA三相短路容量(3)Sd10024.3MVASk 2*

25、 ( k4.12X2)表 4短路计算结果I ' '(3) kAi sh(3)kAI sh(3) kASk(3) MVAk1 点14.837.722.3268.8k2 点3564.438.224.3感谢下载载精品6 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U N 不低于安装位置的额定电压UW .N ，即UNUW.N同时要求其额定电流I N 不低于实际通过设备的最大电流I max ，即I NI max(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。

26、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I t2t I 2 t ima供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流i sh(3) ，并承受相应的电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即imax ish(3)(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 I oc 一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流 I k(.3max)，或断流容量 Soc 一般应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量Sk(3.max) ，即I oc I ( 3) 或 SocS( 3)k . maxk . ma

27、x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：感谢下载载精品表 5设备初选及校验项目项目额定电压额定电流断流能力短路电流校验kVAkA 或 MVA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

28、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 :U NU W .N ， U W .N10kVU N10kV额定电流 :SN .T1600I N I1N.T ， I1N.T92.3A3U N3 10IN93A感谢下载载精品(2) 稳定条件：冲击电流 i max i sh(3)， i sh(3)2.5514.837.7kA ，即i max37.7kA热稳定

29、 I t2t I 2 t ima ， I 2 tima14.82(0.50.2)153.3kA 2 s ，即I t2 t153kA 2 s(3)断流能力：断流容量(3)( 3)Sd100，即SocSk. max， Sk 1X * ( k 1) 0.372268.8MVASoc269MVA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 SN10 10I/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短路电流校验校验额定电压额定电流开断电流项目kVA

30、动稳定热稳定结果kAkAkA 2s少油断路器10630 9316 14.840 37.71024 153满足SN10-10 /630条件隔离开关10400 9337.7980 153满足40GN8-10T/400条件电流互感器10200 9337.75625 满足45LQJ-10-200/5A153条件电压互感器10满足JDZ-10Q条件熔断器10150 138.15.5 14.满足RN1-1058条件（表示无需要校验项目）感谢下载载精品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 U NUW.N ，U W.N0.4kV ，即U N0.4kV额定电流 I NI 2N

31、.T ， I 2N.TS3016002309A ，即3U N3 0.4I N2309A(2) 稳定条件：冲击电流 i maxi sh(3)， i sh(3)1.84 35 64.4kA ，即i max64.4kA热稳定 I t2t I 2 t ima ， I 2 tima352(0.50.2)857.5kA2 s，即I t2t858kA2 s(3) 断流能力：断流容量Soc(3)( 3)Sd100，即Sk. max ， Sk 2X*24.3MVA(k 2 )4.12Soc25MVA根据以上标准选择如下低压设备： 断路器 DW15-2500、刀开关 HD18-2500感谢下载载精品表 7低压电器校验的结果短路电流校验校验额定电压额定电流开断电流项目kVA动稳定热稳定结果kAkAkA 2s断路器0.42500 23060 3565 64.43600 858满足DW15-25009条件刀开关0.42500 23064.42500 858满足105HD18-25009条件（表示无需