高层住宅供配电设计

1、 工厂供电课程设计目录一、负荷计算和无功功率计算 3、无功功率补偿4、年耗电量的估算二、变电所位置和形式的选择三、变电所主变压器台数和容量的选择 1、变电所主变压器台数的选择 2、变电所主变压器容量选择四、变电所主接线方案的选择 五、短路电流的计算 2、短路电流的计算3、确定基准值4、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值5、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容6、计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量六、变电所一次设备的选择1、导线机截面选择的基本理论2、变电所高压一次设备的选择 七、变电所继电保护的设计1、变压器继电保护2、变压器的瓦斯保护 八、防雷和接

2、地装置的确定 1、防雷基本理论2、防雷装置的确定3、接地基本理论4、接地装置的确定一 负荷计算和无功功率计算负荷名称选用电缆型号规格1-6F住宅电源1680.80.9227YFD-YJV-4(1*95)+PE(1*50)7-12F住宅电源1680.80.9227YFD-YJV-4(1*95)+PE(1*50)13-18F住宅电源1680.80.9227YFD-YJV-4(1*95)+PE(1*50)消防电梯常用电源及辅助设备1410.830.4NH-W-4*16+E16普通电梯常用电源及辅助设备1410.830.4ZR-W-4*16+E16生活泵5.510.811W-4*4+E4消防泵2210

3、.842NH-W-4*25+E16公用照明常用电源710.813ZR-W-4*6+E6人防照明510.810YJV-4*6+E6人防动力710.813NHYJV-4*6+E6高层各楼层负荷统计资料在负荷计算时，采用需要系数法对各个楼层进行计算。1、1-6F 2、7-12F住宅 3、13-18F住宅 4、消防电梯及辅助设备： 5、普通电梯及辅助设备： 6、消防泵 7、生活泵 8、公用照明常用电源： 9、人防照明： 10、人防动力 取本住宅同时系数： 则全楼计算负荷为： 3、无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： 这时低压侧的功率因数为： 为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补

4、偿后的功率因数应高于0.90，取： 。要使低压侧的功率因数由0.88提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为： 取:则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：计算电流变压器的功率损耗为： 变电所高压侧的计算负荷为：补偿后的功率因数为： 满足（大于0.90）的要求。4、年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本住宅：年有功耗电量：年无功耗电量： 二、变电所位置和形式的选择由于本住宅有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进

5、线，一路经6kV公共电源干线架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻近高压联络线。变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据变电所位置和形式的选择规定及GB500531994的规定，结合本住宅的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。三、变电所主变压器台数和容量的选择1、变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。2、变电所主变压器容量选择每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：1）任一台

6、变压器单独运行时，宜满足：2）任一台变压器单独运行时，应满足：。考虑到本住宅的实际情况，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取=1000 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。型号：SC3-1000/10 ，其主要技术指如下表所示：变压器型号额定容量/额定电压/kV联 结 组型 号损耗/kW空载电流%短路阻抗%高压低压空载负载SC3-1000/10100010.50.4Dyn112.457.451.36 四、变电所主接线方案的选择方案：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障

7、时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他

8、两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。根据所选的接线方式，其主接线图如下： 五、短路电流的计算2、短路电流的计算本住宅的供电系统简图如下图所示。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。3、确定基准值取，所以：4、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： 2) 因电线的型号是LGJ-240：查手册得，因此： 3) 电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此： 可绘得短路等

9、效电路图如下图所示。5、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：6、计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值：3) 其他三相短路电流： 三相短路容量： 这样，短路电流的计算就完成了。六、变电所一次设备的选择1、导线机截面选择的基本理论为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件:1）发热条件导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，

10、不应超过其正常运行时的最高允许温度。2）电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3）经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。10KV及以下线路，通常不按此原则选择。4）机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对

11、于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再发热条件和机械强度进行校验。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。 高压一次设备选取原则：根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。选取2、变电所高压一次设备的选择高压断路器： ZN6-10 高压熔断器：R

12、N2-10/0.5 -50 电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10 接地开关：JN-3-10/25绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：（户内支柱绝缘子）从高压配电柜引出的6kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号： YJV-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度。 七、变电所继电保护的设计继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本设计高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装

13、置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。1、变压器继电保护变电所内装有一台10/0.4KV1000KV*A的变压器。低压母线侧三相短路电流为，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电

14、器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。1)过电流保护动作电流的整定： ，故其动作电流：动作电流整定为9A。2)过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为。3)电流速断保护速断电流倍数整定取 ，故其速断电流为： 因此速断电流倍数整定为： 2、变压器的瓦斯保护瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB5006292规定，800KVA及以上的一般油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内

15、产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器）

16、，同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。八、防雷和接地装置的确定1、防雷基本理论1）架空线路的防雷措施*架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。*提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防

17、雷的基本措施。*利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。*装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。*个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路

18、中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。2）变配电所的防雷措施*装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。*高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳

19、相联后接地。*低压侧装设避雷器 这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。2、防雷装置的确定1）直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径的圆钢；引下线采用直径的圆钢；接地体采用三根2.5m长的的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。2)雷电侵入波保护由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用

20、阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。3、接地基本理论电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称

21、为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。4、接地装置的确定接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为，厚度为。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE根据经验公式： 其中：为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。则： =4.67所以，变电所的接地电阻应选为5。

22、 众所周知，住宅是每一个人都离不开的物件。即使房价跳的再高，飞的再快，喜欢安家立业的中国人都会想尽办法得道一套属于自己的住房。所以，对于学习电气的我们，住宅绝对是一个恒古不变的主题。在设计之初，对于负荷的确立以及需要系数的选取，真的是无从下手。随着人民生活水平的日益提高，越来越多的用电设备被安装于也住宅中。对于一家住户会安装多少负载，以至于需要配电多少，我是完全的没有概念。好在现今社会是为信息时代，一切的情报资源都可以从网络获得，由此，才使我的工作有了第一步的落脚点。从网络得知，目前,住宅楼的负荷计算大多是采用单位指标法,即以户为单位进行计算，根据住宅的不同类别,提出每户的用电负荷量.住宅设计

23、规范(GB50096-99)提出了我国各类住宅的用电负荷标准和电表规格，见下表： 住宅用电负荷标准及电表规格 表12-4类型用电负荷标准(kW)电度表规格（A）类型用电负荷标准（kW）电度表规格（A）一 类二 类2.52.55（20）5（20）三 类四 类4.04.010（40）10（40）在进行住宅楼的供配电设计时，应结合当地的实际情况和住宅楼类别，选用适当的每户负荷量.近年来,供电部门正在加紧对城市低压电网和广大农村地区的低压电网进行改造.这一工程的实施,将使城乡部分居民住宅用电量进一步上升,上述每户负荷量有可能增加到 6.08.0kW/P以上。计算住宅楼配电干线上的计算负荷时,还应考虑各

24、户用电的同时系数,同时系数的大小取决于住宅户数的多少于是，在负荷得以确定之后，便出现了另一个问题需要系数的选取需要系数是在一定的条件下，根据统计方法得出的，它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数，即需要系数。显然，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数均不相同。幸运的是，运用网络的便捷，找到了一条经验准则：住宅需要系数选取方法为：“20户以下，取0.6以上；2050户，取0.50.6；50100户，取0.40.5；100户以上,取0.4以下”。从上述规则可以看出，当用电设备组

25、内的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。当然，使用这个方法有一定的缺陷，不足之处还是十分明显的：(1)不确定性过强。如95户、200户时，值分别应为多大？我们无从得知。无法找到确切有效的值。(2)可能导致反常结果。例如，按上述方法，95户、100户时,值分别可取0.43、0.4（显然符合上述规则），每户安装功率我们假定为6，那么95户时的（30）=9560.43=245.1,而100户时的（30）=10060.4=240。即95户计算功率反而大于100户计算功率，这显然是不合事实的，而其根源就在于需要系数的不确性。也就是说，在实际工程中应根据具体情况取一个恰当的值进行负荷计

26、算。但是，这个值只是我们凭借经验得道，或者猜测的。在我们小组的课题中，是18F的高层住宅，为了需要系数K的取值方便，假定了每层只有两家住户且都是小功率用户，不会同时使用若干大功率电器，即不会同时开着空调及洗衣机。于是需要系数K便取值0.8。当必要的数据确定了之后，便是枯燥、繁琐、无味的计算了，这部分就不用提了吧。总之，经过自己动手学习、设计了这套电路，了解到，配电这项工作，绝对是靠“经验之谈”的，能量的供给只能经过一次又一次的实践、改进，别无他法。第二部分心得因本设计中有重要的二级负荷，进线方式采用了二路进线；变压器的台数也选择两台，当一台出现故障时，另一台可以接替工作，这样，就可以保障供电的

27、质量以及安全性；变电所主接线方案选择但母线分段方式，以保障供电持续正常。 主接线图基本框架是35kV单母线分段，分别带两主变压器为10kV， 10kV段也是单母分段，所有馈电出线直接挂在两段10kV母线上。补偿电容器柜每段母线上挂一个。 变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是变压器的主要参数。选择变压器容量的时要调查用电地方的电源电压，用户的实际用电负荷和所在地方的条件，然后参照变压器铭牌标示的技术数据逐一选择，一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件综合考虑，其中容量选择根据用户用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负

28、荷为变压器额定容量的7590%左右。运行中如实测出变压器实际承受负荷小于50%时，应更换小容量变压器，如大于变压器额定容量应立即更换大变压器。同时，在选择变压器根据线路电源决定变压器的初级线圈电压值，根据用电设备选择次级线圈的电压值，最好选为低压三相四线制供电。这样可同时提供动力用电和照明用电。本设计中，变压器选的是1000kva的容量，主要因为留有一定的余量，因为在未来，对于用电设备的增加，这样也会导致负荷的增加，特别是一些大功率用电设备的添置。高层住宅比较复杂，所以设立独立变电所，为10kv的等级。相应配设高压和低压配电柜以及变电所内相应设备，可能还要用到稳压器。同时，设立应急电源的话，就

29、需要备用的变压器或柴油发电机，以及电源自动切换装置。也可能使用环网柜，将住宅楼用电接成环网，设计和施工较复杂，成本也很高。不过环网系统很可靠，所以现下很多高档小区都使用这种结构。其余的就是些小设备了，大楼里用的各种各样的电器（高楼顶的指示灯，楼内的照明、应急灯，开关,电梯），通讯设备，警卫系统等。因为是高层住宅，可能还要有一些应急电源，供应急照明用。一般情况下配电设备都应加装无功补偿装置。在住宅楼里，单相负荷相对较多，且产生谐波的用电器如电脑、空调、节能灯、电视机、变频冰箱等，虽然单休功率小，由于数量庞大，其产生的谐波不容忽视，做无功补偿时小心谐振及谐波放大的问题。另外，由于上述的用电器大多能

30、产生3及3的倍数次谐波，会使变压器的中性线上电流大增：如果觉得三相负荷分配的充分平均，而中线电流还是异常的大，就是3及3的倍数次谐波电流在作怪，就要考虑滤除三次谐波电流了。在配线方面要注意的是：中性线的截面积要足够的大。 第三部分心得在工厂供电设计中，短路电流计算是个重要的环节。其计算的目的主要有以下几个方面：1、电气主接线的比较；2、选择导体和电器；3、在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离；4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据；5、接地装置的设计，也需要用短路电流；对于短路电流的计算，我觉得其过程还是有点复杂的，如果对于计

31、算过程不太熟悉的话，不对照例题还是很难解决问题的，并且需要通过查表获取一些必要的数据，做题时要一步一步对应着做，不然可能会一下乱了思路。对我而言，这部分计算还是有些陌生的，需要先看下课本并且熟读例题才能较好的完成计算。做题中要注意的是先要熟悉公式，这是基本，还有像Uc（短路点的计算电压）有我国电压标准的一系列数值，不能随意用自己的数值代替。然后开始计算，查表是一定要会的，要明确所有表中各个量的含义，利用公式算出所要的答案，同时计算中要注意阻抗变换。欧姆法和标幺制法都是类似的做法，而低压电网的短路计算就相对繁琐一点，需要查许多表，还要会看计算电路图，计算中不能图方便略去一些低压母线等的阻抗，会造成误差。对于三相、两相、单相电路短路电流计算三者的区别也要知晓一下。高压一次设备的选择，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。其一般原则是：1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发