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：负荷统

2、计；变压器选择；短路计算；继电保护；备用电源目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 引言1 HYPERLINK l bookmark6 负荷计算2 HYPERLINK l bookmark8 供电负荷的分析2供电负荷的计算3 HYPERLINK l bookmark50 供电方案的确定5 HYPERLINK l bookmark52 主接线方案原则5 HYPERLINK l bookmark54 主接线方案设计5 HYPERLINK l bookmark56 低压部分配电系统6 HYPERLINK l bookmark70 变压器台数的选择8 HYPERLI

3、NK l bookmark72 变压器容量的选择8 HYPERLINK l bookmark82 变压器型号的选择8 HYPERLINK l bookmark84 线路的选择9 HYPERLINK l bookmark116 短路计算11 HYPERLINK l bookmark118 短路故障的形式11 HYPERLINK l bookmark120 短路电流的计算11 HYPERLINK l bookmark188 高、低压设备的选择14 HYPERLINK l bookmark190 设备选择的基本原则14 HYPERLINK l bookmark198 高压设备的选择15 HYPERL

4、INK l bookmark216 低压设备的选择16 HYPERLINK l bookmark250 继电保护19 HYPERLINK l bookmark252 继电保护的意义及设置原则19 HYPERLINK l bookmark254 变压器的继电保护19 HYPERLINK l bookmark260 变电所防雷与接地22 HYPERLINK l bookmark262 8.1变电所防雷保护的设计：22 HYPERLINK l bookmark264 变电所接地保护的设计：22结论24致谢25参考文献26 HYPERLINK l bookmark280 附录27 1引言研究意义：近几

5、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

6、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：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。可靠性需要满足小区正常用电的电力负荷。灵活性需要

7、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。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50W/m2的建筑面积标

8、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扌东、6扌东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

9、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P30二KPde无功计算负荷Q二Ptanp3030视在计算负荷PS3030cosp30Sn计算电流查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时K取值0.6；K在25100dd户时K取值0.45；100200户时K取值0.35；大于260户时K取值0.3；生活ddd用电功率因数取值cosp=0.85，则tan申=0.62小区总的负荷计算P

10、二(564+540)x6二6624kWeP二KP=0.3x6627二1987.2kW30deP1987.2S=二二2337.8kVA30cosp0.85单元的负荷计算P二12x1x6二72kWeP=KP=0.6x72二43.2kW30deP43.2S=50.8kVA30cosp0.85303）配电箱的负荷计算：S30v；3Un50.8v3x0.4二73.3A1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱单元数相同，负荷相同P二12x(3+4)x6二504kWeP二KP二0.45x504二226.8kW30deQ=Ptan226.8x0.62=140.3kvar3030S30P30-cosp2268二

11、266.8kVA0.85S266.8I二二二385.1A30v3Uv3x0.4n4#、11#配电箱单元数相同，负荷相同P二12x(3+3)x6二432kWeP二KP二0.45x432二194.4kW30deQ=Ptan申=194.4x0.62=120.5kvar3030P194.4S二亠二二228.7kVA30cos申0.8530S30v3Un228.7v3x0.4二330.1A9#、10#、12#、13#配电箱单元数相同，负荷相同P二12x(4+4)x6二576kWeP二KP二0.45x576二259.2kW30deQ=Ptan申=259.2x0.62=160.7kvarTOC o 1-5

12、h z3030P259.2S二亠二二304.9kVA30cos申0.85S二一3030-S30N.T30装有两台主变压器时每台变压器的容量S应同时满足下列两个条件：N.T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S二(0.60.7)SN.T30当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足所有的I、11级负荷，即SSN.T30(1+口)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S为302337.8kVA，选用两个主变压器的容量S二(0.60.7)S，经计算得N.T30S二14031637kVA，取S二1600kVAN.TN.T变压器型号的选择根据以上对变压器

13、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3SC9-1600/10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SC9-1600/1010kV61980108500.7Dyn11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不小于相线上的计算电流I，即IIa30al30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

14、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.0-0=a00-0al.60-1860-40=1.45I92.31.451I，即I-=63.7Aal30al1.451.45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二68I二63.7A，发热条件满足。al30校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。配电箱电缆的选择1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流I二385.1A304#、11#配电箱的计算电流I=330.1A309#、10#、12#、13#配电箱的计算电流I二440.1A30经算得温度校正系数为TOC o 1-5

15、h z HYPERLINK l bookmark96 ；0-090-K=a0=1.100-090-301al0I1.1II，即IT0al30al1.1n仁=3851=350Aal11.11.1n4=3301=300Aal21.11.1n:=兰01=400Aal31.11.1查表9得知：1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱可选用标称截面为150mm2的YJV型电缆；4#、11#配电箱可选用标称截面为120mm2的YJV型电缆；9#、10#、12#、13#配电箱可选用标称截面为185mm2的YJV型电缆。校验发热条件YJV型电缆的I二371nI二350A，发热条件满足。TOC o 1-5 h

16、zal130YJV型电缆的I二327nI二300A，发热条件满足。al230YJV型电缆的I二425nI二400A，发热条件满足。al330校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。单元电缆的选择经算得温度校正系数为：90-18=1.1：9-9al0TOC o 1-5 h z9-990-301al0I73.31.1InI，即In-066.6A HYPERLINK l bookmark106 al30al1.11.1查表9得知：可选用标称截面为10mm2的YJV型电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的I71nI66.6A，发热条件满足。al30校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。短路计算短路故

17、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。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S二300MVA，一般基准容量S数值为100MVA，下面是采用标幺制法进行短ocd路电流的计算过程：(1)确定基本值U二0.4kV贝V：c2

18、取基准容量S=100MVA，基准电压U二10.5kV，dc1_Sd1_訂Ucl100v3x10.5二5.5kAd2100UNW.N同时要求其额定电流I不低于实际通过设备的最大电流I，即NmaxIINmax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I2tI2ttgima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，并承受相应的sh电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即ii(3)maxsh根据断流能力的选择供电设备熔断器、断路器等开

19、关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断电流I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S一般ock.maxoc应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量S，即II(3)或SSk3maxocock.maxk.max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OOOOO熔断器OOO负荷开关OOOOO隔离开关OOOO限流电抗器OOOO电流互感器OOOO电压互感器O支柱绝缘子OO套管绝缘子OOOO母线OOO电缆O

20、OO设备校验项目（O表示需要校验项目一表示无需要校验项目）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:UU,U=10kVNW.NW.NU10kVNSNT16

21、00额定电流:II_N1NTIN.T.訂U93AN稳定条件：冲击电流ii，i二2.55x14.8二37.7kA，即maxshshi37.7kAmax热稳定121121,121二14.82X(0.5+0.2)二153.3kA2s，即tgimagimaI2t153kA2st断流能力：断流容量SS，S=d=268.8MVA，即ock.maxk-1X*0.372工(k-1)S269MVAoc根据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜GGIA-IOQ(F)、少油断路器SN1O101/630、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

22、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短路电流校验校验结果动稳定kA热稳定kA2s少油断路器10630931614.84037.71024153满足SN10-10I/630条件隔离开关10400934037.7980153满足GN8-10T/400条件电流互感器10200934537.75625153满足LQJ-10-200/5A条件电压互感器10满足JDZ-10Q条件熔断器10150138.515.514.8满足RN1-10条件表示无需要校验项目)低压设备的选择U=0.4kV，即W.N0.4kV变压器至母线间的选择标准：额定参数：额定电压UU，NW.NUN额定电流II，N

23、2N.T(2)稳定条件：冲击电流imax热稳定121121，tgimaS1600二_30二二2309A，即2NTa/3U2309ANi，i二1.84x35二64.4kA，即shi64.4kAmax=352x(0.5+0.2)=857.5kA2s，即I2tgimashI2t858kA2st(3)断流能力：断流容量SS(3)ock.maxS(3)k-2S=dX*工(k-2)=器=24.3mva，即S25MVAoc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短路电流校验校验结果动稳定kA热稳定kA2s断路

24、器0.42500230960356564.43600858满足DW15-2500条件刀开关0.42500230910564.42500858满足HD18-2500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I分别为770.2A、715.2A、770.2A、770.2A、30880.2A、770.2A、440.1A1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流I为385.1A；4#、11#配电箱的30计算电流I为330.1A；9#、10#、12#、13#配电箱的计算电流I为440.1A3030楼栋各单元的计算电流I为73.3A30根据以上标准选择如

25、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DZX10-100/80i i 继电保护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

26、：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。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。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。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。灵敏性继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故

27、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。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回。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。变压

28、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I二KreiKwI，K为保护线系opKKL.maxwrei数，取值为1;K为可靠系数，取值1.2；K为继电器的返回系数，取值0.85；relreK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At，取值0.5秒。变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算:1.5KI(2)S=w_k*mpKIiop其中I为变压器二次侧发生最小两相短路的电流。k-min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

29、要不小于变压器二次侧母线最大三相短路的电流I(3)，即k-maxKKI=relwI(3)qbKk-maxi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I(2)进行k-min校验2KI(2)wkminKIiqb过电流保护及速断保护的计算(1)过电流保护电流的整定200=40=1.51=1.5xT00=138.6AL.max1N丁动作电流KK=relopKKrei1.2x1WI=x138.6=4.9AL.max0.85x40选DL-11/10电流继电器，动作电流整定为5A动作时间的整定t=t+At=0+0.5=0.5s12过流保护的灵敏性校验KI(2)S=w_k-minpKIiop1x

30、0.866x35x103x0410=6.11.540 x5满足要求(2)速断保护电路的整定KKI=relwI(3)qbKk-max=12x1x35x103x04=42A4010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： KI(2)w_kminKI1x0.866x14.8x1037.12iqb满足要求。40 x458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

31、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

32、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Rq匕El（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RR=EnnE式中，耳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1之比E及管子数n去查。由于该表所列耳未计及管子之间连

33、接扁钢的屏蔽作用，所以E实际的耳略高于表中的数据，由此计算所得的R也略微偏高，这样便能更好的EE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。