1号教学楼供配电系统设计

....................建筑供配电与照明课程设计设计容：1号教学楼供配电系统设计摘要：随着信息技术的发展，国民经济对数字化城市、绿色与智能建筑的要求越来越高，现代化和电气化的高层、高级、密集大型建筑群普遍兴建。设备电量增大，高电压、大容量的变电站建立在用电负荷中心，建筑电气围不断扩大。本设计就是一号教学楼的供配电系统设计，容包括负荷计算、无功功率补偿、导线与截面的选择、变电所、继电保护、照明、防雷与接地等。这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性及经济性。通过对主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计较为详细地完成了电力系统的设计。关键词：供配电系统设计；照明设计；防雷与接地设计Abstract：Withthedevelopmentofinformationtechnology,thedemandofnationaleconomyfordigitalcity,greenandintelligentbuildingishigherandhigher,andmodern,electrification,high-rise,high-level,denselargebuildinggroupsaregenerallybuilt.Withtheincreaseofequipmentcapacity,thesubstationwithhighvoltageandlargecapacityisbuiltonthepowerloadcenter,andtheelectricalrangeofbuildingisexpanding.ThisdesignisthedesignofpowersupplyanddistributionsystemforNo.1teachingbuilding,whichincludesloadcalculation,reactivepowercompensation,conductorandcrosssectionselection,substation,relayprotection,lighting,lightningprotectionandgrounding.Thedesignmusttakeintoaccountthesafety,reliabilityandeconomyofthepowersupplysystem.Throughthedesignofthemainthecalculationofshort-circuitcurrent,thedeterminationofthetypeandparametersofthemainelectricalequipment,thedynamicandthermalstabilitycalibrationoftheelectricalequipment,thedesignofreactivecompensation,thedesignoflightningprotectionandover-voltageprotectiondevice,thedesignofthepowersystemiscompletedindetail.Keywords:powersupplyanddistributionsystemdesign;lightingdesign;lightningprotectionandgroundingdesign目录TOC\o"1-2"\h\z\u前言 1第1章概述 2工程概述 2高层民用建筑的特点 2建筑电气设计的组成 2建筑电气设计中的原则 3研究现状 3第2章供配电系统设计 4负荷等级 5各级负荷的供电措施 5配电系统的原则 5本高层教学楼的负荷分级与供电措施 6第3章负荷计算 6负荷计算的方法 6本高层教学楼的负荷计算 10变压器负荷计算 14第4章无功功率补偿 18提高自然功率因数的方法 18人工补偿改善功率因数的方法 18无功补偿容量的计算 19第5章配电变压器的选择 21配电变压器的选择原则 21配电变压器数量的确定 21配变电所主变压器容量选择 22第6章配变电所位置和形式的选择 23变电所所址选择 23变电所的类型 23第7章10kV变电所主接线设计规划 24电气主接线的基本要求 25电气主接线的基本形式 25电气主接线方案设计 26第8章短路计算 28产生短路的原因 28短路电流的危害 28短路计算的目的 28短路电流计算 29第9章电气设备选型与检验 32高压断路器的选择与校验 33隔离开关的选择与校验 34互感器的选择和校验 35第10章继电保护 38继电保护的任务与要求 38变压器保护 40继电保护电流的计算 42第11章防雷与接地系统设计 44建筑物防雷等级确定 44建筑物的防雷保护措施 44接地安全设计 45结论 48致 49参考文献 50前言建筑供配电系统设计是整个建筑设计的重要组成部分，供配电设计的质量直接影响到建筑的功能及其发展。建筑供配电设计必须根据上级有关部门的文件、建设单位的设计要求和工艺设备要求进行。建筑供配电设计必须贯彻国家有关工程建设的政策和法规，依据现行的国家标准及设计规等，遵守对行业、部门和地区的有关规程及特殊规定，并考虑工程规模、特点及发展规划。现代社会的信息化和网络化都是建立在电气化的基础之上的。做好供配电工与长远的关系、既要照顾局部和当前的利益，也要顾全全局和长远的利益。建筑供配电设计的容主要包括供配电线路设计、变配电所设计、电力设计、电气照明设计、建筑物的防雷及接地以及电气信号与自动控制等，本设计主要设计是变配电所的设计、电气照明设计以及建筑物的防雷和接地。第1章概述工程概述本次设计的对象——高层教学楼，是个集教学与办公为一体的教学楼，建筑面21000300014个教室、61122的基础上增加了两个教师休息室。三层则为教室和办公室、21能厅。四到六层为标准层，由教室、办公室、绘图教室组成。一到六层每层面积约30001800高层民用建筑的特点110KV35KV市公用变压器低压供电；2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；4、高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。建筑电气设计的组成建筑电气设计是现代高层建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。强电部分的设计包括低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。而弱电部分包括有线电视及卫星电视系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报警与消防联动系统还有综合布线系统，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。建筑电气设计中的原则1、满足建筑物的使用功能。即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。2、考虑实际经济效益。节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间用节能减少下来的运行费用进行回收。3、节省无谓消耗的能量。节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。研究现状建筑行业是我国国民经济名副其实的对未来产生巨大效益的支柱产业之一，现阶段，教学楼供电系统设计有标准的明文规定、有科技期刊作为依托，且有科研场所进行深入探讨，还积极组织开展与国外的技术交流活动。建筑行业与科学技术的不断结合，渐渐建立了相关的学术机构，通过交流沟通建筑电气技术中的新技术新思想，建筑电气的发展日新月异、突飞猛进，已经前进了一大步。相关设计规程、设计规的陆续编制，有利于建筑供电系统设计的依照遵循，建筑电气走向更加合理化迈出了最有力的步伐，也促进了我国建筑行业健康有序的发展。建筑电气技术实现了跨越式的蓬勃发展。教学楼供电系统发展前景如下：由于用电负荷越来越大，密度也高，为保证升压质量，减少电能损耗，高压电源将直接深入到高层建筑，中压配电将深入楼层；简化主接线，电源侧的进线根据系统的需要选用隔离开关，中压配电系统采用负荷开关和熔断器，实现安全可靠经济的要求；研究制造有利于建筑供电系统所需要的可靠、安全、优质等性能的电气设备；用电负荷大，设备种类多且分散，垂直供电的高度差大，一级负荷、二级负荷多，对供电系统的要求提高，电气系统繁复杂随着建筑电气行业惊人的速度的增长，许许多多国际知名的建筑电气企业先后入驻中国，使整个行业和中国市场的发展与竞争增添了更大的挑战。第2章供配电系统设计负荷等级民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。在本设计高层教学楼中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。各级负荷的供电措施各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。1、一级负荷用户和设备的供电措施一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。2、二级负荷用户和设备的供电措施二级负荷的供电系统应做到当电力变压器EPS备处自动切换。3、三级负荷用户和设备的供电措施三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。配电系统的原则配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。配电系统以三级保护为应有不同支路的线路供电。在供电线路中，如果安装有冲击负荷大的用电设备，应有单独支路供电。对于容量较大的用电设备（10千瓦以上），应有单独支路供电。在三相供电线路中，单相用电设备应均匀地分配到三相线路，应尽可能做到三相平衡。由单相负荷分配不均匀所引起的中性线电流，不得超过额定电流的25﹪；每一相的电流在满载时不得超过额定电流值。在配电系统中的配电屏、箱应留有适当的备用回路。选择导线截面也应适当留有余量。本高层教学楼的负荷分级与供电措施本工程为一高层教学楼，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它照明用电为三级负荷。第3章负荷计算负荷计算的方法1、方法这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。单位面积功率法、单位指标法。一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；对于住宅，在设计功率法大致估算本工程的计算负荷，然后再用需要系数法进行进一步计算。2、设备容量的计算在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行下列处理再相加：①单台设备的设备容量一般取其名牌上的额定容量或额定功率。②连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是轴输出有功功率，未计入电动机本身的损耗。③短时工作电机，需考虑使用系数。④照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。低压卤钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗。⑤成组用电设备的设备容量不包括备用设备。⑥消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。3、计算容量的计算①方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如下表。表3-1各类建筑物的用电指标建筑类别用电指标（W/m2）建筑类别用电指标（W/m2）公寓30~50医院40~70旅馆40~70高等学校20~40办公40~80中小学12~20商业一般：40~80大中型：70~130展览馆50~80体育40~70演播室250~500剧场50~80汽车库8~15②工图阶段采用需要系数法。计算容量（计算负荷、有功功率）：式中：P

——计算容量（kW）；

KPx ejsKxPe视在容量（视在功率）：无功负荷（无功功率）：

S Pjs

/cos(kVA)S2S2P2js jsjs或Q Pjs js

tg.. ..单相负荷均衡的分配到三相上。10%算，否则按三相对称负荷计算。同类设备的计算容量，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根。S P2Q2(kVA)js js js表3-2需要系数及功率因数表负荷名称 规模（台数

需要系数X面积<500m20.9~1X面积<500m20.9~1500~3000m20.7~0.9照明3000~15000m20.55~0.75>15000m20.4~0.6商场照明0.7~0.9冷冻机房1~3台0.7~0.9锅炉房>3台0.7~0.9

功率因数（ 备注）0.90.8~0.85

含插座容量，荧光灯就地补偿或采用电子镇流器热力站、水泵房、通风机

1~5>5台

0.8~10.6~0.8

0.8~0.850.7（直流电梯 0.18~0.22 梯）0.8（交.. .. .... ..梯）洗衣房厨房

100kW>100kW4~10

0.4~0.50.3~0.40.6~0.8

0.8~0.9窗式空调 10~50台50台以

0.4~0.60.3~0.4

0.8舞台照明

<200kW

0.6~1

0.9~1>200kW 0.4~0.6注：1、一般动力设备为3台及以下时，需要系数取为 =1。2、大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。插座容量的比例大时，需要系数的选择可以偏小些。3、计算电流的计算①380/220V三相平衡负荷的计算电流:I Pjs js

/e

cosPjs

/0.658cos1.52Pjs

/cos(A)式中 ——三相设备的额定电压, =0.38kV。②220V单相负荷的计算电流：Ijsd

P/Ujs

cosPjs

/0.22cos4.55Pjs

/cos(A)③电力变压器低压侧的额定电流：I Sjs et

/et

S/0.6931.44Set et式中：S---变压器的额定容量( )；et---变压器低压侧的额定电压，本高层教学楼的负荷计算.. .. ..

=0.4kV。.. ..1、举例说明负荷计算（以地下室为例）（1）动力负荷计算1）各类水泵、风机本设计地下室包括消防栓泵（主、备， =22kW）、喷淋泵（主、备，=18.5kW）、生活水泵（主、备， =25kW）、排烟风机（主、备， =11kW）以上各设备 取0.8， =0.8，tan =0.75，U=0.38。N由公式得：各类水泵、风机的总负荷为2）空调 取0.8， =0.8，tan =0.75，U=0.38。N全楼设中央空调动力总负荷为.. .. .... ..（2）照明负荷计算1）方案设计阶段确定照明及插座的计算容量，采用单位指标法进行计算地下一层的建筑面积约为1000㎡，用电指标取14.4W/㎡6=1000×14.4=14.4kW2）施工图阶段采用需要系数法14.4kW因此在需要系数法下，地下室照明：地下室总计算负荷：2、全楼总负荷计算该高层教学楼的总负荷计算见表3-3表3-3高层教学办公楼负荷计算表设序号 楼层及设备组名称 容KW

KX tan PKW

QjsKVAR

计算负荷S Ijs jsKVA A.. .. ......................泵、风机76.5泵、风机76.50.80.7561.245.976.5116.28空调1500.80.7512090150228照明14.40.850.6212.247.614.421.9小计193.44143.5K174.1129.15244.8消防中心2010.7520152538照明460.850.6239.124.245.9869.92小计59.139.2NO.1 下室NO.2

一层弱电机房810.75861015.2弱电机房810.75861015.2照明460.850.6239.124.245.9869.92小计47.130.2

53.19

35.28

63.83NO.3

二层三层照明460.850.6239.124.245.9869.92三层照明460.850.6239.124.245.9869.92四层照明460.850.6239.124.245.9869.92五层照明460.850.6239.124.245.9869.92六层照明460.850.6239.124.245.9869.92七层照明230.850.6219.5512.1212334.96小计175.95108.92

42.39

27.18

50.38三到NO.4七层K158.3698.028186.23NO.5电梯4010.7520152538变压器负荷计算1、1#号变压器各项负荷数据如表3-4所示，负荷计算如下：照明设备：P30*240*115*5120*1295kWePk*P30 d e

0.70*295206.5kWQ P30 30

*tan206.5*0.75154.875kvarP2QP2Q230 30303030

206.52206.52154.8752

258.125kVA计算机部分：

I 392.18A3*0.38303*0.38NPk*P30 d e

0.8*2*240384kWQ P30 30

*tan384*0.75288kvarP2QP2Q230 303030303*0.38

384238422882

480kVA进风机部分：

I 30Pk

729.28AN*P0.7*7.55.25kW30 d eQ P30 30

*tan5.25*0.623.255kvarP2QP2Q230 3030S

5.2525.2523.2552

6.18kVA303*0.38I 9.39303*0.3830N1#号变压器最后总的计算负荷：P0.85*(206.53845.25)506.39kWcQ0.85*(154.8752883.255)379.21kvar506.392506.392P2Q2P2Q2c ccS

632.64

632.64kVAc3U3*0.38I 961.20c3U3*0.38cN设备功率1#号变压器kcos设备功率1#号变压器kcostan数目dkW302照明设备400.700.800.7511551201计算机2400.800.800.752进风机7.50.700.850.6212、2#号变压器各项负荷数据如表3-5所示，负荷计算如下：照明设备： Pe

21*150*171kWPk*P30 d e

0.70*7149.7kWQ P30 30

*tan49.7*0.7537.275kvarP2QP2Q230 30303030

49.7249.7237.2752

62.125kVA电力设备：

I 94.39A3*0.38303*0.38NP30*1160*1200*1120*2180*2990kWePk*P30 d e

0.70*990693kWQ P30 30

*tan693*0.75519.75kvarP2QP2Q230 3030S

69326932519.752

866.25kVA303*0.38I 1316.13303*0.3830N正压风机部分： P

k*Pd

0.6*148.4kWQ P30 30

*tan8.4*0.756.3kvarP2QP2Q230 3030S

8.428.426.32

10.5kVA303*0.38I 15.95303*0.3830N2#号变压器最后总的计算负荷：P0.85*(49.76938.4)638.435kWcQ0.85*(37.275519.756.3)478.83kvar638.4352638.4352478.832P2Q2P2Q2c cc

798.05kVAIIcSc798.053*0.381212.51AN设备功率2#号变压器kcostan数目kWd2# 号变压 器各211211照明设备0.700.800.75501电力设备300.700.800.751数 据1601200112021802正压风机140.600.800.751第4章无功功率补偿提高自然功率因数的方法提高用电设备功率因数，一般采用如下措施：1.40%的电动机，应更换为小容量的电动机。运行。正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（75%~80%比较合适）30%的变压器，应予以调整或更换。0.6~0.9机可以向电力系统输送出无功功率。人工补偿改善功率因数的方法当采用提高自然功率因数的方法，仍不能满足电力部门所要求的数值时应采用人工补偿方法，利用专门的补偿设备来提高功率因数，通常采用方法有：提高功率因数。利用调相机作为无功功率电源（无功发电机），磁电流大小，可以改变其输出无功功率的大小，从而提高功率因数。采用并联静电电容器补偿。将电容器与感性负荷（用电设备）是包括电容器在的整个线路的功率因数。.. ..能根据需要改变的无功功率的方向，响应速度快，不仅可以作为一般的无功功率装置，而且是唯一能用于冲击性负荷的无功补偿装置。无功补偿容量的计算1、无功功率补偿原理假设功率因数由cos提高到cos’，这时在用户需用的有功功率

不变的条件下，无功功率将由 减小到 ，视在功率将由 减小

。要使功率因数从cos增加到cos’，安装设置无功补偿设备(并联电容器)是一种普遍使用的方法，容量为QQC

Q'js

P(tantan')js无功补偿以后无功计算负荷为Q'js

QQjs cS'js

P2(Qjs

Q)2C图4-1并联电容器补偿的原理图WL1 T WL2G M~~~CP+jQCLjQP+j(QQ)jQLCC并联电容器补偿的原理图如图4-1所示。1#号变压器负荷补偿：

P506.39kWcQ379.21kvarcS632.64kVAcccosPc1 Sc

506.390.80632.64现将其提高到0.90，

tan1cos1

0.750.90.. .. ......................tan2

0.48Q P(tantan)506.39*(0.750.48)136.73kVANC c 1 2Q 136.73n NCqc

9.81212*14168kvar。14得到经过补偿后：P2(QP2(QQ )2c c NC506.392(379.21136.73)2NC

P 506.39

561.45kVAcos

c 0.902#号变压器负荷补偿：

S 561.45NCP638.435kWcQ478.83kvarcS798.05kVAccos1

c638.4350.80PS 798.05Pc现将其提高到0.90

tan1cos1tan2

0.750.900.48QNCQ 172.38

P(tan1tan2)638.435*(0.750.48)172.38kVACn NCqc

12.31515*14210kvar。14得到经过补偿后：P2(QP2(QQ )2c c NC638.4352(478.83172.38)2NC

P 638.435

708.17kVAcos

c 0.90满足设计要求。

S 708.17NC第5章配电变压器的选择配电变压器的选择原则节能型变压器。85%。当符合下列条件之一时，可设置专门变压器：专用变压器。器。25%时，或只有单相负荷其容量不是很大时，可设置单相变压器。出于功能需要的某些特殊设备，可设专用变压器。的低压系统中，照明系统应设专用变压器。100kg0.4KV120KVA800KVA。配电变压器数量的确定当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器。有大量的一级及虽为二级负荷但从保安角度考虑需设置时。季节性负荷变化较大。.. ..集中负荷较大。结合本大楼的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，变电所选用高压为10kV，低压为0.4kV，考虑选用两台变压器的安装设置。配变电所主变压器容量选择每台变压器的容量S应同时满足以下两个条件：NT任一台变压器单独运行时，宜满足： 。任2台变压器运行时，应满足： 。变压器在空载运行时需由供电系统提供的无功功率较大，如果选用大容量的变压器，不仅提升成本投资，增加空载损耗和网络损耗，减小功率因数，而且变压器会长期在轻载情况下运行；如果选用小容量的变压器，设备容易毁坏，变压器会长期在负载情况下运行。所以基于现有的负荷来选择变压器的容量，遵照变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA。表5-1变压器SCB9-1000/10kV型主要技术数据额定容量型号（kVA）

额定电压

（kV）空载（kV）空载损耗负载损耗阻抗电压空载电流高压 低压（W）（W）（%）（%）SCB9-1000/10 1000 10.5 0.4 1550 7600 6 1 Dyn11.. .. ......................第6章配变电所位置和形式的选择变电所所址选择变电所所址选择应注意以下几点：1、靠近负荷中心，接近电源侧。2、进出线方便。3、设备运输、安装方便。4、不应设在有剧烈振动的场所。5、不应设在多尘、水雾或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污染源的下侧，也不应设在有爆炸和火灾危险场所。6、不应设在厕所、浴室、地势低洼或其他经常积水场所的正下方或相邻。考虑扩建和发展的可能。7、当变电所的正上方、正下方为住宅、客房、办公室等场所时，变电所应作屏蔽处理。变电所的类型10KV开关柜放置在屋，主变压器可放置在屋或屋外，依据地理条件因地制宜。10KV1、独立式变电所它是一个独立的建筑物，一般用于供给分散的用电负荷，有时由于周围环境的限制（如防火、防爆和防尘等），或为了建筑及管理上的需要而设置独立变电所。在大中城市的中心区和负荷区多采用。2、地下变配电所设置在建筑物的地下室，以节省用地。但通风条件差，湿度较大，防火等级要求较高，投资高，但相当安全。多用于某些高层建筑中，其主一般采用干式变压器。3、附设变配电所一面或数面与建筑物的墙共用，且变压器室的门和通风窗向建筑物外开。根据与建筑物的位置关系可分为：建筑中常与冷冻机房、锅炉房等用电量较大的建筑物设置在一起，或设置在一般工厂的车间变电所。心时采用，可缩短低压配电的距离，降低电能损耗和电压损失，减少有色金属消耗量。在民用建筑中经常采用建筑物变电所，但要采取相应的防火措施。4、户外变电所变压器一般位于室外的电线杆塔上，或在专门的变压器台墩上，一般用于负荷分散的小城市居民区和工厂生活区以及小型工厂和矿山等。变压器容量一般在315KVA及以上。5、箱式变电站广泛应用于城市公共配电、高层建筑、住在小区、公园等，还应用于油田、工矿企业及施工场所等。由于大楼有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共电源电缆接入变电所，另一路引自邻近高压环网箱。GB50053－1994用单独设立方式。第7章10kV变电所主接线设计规划压等级、负荷等级、对电气设备的选择和布置、二次回路继电保护设计之间的关系。正确确定主接线的方式是教学楼供电系统设计中至关重要的枢纽。电气主接线的基本要求整个电力系统和变电所本身运行得可靠性、经济性、灵活性组成了电气主接线的基本要求。国民经济各部门的严重损失。因此，应满足各级电力负荷连续供电可靠性的条件。熔断器、互感器等减小使用，避免短路的发生目的是采用更加便宜的设备；电能损失少：考虑成本投资问题对变压器的单位数量、容量和型号经济性选用。能适应负荷发展，充分考虑改建等可能性。备安全。电气主接线的基本形式单母线接线优点：接线一目了然、设备不多、运行方便、投资少、有利于扩充更大空间。缺点：在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下，会引发配电装备停止供电。由此看来，单母线接线的供电灵活性和可靠性都不太理想，适宜在较小容量以及电力负荷对供电可靠性要求相对低的场合。单母线分段接线优点：母线发生滞碍或需要维修的情况下停电围将减小。缺点：在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下，分段上的全部电源会断开，整个体系发电的数量会降低，依靠此条单回路供电的用户会被停电，供电灵活性和可靠性都不太理想。双母线接线优点：供电灵活性和可靠性高，检修方便，扩建也便利，多用于大中型变配电所。缺点：运行状态下的母线发生滞碍的情况下将造成整个配电装置暂时性停电，另外该接线结构复杂，设备开关等使用量大，还容易造成误操作。桥接线一台变压器发生故障或要检修时，则要先断开一回路，经倒闸操作后方可恢复供电。外桥接线特点：跨接桥靠近线路侧，变压器回路操作简单方便，其他三个回路在一个变压器发生滞碍或需要维修的情况下仍可按照日常符合的规律运行。可是当任一线路发生滞碍的情况下，要使供电重新恢复正常需进行倒闸操作。此接线方式在供电线路短，负荷变化大，主变投切频繁的场合较为适合采用。电气主接线方案设计一、二次侧全选用单母线接线特点：接线清楚明晰、设备不多、运行方便、投资少，供电灵活性和可靠性较高，适用于二、三类负荷。一、二次侧全选用单母线分段接线特点：供电可靠性和灵活性高，高压开关设备使用的数量偏多，增加了投资不经济，此用于一、二类负荷。一、二次侧全选用双母线接线.. ..特点：供电可靠性和灵活性高，配电装置繁杂，宜用于大容量的负荷，增加了投资不经济，而且所占空间大。一次侧选用桥或者外桥接线、二次侧选用单母线分段接线特点：供电可靠性和灵活性高，设备使用的数量不多，布局简单，所占空间小，此用于一、二类负荷。41。图7-1单母线分段接线.. .. ......................第8章短路计算产生短路的原因由于破坏了电气设备载流部分的绝缘所造成短路现象，这是其主要原因。例时损坏了其载流部分的绝缘材料；绝缘材料长期外露在室外条件下产生的各种变而引发短路。短路电流的危害发生短路时，由于供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路点及其附近设备中流过的短路电流值大大增加，可能超过该回路额定电流许多倍，电力系统中的短路电流可达数十千安甚至更高。短路点距发电机的电气距离愈近，短路电流愈大。强大的短路电流将电气设备和电气系统的正常运行产生很大的危害。主要体现在以下几个方面：1、短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁。2、短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏。3、由于短路电流基本上是电感性电流，它将在发电机中产生较大的去磁性电枢反应，从而使发电机的端电压下降，同时短路电流流过线路、电抗器等时还使其电压损失增加，造成系统电压大幅度下降，短路点附近电压下降的最多，严重影响电气设备的正常工作。4、严重的短路可破坏系统的稳定性，甚至导致并列运行的发电厂失去同步而解列，造成大面积的停电。短路计算的目的为了减少短路故障对电力系统的危害，一方面必须采取限制短路电流的措施，来，使无故障部分恢复正常运行。这都离不开对短路故障的分析和短路电流的计算。短路电流的计算有以下目的：1、计算短路电流，为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳性提供依据。2、为设计和选择发电厂和变电站的电气主接线提供必要的数据，如比较各种接线方案，或确定某一接线是否采取限制短路电流的措施，设计屋外高压配电装置时校验软导线的相间和相对地的安全距离等。3、为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。根据实际情况，应考虑系统的最大运行方式和最小运行方式下的短路计算结果。短路电流计算1QFK11QFK1WL1K3K4G2QFK2WL2图8-1 4个故障点短路计算图电力系统4个故障点短路计算图见8-1所示。计算方法采用运算步骤简单、数值简明的标幺值法计算。选取基准值S100MVA，U 10.5kV，U 0.4kV，d c1 c2此可得：c1dI c1dd1

100MVA3*10.5kV 5.53*10.5kVc2dI c2dd2

100MVA3*0.4kV 144.33*0.4kV短路回路主要元件电抗标幺值计算如下：因为断路器的额定开断电流为IOC

31.5kA电力系统：SOC

INOC

3*10kV*31.5kA545.60MVAXX1

SS DSSDOC

100MVA 0.18545.60MVA架空线路：X0

0.4/kmXL

(0.4/m)*5km*100MVAXX2

WLD

0SDU2c1

1.81(10.5kV)2电力变压器：Uk

%5XXX3 4

U%S k 100SN

5*100MVA5100*1MVAX XXX0.181.811.99(k3) 5 1 2X XXXXX0.181.815/24.49(k4) 6

1 2 3 451.99K351.99K310.1821.81图8-2 K3点短路电路图故障点K3点的短路等效图见图8-2。1 1Ik3

(3)

XI(k3)

1.995.5kA

0.50Ik

(3)

d1X (k3)

2.76kA1.99I''

k

(3)I

(3)I

k

(3)2.76kAi 2.57I ''2.57*2.76kA7.04kAsh k3I 1.53I ''1.53*2.76kA4.22kAsh k3Sk3

SX(3) X

100MVA1.99

50.25MVA(k3)3513510.182K41.814564.49K4图8-3 K4点短路电路图K48-4I

144kAIk4

(3)

d2X (k4)

4.49

32.07kAI''

k

(3)I

(3)I

k

(3)32.07kAi 1.84I ''1.84*32.07kA59.01kAsh k4I 1.09I ''1.09*32.07kA34.96kAsh k4Sk4

SX(3) X

100MVA4.49

22.27MVA8-4

(k4)点点三相短路电流（kA）三相短路量（MVA）I(3) I(3) I''(3)i(3) I(3) S(3)k sh sh kK3点2.762.762.767.044.2250.25K4点32.0732.0732.0759.0134.9622.27第9章电气设备选型与检验使用电气设备，例如变压器、断路器、隔离开关、互感器等，以电气设备在系统中处的地理位置与完成的任务来确定其型号和参数为依据来选择电气设备。这些设备的主要任务是保证变电所的可靠持续供电，安全且经济得运行。选择电气设备应满足下述基本条件：（1）以正常运行的条件和运行的境地为选择依据。①基于运行电压对电气设备的额定电压进行确定：电气设备额定电压应大于等于其所在线路的额定电压U

N

。②基于负荷电流最大情况下对电气设备额定电流进

Lmax（或者I30

），用式子表示为IN

IL

或者IN

I 。30确保在发生短路时不损坏电气设备，则基于最大可能的短路电流值对电气设I2tt

(3)2

ima

，imax

i(3)，sh

max

I(3)sh校验。IOC

I(3)，Ik

I(3)两个式子对具有断开短sh路电流大小能力的高压开关设备进行校验。一次设备选择校验目录及条件见表9-1。一次设备名称电流/A一次设备名称电流/A断流能力/kA短路电流校验动稳定度热稳定度熔断器√√－－高压隔离开关√－√√－高压负荷开关√√√√高压断路器√√√√电流互感器√－√√电压互感器－－－－母线√－√√电缆√－－√高压断路器的选择与校验电力系统的稳态运行离不开高压断路器的正常工作。在出现滞碍的情况下QF，于既可断开正常负荷电流，又可以承载和通入时间围的短路电流，还能自动跳闸快速切除故障减小短路事故发生率。此外完善的灭弧装置和较强的灭弧能力也是断路器必须具备的。基于变压器额定电流来计算变压器高压侧实际最大工作电流，即SNI I N30 1N

10003*10 57.73*10线路首端短路时短路电流值最大，而线路首端k1点短路和母线k2点短路的短路电流相等，即短路电流冲击值为：i 2.55I ''2.55*2.76kA7.04kAsh k3短路容量为：S I '' 3*10.5*2.7650.19MVAk Ck3拟选用高压真空断路器，断路时间为t ，控制断路器的线路继电保护装OC置实际最大的动作时间为1.0s，则短路假象时间为t根据以上数据，高压断路器选择ZN12-10型。

ima

t top

1.00.11.1s动稳热稳定动稳热稳定固定分额定 额定额定开和闸时类别型号定电 电流有电压 电流 断电流流峰 效值/kV /A /kA值/kA /kA闸时间间/s/s不大于不大于户真空断路器ZN12-1010 1250256325（4s）0.060.10隔离开关的选择与校验QS之断开，隔断有电部分与无电部分，有辅助开关的效果]其构造特性是断开后有清晰的断开间隙，并且有良好的可靠的绝缘和相间绝缘，可有效避免人身和设备事故的发生。但隔离开关没有专门的灭弧装置，所以缺点为不能进行带负荷拉、合闸操作，接通和断开短路电流和负荷电流也是不可以的。基于安装场所的不同高压隔离开关包括户式和户外式。GNGN30—10D/630，10kV，50HZ，安装在高压开关柜，GN30—10D/630B3。最大工作电流，即 I ca

S 10001N3*10 1N3*10N短路电流的冲击值为 ish

2.55*2.76kA7.04kA得短路容量为 SS''S 3*10*2.7647.80MVAk 短路假象时间为 热稳定校验

imar

t tOC

1.00.11.1sI2t142*5980A2SI(3)2t 2.762*1.18.38A2St ima短路冲序 额定电 额定电热稳定电 结构短路冲序 额定电 额定电热稳定电 结构型号型式号压/kV流/A击电流/A流/KA标志GN30-10D/630户30106305014（5）带接地刀闸互感器的选择和校验CTTA；PTTV。互感器可以测量和保护电力系统，能将电气3个功能：1）备阻隔，保证人身安全和电气设备正常运行。2）程（5A1A）的电流表测量很大电流可以使用电流互感器；用小量程（100V）电压表测量很高电压可以使用电压互感器。3）更加小，构造不会复杂化，成本会减小。1、电流互感器的选择和校验（2）额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。（1）电流互感器型号的选择：基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据。（2）额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。（3）校验动稳定性和热稳定性：对于大多数电流互感器，提供了动稳定倍数（3）校验动稳定性和热稳定性：对于大多数电流互感器，提供了动稳定倍数K K。es t电流互感器择用电流互感器择用LZZBJ9-10型，查表得K 220，K150/5es iKK*2I 220* 2*15046669i 32070es 1N sh热稳定倍数为KIt ，t I1N热稳定度校验条件为(KIt1N

)2tI

(3)2

，ima一般K为1s热稳定倍数，即电流互感器的试验时间为t1s，上式可改写成timatimaKI It1N

，Itimatima

2800.31，因为30002800.31，由上述结果可知满足热稳定校验。额定二次负荷（VA）1S短时热额定动稳定额定二次负荷（VA）1S短时热额定动稳定型号额定一次 准确级电流（A） 组合0.2 0.5S级 级0.5级10P电流（kA电流（kA级有效值） 峰值）0.5/10P0.2/10PLZZBJ9-1015010101015451100.5S/10P0.2S/10P2、电压互感器的选择和校验电压互感器型号的选择：基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据。2.额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。2.额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。3.基于测量仪表准确度的条件选型并校验。3.基于测量仪表准确度的条件选型并校验。确保在预定围的精度误差，二次侧负荷S((P)2(Q)2u u

须小于等于电压互感器二次侧额定容量S ,S2N 2

S ，S2N 2

，其中Pu

(Su

cos)，uQ(Su

sinu

)分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总的有功和总的无功功JDZ18-10JDZ18-10B5。的。一次绕组额定容量 二次绕组额定 最大容量型号一次绕组额定容量 二次绕组额定 最大容量型号额定电压/kV/VA容量/VA/VA一次二次0.513JDZ18-10 3P 6P40010 0.1 50 80 200第10章继电保护继电保护的任务与要求1、继电保护的任务（1）当供电系统发生故障时，必须迅速的切除故障，缩小事故围，保证系统无故障部分正常运行。(2）当系统出现不正常工作状态时，应发出信号，能使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。2、继电保护装置继电保护装置是指能反映电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。继电保护装置是由各种继电器组成的。继电保护装置在供电系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故围来提高斯通运行的可靠性，最大限度的保证可靠的供电。系统中的线路和电气设备的保护应有主保护和后备保护，必要时应增设辅助保护。主保护：应能最快速并有选择性的切除被保护区域的故障。备和远后备两种形式。近后备：当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器的失灵保护实现后备。远后备：当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。电流速断构成的辅助保护。3、继电保护装置的基本要求近的断路器动作，将故障部分切除，缩小停电围，保证无故障部分正常运行。以迅速恢复供电系统正常运行的过程，减小对用户的影响。作，而在不应该动作时不会误动作。能力。为了使保护装置在故障时能起到保护作用，要求装置有较好的灵敏性。各类10-1最小灵敏保护分类最小灵敏保护分类保护类型组成元件备注系数变压器、线路的电按保护安装处短路计电流元件 2.0流速断保护算电流保护、电压保主保护电流、电压元件1.5按保护区末端计算护10kV电流、电压元件1.5---单相保护接地后备保护近后备保护电流、电压元件1.3按线路末端短路计算按正常方式运行下保辅助保护电流速断保护----1.2护安装处短路计算.. ..变压器保护1、变压器的故障类型变压器的部故障主要有线圈对铁壳绝缘击穿（接地短路）高低压各相线圈短路等。变压器外部故障主要有各相出线套管间短路（相间短路）、接地短路等。不正常运行方式主要有由外部短路和过负荷引起的过电流、不允许的油面降低、温度升高等。2、变压器的保护方式瓦斯保护当变压器部故障时，短路电流所产生的电弧将使绝缘物和变压器油分解产生大量的气体，利用这种气体来实现的保护装置叫做瓦斯保护。配电变压器容量在800kVA及其以上的油侵式变压器应装设瓦斯保护。图10-1瓦斯保护原理图瓦斯保护可以用作防御变压器油箱部故障和油面降低的主保护，瞬时作用于信号或跳闸。瓦斯保护的灵敏性比差动保护好。差动保护8-2电流等于两侧电流互感器二次侧电流差。.. .. .... ..外部故障，保护不动作 (b)部故障，保护动作图10-2差动保护的原理接线差动保护装置的围是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域。差动保护可BCHBCH部故障及励磁涌流情况下的不平衡电流。其他保护电流速断保护：可以防御变压器油箱部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时作用于跳闸。过电流保护：防御外部短路引起的过电流，并作为上述几种保护的后备保护，带时限作用于跳闸，过负荷保护：主要用来防御因过负荷而引起的过电流，一般只在变压器确实有可能过负荷时才装设，作用于信号。温度保护：监视变压器温度升高和油冷却系统的故障，作用于信号。接地保护：安装在变压器二次侧中性线上。3、变压器保护设置原则由于电力变压器的容量不同，所设置的保护装置也不完全一样：（1）对400kVA以下的变压器通常采用高压熔断器保护。.. .. ......................（2）400~800kVA0.5sYyn0（3）800kVA以上的变压器装过电流保护装置，如果过电流的动作时限超过0.5s，应装设瞬动型电流保护装置。（4）2000~6300kVA变压器如果瞬动型电流保护的灵敏度不满足要求时，应改用差动保护。（5）10000kVA以上变压器装差动保护。继电保护电流的计算1、带时限过电流保护基于动作时间特性带时限过电流保护包括定时限和反时限过电流保护]护装置的动作时间与短路电流大小互为反比，短路电流增加，动作时间减少。1）动作电流的整定须依照下述原则：①保护装置动作电流I 应避开线路负荷电流最大情况时I 表示为op L.maxI I ；op L.max②保护装置有效解决外部故障后，须恢复到最初位置，表示为I I 。re L.max由于过流保护的I I，所以以I I 作为动作电流的整定依据，同时引入op re re L.max

rel

，将不等式改成等式，进而将保护装置的返回电流换算到动作电KK

rel wIop KKrei

L.max1）动作时限的整定：过流保护的动作时限，根据阶梯原则进行整定，以确保前后两级保护装置动作的正确选择，即短路作用在后一级保护装置所保护的线路时，前面一级保护的动作时间t须大一个时间差值t与后一级保护动作时间中最大12的那个时间t相比较，表示为t21

tt。定时限过流保护t0.5s，反时限过流保2护t0.7s。3)灵敏度校验：按照Sp

IK.min ，过电流保护的灵敏度要遵循下述条件：IopSKw

I

1.5p KIiop拟在图8-1线路WL1上设置定时限过电流保护装置，计算如下：SCB9-1000/1010kV/0.4kV57.7A/1443AKi

75/5。电流整定值为：I KrelKw

1.2*1 *57.75.43Aop KKrei取

max

0.85*755I 5.5ADL-11/11op①过电流保护动作时限t2

tt1s0.5s0.5s1②灵敏度Sp

的校验。基于变压器低压侧母线在系统最小运行模式的条件下，利用两相短路进行测验，变压器过电流保护灵敏度Sp

和线路过电流保护满足条件相同，Sp

1.5。SIK.minp Iop1

1038 12.58即S5.5*75 5

12.581.5，满足灵敏度要求。2、电流速断保护带时限的过电流保护其整定时限须依照阶梯原则以便保证动作的选择性，所以离电源处越近，短路电流越大，保护动作时限越长，短路危害越严重，这是过电流保护的不足之处。电流速断保护的特点为瞬时动作。为了保证前后两级瞬动的电流速断保护的选择性，速断动作电流Iqb

应该躲过被

K

，目的是减少后一级速断保护所保护线路三相短路故障时误动作的发生。所以电流速断动作电流Iqb

可表示为I KrelKwI 。qb Ki

K.max整定图8-1所示装于WL2首端电流整定值和电流速断保护灵敏度的校验问题。取I 1200A，则

KrelKwI

1.2*1*120096AK.max

qb K

K.max 755i5电力系