某住宅小区供配电系统设计

第一章设计说明1.1工程概况假设该小区年最大负荷利用小时数为2500h，日最大负荷持续时间为8h，本小区均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压均为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压均为220V。1.2设计依据供电电源：按照当地供电部门的签订的供用电协议规定，本小区可用附近一条10kV的公用电源线区的工作电源。该干线的导线型号为LGJ-185，导线为等边三角形，线距为1.2m;电力系统馈电变电站距本小区6km，该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。电费制度：小区与当地供电部门达成协议，对于电费制度有如下规定，供电与用电双方必须按照此规定进行电能记费。在变电所高压侧计量电能，并设置专用的计量柜。按两部电费制交纳电费。一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。另一部分为电度电费，按每月实际消耗的电能计费。小区最大负荷时的高压侧的功率因数不小于0.9。1.3设计原则根据小区所取得的电源及小区的用电负荷情况，并考虑以后小区的发展，应采用安全、可靠、技术先进、经济合理的原则。假设本工程共16栋，每栋底部为架空层，地上六层，有阁楼，共两个单元，24户；每层层高为3m，室内外高度差为0.45m。主体建筑高度为20.9m（含坡顶）。设计需做到方案合理、技术先进、运行可靠、满足相关规范的要求，还要简捷实用、便于操作、管理和维护，减少综合投资。此次设计的目的是通过对小区的各个系统的设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国建筑电气行业有关方针政策，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。1.4.小区资料1、工程地点：xx市2、工程概况：该小区占地55164.9平方米；共计384户。3、气象资料：年最高气温为40℃，年平均气温为20℃,年最低气温为-22.5℃,年最热月平均气温26.3℃，年最热月平均最高气温31.5℃,年最热月地下0.8m处平均温度28.7℃。年主导风向为东风，年雷暴日数31.3天。地质水文资料：所在地区平均海拔130m，地层以沙粘土为主，地下水位为3m。第二章小区负荷计算根据小区的负荷情况，年最大负荷利用小时为2500h,日最大负荷持续时间为8h，按照我国普遍采用的需要系数法确定小区计算负荷。本住宅小区共16栋楼，384户，根据《住宅设计规范》GB50096-1999和《小康住宅电气设计》的有关规定，每户用电指标按10计算，需要系数参照《民用建筑电气设计规范》的规定，取，功率因数有功计算负荷：无功计算负荷：另外，整个小区的道路照明采用节能火箭炮5U系列节能灯PLT-125W，共有80盏，灯头E40，安装间隔为20m。单侧布置,安装高度为3.5m。道路照明：p=125W，,,综上所述，本小区总计算负荷为：（取,）总视在计算负荷：计算电流：功率因数：以上计算可列成表1-1所示本小区负荷计算表表1-1本小区负荷计算表编号用电设备名称数量设备容量需要系数cos计算负荷1用户用电38438400.300.750.8211521016.1——2道路照明801010.90.48104.8——总计964.46929.0191339.12642034.5921第三章无功功率计算及补偿3.1无功补偿方式本设计采用低压集中补偿方式，补偿范围较分散补偿小。但其管理方便，电容器能充分利用，电力电容器采用三角型连接，这种连接方式提供的补偿容量大。3.2无功补偿容量根据《供电企业规则》规定：10KV及高压供电用户功率因数为0.9以上，考虑到变压器无功功率损耗Qt远大于有功功率损耗Pt，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数0.9，这里取低压侧功率因数=0.92，则低压侧需装设的并联电容器容量应为:取600补偿后的变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器有功功率损耗变压器无功功率损耗在计算小区高压侧总计算负荷时，需要计入有关线路和变压器的损耗，但小区的配电线路不长，故该部分功率损耗不计，在此只考虑变压器的损耗。所以变配电所高压侧计算负荷为：=无功补偿后，功率因数为:，符合要求。以上计算可列成表3-1所示本小区无功补偿的计算负荷项目cos380v侧补偿前负荷0.72964．46929．0191339．12642034．59380v侧无功补偿容量600--380v侧补偿后负荷0.93964．46329．0191019．03711817.6主变功率损耗-15．2976．43--10kv侧负荷总计0.924979．75405．4491016．329661.223.3并联电容器的选择及其控制低压集中补偿所采用的电容器电压为400V，根据要求，选择电容器型号为：BCMJ0.4-30-3,选用20个，并采用无功功率自动补偿控制器，使电网中功率因数保持在设定值内，达到有效节能的目的。第四章变配电所位置和型式的选择4.1变配电所位置的确定变配电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定：1）接近负荷中心；

2）进出线方便；

3）接近电源侧；

4）设备运输方便；

5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；

6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；

7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；

8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；

9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。4.2变配电所的总体布置变电所的总体布置，应满足以下要求：便于运行维护和检修；保证运行安全；便于进出线；节约土地和建筑费用；适应发展要求。第五章主变压器台数和容量的确定电力变压器是变电所中最重要的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。本小区设计变配电所选用S9型普通降压变压器，相数为三相，调压方式为无载调压，绕组型式为双绕组，联结组别为Dyn11方式。5.1变压器主变台数的选择选择变压器时应考虑以下几条原则：1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应装设两台变压器。2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较而宜采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。3）负荷集中而容量相当大的变电所，既是为三级负荷，也应采用两台或多台变压器。4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。本小区设计综合考虑以上原则，确定装设两台变压器。5.2变压器容量的选择根据《工厂供电》，装有两台主变压器的变电所，每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%～70%的需要，即：=(0.6～0.7)×=(0.6～0.7)×1019.0371＝（611.42～713.33）kVA。本小区所在地区的年平均气温为20，且变压器采用室内安装，故变压器的实际容量为：＝/0.92=（611.42～713.33）/0.92KVA=(664.59～775.39)kVA。2）任一台变压器单独运行时，宜满足全部一、二级负荷的需要，即,而本次小区设计的负荷全为三级负荷，所以不用考虑这个因素。第六章变配电所主接线方案的选择综合考虑上面，本小区变电所采用两台S9系列1000kVA的变压器，装设两台主变压器的主接线方案6.1变电所主接线方案的评价根据小区设计要求，选择高低压侧均为单母线分段的变电所主接线方案。对该方案的评价可从以下几方面入手：（1）从技术指标方面考虑，该方案的供电可靠性和运行灵活性都比较高，在高低压母线侧发生短路时，仅故障母线段停止工作，非故障段仍可继续运行，可缩小母线故障时停电范围，同时对重要用户可从不同母线分段引出双回路供电，供电可靠性及运行灵活性相当高。（2）从经济指标方面考虑，虽然该方案的初投资比较高，但从年运行费用包括设备折旧费，设备维护费和年电能损耗费考虑，该方案又有许多优越之处。第七章短路电流的计算7.1短路计算的意义和方法1）对所选的电气设备进行动稳定和热稳定校验。2）进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。采用标么制法对变配电所的相关节点进行短路电流计算。7.2相关节点的短路计算根据小区原始资料可知，小区由线芯截面185mm2的高压架空线供电，距小区为6km，电力系统馈电变电站首端所装高压断路器的断流容量，查表知架空线路每相单位长度电抗平均值为。7.2.1电路图4图7-1等效电路图7.2.2确定基准值取=100MVA，==，7.2.3计算短路电路中各主要元件的电抗标么值（1）电力系统电抗标么值：（2）电缆线路电抗标么值：，（3）电力变压器的电抗标么值：查表得变压器的阻抗电压，根据以上计算结果绘制等效电路图如图所示：图7-2等效电路图7.2.4K-1点的短路电流计算（1）总电抗标么值：（2）三相短路电流周期分量有效值：（3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：（4）三相短路冲击电流及其有效值：（5）三相短路容量：7.2.5K-2点的短路电流计算（1）总电抗标么值：（2）三相短路电流周期分量有效值：（3）三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：（4）三相短路冲击电流及其有效值：（5）三相短路容量：以上计算短路电流如表7-1短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAK—12.6192.6192.6196.683.9547.62K—232.2232.2232.2259.2835.1222.32表7-1第八章变电所低压侧一次设备的选择与校验8.1低压母线的选择与校验在变压器的低压侧，其计算电流为：按载流量选择LMY-125×8矩形铝母线，双条符合要求。动稳定度校验条件为LMY母线材料的最大允许应力=70MPa。380V低压母线的短路电流为：=59.28kA=35.12kA三相短路时所受的最大电动力：母线的弯曲力矩（母线档数为3）：母线的截面系数：母线在三相短路时的计算应力:所以，=70=，满足动稳定度要求。热稳定度校验：，符合热稳定度要求。8.2低压电缆、设备的选择与校验在本小区中，是24户一个楼型。来计算低压侧的负荷。查表知需要系数=0.7，，再，功率因数为=0.9.8.2.1电缆的选择首先，按发热条件选择电缆：=283.6A，查《工厂供电设计指导》选择铜芯主芯线截面是150的YJLV22-1.0kV交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，其载流量为=305A>283.6A.初步选定的电缆型号为YJV22-3×150+1×95。短路热稳定度校验：由变电所引向单体楼的电缆线路总电抗为总电抗标幺值为三相短路稳态电流有效值为电缆满足热稳定度的最小截面为因此截面为150的电缆满足热稳定校验要求。电压损失计算：根据A=150查表得，故线路的电压损耗值为：线路电压损耗百分值为电压损耗小于，因此电缆选择YJV22-3×150+1×95满足电压损耗要求。综合以上校验条件，对单体楼采用型号为YJV22-3×150+1×95的电缆供电。8.2.2低压断路器的选择与校验1)受电柜和母联柜的低压断路器的选择与校验，根据以上短路计算结果，选择断路器为大王智能万能式断路器。整定与校验:（1）瞬时过电流脱扣器动作电流的整定瞬时额定电流，线路的尖峰电流取额定电流的2倍，瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流，即，设瞬时脱扣电流整定为3倍，即：，满足躲过尖峰电流的要求。（2）短延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定短延时过电流脱扣器动作电流应躲过线路负荷尖峰电流，即，故整定为。短延时过电流脱扣器的动作时间应满足保护选择性要求，整定为0.6s（3）长延时过电流脱扣器动作电流和动作时间的整定长延时过电流脱扣器动作电流应躲过线路最大负荷电流，即，故整定为。长延时过电流脱扣器的动作时间应躲过允许过负荷的持续时间，整定为2h。（4）热脱扣器额定电流应不小于线路的计算电流，即，选择2500A，其动作电流按下式整定：，热脱扣器动作电流整定为2500A。2）低压出线柜断路器的选择与校验根据电流计算结果，选择断路器为NM8-630S/3P/350A塑料外壳式断路器。低压断路器的整定：，瞬时脱扣电流整定为5倍,即而因此需增加脱扣电流。如整定为8倍时,,满足躲过尖峰电流的要求。校验断流能力：=50kV>20.6KkV，满足要求。8.2.3低压刀开关的选择与校验,因此选择HD13-300/31型的刀开关，其=380V,=300A>283.6A,开断电流A,均符合要求。8.2.4电流互感器的选择与校验，选电流互感器为，，。动稳定度校验：满足条件。热稳定度校验：，满足条件。第九章变压器保护设置根据GB50062—1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规程规定，容量小于6300KVA的变压器设以下保护：1、瓦斯保护防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。2、过电流保护防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。本设计采用干式变压器无此项。过电流保护动作电流的整定取,而，，，，故，动作电流整定为9A。考虑到小区变电所为系统终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时间整定为0.5s。电流速断保护防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。对于中小容量的变压器，可以在其电源侧装设电流速断保护而不设置变压器纵差动保护。速断保护接线采用两相两继电器式接线方式，继电器采用GL－15/10型，应用去分流跳闸操作方式。电流速断保护的速断电流整定：取，而，故因此速断电流倍数整定为4、过负荷保护防御变压器本身的对称性过负荷及外部短路引起的过载，按具体条件装设。5、低压侧单相短路保护对于变压器低压侧的单相短路，可采用在变压器低压侧装设三相带过电流脱扣器的低压断路器。这一断路器，既作低压主开关，操作方便，且便于实现自动化，又可用来保护低压侧的相间短路和单相短路。9.1变电所10kV馈线保护小区内变电所的供电距离比较短，所以线路保护设置比较简单，常用的保护设置有：1、过电流保护（这里采用反时限过电流保护装置）高压侧线路断路器系统图如下（选取1QF的继电保护装置为例叙述）：图9-1高压侧线路断路器系统图过保护电流采用两相两继电器式接线，继电器采用GL-25/10型，操作方式为去分流跳闸，可知KA2的动作电流为：=0.8，=1.3,，=1，=150/5=30，故：根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为8A，馈电变电站所装断路器的定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s，所以KA2的实际动作时间应为，。确定KA2的10倍动作电流时间，由于K-2点发生三相短路时KA2的电流为，故对KA2的动作电流倍数为利用=11.5和KA2的实际动作时间0.8S,查GL-25/10型继电器的动作特性曲线，得KA2应整定的10倍动作电流动作时间为0.9S。由已知条件知：，线路末端在系统最小运行方式下两相短路电流，故过电流保护灵敏度由此可见，KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的要求，故不必装设低压闭锁装置。2、电流速断保护根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定，在过电流保护动作时间超过0.5-0.7s时，应装设瞬动电流速断保护装置。电流速断保护动作电流的整定，由已知条件得：，=1，=0.8，=30，线路末端三相短路电流为，故因此速断电流倍数整定为3、过负荷保护线路的过负荷保护是针对电缆线路的过负荷要求装设的，一般延时动作于信号，其整定电流应躲过线路的计算电流，故，动作时间取12s。4、单相接地保护在小接地电流的电力系统中，单相接地故障时，接地电容电流很小，但由于非故障相的对地电压要升高，可能会引起线路的绝缘装置击穿，因此要引起重视，不可长期故障运行。一般在系统发生单相接地故障时，通过无选择性的绝缘监视装置或有选择性的单相接地保护装置，发出报警信号，以便运行值班人员及时发现和处理。9.2变电所10kV母线保护母线相间短路较少，大多数故障为单相接地。对于小电流接地系统，通常可用主变压器过电流保护切断10kV母线相间故障，如果需要专门的母线保护，可以设置不完全的或完全的差动电流速断保护。第十章防雷接地系统设计10.1概述本工程设计的防雷与接地系统涉及到变电所和单体楼的两种不同设计方案，在此分别对变电所予以详细说明，对单体楼作简要介绍。10.2变电所防雷接地系统设计变电所是第一类防雷级别的建筑物，因此要按第一类防雷建筑物的保护措施设计。1、变电所防雷措施1）由于变配电所设置在小区内，其已处在附近更高的建筑物上的防雷措施的保护范围之内，故变电所不必考虑装设避雷针来防护直击雷。2）装设避雷器用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是主变压器的危害。（1）在小区的进线电缆和联络电缆进变电所时，电缆头处的金属外皮应可靠接地。（2）每组高压母线上均应装设阀式避雷器。所有避雷器应以最短的接地线与主接地网连接。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电器距离应尽量缩短。（3）对于本次设计的配电变压器低压侧中性点接地系统，变压器两侧的避雷器与变压器的中性点及金属外壳一起接地。2、变电所接地措施根据GB50169-1992《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》规定，电气装置的接地电阻（包括工频接地电阻和冲击接地电阻）要符合相应要求。对于我们常采用的TN系统，其中所有设备的外露可导电部分均接在公共的PE线或PEN线上，因此不存在保护接地电阻问题。变电所在装设接地装置时，除了要充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材外，还应装设人工接地体。本变电所周围公共接地装置采用置垂直钢管接地体，用镀锌扁钢连接，接地装置的具体计算如下：1）确定接地电阻本变电所公共接地装置接地电阻应满足以下两个条件：；，其中，故可得，比较上述两个条件知，变电所的公共接地装置的接地电阻应为。2）计算单根钢管的接地电阻查《工厂供电》附录表25，得砂质粘土的，按公式知，。3）确定接地的钢管数和最后接地方案根据，但考虑到管间电流屏蔽效应的影响，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以和去查《工厂供电》附录表26-2得，故考虑到接地体的均匀对称布置，选用16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用40×4的扁钢连接，环形布置。变压器下面的导轨以及放置高低压开关柜的地沟上的槽钢或角钢，均用25mm×4mm的扁钢焊接成网。另外为了测量接地电阻的需要，图纸中在适当地点安装有临时接地端子。10.3单体楼的防雷接地系统设计1、防直接雷击（1）本建筑利用建筑物金属构件作防雷装置，屋面用ø10镀锌圆钢沿女儿墙顶通圈明敷避雷带，支架间距1m,拐角处间距0.5m，支架高度0.1m。（2）利用建筑物结构内四根不小于ø12钢筋通长彼此焊接作引下线，共七处，并利用混凝土基础钢筋作自然接地体。引下线距地0.8m处设测试点。2、防雷间接雷击（1）钢构架和混凝土的钢筋应互相连接，竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接，平行敷设的金属管道如果间距小于0.1m应跨接；（2）电源从邻近变电站由电缆引入，并在入楼处设置避雷器，电缆金属外皮、金属线槽接地。3、接地系统金属管道和金属物体避雷带可靠连接，采用混凝土墙内的钢筋作为引下线与接地极进此外，所有正常情况下不带电的配电箱外壳.铁件、钢管外皮均应与保护地线（PE）良好连接，与工作零线绝缘，插座接地孔应与PE线连接。本工程设计中，接地系统利用基础挖孔桩内主钢筋与底板内主钢筋焊接成综合接地系统，并与防雷引下线可靠焊接，接地电阻不大于1欧姆。本建筑采用TN—C—S接地保护系统，用混凝土基础钢筋作自然接地体。此系统，综合TN—C和TN-S系统的特点，中性线与保护线有一部分是共同的，局部采用专设保护线，PE线专门接地，起到保证若干设备有平衡的零电平，并保证人身安全，常用于配电系统末端环境条件较差或有数据处理等设备的场所。图11-1TN—C系统示意图防雷接地、电气设备安全接地以及其它需要接地的设备，弱电设备采用共用接地，共用接地体的接地电阻应小于１Ω。这样既保证了人身和设备的安全，也减少了由不合理接地引起的干扰。为了保证人身设备的用电安全，设计要求建筑物内作总等电位联结，在地下室安装一总等电位联结端子箱，把总水管、空调立管等所有进出建筑物的金属体及建筑物的金属构件等与电位联结端子箱连通，卫生间设局部等电位联结箱。为了保证建筑物美观，所有防雷装置除避雷带外均采用暗敷。结束语在设计中，我了解到社会的不断进步和创建文明城市、文明小区活动的开展,对供配电设施的要求也越来越高。因此,供配电设施要坚持服务和服从于文明城、文明小区创建活动的要求,坚持美化城镇、小区形象,合理布局,科学规范的原则,要有超前意识和适应不断发展变化的新形势。否则,将有可能造成重复建设,不仅造成资金、资源的浪费,还要影响居民用电。在建设上主要是符合如