某学校供配电设计

目录TOC\o"1-3"\h\u238941系统设计要求及步骤 288381.1供配电设计的意义和要求 267791.2设计步骤 3316802系统计算负荷及无功功率补偿 4239252.1负荷计算 4176552.1.1按需要系数法确定计算负荷的公式 4207392.1.2负荷计算的结果 5276082.2无功功率补偿及其计算 626522.2.1无功补偿的目的 676752.2.2无功功率的人工补偿装置 684572.2.3并联电容器的选择计算方法 7316932.2.4无功功率补偿的计算 798993主变压器及主接线方案的选择 9327103.1变电所主变压器选型的原则 914773.1.1变电所主变压器台数的选择 993473.1.2变电所主变压器容量的选择 9184373.2.1变配电所主接线设计要求 10267453.2.2变配电所主接线方案的拟定 1119524变配电所二次回路的确定 1411064.1高压断路器的操动机构控制与信号回路 14114504.2高低压侧的电能计量回路 1444124.3变配电所的测量和绝缘监察回路 14243114.4变配电所的保护装置 1617164.4.1主变压器的继电保护装置的配置要求 1652834.4.2主变压器的继电保护装置的选择依据 16295814.4.3主变压器的继电保护装置的选择 17133394.4.4变配电所低压侧的保护装置的选择 19133775变配电所防雷保护和接地装置的设计 2085265.1变配电所的防雷保护 20145515.1.1直击雷保护 2083485.1.2雷电侵入波的保护 20160945.2变配电所公共接地装置的设计 203475.2.1设计依据 2018503总结 2321959致谢 247729参考文献 2527430附录 2626331附录一：某实验小学总平面图 263181附录二：实验小学主接线图 271系统设计要求及步骤1.1供配电设计的意义和要求本次设计主要内容包括：负荷计算、短路电流计算、电气主接线的设计、电气设备的选择与校验（包括主变压器的选择、断路器及隔离开关的选择与校验、导体的选择与校验、电流互感器的选择与校验、电压互感器的选择和避雷器的选择等）和变配电所的布置与结构设计。其中，主接线代表了变配电所主体结构，它对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系，并将长期影响电力系统运行的可靠性、安全性、灵活性和经济性。在设计的过程中，本人参阅了大量的供配电系统设计、变配电所设计、建筑电气设计规范等相关的规范和设计手册，最后对该校生活区供配电系统进行了初步设计。供配电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和日常生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：1、安全在电能的供应、传输、分配和使用中，应确保不发生人身事故和设备事故。2、可靠在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足电能用户对供电可靠性的要求。3、优质就是要满足电能用户对电压和频率等质量的要求。4、经济降低电力系统的投资和运行费用，并尽可能地节约有色金属的消耗量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2设计步骤1.收集原始资料在动手设计之前，根据设计任务书的要求，收集用电设备的性质、特征、功率、布局、环境及气象条件；各用电单位的平面图及断面图；用电设备平面布置图；电源的电压、容量及可能提供的供电方式。2.电力负荷的分析计算根据提供的各用电单位的电力负荷清单，分析那些电力设备属一级负荷，那些属二级负荷，那些属三级负荷，然后按需要系数法分别计算出各用电单位及全部的计算负荷，在中学平面图上画出各用电单位的负荷图。根据各用电单位的负荷性质及平面布局，确定在那些地方设变电所及各变电所中的变压器台数。然后根据确定的变电所布局，拟出各用电单位变电所供电范围，并计算各变电所的计算负荷。3.中学配电系统设计中学配电系统设计应根据工艺设计所提供的设备平面布置图、拟出两种可行的中学配电系统方案进行比较后，确定一种方案。4.低压配电屏的选择5.选择高压电器6.变配电所平面布置设计根据变电所应靠近负荷中心及进出线方便的原则，确定变电所的位置，然后根据环境条件确定变压器是放在户外还是室内。7.测量保护8.防雷凡是与架空线路相连的进出线，在入户处、变电所母线上都要装一组YW型避雷器。9.接地按规定10KV配电装置的构架，变压器380V的中性点及外壳，以及380V电气设备的金属外壳等都需要接地，其接地电阻要求小于4Ω。2系统计算负荷及无功功率补偿计算负荷是确定供配电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据；计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。采用无功补偿，提高了系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。本章采用需要系数法对学校的各类用电负荷进行详细计算，并采用并联电容器方法对低压进行集中补偿，以提高功率因数。2.1负荷计算2.1.1按需要系数法确定计算负荷的公式（1）有功计算负荷（单位为kw）式中Pe——用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）。Kd——用电设备组的需要系数。（2）无功计算负荷（单位为kvar）（3）视在计算负荷（单位为KVA）（4）计算电流（单位为A）（5）多组用电设备有功计算负荷基本公式：同时系数:本次设计取2.1.2负荷计算的结果根据某学校生活区配电资料，按照需要系数法，负荷计算结果如表1所示。建筑名称负荷性质数量总容量需要系数cosφtgφ计

算

负

荷1#-4#宿舍楼荧光灯1004440.60.551.529.614.59217.45白炽灯9841.4740.951.005.58605.586电风扇10041040.50.750.882017.626.67消防电18420.3640.50.80.7540.7230.5450.9合计143.3275.90662.73298.47149.6餐厅荧光灯401.60.60.551.520.961.45921.745电视81.60.50.750.880.80.7041.067电风扇2020.50.750.8810.881.173电磁炉40800.851.0068068电冰箱40160.60.71.029.69.79213.714消防栓1020.20.50.80.7510.17.57512.625合计121.490.4620.410292.734140.9体育中心白炽灯401.60.951.001.5201.52音响1010.50.750.880.50.440.667消防栓420.080.50.80.7510.047.5312.55合计22.8612.067.9714.45621.96校园内路灯白炽灯15060.951.005.705.7合计65.705.7操场白炽灯120.720.951.000.68400.684音响1010.50.750.880.50.440.667合计1.721.1840.441.261.9总合计995.26596.14413.0509725.254乘以KΣp=0.9，KΣq=0.950.81536.526392.298664.6491009.8表2-1负荷计算表2.2无功功率补偿及其计算2.2.1无功补偿的目的按供电局的规定，低压功率因数补偿到0.95，高压功率因数要求0.9。采用无功补偿，提高系统的功率因数，既可以节能、减少线路压降，又能提高供电质量，还可以提高系统供电的裕量。因此，供配电系统中的无功功率补偿是必不可少的。2.2.2无功功率的人工补偿装置工程中普遍采用并联电容器来补偿供电系统的无功功率。并联电容器的补偿方式，有以下三种：（1）高压集中补偿电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联（如图2-1）。（2）低压集中补偿电容器装设在变配电所的低压配电室或单独的低压电容器室内，与低压母线相联。它利用指示灯或放电电阻放电。按GB50227—95规定：低压电容器组可采用三角形结线或中性点不接地的星形结线方式（如图2-2）。（3）低压分散补偿电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。它就利用用电设备本身的绕组放电。电容器组多采用三角形结线（如图2-3）。2.2.3并联电容器的选择计算方法（1）无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算（2）并联电容器个数式中qc——单个电容器的容量（单位为kvar）2.2.4无功功率补偿的计算由负荷计算表知，该学380侧最大负荷时的功率因数为0.81。而民用建筑各地供电局规定低压功率因数补偿到0.95,高压功率因数补偿到0.9以上。（1）低压电容器柜（屏）的选择方法PGJ1型低压无功功率自动补偿屏有1、2、3、4等4种方案。其中1、2屏为主屏，3、4屏为辅屏。1、3屏各有六条支路，电容器为BW0.4-14-3型，每屏共84kvar，采用六步控制，每步投入14kvar。2、4屏各有八条支路，电容器亦为BW0.4-14-3型，每屏共112kvar，采用8步控制，每步投入14kvar。选择步骤：①根据控制步数要求，选择一台1号或2号主屏。②根据所需无功补偿容量再补充一台或数台3号或4号辅屏（2）低压电容器柜（屏）的选择选PGJ1型低压自动补偿屏,并联电容器为BW0.4-14-3型.其方案1(主屏)1台与方案3(辅屏)1台相结合,总共容量84kvar×2=168kvar。无功补偿后，380v侧和10kv侧负荷计算如表2项目Cos计算负荷380V侧补偿前负荷0.81536.526392.298664.6491009.8380V侧无功补偿容量—168380V侧补偿后负荷0.923536.526224.298581.5883.5主变压器功率损耗0.015=8.720.06=34.8910KV侧负荷总计0.903545.246259.188603.734.85表2-2无功补偿后宾馆的计算负荷经过低压集中补偿后，不但提高了系统的功率因数，使高压侧的功率因数达到了0.903达到了供电局的要求，而且减少了线路压降，提高了供电质量，还提高了系统供电的裕量。3主变压器及主接线方案的选择3.1变电所主变压器选型的原则为了调压和降低电能损耗，变压器选择应考虑以下原则：（1）变压器应尽量选节能型的油浸或干式变压器；（2）独立的变配电所，可选节能型干式变压器；（3）非一类建筑物，当变压器附设在首层靠外墙时，可安装油浸变压器，但容量不得超过400KVA。3.1.1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要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜采用两台及以上变压器：（1）有大量一级负荷或者虽为二级负荷，但有一定数量的消防设备、保安设备等用电。（2）集中负荷较大，所需变压器容量超过500kVA时，可选用两台小容量变压器，以确保供电安全。（3）季节性负荷变化较大时，可设两台或两台以上变压器，以便在淡季时可切除整台变压器。其它情况下宜装设一台变压器。3.1.2变电所主变压器容量的选择根据实验中学的负荷性质和电源情况，中学变电所的主变压器可由下列两种方案：（1）装有一台主变压器的变电所主变压器容量不应小于总的计算负荷，即≥若装设一台主变压器型式采用SG10，而容量根据上式，选=630KVA＞=603.7KVA,即选一台SG10-630/10型空气自冷干式变压器。（2）装有两台主变压器的变电所每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总的计算负荷的70%左右，即≈（0.6～0.7）同时每台主变压器容量不应小于全部一﹑二级负荷之和（Ⅰ+Ⅱ），即≥（Ⅰ+Ⅱ）若装设两台主变压器型号亦采用SG10，而每台容量按以上两式选择，因此选择两台SG10-400/10型空气自冷干式变压器。其联结组别采用Yyn0。3.2变配电所主接线方案的选择变（配）电所的主结线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通常以单线图形式表示。主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。3.2.1变配电所主接线设计要求电气主接线设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（1）可靠性供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,是电力生产和分配的首要要求，主接线的设计首先应满足这个要求。电气主接线不仅要保证在正常运行时,还要考虑到检修和事故时,都不能导致一类负荷停电,一般负荷也要尽量减少停电时间。显然,这些都会导致费用的增加,与经济性的要求发生矛盾。因此,应根据具体情况进行技术经济比较,保证必要的可靠性,而不可片面地追求高的可靠性。（2）灵活性①满足调度时的灵活性要求。应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地投入和切换电源、变压器和线路，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。②满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时的方便和安全。③满足扩建时的灵活性要求。大的电力工程往往要分期建设。从初期的主接线到最终方案的确定，每次过渡都应比较方便，对已运行部分影响小，不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。（3）经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般应当从以下几方面考虑。①节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采取限制短路电流的措施，以节省开关电器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。②电能损耗少，经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次压降而增加电能损失。③占地面小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时，要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量电厂或变电站，在可能和允许的条件下，应采取一次设计，分期投资建设，尽快发挥经济效益。3.2.2变配电所主接线方案的拟定按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列按两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案如图（3-1）所示（2）装设两台主变压器的主接线方案如图（3-2）所示图3-1装设一台主变的主接线方案（附高压柜列图）图3-2装设两台主变的主接线方案（附高压列柜图）两种主接线方案通过技术指标和经济指标两个方面的比较上可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线（图3-2）略优于装设一台主变的主接线方案（图3-1），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图3-1）远优于装设两台主变的方案（图3-2），因此决定采用装设一台主变的方案（图3-1）。4变配电所二次回路的确定4.1高压断路器的操动机构控制与信号回路高压配电所和总降压变配电所的断路器，多采用电磁操动机构或弹簧操动机构，而10KV侧短路容量不超过100MVA的变配电所多采用手力操动机构（如本设计）。断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图4-1所示图4-1手力操动机构控制与信号回路4.2高低压侧的电能计量回路变配电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量小区消耗的有功电能与无功电能，并据以计算每月小区的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。4.3变配电所的测量和绝缘监察回路变配电所高压侧装有两台电压互感器—避雷柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Y0/Y0/△（开口三角）的结线，用以实现电压测量和绝缘监察，如图4-2所示：图4-2 6～10KV线路测量和和计量仪表的原理电路PA—电流表 PJ1—三相有功电度表（DS2,DS862）PJ2—三相无功电度表（DX2,DX863）低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表，接线图如7-3所示。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。图4-3220/380V线路测量和计量仪表的原理电路PA—电流表 PJ—三相四线有功电度表4.4变配电所的保护装置4.4.1主变压器的继电保护装置的配置要求主变压器的继电保护装置的配置有以下要求：（1）瓦斯保护 800KVA及以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。（2）纵联差动保护 10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。（3）过电流保护和电流速断保护 10000KVA以下的变压器，可装设过电流保护和电流速断保护。（4）过负荷保护 400KVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。4.4.2主变压器的继电保护装置的选择依据1．过电流保护动作电流的整定计算公式式中——变压器的最大负荷电流，可取为（1.5～3），为变压器一次额定电流；——保护装置的可靠系数，对定时限，取1.2，对反时限，取1.3；——保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取；——电流继电器电器的返回系数，一般取0.8；——电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器，应整定为整数，且在10A以内。2．过电流保护动作时间的整定计算公式≥式中——在变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间；——变压器低压侧保护装置在低压母线发生三相短路时的最长的一个动作时间；——前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护，可取0.7s。必须注意：对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10倍动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。过电流保护灵敏系数的检验公式式中——在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值；——继电保护动作电流折合到一次电路（即变压器高压侧）的值。如做后备保护，则灵敏系数≥1.2即可。4.4.3主变压器的继电保护装置的选择（1)装设瓦斯保护当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。（2）装设反时限过电流保护继电保护包括定时限保护和反时限保护，定时限保护的优点是动作时间比较精确，整定简便，其缺点是继电器多，结线复杂需直流操作电源，投资较大。反时限保护的优点是：投资少，结线简单，可同时实现电流速断保护，显得简单经济且适于交流操作其缺点是动作时间确定比较麻烦。对于中小型工厂供电系统来说，继电保护以简单经济为宜，因此使用反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。①过电流保护动作电流的整定：公式其中IL.max=2I1NT=2×36.4=72.8A,Krel=1.3,Kw=1,Kre=0.8,Ki=100/5=20,因此动作电流为：对于感应式继电器，IOP应整定为整数，且在10A以内。所以整定为6A。②过电流保护动作时间的整定因本变配电所为电力系统的终端变配电所，故其过电流保护的动作时间（倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s③过电流保护灵敏系数的检验公式 其中：所以其保护灵敏系数为：满足灵敏系数的要求(3）装设电流速断保护。利用GL15的速断装置①速断电流的整定公式式中：——变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值；——可靠系数，对DL型继电器取1.2～1.3,对GL型继电器取1.4～1.5；——变压器的电压比。——保护装置的结线系数.对相电流取结线取1，对相电流差结线取；——电流互感器的变流比。,,,,所以速断电流速断电流倍数整定为：在2－8之间，满足要求②电流速断保护灵敏系数的检验式中：——在电力系统最小运行方式下(两相短路)，变压器高压侧的短路电流；Iqb.1——速断电流折算到一次电路（即变压器高压侧）的值。其中所以按GB50062-92规定，电缆保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数符合要求。4.4.4变配电所低压侧的保护装置的选择(1）低压总开关采用DW15-1000/3型（脱扣器额定电流为1000A）低压断路器，三相均装有过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷（利用其长延时脱扣器），而且可以保护低压单相接地短路1瞬时动作电流的整定起动电流 整定电流 所选DW15-1000/3型（脱扣器额定电流为1000A）的瞬动整定电流范围为4000～18000A。所以整定为6000A2长延时动作电流的整定所选低压断路器长延时动作整定电流为400～1000A。5变配电所防雷保护和接地装置的设计电力系统中，雷击是主要的自然灾害。雷电可能损坏设备或设施，造成大规模停电，也可能引起火灾或爆炸事故，危及人身安全，因此必须对电力设备﹑建筑物等采取一定的防雷措施。5.1变配电所的防雷保护5.1.1直击雷保护在变配电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变配电所公共接地装置相连。如变配电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变配电所。如果变配电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3～6根长2.5m，50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5m。打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与接地他焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用20mm的镀锌圆钢，长1～1.5m。独立避雷针的接地装置与变配电所公共接地装置应有3m以上距离。5.1.2雷电侵入波的保护1．在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。引下线采用的25mm4mm镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。2．在10kV高压配电室内装设有GG-1A（F）-54型开关柜，其中配有FS4-10型阀式避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。3．在380V低压侧架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。5.2变配电所公共接地装置的设计5.2.1设计依据（1）电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值（见表5-1）序号装置名称装置特点接地电阻/11kv以上小接地电流系统仅用于该系统的接地装置2与1kv以下系统共用的接地装置31kv以下系统与总容量100KVA以上的发电机或变压器相连的接地装置4上述（序号3）装置的重复接地5与总容量100KVA及以下的发电机或变压器相连的接地装置6上述（序号5）装置的重复接地7变配电所和线路的防雷装置独立避雷针和避雷线8变配电所装设的避雷器与序号3装置共用9与序号5装置共用10线路上装设的避雷器或保护间隙与电机无电气联系11与电机有电气联系12建筑物的防雷装置第一类防雷建筑物防直击雷13防雷电感应14防雷电波侵入15第二类防雷建筑物（防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入公共接地装置）16第三类防雷建筑物防直击雷和雷电波侵入（共用）17第三类中（2）款建筑物表5-1电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值单根纯直管形（或棒形）接地体的接地电阻（人工接地体工频接地电阻）（3）埋地的水管和电缆金属外皮等的接地电阻（自然接地体工频接地电阻）（4）用逐步渐进法确定垂直接地体根数n式中为接地体利用系数。总结经过一周的认真学习与查找资料，终于完成了本次课程设计——某学校生活区供配