住宅供电及保护系统设计

PAGEII摘要这次毕业设计为《住宅供电及保护系统设计》。本次设计运用了平时所学的各项强电的相关专业知识，查了各类相关的材料，依照设计的基本的要求，对小区供电及其保护系统进行了初步的设计。本次毕业设计首先进行的是负荷的计算，按照负荷计算的结果确定了初步的供电方案。接着进行的是线路的选择，变压器的选择，然后就是计算短路电流和高、低压设备的选择。最后是继电保护系统的设计。除此之外，防雷与接地保护也是很重要的组成部分。本次设计按照国家现行各项标准，符合供电系统安全、可靠、灵活、经济的基本要求。设计时，结合小区的实际要求，在符合设计要求的时候，重点考虑了能耗的问题，优先选择了各种低能耗的方案和设备。另外，也考虑到小区未来长期的负荷发展，留有充分的扩建的可能性。关键词：供电系统；设备选择；初步设计；继保AbstractThegraduationdesignfor"residentialpowersupplyandprotectionsystemdesign".ThisdesignUSEStheusuallearningrelatedprofessionalknowledgeinallkindsofhighvoltage,checkallkindsofrelatedmaterials,inaccordancewiththebasicrequirementsofdesign,thepowersupplytothevillageanditsprotectionsystemhascarriedonthepreliminarydesign.Thisgraduationdesignisthefirstloadcalculation,accordingtotheloadcalculationresultsconfirmedthepreliminaryschemeofpowersupply.Thenisroutechoice,thechoiceoftransformer,andthencalculatethechoiceoftheshort-circuitcurrentandthehighandlowpressureequipment.Thelastisthedesignofrelayprotectionsystem.Inaddition,lightningprotectionandgroundingprotectionisalsoimportantcomponent.Thisdesignaccordingtothecurrentnationalstandards,inlinewiththepowersystemsafe,reliable,flexible,andthebasicrequirementsoftheeconomy.Design,combiningtheactualrequirementofresidentialarea,inaccordancewiththerequirementsofthedesign,weconsidertheproblemofenergyconsumption,choicetheschemeandequipmentofvariouskindsoflowenergyconsumption.Inaddition,alsoconsideringtheplotdevelopmentfuturelong-termload,soakthepossibilityofexpansion.Keywords:powersupplysystem;Equipmentselection;Thepreliminarydesign;Theinsured;目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstractⅡ1绪论 12负荷计算和无功补偿 12.1负荷计算 12.2补偿无功功率 53供电方案 63.1主接线方案的设计 63.2主接线方案原则 63.3低压配电部分的设计 64变电站、变压器及线路的选择 94.1变电所选择 94.2变压器的选择 104.3线路的选择 115短路计算 135.1短路故障的形式 135.2短路电流的计算 136高低压设备的选择 166.1基本原则 166.2高压设备的选择 176.3低压设备的选择 117继电保护 187.1继电保护的意义 207.2变压器的继电保护 208防雷与接地 23结论 24致谢 25参考文献 26附录 27PAGE26-1绪论随着我国经济、社会各方面的快速发展，人们生活富裕了，人们的在居住上也提出了更多不同的要求。住宅小区供电及保护系统的设计必须从小区用电量、布局等多个方面考虑，提供更加合理的供电方案，去满足这些新的要求，同时也满足供电系统的经济、灵活、安全、可靠的基本要求。现状：随着城市化进程的不断推进，各地各类住宅小区林立，在用电负荷方面，各类小区不尽相同，但在总体上，用电负荷趋于明显的增高，夏冬两季用电高峰季节和平时的用电高峰时段，用电量就会产生大的变化，造成系统的不稳甚至会造成停电，正常用电将会受到很大影响，这就在可靠性与安全性方面对小区供电及其保护系统提出了更高的要求。近年来，发达地区用电紧张、很多地方的用电非常集中，用电量很大，原本的架空线很多都逐步换成电缆，旧的供电及保护系统方案以及各种电力设备很难满足现在的住宅小区的用电负荷要求。因此小区的供电系统设计必须有新的优化的方案来满足这些新的要求。趋势：供电系统以后的方向是将趋于小型、自动和低耗能。但同时也应重视供电系统的供电可靠性，低压配电部分的安全性也尤为重要。小区供电及保护系统设计基本要求：（1）安全性首先要符合国家各项标准和相关的技术规范，最重要的是人身安全和设备的安全。（2）可靠性供电系统要满足小区正常电力负荷。（3）灵活性在多种不同的系统运行方式下设计都应适用，设备的维护等要做到简单易行，以后的负荷的变化也要在设计的考虑范围内。（4）经济性满足上述基本要求，在此基础上尽可能使方案更简洁，减少经济的投入，从而减少整个系统运行过程中的各项费用。

2负荷计算和无功补偿2.1负荷计算负荷的计算是为了通过计算了解实际的用电情况，以此来进行系统的各类设计，比如线路的选择、电缆的选择、开关变压器等设备选择。计算的负荷比实际负荷低时，用此数据选的设备在运行时内部发出的热量会过大，会损坏线路和设备，较少其寿命，严重时会造成故障，对供电系统安全性可靠性构成威胁。如果负荷计算大于实际负荷，在经济上就造成了不必要的浪费，违背了设计的经济性的原则，综上，准确的负荷计算是设计的基础，只有对系统负荷有了准确的估算，才能在设计上保障系统的安全性、经济性的要求。2.1.1负荷分析近年来，居民的生活富裕了，用电量较大的各类用电器也变得越来越普及，比如：空调、冰箱、热水器等。家庭平均的用电量不断增加，一家装有多个空调、冰箱的情况也不少见，而且这种情况现在是日益增加，根据以上情况，一般而言：多层采用4.5~6kW/每户，高层的计算负荷6~8.5kW/每户，除此之外，建筑面积标准中的50也可以作为一种参考，考虑到本次供电系统设计是针对普通住宅小区的，综上，总的计算负荷我们就取每家为6kW。住宅小区分两部分，共计有26号楼，楼都是六层的，12家组成一单元，第一部分1~15，两个楼装1个配电箱，装7个；二部分是15~26号，同样的二配一，装6个。然后，配电屏也同样是二配一，这样就装了七个配电屏。整个过程：首先，电能从电屏输送到了配电箱，然后电能再到了各个栋再到了各个区域，最后各区域再到了各家。表格2-1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栋、6栋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--2.1.2负荷计算有功计算负荷无功计算负荷视在计算负荷计算电流查阅资料可知：按照单相配电计算，假设基本户数住A，需要系数，则当A=12.0，=0.6；当25<A<100,=0.45；当100<A<200，=0.35；当A>260时取值0.3；平时生活中，功率因数可近似:，（1）总负荷（2）单元负荷（3）配电箱负荷①1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱单元数相同，负荷相同②4#、11#配电箱单元数相同，负荷相同③9#、10#、12#、13#配电箱单元数相同，负荷相同经以上计算结果列出下表：表2-2负荷计算的结果负荷项目负荷容量kW有功负荷kW视在负荷kVA计算电流A1号变压器1号配电屏1#配电箱504226.8266.8385.12#配电箱504226.8266.8385.12号配电屏3配电箱504226.8266.8385.14#配电箱432194.4228.7330.13号配电屏5#配电箱504226.8266.8385.16#配电箱504226.8266.8385.14号配电屏7#配电箱432194.4228.7330.18#配电箱504226.8266.8385.12号变压器5号配电屏9#配电箱576259.2304.9440.110#配电箱576259.2304.9440.16号配电屏11#配电箱432194.4228.7330.112#配电箱576259.2304.9440.17号配电屏13#配电箱576259.2304.9440.12.2补偿无功功率2.2.11.提升功率因数就相当于提升了系统的供电能力。因为在容量一定的时候，升高了功率因数，那么无功功率所占的比例就降低，为用户提供相同电能时所消耗的视在功率就会减少。也就是说这种情况下，原本容量同样的设备，就变得可以为更多的用户供电。2.功率因数的升高可以降低系统中电压的损耗，改善用户电能质量。在有功一样的时候，功率因数变大，流过线路的电流就会变小，电压损耗也就变小了，设备上的端电压随之升高。3.通过加大功率因数，还可以降低系统中总的电能的损失。当电压和有功不变的时候，升高功率因数，电流会随之降低，系统中损失的电能就会减少。综上，功率因数的提高，会让系统中各类设备都得到充分的利用，有效提升供电的质量，而电能在系统中损失会显著减少，效率明显提升，这体现出了巨大的经济性。2.2.21.电动机的选择要合适，使用时更要合理，工作时尽量不能让它轻载或空载，很多时候，可以更多的选择异步电动机来使用。2.要选择适当容量的变压器，并注意其运行的方式，减少变压器工作时轻载和空载的情况的发生。3.对于有些电动机，转速不能进行调整，容量又很大，这时候考虑选同步电动机，并且让它能够过励运行。因为只有在这种情况下同步电动机才会呈现容性，此时就可以补偿系统中的其他设备发出的感性无功。4.还有一种进行人工补偿的方法：自然功率因数过低的时候，不符合系统要求，此时就可以通过人工补偿来对功率因数进行改善，很多时候会采用增加无功功率的并联电容器法。3供电方案3.1主接线方案原则对于小区供电及保护系统，设计主接线的时候，要符合可靠、安全、经济以及灵活的基本要求。首先是要安全可靠，要符合设计相关的各种规定。在整体上，分布要比较适当。其次是要灵活经济，灵活设计接线方案，使其能适用于多种不同的系统运行方式，经济高效。在此基础上简化方案，降低投资，减少运行维护等各项费用。另外，要有超前意识，考虑负荷未来的发展。3.2主接线方案的设计主接线方案:图3-1主接线方案3.3低压配电部分的设计（1）配电屏、配电箱设计小区中配电箱为两栋楼装设一个，共13个配电箱，标记为1号~13号，对应表2-2，装设七个配电屏，1、2对应1号配电屏配电，3~4对应2号配电屏，5~6对应3号配电屏，7~8对应4号配电屏，9~10对应5号配电屏，11~12对应6号配电屏，13独立对应7号配电屏。图3-2配电屏、配电箱设计（2）配电箱到单元设计小区内两栋楼装设一台配电箱，共13个，如图所示，配电箱将电能分配至各个单元。

图3-3配电箱到单元设计

4变压器、线路的选择4.1变电所的选择4.1.1变电所位置变电所所在位置的设计，要依照次下要求，综合考虑后再进行最终的统筹的确定：（1）要求变电所靠近负荷供电的中心。（2）进线和出线都要足够方便。（3）电源侧的靠近位置。（4）可方便进行设备的运送。（5）高温等环境恶劣的地方不适合选择。（6）一般不能选空气中尘土多或者有对设备、人身有害的气体的地点，不能避免的时候，要根据风向，建在不容易受到影响的地方。（7）不能建在经常出现积水情况的地方，也不应该建在这种地点的周围。（8）不能在可能爆炸的地点建设，也不能够在可能出现火灾的地点进行修建，当修建在这类地点周围的时候，一定是要满足现行设计要求的规定（国标）。（9）不能在低洼的会出现积水情况的地方修建的。（10）高压配电所的建设要靠近周围的变电所和密集的高压负荷，比如高压设施很多的大型工厂等。4.1.2变电所形式变电所依照放置的位置可以分为屋外和屋内式。屋内变电所的维修和如此防护比较方便简单，它的占用的地方也会比较小。在进行小区内的变电所的选择时，要依照实际小区具体的环境气候等多方面的条件，进行合适的选择。除此之外，在同样满足要求时，尽量选择使用屋内式。大负荷的地区，要使用半露天的变电所。在大负荷或者建筑比较高的时候，设置室内的变电所比较合适。小区负荷比较小而且不是很集中的时候，或者要求距离易燃易爆威胁足够远的时候，需要设置独立的变电所。当周围所处环境正常的时候，可以考虑使用露天式。小区的设计中我们选择的变电站是低/高压1995预装式的。此类变电站的几个特点如下：这种变电站是一种构成比较紧凑的成套的设备。在电压为10.0/0.40kV、6.0/0.40kV、35.0/10.0kV的系统中，可以用来有效的分配电能。对于城市中的供电系统，这种设备尤为适用。除此之外，还可以把便携式变电站安装在车上，构成能灵活活动的配电车，当变电所发生故障的时候发挥作用。

4.2变压器的选择4.2.1台数的选择变压器会起到尤为重要的作用，它的任务是升高或减低电压，通过这样的方式我们就能更有效的传输、使用生产出的电能。因此，变压器的比较关键。变压器台数选择基本原则：（1）当用电负荷正常的时候，整个系统要达到可靠性。（2）当因为季节或者昼夜的变化而造成用电量产生较大变化时，可以两台变压器同时接入，前提是可以经济运行。（3）一般，一个变电所要装设一个变压器，但当变电所所供电的地区用电量很大的时候，变电所自身容量也大时，可装设多台。（4）选择时，要考虑到小区以后用电量的发展，容量要大于目前的所需用量。这次的小区供电及保护系统设计装设两台主变压器，每个院设置一个，如果任意一台出现故障不能正常运行，另一台还可以独自为两院供电。4.2.2容量的选择（1）当只装设了一台主变的时候，系统中容量和总的计算负荷要求符合：（2）设置两台时，容量要求符合：①两台变压器中一台变压器独立供电时，大小要为60%~70%的总负荷，即②一台变压器独立供电，Ⅰ、Ⅱ级负荷的供电都需要得到满足，即这次的小区供电，是三级负荷，参考①：两院=2337.60kVA，两个主变容量，，取。4.2.3变压器型号的选择变压器的各项分析之后，可得出：变压器SCZ9-1600/100型号：表4-1SC9-1600/10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（%）组别SC9-1600/1010kV61980108500.7Dyn114.3线路的选择小区供电的进线是10kV，引出条数为两条，两条进线的前端要分别装高压计量柜，还有接入计费电能表，他的作用是测量电能来计算费用，使用的时候利用互感器。在三相系统中，线路的发热情况是选择的时候是要重点进行考虑的，要求载流量需要大于等于计算出的电流值，温度条件在计算的时候，会有影响，计算的时候，要乘上校正的系数值，公式为：（1）进线电缆的选择温度校正系数计算可得，为，即通过查表4-2：选35.0的油浸的绝缘型。发热条件校验：油浸的绝缘型：，满足。机械强度校验：电缆，机械强度不用校验。（2）选择配电箱内电缆配电箱1号、2号、3号、5号、6号、8号4#、11#计算电流9、10、12、13配电箱计算得出的温度校正系数：，即根据表4-2：1、2、3、5、6、8配电箱要选YJV型电缆，他的标称截面为150；而4、11用YJV型电缆，它的标称截面为120的；标称截面185YJV型用在9、10、12、13号。对发热条件进行校验YJV型电缆：，是满足的。YJV型电缆：，是满足的。YJV型电缆：，是满足的。对机械强度进行校验电缆的机械强度不用校验。（3）选择单元电缆温度校正系数，即查表4-2：用YJV型，10.0。对发热条件进行校验油浸的绝缘型，发热得到了满足。校验机械的强度机械的强度不需进行校验。

5短路计算5.1短路故障的形式在三项系统中，短路有多种。其中，单相短路只有在四线制系统才会发生。故障时，三相的短路电流会比单相和两相故障的时候电流要大，如果是线路很长距离较远的时候，这种情况就会更明显。因此，相比之下三相短路会对系统更不利。在小区设计时，要保证电力系统在最恶劣的短路故障下也能可靠的工作，因此，校检的时候，要依照三相短路来。5.2短路电流的计算小区将采取两端电源供电的方式，接入10KV城市电网，容量=100.0MVA，断流容量，标幺值进行计算：（1）基本值基准容量，基准电压，（2）电抗标幺值系统中，电抗标幺值：查得架空线，电抗标幺值对电缆查得：对变压器，电抗标幺值查得画短路时等效电路图：图5-1等效电路图（3）处电抗，它的标幺值是：电流周期分量有效值（三相）其他三相的短路电流三相短路容量（4）点的总的电抗标幺值和三相总电抗标幺值电流周期分量有效值（三相）其他三相短路电流三相短路容量表5-1计算结果点14.837.722.3268.8点3564.438.224.36高、低压设备的选择6.1基本原则（1）考虑额定参数选设备时，要保证设备本身的额定电压不能低于设备的安装处的额定电压，即同时它的额定电流不能够比通过该设备的最大电流低，即（2）考虑稳定条件在短路故障之后，电路中的保护系统需要一定的延时才会动作，因此选择的设备在短时间的短路电流下，要能支撑得住。设备热稳定性：设备中通过的电流很大的时候，会发热造成了的温度升高，最高温度不能够超过所允许的发热温度的最大值，即动稳定性：电气设备在短路冲击电流下，产生很大电动力，在此情况下，设备要能承受，机械性能不能损坏，即（3）考虑断流能力很多开关设备，有接通、断开电路的作用。电路在开通、断开时流过设备中的电流将会大于此位置短路故障时的最大短路电流，或者说断流容量将会比可能会发生的最大短路容量要大，即或一般而言，选择设备时首先考虑设备运行环境以及额定参数这些基础原则，然后再去考虑断流还有动、热稳定性等。设备初步的选择和后续的校验：表6-1设备初步的选择和后续的校验项目额定电压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○○○○○熔断器○○○－－负荷开关○○○○○隔离开关○○－○○限流电抗器○○－○○电流互感器○○－○○电压互感器○－－－－支柱绝缘子○－－○－套管绝缘子○○－○○母线－○－○○电缆○○－－○○需要校验的项目－无需校验6.2高压设备的选择高压设备的选择要根据它的额定电压和额定电流等基本参数进行初步选择，一部分设备还要进行动稳定、热稳定性的检验。熔断器和断路器等开关设备要检验断流容量。另外，设备运行环境也是重要的影响因素，如温度、湿度、光照等。可以通过装设不同类型的高压设备来适应这些不同环境。有些特殊设备的选用要考虑的方面更多，都要考虑全面，做到安全可靠的运行。变压器高压侧选择：（1）额定参数：额定电压，，即额定电流，，即（2）稳定条件：冲击电流，，即热稳定，，即（3）断流能力：断流容量，，即根据计算，做如下选择：高压侧开关柜选择GG1A-10Q（F）、隔离开关选择GN8-10T/200、电压互感器选择JDZ-10Q、电流互感器选择LQJ-10-200/5A、少油断路器选择SN10—10I/630、熔断器选择RN1-10表6-2高压设备校验项目额定电压kV额定电流A开断电流kA短路电流校验动稳定热稳定kAkA2s校验结果少油断路器SN10-10Ⅰ/63010630≥9316≥14.840≥37.71024≥153满足条件隔离开关GN8-10T/40010400≥93－40≥37.7980≥153满足条件电流互感器LQJ-10-200/5A10200≥93－45≥37.75625≥153满足条件电压互感器JDZ-10Q10－－－－满足条件熔断器RN1-1010150≥138.515.5≥14.8－－满足条件（－表示此项无需校验）6.3低压设备的选择低压设备：变压器至母线选择：（1）额定电压，，额定电流，，（2）断流能力：断流容量，，即（3）动稳定：，，热稳定，，综上，做出如下选择：低压设备，刀开关HD18-2500，断路器DW15-2500表6-3低压设备校验项目额定电压kV额定电流A开断电流kA短路电流校验动稳定热稳定kAkA2s校验结果断路器DW15-25000.42500≥230960≥3565≥64.43600≥858满足条件刀开关HD18-25000.42500≥2309－105≥64.42500≥858满足条件（－表示此项无需校验）低压设备：从配电屏到配电箱再到每栋楼的单元设备的选择：配电屏1号到7号计算电流是715.2A、772.2A、870.2A、730.2A、770.2A、775.2A、440.1A配电箱1号、2号、3、5、6、8的计算电流=383.10A；9、10、12、13计算电流=440.1A；4#11#的计算电流=320.5A单元计算电流=74.3A综上，对低压设备做出如下选择：DZX10-630、DZX10-100断路器；刀开关HD17-1000、HD17-630，表6-4配电屏、配电箱、楼栋单元中的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DZX10-100/807继电保护7.1继电保护意义继保的作用是让系统能安全和稳定的运转。它是整个系统重要的一个组成部分，它能快速、自主、精准的发现和去掉故障部分，使得其他部分运转正常。继电保护在系统中的作用：（1）故障发生时，继保要很快的做出反应，分离出故障部分，使故障与系统隔离开，这样使得其他部分的运转不受影响。（2）故障时，要求继保系统能够准确表现出设备的各种故障状态，这样工作人员可以收集这些信息，来分析判断。采取合理措施，来恢复系统的正常运转。（3）继保和自动重合闸进行配合，来提高了系统的可靠性。继电保护的基本要求：（1）选择性选择性是继电保护的重要特性，系统中有故障发生的时候，继保会动作，只会把系统中的有故障的那一部分分离出去，而其他的部分不动作，可继续运转，保持供电。（2）可靠性当故障在保护的范围内发生，超过整定值，保护装置本来应该动作的，没有动作，称作拒动；当故障发生在保护范围外或者系统正常，没有故障，此时保护本来不该动作，但是却动作了，这样称之为误动作。误动、拒动对电力系统会造成很大影响，大大降低了可靠性，使得系统很多时候无法可靠的供电。装置的可靠性与保护的原理、接线方式关系密切，所以我们要选择可靠性强，保护原理和接线方式相对简单的保护装置，保障继电保护的可靠性。（3）灵敏性保护的灵敏性决定了范围，也就是决定系统故障时保护会不会动作。灵敏度的合理选择，要结合实际情况，防止误动、拒动。（4）速动性顾名思义，就是故障时保护的动作一定要快，速度把故障从系统分离。速动越快，系统承受故障的时间就越少，系统就越安全，故障的影响就越小。除了之外，在实际安装保护时，要注意设计的经济性，在能实现同样的功能，保证安全的时候，优先使用各项投资较少的各类保护。7.2变压器的继电保护1.定时限过流可以作为变压器的一种基础的保护，该保护使用的电磁式电流继电器为DL型，其动作电流为，返回系数，取为0.85；保护线系数，取为1；可靠系数，取为1.2；为变流比。过电流保护的动作时间的整定：时间要大于二次侧过流保护的最大时间，比它大，为0.5秒。灵敏度校验其中是二次侧最小的两相的短路时的电流。图6-1过电流护原理图2.零序电流速断保护也可以用来保护变压器，其动作电流要大于二次侧最大的三相短路的短路电流，即灵敏性校验：用一次侧最小的两相短路电流来校验3．过电流保护、速断保护相关计算（1）过电流保护动作电流的整定动作电流电流继电器用DL-11/10型，整定值设为5A时间的整定灵敏性校验满足要求速断保护动作电流的整定电流继电器用DL-11/100型，整定值设为45灵敏性校验满足要求8防雷与接地变电所的防雷设计：本次设计变电所使用避雷线或者避雷针作为防雷设备。避雷针遭受雷击时，可能发生“反击”等现象，会对周