《某住宅小区10kV变电所及低压配电系统设计》9000字（论文）

I一.引言目前，网络和信息发展必须建立在电气化的基础上，如果停电，电气化可能导致这些配电部门的重大经济损失，并造成不良后果。为了确保正常的生活、工作和学习，正确分配电力是非常重要的。电力分配设计主要包含以下要素：负载计算和主变压器选择。在10kv项目中，一个住宅地区的电力和照明系统优先考虑优化资源使用，以减少变电站的噪音污染和环境干扰。在满足电力和安全要求时，应考虑未来变电站的现代化和维护要求。10kV的低压配电线路必须简明易懂，有理布局，不受不同电间隔之间的干扰，有理可靠的网络设计和有效的保护设备。总的来说，l0kV的电力和照明系统朝着自动化、智能化和标准化发展[1]。该设计主要用于完成某住宅小区10kV电源和供电系统的电气设计，并通过选择具有住宅小区代表性的电力建筑来开发其电源和供电系统。实际的设计过程设施包括地理环境中的位置，设备框架和一些建筑物电气负载，从而分析关于设备负载数据和功率分配系统和安全性，可靠性，经济性等方面的基本信息。载于主布线形式的每个部分通过负载计算在此基础上，对各线路的最大持续工作电流及短路进行了计算。最后确定的电力分配系统继电保护和防雷接地，从而提高了10kV电力供应和分配系统的总电力。二．系统总体设计1.工程基本情况本文介绍了一种以居住为主的综合型高层住宅区，占地10000平方米，共14层。主要包括小区幼儿园，配电室，排风机，采暖泵，水泵，升降机、消防升降机、消防控制室、值班室等。高层建筑一般采用10kV高压输电，并选用高质量电气设备，配备消防系统与防雷系统，并具有较高智能化水平。为某住宅小区居民楼以及内部照明，本文通过设计10kV配电系统，为消防安全和公共设施进行配电。该装置由两根10kV电线配电。高压两侧通过开放和封闭的车站分布，380V电力线通过电力电缆供给电源[2]。由于电源数量众多，本文在某住宅小区低压配电系统设计中采用了一个闭环的1＃居民楼，专门设计和解释10kV变电站电力和配电系统的电气设计，包括初级接线图和二级保护控制方案。2.小区供配电的基本数据（1）开闭站的基本数据开/关的负荷、功率因数和出线方式见表2-1。表2-1开闭站基本数据负荷名称负荷容量（kVA）功率因数出线方式1＃居民楼672+1210.85电力电缆2＃居民楼336+1750.85电力电缆3＃居民楼336+1750.85电力电缆配电室262+224+293+2360.85电力电缆4＃居民楼336+1800.85电力电缆小区幼儿园6670.85电力电缆站用电26.80.85电力电缆（2）1＃居民楼的基本数据1#单元的设备容量、功率因数和出线方式见下表2-2。表2-21＃居民楼基本数据设备用途设备容量（kW）功率因数出线方式总计8980.9照明(B1AL-1123层)540.85电力电缆照明(B1AL-145层)360.85电力电缆照明(B1AL-167层)360.85电力电缆照明(B1AL-189层)360.85电力电缆照明(B1AL-11011层)360.85电力电缆照明(B1AL-11213层)360.85电力电缆照明(B1AL-2123层)540.85电力电缆照明(B1AL-245层)360.85电力电缆照明(B1AL-267层）360.85电力电缆照明(B1AL-289层）360.85电力电缆照明(B1AL-21011层）360.85电力电缆照明(BAL-21213层）360.85电力电缆1层一5层(a)电热水器电源301电力电缆6层一10层(a)电热水器电源241电力电缆11层一14层(a)电热水器电源241电力电缆1层一5层(b）电热水器电源301电力电缆6层一10层(b）电热水器电源241电力电缆11层一14层(b）电热水器电源241电力电缆采暖循环泵7.50.8电力电缆生活给水泵190.8电力电缆备用(总计)1000.8电力电缆竖井一应急照明120.85电力电缆竖井二应急照明120.85电力电缆变电站配电100.85电力电缆电梯150.6电力电缆消防排风机补水机5.50.8电力电缆消防潜污泵4.50.8电力电缆消防稳压泵30.8电力电缆消防电梯270.6电力电缆消防控制室50.85电力电缆三．供配电负荷计算与变压器的选择1.负荷计算负载计算是住宅小区配电系统设计中最重要的任务之一，负载计算是变压器功率和输出侧最大连续电流的重要依据[3]。本项目为10kV住宅小区配电网，其内部能源设备以民用为主，故按所要求的系数法进行了计算。（1）单台用电设备的计算在额定运行条件下，电力设备的负载计算和负载能力符合下列规定：（3-1）式中：为用电设备的安装容量(kW)，为介质损耗因数正切值，为设备的额定电压(kV)，为有功计算负荷(kW)，为无功计算负荷(kVAr)，为视在计算负荷(kVA），为计算电流(A)。（2）用电设备组的计算负荷如果要计算主干上的负载，应分成小组，计算每个组的总安装容量，根据每个组的功率因数、功率因数和每个组功率因数的切线值。(3-2)2.小区供配电负荷计算根据已经得知的负荷计算，由式(3-1)、(3-2)可得：（1）1＃居民楼负荷计算具体设备分类，设备容量，需求系数，计算容量，功率因数，计算电流在1#住宅楼中显示。表3-21＃居民楼基本数据设备用途设备容量（kW）功率因数需要系数kX计算电流总计8980.90.71739照明(B1AL-1123层)540.850.85205照明(B1AL-145层)360.850.85140照明(B1AL-167层)360.850.85140照明(B1AL-189层)360.850.85140照明(B1AL-11011层)360.850.85140照明(B1AL-11213层)360.850.7142照明(B1AL-2123层)540.850.85205照明(B1AL-245层)360.850.85140照明(B1AL-267层）360.850.85140照明(B1AL-289层）360.850.85140照明(B1AL-21011层）360.850.85140照明(B1AL-21213层）360.850.851421层一5层(a)电热水器电源3010.7326层一10层(a)电热水器电源2410.72611层一14层(a)电热水器电源2410.7321层一5层(b）电热水器电源3010.7266层一10层(b）电热水器电源2410.71511层一14层(b）电热器电源2410.736采暖循环泵7.50.81146生活给水泵190.8122备用(总计)1000.80.836竖井一应急照明120.85122竖井二应急照明120.85122变电站配电100.85118电梯150.6138消防排风机补水机5.50.8111消防潜污泵4.50.819消防稳压泵30.816消防电梯270.6169消防控制室50.8519（2）开闭站的负荷计算开闭站的具体负荷名称、低压侧负荷容量、变压器功率损耗、高压侧负荷容量、功率因数如下变所示。表3-3开闭站的负荷计算表负荷名称低压侧负荷容量(kVA）功率因数变压器功率损耗(kVA)高压侧负荷容量(kVA)1＃居民楼672+1210.8525+22815+1642＃居民楼336+1750.8523+21418+2263＃居民楼336+1750.8514+15409+220配电室262+224+293+2360.8515+14+17+13323+277+361+2901＃居民楼336+1800.8529424+211小区幼儿园6670.8524808站用电26.80.850.7427.54总计40400.8549733.无功功率平衡及无功补偿（1）无功功率的基本要求在电网中，一般都是按等级分配和局部平衡来进行无功补偿。要求有一定的弹性和充足的后备电力[4]。一般情况下，主无功补偿器都是在并联电容中使用的。（2）无功功率平衡及补偿低压配电网中的无功补偿设备（1）在低压配电设备中，一般采用并联电容器作为补偿器件。（2）并联电容的功率和变压器的功率是相关的，但是在实践中，变压器的功率一般在5%到10%之间，可安装在高压侧或低压侧[5]。（3）对于低压配电装置，功率因数约为0.9。4.变压器的选择变压器是影响电网及电压等级的主要因素。选择必须谨慎和理性，否则可能会带来一些不便。除了负载计算和变压器所处的环境之外，变压器的功率和类型计算还应考虑到该地区3至5年的开发计划，留下一些余量。变压器的选择还应考虑输入和输出电路的数量，所需的电压水平等，并应进行彻底的分析和考虑[6]。由于这种结构所需的变压器在室内，所以，采用干变压器，并选用SCB9等一系列的变压器。本系统采用电力系统，电压10/0.4kV，功率不大于2000kVA，但使用三相变压器取代单相变压器。在住宅小区、配电网、变压器的选取中，变压器的功率应大于其计算负荷，并应留有一定限度,作为住宅小区是一个重要的负荷[7]。公寓楼，小区幼儿园，配电室，变压器选择中的23＃员工也必须大于其计算负荷，其选定的数量可以是一个（负载可忽略不计）。对于打开和关闭站的站功率消耗，由于需要确保打开和关闭站的正常操作，因此，请按上面的方法选择两台变压器，然后用同样的方法来选择电源[8]。以下表格列出了其具体型号的选择：表3-4变压器型号表负荷名称低压侧负荷容量(kVA）功率因数变压器型号台数1＃居民楼672+1210.85SCB9-1250/10UK%=622＃居民楼336+1750.85SCB9-1000/10UK%=623＃居民楼336+1750.85SCB9-630/10UK%=62配电室262+224+293+2360.85SCB9-630/10UK%=644＃居民楼336+1800.85SCB9-1250/10UK%=61小区幼儿园6670.85SCB9-1000/10UK%=61站用电26.80.85SCB9-30/10UK%=41在这个结构中，并行电容器安装在变压器的低压一侧，作为反应功率补偿。以住宅小区和1＃居民楼为例。选择低压侧安装并联电容器。图3-1变电所电气主接线一次接线图四．变电站短路电流的计算1.短路电流计算（1）短路电流计算的基本步骤选择参考值并计算每个组分的等效反应性（标准值）；给系统制订等值网络图；选择短路点；4）简化等距电路，不考虑短路的非周期性成分，计算短路时的全电阻值，计算短路时的全阻尼值，找到短路标记和已知的短电流值;计算短路电流值，最大总电流值和短路功率;绘制当前短路计算结果的表格。（2）各元件标幺值的归算计算单元参数的公式1）计算线路参数（不考虑电容器）通常传输线的阻抗是：（4-1）那么线阻抗是：（4-2）符号说明：x单位阻抗，代表线路l代表传输线的长度X代表传输线的阻抗2）变压器参数计算(4-3)符号说明：等效电阻代表变压器百分数的变压器阻抗电压代表额定电压（线路电压）千伏代表变压器额定功率MVA3）电抗器参数计算(4-4)符号说明：是反应堆等效电阻代表反应器电阻的百分值代表额定电压（线路电压）千伏变压器额定功率KA2.变电站的短路电流计算（1）变电站各元器件的有名值和标幺值计算根据上述公式，计算所有成分的已知值和最小值。根据基准容量，基准电压为10MVA，根据计算表，基准电流为0.557KA:表4-1变压器参数负荷名称变压器型号功率因数台数有名值（Ω）标幺值1＃居民楼SCB9-1250/10UK%=60.8524.80.482＃居民楼SCB9-1000/10UK%=60.8526.00.603＃居民楼SCB9-630/10UK%=60.8529.50.95配电室SCB9-630/10UK%=60.8549.50.954＃居民楼SCB9-1250/10UK%=60.8514.80.48小区幼儿园SCB9-1000/10UK%=60.8516.00.60站用电SCB9-30/10UK%=40.85120020系统短路容量:A911变换线路143.9MVA，B变364线267.8MVA:（2）系统短路电流的计算由表4-1分析可得所以（4-5）则其有名值为：（4-6）短路冲击电流：（4-7）最大电流有效值：（4-8）短路容量：（4-9）五．主要的电气设备选择1.电气设备选择的条件（1）电气设备选择的原则选用电器的通用原理[9]是：（1）各种条件下的需求都应该得到满足，并且要考虑到过量的负载[9];（2）必须符合本地的环境状况；（3）在选择向导时，应尝试选择相同类型;（4）当项目扩展时，应选择与旧电器型号相同的新电器;（5）选择新电器需要进行可靠的测试来获取数据，需要有能力的机构来确保设备的可靠性[10]。（2）电气设备选择的技术条件在额定工况下选用电器额定电压即：（5-1）额定电流即：（5-2）相应回路的最大持续工作电流2.电气设备的选择（1）电压、电流互感器的选择1）电压互感器的选择条件电压互感器的选用要视其工作环境和安装位置而定。变流器的种类及外形。油浸变流器和内置电压互感器广泛应用6~35kV室内配电系统[11]。功率和精度等级的选择。其功率和精度由连接的仪器决定2）电压互感器的选择表5-1电压互感器数据3）电流互感器的选择条件A.适用范围：适用于3~20kV的室内配电系统中的陶瓷绝缘电流互感器。B.高压侧额定电压和电流应满足：C.准确级和容量的选择。D.电流互感器的选择表5-2电流互感器选择负荷名称最大持续工作电流(A)电流互感器型号1＃居民楼102.8LZZBJ9-10200/52＃居民楼95.8LZZBJ9-10150/53＃居民楼71.3LZZBJ9-10100/5配电室129.2LZZBJ9-10200/51＃居民楼71.0LZZBJ9-10100/5小区幼儿园54.01LZZBJ9-1075/5站用电1.67LMK3-0.66总计309.2LZZBJ9-10600/5（2）母线及电力电缆的选择1）母线材料的选择金属丝一般为铜、铝或铝合金。选用的材料往往要求将环境、安全性、经济性等因素综合考虑。2）导线截面选择驱动装置的横断面大小取决于在很长一段时间内可以产生的电流或者在驱动横断面上流动的电流。一个恒定的供热系统可容许多少电力：（5-3）为一定温度=25℃时导体工作电流(A)3）母线的选择经分析初步选用矩形铜母线TMY，其部分参数见下表：表5-3母线参数矩形铜母线(TMY)母线截面和重量(cm2)最大允许持续电流(A)25℃35℃40℃规格重量Kg平放竖放平放竖放平放竖放铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线铜母线6铜0.251720021017618516217115X30.400526127523324521422520X30.53432334028530027128525X30.667545147539441536638530X41.06853662552255048451040X41.42466570058855155158040X51.7881686072176066970550X52.22590695579784073577550X62.671069112594099087336060X63.20412511320110111601016107060X84.27213951475123012951133119560X105.3413601480119513001110120580X64.27215531690136114801260137080X85.69617471900153116651417154080X107.1216651810155715365461475100X65.34191120801674182015461635100X87.1221212310186520251720187010X108.920024001940211018001955注：15X4、20X6、20X8、20X10，25X4，25X6，30X3、30X6、30X8、32X8、40X8、40X10、50X10母排规格亦可选用。故母线选择详情如下：主母线型号：TMY-100×103）电力电缆的选择条件A.线芯和线芯的选型。线芯一般是用铜或铝心材料制造的。在选用材料时，一般要将环保、安全、经济等因素考虑在内；模型的选择通常是可靠和实用的[12]。B.电压选择。C.截面选择与母线类似。（3）其他电气设备的选择1）高压开关柜的选择总结上述选择，高压开关，KYN1-10型手持式移动金属封闭式开关，机柜尺寸（宽×深×高）800×1660×2300。2）隔离开关的选择由于开关类型是转向架开关，隔离开关必须与开关装置对齐。3）接地开关的选择配有接地开关的开关。六．变电站设备的保护1.变压器结构保护措施随着我国国民生活的飞速发展，变压器生产技术也在飞速发展，我国自主生产10kV电力变压器已经和国外先进水平差之不多。现在将针对如何改进变压器噪音、损耗、渗透、局部放热以及抗短路等几方面的结构和工艺作一些介绍。（1）降低变压器空载损耗以及噪声1）对电磁计算方案进行了优化，使得磁通量密度得到了合理的控制，以确保在电压较高时不会发生磁饱和现象。2）通过采用0.3mm的优质冷轧过钢片并利用带去毛装置的800mm硅钢片自动剪切线剪制，能够使毛刺保持在0.02mm之内。3）当进行铁心叠积这一步骤时，可采用无孔工艺，在降低铁心工艺系数方面有很大的作用。4）采用特殊的工艺和结构能够使铁心紧固，芯柱一般采用不绑扎结构，为了使芯柱形成一个整体可以利用专门配制的多组份的固化胶来刷铁心端面。为了获得良好的平面和竖直性，可以通过对芯部的夹持力进行合理的控制来实现[12]。5）变压器的器身和它的油箱的接触构件也必须采用一些比较特殊的结构，可以尽量的减少振动。6）为了避免油箱发生共振，把油箱表面做成瓦楞形式可以有效的阻止声波形成规则的反射[13]。（2）降低变压器温升和负载损耗1）电线可采用复合线，自粘式换位线或纸张涂层，该方法能有效地降低变压器的电阻损耗。2）通过合理地选取线圈的形状来减小电阻损失和减少涡流损失，导线尺寸，电流密度，精细布局和完美的换位措施。3）通过改进变压器油箱和壳体的结构，也可以很好地减少杂散损耗。4）为了降低线圈的温度升高，线圈结构可以接受薄纸管和偏转油系统的结构。通过增加散热器表面差异，并选择高质量和高效的散热器来实现降低变压器油温升高[14]。（3）提高抗短路能力1）优化电磁计算方法。可以安装单独的电压调节线圈以平衡线圈的安培分布，并且线圈在相同的中心线上并且对称地上下形成，这可以很好地降低短路功率。2）动态稳定性的定量计算，以确定轴向拉伸，压缩应力，缓冲压缩应力，径向变形力，不稳定临界力等，以及安全性必须保持足够的保险系数。3）高强度绝缘纸管用作低压线圈骨架，经过特殊处理可显着提高变压器的短路电阻能力。厚纸管可用作压力调节线圈，可大大提高线圈的稳定性和机械强度[15]。（4）低压侧保护1）根据合环操作的需要，确定母线电压差值。如果合环的需求不能满足，可以进行下列调节：调节一个与标准电压偏差比较大的配电变压器有载分接开关，以减小与其他配电变压器之间的汇流压力差。采用合适的无功补偿电容器，使母线两端的电压差距减小。该母线电压标准是根据配电系统所采集的电压或由框型断路器所获得的。2）检查开关弹簧蓄能器的能量储备。若无法储存能量，则首先下达能量储存指令，以储存能量。2.变电站的接地防雷保护（1）雷电过电压保护1）直接防雷电保护对于独立变电站和35kV及以下配电设备，通常不安装直接防雷装置，但应安装在雷电特别强的区域。变压器门框设计和配电变压器主接地导体结构小于15米的配电装置，必须严格遵守在变压器门框设计上在安装避雷针和电源线前。2）雷电侵入保护A.在设计变电所时，应充分考虑到雷电的影响。B.在变电所的高压配电网中设置避雷器。C.变电站上的每个总线必须配备一个阀门挡块。D.在入口线上安装阀门开关时，应考虑进线数量和开闭站的重要性。E.阀门保持装置的接地点必须安装一个集中接地装置，阀门挡板应连接到变电站的主接地网，接地线最短（包括通过电缆的金属外壳）。（2）变电站的防雷击保护1）直接防雷在变电所顶部安装避雷针或防雷条，拆卸两条接地线，并与变电所的主接地设备相连。若变电所的主要变电所设于户外或设有分配站，独立避雷针必须安装在变电站外的适当位置，设备高度要保证防雷区域能覆盖全变电所。如果变电所直接为其它建筑设置了防雷措施，那么不能设置单独的避雷器。根据规范，一般采用3~6根钢管作为独立避雷针。2.5mm和φ50mm，在塔中排列成一列或多边形，有一根避雷针，每根管子之间的间距为5米。管道顶部和地面。下半部分为0.6米。接地管道是由40毫米*4毫米的镀锌钢板焊接而成。驱动器下部由25mm×4mm镀锌扁钢制成，圈套接地套管焊接连接，并在底座上与避雷针和钢棒焊接，并与避雷针相连。避雷针采用直径为1~1.5米的直径为mm20mm的镀锌圆钢。变电所的主接地设备上的避雷针应至少在3米以上。2）雷电侵入保护A.在10kV电源端子上安装FS4-10阀门锁。下导25mm×4mm镀锌扁钢焊接到公共接地网并连接到锁定接地螺钉。B.GG-1A（F）—54开关装置，位于10kV的高压配电室内，与主变压器相邻，设有FS4-10开关。为了避免闪电入侵波，主变压器的主要防护措施是雷击。C.为避免雷电波侵入，应在低压线路上安装380V高压插座，或使绝缘子铁脚接地。3.建筑物接地防雷保护1）雷电防雷保护针对该工程的开关站防雷问题，通过分析、计算，确定了BSTG系列三相高压保护装置，能够有效地控制不同类型的真空开关造成的大气过压及操作。电压和性能可以取代六种特别适用于KYN和其他全配电设备的传统避雷针。所选型号为：BSTG-B-12.7/6002）配电室和1＃居民楼的防雷在这种设计中，电涌保护器直接安装在低压侧，以防雷击。居民住宅区的配电房均采用TUR-T2-3+N-40+44P电涌保护装置，23#职工多层公寓用PRD-40KA/4P。总结本文通过计算负荷，分析初始数据，然后通过分析计算负荷并查阅相应的变压器模型来确定变压器功率，计算配电系统每侧的负荷。变压器类型由安全分析，经济计算确定。在电力系统中，短波的计算是电力设备选型的一个重要依据，也是电力系统设计中的一个基本问题。对各线路的短路电流进行了分析和计算，包括短,启动电流、短路容量等。不仅检查先前的基本连接形式，也是配电系统的电子设备选型的重要数据。确定电线的形状是变电站电气设计的核心，其含义是不言而喻的。综合评估和分析综合初始数据等重要因素，在设计这项工作时，开闭站的主线提供单个主干分段线以确保电源的可靠性，而1＃居民楼使用通常的单线入站线。考虑到安全稳定运行的前提条件，充分考虑经济因素，选择相对合适的电气布线。电力自动化技术是伴随着新技术的发展而发展起来的。这些新技术在电力系统中得到了广泛的应用，它把传统的数据