供配电工程课程设计报告-税友科技楼10kV变电所电气设计(共34页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 能源与动力工程学院本 科 生 课 程 设 计题 目： 税友科技楼电 课 程： 供配电工程 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 专心-专注-专业扬州大学能源与动力工程学院供配电工程课程设计任务书1题 目税友科技楼10kV变电所电气设计2原始资料2.1 课题原始资料各课题的工程概况及负荷详见工程图纸资料（另附）。2.2 供电条件（1）供电部门110/10kV变电所位于工程附近1.5/2.0/2.5/3.0km（自选）处，10kV母线短路电流为16/18/20kA（自选），根据需要可提供给用户1路或2路10kV专线（自选）供电。（2）采用高供高计，要求月平均功率因数不少于0.95。不同电价负荷，计量分开。如学校用电统一执行居民电价，公共建筑执行商业照明电价、非工业动力电价，工业企业生产用电统一执行大工业电价、职工生活用电执行居民电价。居住区采用高供低计（住户每单元集中设置计量表箱、小区公建在配电室低压出线柜设置计量表）。（3）供电部门要求用户变电所高压计量柜在进线主开关柜之前，且第一柜为隔离柜。2.3 其他资料当地最热月的日最高气温平均值为35，年最热月地下0.8m处最高温度平均值为25。3具体任务及技术要求本次课程设计共1.5周时间，具体任务与日程安排如下：第1周周一：熟悉资料及设计任务，负荷计算与无功补偿、变压器选择。 周二：供配电系统一次接线设计，设计绘制变电所高压侧主接线图。周三：设计绘制变电所低压侧主接线图。周四：设计绘制变电所低压侧主接线图。周五：设计绘制变电所电气平面布置图。第2周周一：短路电流计算，高低压电器及电线电缆选择计算。 周二：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。 周三：整理打印设计报告，交设计成果。要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，完成10kV变电所的电气设计（每组23人分工合作完成）。设计深度应达到初步设计要求，制图应符合国家规范要求。4实物内容及要求课程设计报告文本内容包括：1.封面；2.任务书；3.目录；4.正文；5.致谢；6.参考文献；7.附录（课程设计图纸）。4.1 设计报告正文内容（1）工程概况与设计依据（2）负荷计算与无功补偿设计（3）供配电系统一次接线设计（4）变电所设计（5）短路计算与高低压电器选择（6）电线电缆选择（7）低压配电线路保护设计设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。（变电所出线部分内容各有侧重）设计报告正文采用A4版面撰写、A3纸打印（每页版数2）。4.2 设计图纸（1）变电所高压侧电气主接线图（1张A3）（2）变电所低压侧电气主接线图（24张A3）（3）变电所电气平面布置图（1张A3）设计图纸绘制的一般要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。（变电所出线部分内容各有侧重）设计图纸采用A3图纸CAD出图。与报告正文一起装订成册。5设计指导书及参考文献1 翁双安供配电工程设计指导M北京：机械工业出版社，20082 莫岳平、翁双安供配电工程M北京：机械工业出版社，20113 任元会工业与民用配电设计手册M3版北京：中国电力出版社，20058学生任务分配表1 课程设计任务分配表序号课题名称班级学号（末两位）备注5税友科技楼10kV变电所电气设计7完成期限任务书写于2013年6月1日，完成期限为2013年6月26日8指导教师*目 录1 工程概况与设计依据.1.1 工程概况1.2 设计依据.2 负荷计算及无功补偿设计.2.1 负荷数据.2.2 负荷计算. 2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算. 2.2.4 变电所负荷计算.3 供配电系统一次接线设计3.1 负荷分级及供电电源.3.2 电压选择与电能质量.3.3 电力变压器选择.3.4 变电所电气主接线设计. 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计. 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计4 变电所布置设计.4.1总体布置4.2配电装置通道与安全净距. 5 短路电流计算与高低压电器选择5.1 变电所高压侧短路电流计算.5.2 低压电网短路电流计算. 5.2.1 变压器低压侧短路电流计算.5.2.2 低压配电线路短路电流计算.5.3 高压电器选择5.4 高压互感器选择5.5 低压断路器的初步选择 5.5.1配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择. 5.5.2变电所低压电源进线断路器的初步选择.6 电线电缆选择6.1 高压进出线电缆选择.6.2 变电所硬母线选择.6.3 低压配电干线电缆选择.7低压配电线路保护设计.7.1 低压配电线路的保护设置.7.2 低压断路器过电流脱扣器的整定 7.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定. 7.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定.致谢参考文献附录 设计图纸图 纸 目 录序号图 纸 名 称图幅图纸编号备 注1变电所高压侧电气主接线图A3电012变电所低压侧电气主接线图（一）A3电023变电所低压侧电气主接线图（二）A3电034变电所低压侧电气主接线图（三）A3电045变电所低压侧电气主接线图（四）A3电056变电所电气平面布置图A3电06 1 工程概况与设计依据1.1 工程概况本工程位于扬州市区，总建筑面积约2000 m2 ;建筑层数、高度：地上 19层，建筑高度约为80m；本工程属于一类高层建筑.结构形式为框架结构，基础形式为桩基基础。建筑功能：地下室战时人防平时为汽车库（具体详人防图纸）,地上为办公。 1.2 设计依据 1相关专业提供给的工程设计资料； 2各市政主管部门对初步设计的审批意见； 3甲方提供的设计任务书及设计要求；（1）供电公司110/10kV变电所位于工程附近1.5km处，10kV母线短路电流为20kA，根据需要可提供给用户1路或2路10kV电缆专线供电。（2）采用高供高计，要求月平均功率因数不少于0.95。不同电价负荷，计量分开。（3）供电部门要求用户变电所高压计量柜在进线主开关柜之前，且第一柜为隔离柜。 4中华人民共和国现行主要标准及法规： 供配电系统设计规范（GB50052-2009） 低压配电设计规范（GB50054-95） 民用建筑电气设计规范（JGJ16-2008） 通用用电设备配电设计规范（GB50055-93） 建筑照明设计标准（GB50034-2004） 智能建筑设计标准（GB/T50314-2006） 建筑物防雷设计规范（GB50057-2010） 综合布线系统工程设计规范（GB50311-2007） 建筑物电子信息系统防雷技术规范（GB50343-2004） 火灾自动报警系统设计规范（GB5011698） 公共建筑节能设计标准（DGJ32/J 96-2010） 江苏省民用建筑热环境与节能设计标准（DBJ32/J-2006） 高层民用建筑设计防火规范（GB 50045-95)（2005年版） 民用建筑设计通则（GB 50352-2005） 2 负荷计算及无功补偿设计2.1 负荷数据表2-1 负荷数据用电设备名称回路名称额定容量 /kW普通照明插座MWP11400空调动力MWP21330公共走道照明主备电源MWP4100公共走道照明主备电源MWP5100公共走道应急照明主备电源MWP620公共走道应急照明主备电源MWP720监控主机主备电源MWP815监控主机主备电源MWP915报警主机主备电源MWP1010报警主机主备电源MWP1110给水增压泵主备电源MWP128.5给水增压泵主备电源MWP138.5二楼防火卷帘主备电源MWP1410二楼防火卷帘主备电源MWP1510消防电梯主备电源MWP1627消防电梯主备电源MWP1727客梯电梯主备电源1MWP1875客梯电梯主备电源1MWP1975客梯电梯主备电源2MWP2075客梯电梯主备电源2MWP2175屋顶消防风机主备电源MWP2246.5屋顶消防风机主备电源MWP2346.5屋顶稳压泵主备电源MWP240.75屋顶稳压泵主备电源MWP250.75消火栓主备电源MWP2675消火栓主备电源MWP2775喷淋泵主备电源MWP2890喷淋泵主备电源MWP2990电信机房主备电源MWP3015电信机房主备电源MWP3115变电所风机主备电源MWP3210变电所风机主备电源MWP3310消防电梯排污泵主备电源MWP342.2消防电梯排污泵主备电源MWP352.22.2 负荷计算 2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算照明负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法，见表2-2。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。表2-2 照明负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算照明回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 AMWP114000.650.85910.0564.01070.61627.3 MWP41000.80.980.0 38.7 88.9 135.1 合计15000.660.85990.0 602.7 1159.0 1761.7 乘同时系数（0.75/0.80)15000.500.84742.5 482.2 885.3 1345.7 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算电力负荷和平时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-3。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。表2-3 电力负荷和平时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算电力及平时消防回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 AMWP213300.80.81064.0 798.0 1330.0 2021.6 MWP81510.915.0 7.3 16.7 25.3 MWP101010.910.0 4.8 11.1 16.9 MWP128.510.88.5 6.4 10.6 16.2 MWP18750.850.763.8 65.0 91.1 138.4 MWP20750.850.763.865.091.1138.4 MWP162710.727.027.538.658.6 MWP301510.915.07.316.725.3 MWP321010.910.04.811.116.9 MWP342.210.82.21.72.84.2 合计1567.70.820.791279.2 987.9 1616.2 2456.7 乘同时系数（0.75/0.80)1567.70.610.77959.4 790.3 1243.0 1889.3 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算火灾时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-4。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。表2-4 火灾时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算火灾时消防回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 AMWP62010.920.09.722.233.8 MWP141010.910.04.811.116.9 MWP2246.510.846.534.958.188.4 MWP240.7510.80.80.60.91.4 MWP267510.875.056.393.8142.5 MWP289010.890.067.5112.5171.0 合计242.251.000.81242.3 173.7 298.1 453.1 乘同时系数（0.95/0.98)242.250.950.80230.1 170.2 286.3 435.1 2.2.4 变电所负荷计算先计算变电所总负荷，见表2-5，以便选择变压器台数及容量表2-5 10/0.38kV变电所总负荷计算回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 A照明回路1500.0 0.660.85990.0 602.7 1159.0 1761.7 电力回路1567.7 0.820.791279.2 987.9 1616.2 2456.7 0.0 0.0 0.0 0.0 合计3067.7 0.740.822269.2 1590.6 2771.1 4212.1 乘同时系数（0.75/0.80)3067.70.550.801701.9 1272.5 2125.0 3230.0 功率因数补偿-640功率因数补偿后3067.70.550.94 1701.9 632.5 1815.6 2759.7 变压器损耗18.2 90.8 高压侧负荷3067.70.550.921720.1 723.2 1865.9 107.7 变压器选择2×1250KVA2500变压器负荷率73%在确定变压器台数及容量后，还应将所有负荷分配到每台变压器的低压母线上，然后进行负校核计算，以确定每台变压器的负荷率及具体选择无功功率补偿装置。 3 供配电系统一次接线设计3.1 负荷分级及供电电源（一） 负荷分级原则规定：电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合以下规定。负荷分级：一级负荷原则：1)中断供电将在成人身伤亡 2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失 3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作 4）在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。负荷等级：二级负荷原则：1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失 2）中断供电将影响重要单位的正常工作负荷等级：三级负荷原则：不属于一级和二级负荷者（二） 本工程符合分类 一级负荷：消防负荷、走道照明用电、安防系统用电、电子信息设备机房用电、客梯用电、排污泵、生活水泵，障碍照明用电等用电。 三级负荷：除上述之外的其他用电。 根据负荷计算结果可知：一级负荷合计337.7kW，二级负荷合计0，三级负荷合计2730kW。（三） 供电电源 地下室设专变负责本大楼及室外附属建筑供电,室外管网引入两路高压10KV电源. 两路高压应引自不同的高压电网，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。3.2 电压选择与电能质量（1）电压选择一般工艺与民用建筑宜采用10K供电，若10KV供电的技术经济指标不能满足要求时，则应考虑采用35110KV的电压供电。小负荷的用电单位宜接入地区低压电网。高、低压配电电压的选择取决于供电电压、用电设备的电压以及配电范围、负荷大小和分布情况等。（2）电能质量1）、电压偏差应许值及减少电压偏差的措施a电压偏差应许值：在电力系统正常状况下，供电企业到用户受电端的供电电压应许偏差见表。在电力系统非正常状态下，用户受电端的电压应许偏差不应超过(或低于)额定值的10%。供电企业到用户受电端的供电电压应许偏差系统标称电压/KV供电电压偏差应许值（%）系统标称电压/KV供电电压偏差应许值（%）35（三相线电压）正负偏差绝对值之和不大于1010（6）（三相线电压）+/-7用电设备端子电压偏差应许值名称电压偏差应许值（%）名称电压偏差应许值（%）电动机：正常情况下+5-5照明：一般工作场所远离变电所的小面积一般工作场所应急照明、安全特低电压供电的照明道路照明+5-5+5-10+5-10+5-5b. 减少电压偏差的措施：1.合理选择变压器的电压比和分接头。必要时采用有载调压变压器。2.合理地减少变压器及线路的阻抗。例如，减少系统的变压级数；合理增大导线或电缆的截面积；采用多回路并联供电；尽量使高压线路深入负荷中心，减少低压配电距离。3.采取无功补充措施。4宜使三相负荷平衡。2）、减少电压波动和闪变的措施a大容量的冲击性负荷宜与对电压波动和闪变敏感的负荷由不同变压器供电。b较大容量的冲击性负荷宜由变电所低压柜处采用专用回路供电。c较小容量的冲击性负荷与其他负荷共用回路时，宜采用加大导线截面或降低共用线路阻抗的措施。d采用静止无功功率补偿装置减少无功功率冲击引起的电压波动。3）、抑制谐波的措施a各类大功率非线性用电设备变压器由短路容量较大的电网供电。b对大功率静止变流器应提高整流变压器二次侧的相数和增加变流器的波形脉动数，多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相角差。c按谐波次数装设滤波器。d选用Dyn11联结组标号的三相配电变压器。3.3 电力变压器选择（1）变压器型式及台数变压器型式选择是指确定变压器的相数、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组标号、调压方式等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。对干式变压器，通常还根据其布置形式相应选择其外壳防护等级。考虑到变压器在建筑内，故选用低损耗的SCB型10/0.4KV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用无励磁调压方式，分接头为±5%，连接组别为Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP2x防护外壳。（2）变压器的台数因为有较多的一、二级负荷，故选择两台主变压器。（3）变压器容量变压器容量是根据无功补偿后的计算负荷确定的。本工程总视在功率为1865.9（cos=0.92），选择1600。变压器负荷率为57%。变压器T1的负荷计算见表3-1变压器T2的负荷计算见表3-2。 表3-1 变压器T1的负荷计算变压器T1回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 AMWP114000.650.85910.0 564.0 1070.6 1627.3 MWP41000.80.980.0 38.7 88.9 135.1 MWP162710.727.027.538.658.6 MWP20750.850.763.8 65.0 91.1 138.4 MWP301510.915.07.316.725.3 MWP321010.910.04.811.116.9 MWP342.210.82.21.72.84.2 合计15000.660.85990.0 602.7 1159.0 1761.7 乘同时系数（0.75/0.80)1629.20.680.841108.0 709.1 1315.4 1999.4 功率因数补偿-240功率因数补偿后1629.20.510.93831.0 327.2 893.1 1357.5 表3-2 变压器T2的负荷计算变压器T1回路名称额定容量 /kW需要系数Kd功率因数cos有功 功率 /kW无功 功率 /kvar视在 功率 /kVA计算电流 AMWP213300.80.81064.0798.01330.02021.6 MWP81510.915.0 7.3 16.7 25.3 MWP101010.910.0 4.8 11.1 16.9 MWP128.510.88.5 6.4 10.6 16.2 MWP18750.850.763.8 65.0 91.1 138.4 合计1438.50.810.801161.3 881.5 1457.9 2216.1 乘同时系数（0.75/0.80)1438.50.610.78870.9 705.2 1120.7 1703.4 功率因数补偿-400功率因数补偿后1438.50.610.94870.9 305.2 922.9 1402.8 3.4 变电所电气主接线设计 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计税友科技楼变电所的两路10KV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。因此高压侧电气主接线图见图纸目录电01。 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计变电所设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线采用分段单母线形式。图见图纸目录电02。 4 变电所布置设计4.1 总体布置本工程变电所为单层布置，不单独设值班室。由于变压器为干式并带有IP2X防护外壳，所以，可与高低压开关柜设置于一个房间内（变配电室）。由于低压开关柜数量较多，故采用双列面对面布置形式。图中，高压开关柜、低压开关柜及变压器的相对位置是基于电缆进出线方便的考虑。由于干式变压器防护外壳只有IP2X，故未与低压开关柜贴邻安装，两者低压母线之间采用架空封闭母线连接。双列布置的低压开关柜母线之间也采用架空封闭母线连接。为保证运行安全，变配电室设有通向通道的门，与物业管理的值班室经过通道相通。同时，变配电室内留有发展空间和安全工具放置与设备检修区。需注意的是，高低压开关柜的排列应使其操作面正视图与高低压系统图一致。本工程变电所电气平面布置图见附录图纸电03。4.2 配电装置通道与安全净距从附录图纸中的变电所电气平面布置图可以看出，本工程高压开关柜的柜后维护通道最小处为800mm，低压开关柜的柜后维护通道距墙最少1000mm，距承重柱750mm，柜前操作通道2400mm，干式变压器外廓与侧墙壁的净距最少为700mm，干式变压器正面之间的距离为1800mm。以上配电装置通道与安全净距均满足规范要求。 5 短路电流计算与高低压电器选择5.1 变电所高压侧短路电流计算根据所设计的供配电系统一次接线，本工程变电所高压侧短路电流计算电路如图5-1所示。短路点k-1点选在变电所一段10kV母线上。图5-1 变压器高压侧短路电流计算电路采用标幺值法计算，计算结果见表5-1。表5-1 变电所高压侧短路计算过程及结果高压侧短路计算基准值 Sd=100MVA，Uc1=10.5kV，Id1=5.5 kA序号元件短路点运行参数X*Ik3"/kAIb3/kAIk3/kAip3/kASk3"/MVAIk2/kA1SAmax0.275 20.0 20.0 20.0 51.0 363.7 17.3 min0.344 16.0 16.0 16.0 40.8 291.0 13.9 2WHAx/kml/km0.0951.50.129 312k-1max0.404 13.6 13.6 13.6 34.7 247.5 11.8 min0.473 11.6 11.6 11.6 29.7 211.5 10.1 由表5-1可知，变电所10kV母线上三相对称短路电流初始值最大为13.6kA，两相对称短路电流初始值最小为10.1kA。5.2 低压电网短路电流计算5.2.1 变压器低压侧短路电流计算本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图5-2所示。短路点选在两台变压器低压绕组出口处k-3、k-4点和两台低压进线开关负荷侧k-5、k-6点（即低压柜AA1、AA12处）和离低压进线开关最远端母线处k-7、k-8点（即低压柜AA6、AA7处）。图5-1 变电所低压侧短路电流计算电路采用欧姆法计算，短路电流计算结果见表5-2。计算时，配电母线的型号规格先按发热条件初选。 表5-2 变压器T1低压侧短路计算 Un=380V序号元件短路点运行参数R/mX/mZ/mRL-PE/mXL-PE/mZL-PE/mIk3"/kAkpip3/kAIk2/kAIk1E/kA1 SAk-1Skmax/MVA247.50 0.064 0.643 0.646 0.043 0.429 2T1SrT/kVAPk/kWUk12501061.024 7.611 7.680 1.024 7.611 312k-31.088 8.255 8.326 1.067 8.040 8.111 27.74 1.661 65.14 24.02 28.47 4T1WB1r/m/mx/m/ml/m0.0130.12740.052 0.508 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0390.28240.156 1.128 5 34k-51.140 8.763 8.837 1.223 9.168 9.249 26.14 1.664 61.51 22.63 24.97 6T1WB2r/m/mx/m/ml/m0.0130.1277.20.094 0.914 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0390.2827.20.281 2.030 7 5+6k-71.234 9.677 9.755 1.504 11.199 11.299 23.67 1.670 55.90 20.50 20.44 5.2.2 低压配电线路短路电流计算短路计算点首端为低压配电柜出线，末端为与低压配电柜相对应的配电总箱。本工程变电所低压配电线路短路电流计算电路如图5-2所示。图5-2 低压配电线路短路电流计算电路采用欧姆法计算，以低压开关柜AA11配出的监控主机用电配电箱配电干线MWP8和低压开关柜AA3配出的消防电梯用电配电干线MWP16为例。其短路电流计算表格见表5-3和表5-4。计算时，配电干线及其分支线的型号规格先按发热条件初选。表5-3 变压器T2低压侧配电干线MWP8（AA11柜配出）短路计算 Un=380V序号元件短路点运行参数R/mX/mZ/mRL-PE/mXL-PE/mZL-PE/mIk3"/kAkpip3/kAIk2/kAIk1E/kA1 SAk-1Skmax/MVA247.50 0.064 0.643 0.646 0.043 0.429