住宅小区供电系统的设计.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除内容提要 本次设计的课题是住宅小区供电系统的分析与设计，根据设计的基本要求，运用所学的相关知识，查阅相关的资料，进行供电系统的初步设计。本次设计的基本流程是：进行负荷计算，根据负荷计算结果进行变压器的选择并确定供电方案，之后依次进行短路电流的计算，高、低压电器设备的选择和校验，继电保护，防雷与接地保护等。在这一框架下，按照国家的标准，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案和电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求的方案和设备，除此以外，还考虑到了小区未来的负荷发展情况，做到了远近期的结合，留有扩建的可能性。关键词:负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护Abstract The subject of this graduation project is the design of the residence area power supply system. According to the basic requirements of the design, using of the relevant knowledge, searching relevant information. Begin the design of the power supply system. The basic process of design is load statistics, according to the load calculation results to select the transformer, then begin the Short-circuit calculation, selection and calibration of high and low voltage electrical equipment, relay protection, lightning arrest and grounding protection, In this framework, according to the national standards, combined with the actual situation of residential to complete the graduation project. This design considerations to the power supply system of safe, reliable, flexible and economic four basic requirements, in the choice of power supply plan and electrical equipment, preferred select low energy consume and meet the design requirements of the plan and equipment. Besides, consider to the residential future of the loads, combination of recent and forward, it support the possibility of the expansion.Keywords:Load statistics; Transformer selection; Short-circuit calculation; Relay protection目 录1 引言- 1 -2 负荷计算- 2 -2.1 供电负荷的分析- 2 -2.2 供电负荷的计算- 3 -3 供电方案的确定- 5 -3.1 主接线方案原则- 5 -3.2 主接线方案设计- 5 -4 变压器及线路的选择- 6 -4.1 变压器台数的选择- 6 -4.2 变压器容量的选择- 6 -4.3 变压器型号的选择- 6 -4.4 线路的选择- 7 -5.变配电所的总体布置- 8 -5.1变配电所总体布置要求- 8 -5.2变配电所结构规范- 9 -5.3变配电所平面结构图- 10 -6 短路计算- 12 -6.1 短路故障的形式- 12 -6.2 短路电流的计算- 12 -7 高、低压设备的选择- 14 -7.1 设备选择的基本原则- 14 -7.2 高压设备的选择- 16 -7.3 低压设备的选择- 17 -8 继电保护- 20 -8.1 继电保护的意义及设置原则- 20 -8.2 变压器的继电保护- 20 -9 变电所防雷与接地- 23 -9.1 变电所防雷保护的设计：- 23 -9.2变电所接地保护的设计：- 23 -结 论- 26 -致 谢- 27 -参 考 文 献- 28 -【精品文档】第 - 22 - 页1 引言 研究意义：近几年来随着我国社会经济迅速发展，人民的生活水平有了大幅提高，对居住环境的方便、安全、环保、舒适程度等方面提出了更高的要求。这使得住宅小区的供电系统要能够适应小区的用电负荷要求及小区的长远规划，从多方面考虑，进而设计出最合理的供电方案，以使供电系统的运行更加经济、灵活、安全、可靠。发展现状：近年来，我国城市化正处于又一新的发展阶段，城市地区的住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类的小区对用电负荷的要求也不尽相同，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大的波动，造成供电的不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高的可靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧张、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧的配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下的住宅用电负荷要求，由此对于小区的供电方案也有了新的要求。发展趋势：将来的供配电系统主要发展方向为小型化、节能化及更加自动化。目前对于供电系统的供电可靠性尚感不足，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯的供电可靠性还有待提高。另外，低压配电部分的安全性也需要更多的重视。小区供电设计要考虑下列基本要求： （1）安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。（2）可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。（3）灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。（4）经济性 在符合上述要求的前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。2 负荷计算2.1 供电负荷的分析近年来我国的经济建设步入快车道，居民的生活水品不断提高，越来越多的高能耗电器走进我们的生活，普通家庭的用电需求不断上涨，很多家庭装有多个空调、彩电、冰箱，而且呈现出强劲的增长态势，根据以上现状住宅设计标准做出如下规定，一般而言高层的计算负荷可参考每户68kW标准，小高层及多层可参考每户46kW，除上述方法外还可参考50的建筑面积标准， 本次设计是针对普通住宅小区的设计，根据以上标准，计算负荷取值6kW每户。本次设计小区有10栋楼，每栋33层，每层4户，每户100平米，每栋设置一个户外配电箱，共计10个配电箱，每两个配电箱设置一个配电屏，共计5个配电屏。由配电屏引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元到各户。2.2 供电负荷的计算目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用的电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质的企业负荷均适用, 且计算结果基本上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多的用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累的实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用. 最后两种方法常用于方案估算。这里用需要系数法计算。负荷计算公式：有功计算负荷: 无功计算负荷: 视在计算负荷：计算电流：查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时取值0.6；在25100户时取值0.45；100200户时取值0.35；大于260户时取值0.3；生活用电功率因数取值=0.85，则0.62（1）小区总的负荷计算（2）每栋楼的负荷计算如下（3）配电箱的负荷计算：1#-10#配电箱负荷相同,计算与每栋楼负荷计算一样：（4）配电屏的负荷计算：1#-5#配电屏负荷相同，计算如下 3 供电方案的确定3.1 主接线方案原则在设计小区供电主接线方案时，要符合国家相关规范，布局合理，经济节约等，为适应日益变化的新形势还要有一定的超前意识，从而避免造成重复建设，资金浪费，维护不便，还影响居民的正常用电。 主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。（1）可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。（2）灵活性：电气主接线的设计，应当在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其他用户的供电。（3）经济性：方案的经济性体现在以下三个方面。采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设；在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置的征地费用。3.2 主接线方案设计 见后附录4 变压器及线路的选择4.1 变压器台数的选择在变电所中最关键的一次设备是电力变压器，它的主要任务是提升或降低电力系统的电压，以便于合理分配、使用和输送电能。选择主变压器台数时应考虑以下原则：（1）供电系统对正常的用电负荷要有足够的可靠性。（2）当变电所的负荷因昼夜、季节而幅度较大时，且适宜以经济方式运行时，可考虑接入两台变压器。（3）一般情况下，变电所适宜选用一台变压器，但对于负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多的变压器。（4）在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷未来的发展情况，预留出一定的容量。就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，若某台变压器停止运行时，另一台则须承担其负荷。4.2 变压器容量的选择（1）对于只装有一台主变压器的供电系统，主变压器的容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即（2）装有两台主变压器时每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：当任意一台变压器单独运行时，须满足约60%70%总计算负荷的需要，即当任意一台变压器单独运行时，须满足所有的、级负荷的需要，即 就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件：这里小区总计算负荷为2795.3kVA，选用两个主变压器的容量，经计算得 ，取 4.3 变压器型号的选择根据以上对变压器的分析，查询资料可知，变压器型号选择为S9-2000/10系列油浸式铜线电力变压器，参数如下：表4-1 S9-2000/10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（%）连接组别S9-2000/1010KV63000180000.8Dyn114.4 线路的选择电源进线由10kV城市电网引出由电缆线路进入变电站,在电路进线的主开关柜之前装设一台高压计量柜，计费电能表通过电压互感器及电流互感器接入电路中。根据设计经验，一般10kv及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验电压损耗和机械强度。 在选择三相系统中导线的相线截面时可依照导线发热条件来选，须使其允许载流量 不小于相线上的计算电流 ，即在计算导线的允许载流量时，还要考虑温度条件的影响，计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：式中，为导线额定负荷时的最高允许温度；为导线的允许载流量所用的环境温度；为导线敷设地点实际环境温度。（1） 变电所进线电缆的选择经算得温度校正系数为，即查表 得知：可选用标称截面为50的油浸纸绝缘电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的 ,发热条件满足。校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。（2）配电箱电缆的选择1#-10#配电箱的计算电流经算得温度校正系数为，即查表得知：1#、2#、3#、4#、5#、配电箱可选用标称截面为300的YJV型电缆； 校验发热条件YJV型电缆的 ，发热条件满足。校验机械强度对于电缆，不必校验其机械强度。5.变配电所的总体布置5.1变配电所总体布置要求 1.便于运行维护和检修 有人值班的变配电所，一般应设值班室。值班室应尽量靠近配电室， 且有门直通。如果值班室靠近高低压配电室有困难，则值班室可经走 廊与高压配电室相通。2.保证安全运行3.便于进出线4.节约土地和建筑费用5.适合发展要求5.2变配电所结构规范1.变压器室结构规范变压器室结构形式，决定于变压器形式、容量、放置方式、主接线方案及进出线方式和方向等诸多因素，考虑到发展，变压器室宜有更换大一级容量的可能性。为保证变压器安全运行及防治变压器失火时故障蔓延，GB 5005310kv及以下变电所设计规定规定，可燃油油浸变压器与变压器室墙壁和门的最小净距应符合下表规定： 表5-1 变压器外廊与变压器室墙壁和门的最小净距变压器容量/KVA100-10001250及以上变压器外廊与后壁、侧壁净距/mm600800变压器外廊与门净距/mm8001000变压器室的地坪，按通风要求，分为地坪抬高和不抬高两种型式。变压器室的地坪抬高时，通风散热更好，但建筑费用较高。变压器容量在630KVA及以下的变压器室地坪，一般不抬高。本设计采用抬高地坪型式。2.高低压配电室和值班室结构 高低压配电室的结构形式，主要取决于高低压开关柜的型式，同时要考虑运行维护的方便与安全，留有足够的操作维护通道，并且要照顾今后的发展，留有适当数量的备用开关柜的位置，但占地面积不宜过大，建筑费用不宜过高。 表5-2高压配电室内各种通道的最小宽度开关柜布置方式柜后维护通道mm柜前操作通道/mm固定式柜手车式柜单列布置8001500单车长度+1200双列面对面布置8002000双车长度+900双列背对背布置10001500单车长度+1200装设GG-1A(F)型高压柜（柜高3.1m）电缆进线的高压配电室的高度为4m，如果开关柜为手车式（一般高2.2m）时，高压配电室的高度可降为3.5m。为了布线和检修方便，开关柜下面应设电缆沟。低压配电室内成列布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，按GB 50053-1994规定，如下表所示：表5-3低压配电室内屏前屏后通道的最小宽度配电屏型式配电屏布置方式屏前通道/mm屏后通道/mm固定式单列布置15001000双列面对面布置20001000双列背对背布置15001500抽屉式单列布置18001000双列面对面布置23001000双列背对背布置18001000低压配电室的高度，应与变压器室综合考虑，以便变压器低压出线。当配电室与抬高地坪的变压器室相邻时，低压配电室高度不应低于4m；与不太高地坪的变压器室相邻时，配电室高度不应低于3.5m。为了布线需要，低压配电屏下面也应设电缆沟。高压配电室耐火等级不应低于二级；低压配电室的耐火等级不应低于三级。值班室的结构型式，要结合变配电所的总体布置和值班工作要求全盘考虑，以利于运行值班工作。值班室的内除通往配电室、电容器室的门外，其他的门均应向外开。5.3变配电所平面结构图 图5-1 变配电所平面布置图1-高压配电室 2-变压器室 3-低压配电室 4-值班室 6 短路计算6.1 短路故障的形式三相系统的短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出的四线制系统及中性点接地的系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重的短路情况下能够可靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都按照三相短路时的数值来校验。6.2 短路电流的计算本次设计小区采单电源供电，由0.5km处城市电网供电，断流容量，一般基准容量数值为100MVA，下面是采用标幺制法进行短路电流的计算过程：（1）确定基本值取基准容量 ，基准电压， 则：（2）相关元件在短路电路中的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值查资料得知，因此电力线路的电抗标幺值查表得知电缆的，因此变压器的电抗标幺值查表可知，因此由此可绘制出短路等效电路图：图5-1 短路等效电路图（3）点的短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量 （4）点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量 表6-1 短路计算结果 点14.837.722.3268.8点4378.646.929.7 7 高、低压设备的选择7.1 设备选择的基本原则（1）根据额定参数的选择在选用设备电器时，要求设备的额定电压不低于安装位置的额定电压，即同时要求其额定电流不低于实际通过设备的最大电流，即（2）根据稳定条件的选择系统发生短路故障后保护系统动作需要一定的时间，系统的供电设备要能够承受一定时间内的短路电流。供电设备的热稳定是指电气设备的载流导体通过最大电流时，其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流，并承受相应的电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即（3）根据断流能力的选择供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断电流一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流，或断流容量一般应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量，即或进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。以下为设备初选及校验项目： 表7-1 高压一次设备的选择校验项目项目额定电压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电流互感器电压互感器支柱绝缘子套管绝缘子母线电缆设备校验项目（表示需要校验项目 表示无需要校验项目）7.2 高压设备的选择 高压一次设备必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，工作安全可靠运行维护方便，投资经济合理。电气设备按正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气安装所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、断路器等，应考虑其断流能力。电气设备要满足在短路故障条件下工作的要求，还必须按最大可能的短路故障的动稳定度和热稳定度进行校验。但对断路器及装有断路器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。对电力电缆，由于其机械强度足够，所以不必进行短路动稳定度的校验，但须进行短路热稳定度的校验。变压器高压侧的选择标准：（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 根据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜GG1A-10Q（F）、少油断路器SN1010I/630、隔离开关GN8-10T/200、电流互感器LQJ-10-200/5A、电压互感器JDZ-10Q、熔断器RN1-10表7-2 高压电器校验的结果项目额定电压kV额定电流A开断电流 kA短路电流校验动稳定 热稳定kA kA2s校验结果少油断路器SN10-10/63010630115.51614.84037.71024153满足条件隔离开关GN8-10T/40010400115.540 37.7980 153满足条件电流互感器LQJ-10-200/5A10200115.54537.75625 153满足条件电压互感器JDZ-10Q10满足条件熔断器RN1-1010150138.515.514.8满足条件（表示无需要校验项目）7.3 低压设备的选择 低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。表7-3 低压一次设备的选择校验项目额定电压V额定电流A断流能力kA短路电流校验动稳定 热稳定低压断路器低压熔断器低压负荷开关低压刀开关电流互感器设备校验项目（表示需要校验项目 表示无需要校验项目）变压器至母线间的选择标准：（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 根据以上标准选择如下低压设备：断路器DW15-4000、刀开关HD18-2500表7-3 低压电器校验的结果项目额定电压kV额定电流A开断电流 kA短路电流校验动稳定 热稳定kA kA2s校验结果断路器DW15-40000.43000288780438078.636001294满足条件刀开关HD18-30000.43000288710578.625001294满足条件（表示无需要校验项目）配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择：1#至5#配电屏的计算电流为807A；1# -10#配电箱的计算电流为470.2A； 每楼栋的计算电流为470.2A根据以上标准选择如下低压设备：刀开关HD17-1000 ，断路器DZX10-630表7-4 配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择项目设备1#、2#、3#、4#、5#、 配电屏HD17-1000配电箱DZX10-630各楼栋单元DZX10-6308 继电保护8.1 继电保护的意义及设置原则供电系统中继电保护是系统安全运行的重要保证，是自动、迅速、准确切除故障的重要环节，也是变压器二次回路的重要组成。继电保护的任务：（1）在系统发生故障时，要准确、自动、迅速的切除系统中的故障元件，以确保其余部分的正常供电。（2）当系统发生故障时，正确反映电气设备的故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备的正常运行。（3）与系统的故障部分电路自动重合闸或备用电源的自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够的可靠性。 设置的基本原则如下：（1）选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性的把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度的保障供电。（2）快速性 电力系统由于其实时性的特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短的时间完成故障部分的切断。 （3）灵敏性 继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合的灵敏度，以免做成误动作或拒动作。 （4）可靠性 根据系统继电保护的范围和任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统的故障部分不在保护范围内或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置的误动作与拒动作严重影响电力系统的可靠性，使系统不能安全、稳定的运行。装置的原理、接线方式等都直接影响了保护装置的可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富的设备进行保护。 除了上述四项基本的原则外，在实际的选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量选用投资少、维护费用低的保护装置。8.2 变压器的继电保护变压器是电力系统中的主要电气设备之一。变压器的故障对系统的影响是很大的，因此对变压器应装设必要的保护装置。1.变压器的主要故障形式：1）.内部故障：绕组匝间短路、相间短路、层间短路和单相接地短路等。内部短路时产生的电弧不仅可能烧坏绝缘，而且烧坏铁心，而且可能会使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，从而引起油箱爆炸。2）.外部故障：引出线和绝缘套管的相间短路或单相接地短路等。2.变压器的继电保护装置：1）.瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。2）.相间短路保护：反应变压器绕组和引出线相间短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护。3）.后备保护：（1）过电流保护，用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑短路时可能出现的过负荷。复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过电流保护。（2）负序电流保护和单相式低压启动的过电流保护，用于6300KVA及以上的升压变压器。4）.过负荷保护：反应变压器过负荷的过负荷保护。5）.温度保护：干式变压器绕组温度升高的原因有很多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、冷却系统故障等，应设置温度保护。变压器定时限过流保护是变压器的基本保护方式之一，选用DL型电磁式电流继电器，变压器过电流保护的动作电流为,取为（1.53），为保护线系数，取值为1；为可靠系数，取值1.2；为继电器的返回系数，取值0.85；为电流互感器的变流比。变压器过流保护的动作时限按阶梯原则整定，该动作时限要比变压器二次侧出线过流保护的最大动作时限大一个级差，取值0.5s。变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算 其中为变压器二次侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时换算到一次侧的短路电流。零序电流速断保护也是变压器基本保护方式之一，速断保护动作电流要不小于变压器二次侧母线最大三相短路的电流，即电流速断保护灵敏