住宅小区供电系统的设计学习资料.docx

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1、住宅小区供电系统的设计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，依据设计的根本要求， 运用所学的相关学问，查阅相关的资料，进展供电系统的初步设计。本次设计的根本流程是：进展负荷计算，依据负荷计算结果进展变压器的选择并确定供电方案，之后依次进展短路电流的计算，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，依据国家的标准，结合小区实际状况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、牢靠、敏捷、经济四项根本要求， 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，还考虑到了小区将来的负荷进展状况，做到了远近期的结合，留有扩建的可

2、能性。关键词: 负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护收集于网络，如有侵权请联系治理员删除AbstractThe 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 supp

3、ly 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 protectio

4、n, 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

5、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 sel

6、ection; Short-circuit calculation; Relay protection目录1 引言. -0-2 负荷计算. -1-2.1供电负荷的分析. -1-2.2供电负荷的计算. -2-3 供电方案确实定. -4-3.1主接线方案原则. -4-3.2主接线方案设计. -4-4 变压器及线路的选择. -5-4.1变压器台数的选择. -5-4.2变压器容量的选择. -5-4.3变压器型号的选择. -5-4.4线路的选择. -6-5.变配电所的总体布置. -7-5.1 变配电所总体布置要求 . -7-5.2 变配电所构造标准 . -8-5.3 变配电所平面构造图 . -9-6 短

7、路计算. -11-6.1短路故障的形式. -11-6.2短路电流的计算. -11-7 高、低压设备的选择. -13-7.1设备选择的根本原则. -13-7.2高压设备的选择. -15-7.3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.-24-9.1 变电所防雷保护的设计： .-24-9.2 变电所接地保护的设计： .-25-结 论.-27-致 谢.-28-参 考 文 献.-29-1 引言争论意义：近几年来随着我国社会经济快速进展，人民的生活水平有了大幅提高，对居住环境的便利、安全、环保、舒适程度等方

8、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、敏捷、安全、牢靠。进呈现状：近年来，我国城市化正处于又一的进展阶段，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一样，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电顶峰时段时，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牢靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧急、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电

9、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的要求。进展趋势：将来的供配电系统主要进展方向为小型化、节能化及更加自动 化。目前对于供电系统的供电牢靠性尚感缺乏，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯的供电牢靠性还有待提高。另外，低压配电局部的安全性也需要更多的重视。小区供电设计要考虑以下根本要求：（1） 安全性 需要到达相关技术标准与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。（2） 牢靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。（3） 敏捷性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的修理及切换，并适

10、当考虑将来的负荷进展状况。（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、修理的费用，并削减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，一般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，依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 50W / m 2的建筑面积标准， 本次设计是针对一般住宅小区的设计，依据以上标准，计

11、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，我国设计部门在进展企业供电设计时, 常常承受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, 且计算结果根本上符合实际, 因此, 这种计算方法承受最广泛. 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

12、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, 但由于目前积存的有用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 准确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以渐渐不被承受. 最终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: P30= K Pde无功计算负荷: Q= P3030tanf视在计算负荷： S=30P30cosf3U30计算电流： I=S30N查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数 12 户时Kd

13、取值 0.6； Kd在 25100 户时K取值 0.45；100200 户时 Kdd取值 0.35；大于 260 户时 Kd取值 0.3；生活用电功率因数取值cosf =0.85，则tanf = 0.621小区总的负荷计算p = 79210 = 7920KWep= K30dp = 0.3 7920 = 2376kweSP2376=30 = 2795.3KVA30cosf0.85（2） 每栋楼的负荷计算如下p = 33 4 6 = 792kwep = K30dSPp = 0.35 792 = 277.2ke277.2=30 =f30cos0.85= 362.1KVA3U30I=S30362.13

14、 0.4=N= 470.2 A（3） 配电箱的负荷计算：1#-10#配电箱负荷一样,计算与每栋楼负荷计算一样：（4） 配电屏的负荷计算：1#-5#配电屏负荷一样，计算如下p = 792 2 = 1584KWep = K30dQ = P3030p = 0.31584 = 475.2kwetanf = 475.2 0.62 = 294.6k varS= P3f0 =475.2= 559.1KVA30cos3U30I=S300.85559.13 0.4=N= 807 A3 供电方案确实定3.1 主接线方案原则在设计小区供电主接线方案时，要符合国家相关标准，布局合理，经济节约等，为适应日益变化的形势还

15、要有肯定的超前意识，从而避开造成重复建设， 资金铺张，维护不便，还影响居民的正常用电。主接线应满足牢靠性、敏捷性、经济性等要求。（1） 牢靠性：为了向用户供给持续、优质的电力，主接线首先必需满足这一牢靠性的要求。主接线的牢靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工 作，力求避开决策失误，鉴于进展牢靠的定量计算分析的根底数据尚不完善的状况，充分做好调查争论工作显的尤为重要。为了提高主接线的牢靠性，选用运行牢靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾牢靠性和经济性两方面，作出切合实际的打算。（2） 敏捷性：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，可以敏捷地投入或

16、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，可以便利地停运断路器、母线及二次设备，并便利设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其他用户的供电。（3） 经济性：方案的经济性表达在以下三个方面。承受简洁的接线方式，少用设备，节约设备上的投资。在投资初期回路数较少时，更有条件承受设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前选购装 设；在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程状况恰到好处，避开以大代 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，要力求削减占地，节约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

17、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，以便于合理安排、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牢靠性。（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） 一般状况下，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，也可承受两台或更多的变压器。（4） 在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷将来的进展状况，预留出肯定的容量。就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，假设某台变压器停顿运行时，另一台则须担当其负荷。4.2 变压器容量的选

18、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S设备总计算负荷S的需要，即 S S30N .T30N .T应满足全部用电（2） 装有两台主变压器时每台变压器的容量SN .T应同时满足以下两个条件：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S= (0.6 0.7)SN .T30当任意一台变压器单独运行时，须满足全部的、级负荷的需要，即S SN .T30(I+P)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 S为 2795.3kVA，选用两个主变压器的容量 S30N .T= (0.6 0.7)S30，经计算得S= 1677 1957 K

19、VA ，取SN .TN .T= 2023KVA4.3 变压器型号的选择依据以上对变压器的分析，查询资料可知，变压器型号选择为 S9-2023/10 系列油浸式铜线电力变压器，参数如下：表 4-1 S9-2023/10 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S9-2023/1010KV63000180000.8Dyn114.4 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。依据设计阅历，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

20、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 I不小于相线上的计算电流 I，即 I Ia30al30qqal-q ”al-q00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：Kq =式中，q为导线额定负荷时的最高允许温度；qal为导线的允许载流量所用0的环境温度；q” 为导线敷设地点实际环境温度。0（1） 变电所进线电缆的选择qq-qal-q ”0al0经算得温度校正系数为 Kq = 1.451.45I I，即 II30115.5=60 - 1860 - 40= 79.6 Aal3

21、0al1.451.45查表 得知：可选用标称截面为 50 mm 2 的油浸纸绝缘电缆。校验发热条件油浸纸绝缘电缆的I= 81 I= 79.6 A ,发热条件满足。al30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 Iq -q ”q al -q 0al090 -1890 - 2530= 470.2 A经算得温度校正系数为 K=q= 1.051.05I alI ，即 I30alI301.05II30= 470.2= 448Aal1.051.05查表得知：1#、2#、3#、4#、5#、配电箱可选用标称截面为 300 mm 2 的 YJV型电缆；校验

22、发热条件YJV 型电缆的 Ial校验机械强度= 506 A I30= 448 A ，发热条件满足。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。假设值班室靠近凹凸压配电室有困难，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. 适合进展要求5.2 变配电所构造标准1. 变压器室构造标准变压器室构造形式，打算于变压器形式、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，考虑到进展，变压器室宜有更换大一级容量

23、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集中， 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。本设计承受抬高地坪型式。2. 凹凸压配电室和值班室构造凹凸压配电室的构造形

24、式，主要取决于凹凸压开关柜的型式，同时要考虑运行维护的便利与安全，留有足够的操作维护通道，并且要照看今后的进展，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柜前操作通道/mmmm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8002023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，假设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。为了布线和检修便利，开关柜下

25、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20231000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，

26、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。值班室的构造型式，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 变配电所平面构造图图 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。一般状况下，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

27、系统短路而产生的危害也最为严峻。为了保证电力系统中电气设备在处于最严峻的短路状况下能够牢靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都依据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S= 300MVA ，一般基准容量S数值为 100MVA，下面是承受标幺制法进展短路ocd电流的计算过程：（1） 确定根本值取基准容量S= 100MVA ，基准电压U= 10.5kV ，U= 0.4kV 则：dc1c23UdI=S=d1c1S3UdI=d 2c21003 10.5100= 5.5kA3 0.4= 144kA（2） 相关元件在短路电路中的电

28、抗标幺值电力系统的电抗标幺值 X *s查资料得知 S= 300MVA ，因此ocU 2X * =SXC SUXs =oc =2dC SdSS d =oc100300= 0.33电力线路的电抗标幺值 X*WL查表得知电缆的 X= 0.092W / km ，因此0收集于网络，如有侵权请联系治理员删除XU0C S2dX *= XWL =X l= XSl d= 0.092 0.5100= 0.042WL0U 2dc10.52变压器的电抗标幺值 X*T查表可知U % = 6 ，因此kU 2X * =XU %S CT =KNU %S=Kd6 100 103= 3TX100dU 2100SS CNd100

29、2023由此可绘制出短路等效电路图：图 5-1 短路等效电路图（3） k -1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X *(k -1)= X *s+ X *WL= 0.33 + 0.042 = 0.372三相短路电流周期重量有效值II (3) =d1k -1X *=5.50.372= 14.8kA(k -1)其他三相短路电流I ”(3) = I (3)= I (3)k -1= 14.8kAi (3)sh= 2.55 14.8 = 37.7kAI (3)sh= 1.5114.8 = 22.3kA收集于网络，如有侵权请联系治理员删除S三相短路容量 S (3) =dk -1X

30、 *=1000.372= 268.8MVA(k -1)（4） k - 2 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X *=X * + X *+ X *= 0.33 + 0.042 + 3 = 3.372(k -2)sWLT三相短路电流周期重量有效值IXI (3) =d 2k -2*= 1443.372= 43A(k -2)其他三相短路电流I ”(3) = I (3)= I (3)k -2= 43kAi(3)sh= 1.84 43 = 78.6kAI (3)sh= 1.09 43 = 46.9kAS100三相短路容量 S (3) =k -2d=X*3.372= 29.7MVA

31、(k -2)表 6-1 短路计算结果k - 1 点k - 2 点I ”(3)kA14.843i(3)kAsh37.778.6I (3)kAsh22.346.9S (3)MVAk268.829.77 高、低压设备的选择7.1 设备选择的根本原则（1） 依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U N 不低于安装位置的额定电压U W .N ，即UN UW .N同时要求其额定电流 INI INmax不低于实际通过设备的最大电流 I，即max（2） 依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肯定的时间，系统的供电设备要能够承受肯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

32、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I 2t I 2 tt ima供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流i (3) ，并承受相应的电sh动力时，设备仍保持机械构造完好力量，即imax i (3)sh（3） 依据断流力量的选择供电设备熔断器、断路器等开关设备，担当着通断电路的任务。设备的开断电流 Ioc一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流 I (3)k . max，或断流容量S一般oc应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量 S (3)，即k . maxI I (3)oc或S S (3)ock . maxk . max进展设备选择时通常把额定参数与工作环境作

33、为前期初选原则，而后将断流力量与动热稳定性作为后续校验原则。以下为设备初选及校验工程：表 7-1 高压一次设备的选择校验工程工程额定电压额定电流断流力量短路电流校验kVAkA 或 MVA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工程表示需要校验工程 表示无需要校验工程7.2 高压设备的选择高压一次设备必需满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求， 工作安全牢靠运行维护便利，投资经济合理。电气设备按正常条件下工作进展选择，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、

34、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，应考虑其断流力量。电气设备要满足在短路故障条件下工作的要求，还必需按最大可能的短路故障的动稳定度和热稳定度进展校验。但对断路器及装有断路器保护的电压互感 器，不必进展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，所以不必进展短路动稳定度的校验，但须进展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U U，U= 10kV ，即NW .NW .NU 10kVN额定电流 IN I， I1N .TS3UN .T=LN .T=20233 10

35、N= 115.5 ，即I 115.5 AN（2） 稳定条件：冲击电流i i(3) ， i (3)= 2.55 14.8 = 37.7kA ，即i 37.7kAmaxmaxshsh热稳定 I 2t I 2 t， I 2 t= 14.82 (0.5 + 0.2) = 153.3kA2 s ，即tI 2 t 153kA2 st ima ima（3） 断流力量：断流容量 Soc S (3)k . maxS， S (3) =dk -1X *=1000.372= 268.8MVA ，即Soc 269MVA(k -1)依据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜 GG1A-10QF、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工程额定电额定电流开断电流短路电流校验 动稳定热稳定校验压AkVkAkAkA2s结果少油断路器106301151614.84037 102415满SN1