供配电工程课程设计-运河上城小区10kV配变电所电气设计.doc

能源与动力工程学院本 科 生 课 程 设 计题 目：运河上城小区10kV配变电所电气设计 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： II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1.20运河上城小区10kV配变电所电气设计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2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20运河上城小区10kV配变电所电气设计电气090139，40电气090240，417完成期限任务书写于2012年6月1日，完成期限为2012年6月28日8指导教师翁双安目 录1 工程概况与设计依据.61.1 工程概况61.2 设计依据.62 负荷计算及无功补偿设计.72.1 负荷数据.72.2 负荷计算.9 2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算9 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算9 2.2.3 变电所负荷计算.93 供配电系统一次接线设计103.1 负荷分级及供电电源.103.2 电压选择与电能质量.103.3 电力变压器选择.103.4 变电所电气主接线设计.12 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计.12 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计124 变电所布置设计.134.1总体布置134.2配电装置通道与安全净距135 短路电流计算与高低压电器选择145.1 变电所高压侧短路电流计算145.2 低压电网短路电流计算15 5.2.1 变压器低压侧短路电流计算155.2.2 低压配电线路短路电流计算17.5.3 高压电器选择215.4 高压互感器选择225.5 低压断路器的初步选择22 5.5.1配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择.22 5.5.2变电所低压电源进线断路器的初步选择.266 电线电缆选择276.1 高压进出线电缆选择.276.2 变电所硬母线选择.296.3 低压配电干线电缆选择.317低压配电线路保护设计.357.1 低压配电线路的保护设置.357.2 低压断路器过电流脱扣器的整定35 7.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定.35 7.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定38致谢39参考文献40附录 设计图纸411. 工程概况与设计依据1.1 工程概况淮安市运河上城校区地块主要是居住用地，由清浦城市改造建设投资开发有限公司承揽开发，项目位于延安西路南侧，淮三路东侧。校区规划地上总建筑面积164150，建筑形式是多层+多层，住宅建筑面积156965，配套商业用房6170，其他物管等设施建筑面积1015，地下车库兼人防建筑面积19820。住宅1832户，其中120及以下一期948户，二期884户，另有物管用房485，社区配套用房300，卫生服务用房120。1.2 设计依据1. 供配电系统设计规范 GB50052-19952. 电力系统电缆设计规范 GB516017-19943. 3-110kV高压配电装置设计规范 GB50060-19924. 10kV及以下变电所设计规范 GB50053-19945. 35kV及以下客服端变电所建设标准 DGJ32/J14-20076. 3-110kV高压配电装置设计规范 GB50060-19927. 高压电缆选用导则 DL401-20028. 低压配电设计规范 GB50054-19959. 通用用电设备配电设计规范 GB50055-199310. 民用建筑设计规范 JGJ16-200811. 工业与民用配电设计手册12. 城乡电网配电装置13. 建筑物防雷设计规范 GB50057-199414. 电力用户业扩工程技术 DB32/T1088-200715. 居民区供配电设施建设标准 DGJ32/J11-200716. 新建居住区电信采集装置设计导则 17. 新建居住区电能计量箱典型设计 18. 新建居住区供配电设施规划设计导则19. 新建居住区供配电设施典型设计 20. 甲方提供的建筑规划平面科及套型资料，设计任务书及设计要求。21. 供电公司提供客户供电反感答复书。2. 负荷计算及无功补偿设计2.1负荷数据表2-1 配电干线负荷数据回路名称额定容量 /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 AWL2-R100.80.858.05.09.414.3 WL2-25550.80.8544.027.351.878.7 WL2-24550.80.8544.027.351.878.7 WL2-23550.80.8544.027.351.878.7 WL2-22550.80.8544.027.351.878.7 WL2-21850.80.8568.042.180.0121.6 WL2-20850.80.8568.042.180.0121.6 WL2-19720.80.8557.635.767.8103.0 WL2-18720.80.8557.635.767.8103.0 WL2-17720.80.8557.635.767.8103.0 WL2-16720.80.8557.635.767.8103.0 WL2-15720.80.8557.635.767.8103.0 WL2合计7600.650.85494.0306.2581.2883.4 WL3-14720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-13720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-12720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-11720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-10720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-9720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-8720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-7720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-6720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-5720.80.8557.635.767.8103.0 WL3-I100.80.858.0 5.0 9.4 14.3 WL3合计7300.650.85474.5294.1558.2848.5 WL7M3300.70.85231.0 143.2 271.8 413.1 WL4M3300.70.85231.0 143.2 271.8 413.1 WL5M3300.70.85231.0 143.2 271.8 413.1 WL6M3300.70.85231.0 143.2 271.8 413.1 WL8M1010.8510.0 6.2 11.8 17.9 WL810010.9100.0 48.4 111.1 168.9 WL9M-590.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-890.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-1190.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-1490.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-1790.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-2090.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M-2390.90.98.1 3.9 9.0 13.7 WL9M合计630.80.950.424.456.085.1 WL10M-1200.90.918.0 8.7 20.0 30.4 WL10M-2200.90.918.0 8.7 20.0 30.4 WL10M-3200.90.918.0 8.7 20.0 30.4 WL10M-4200.90.918.0 8.7 20.0 30.4 WL10M合计800.80.964.031.071.1108.1 WP13240.750.8243.0 182.3 303.8 461.7 WP23240.750.8243.0 182.3 303.8 461.7 WP33520.750.8264.0 198.0 330.0 501.6 WP43520.750.8264.0 198.0 330.0 501.6 WP5740.750.855.5 41.6 69.4 105.5 WP6M-122.20.850.718.919.327.041.0 WP6M-222.20.850.718.919.327.041.0 WP6M-322.20.850.718.919.327.041.0 WL6M合计66.60.650.743.344.261.894.0 WP7M25.910.725.926.437.056.2 WP8M51.80.850.744.044.962.995.6 WP9M51.80.850.744.044.962.995.6 WP10M-11.510.81.51.11.92.9 WP10M-22.2510.82.31.72.84.3 WP10M-22.2510.82.31.72.84.3 WP10M-44.410.84.43.35.58.4 WP10M合计10.40.750.87.85.99.814.8 WP11M3310.833.024.841.362.7 WLE1M-R310.93.01.53.35.1 WLE1M-54.510.94.52.25.07.6 WLE1M-84.510.94.52.25.07.6 WLE1M-114.510.94.52.25.07.6 WLE1M-144.510.94.52.25.07.6 WLE1M-174.510.94.52.25.07.6 WLE1M-204.510.94.52.25.07.6 WLE1M-234.510.94.52.25.07.6 WLE1M-I310.93.01.53.35.1 WLE1M合计37.510.937.518.241.763.3 WLE2M-11010.910.04.811.116.9 WLE2M-21010.910.04.811.116.9 WLE2M-31010.910.04.811.116.9 WLE2M-41010.910.04.811.116.9 WLE2M合计4010.940.019.444.467.6 WLE3M1210.912.05.813.320.3 WLE4M1010.910.04.811.116.9 WPE1M2010.820.015.025.038.0 WPE2M25.910.725.926.437.056.2 WPE3M810.88.06.010.015.2 WPE4M1110.811.08.313.820.9 WPE5M2610.826.019.532.549.4 WPE6M4610.846.034.557.587.4 WPE7M9.510.89.57.111.918.1 WPE8M11.510.811.58.614.421.9 WPE9M98.810.898.874.1123.5187.7 WPE10M13210.8132.099.0165.0250.8 2.2负荷计算表2-2 运河上城小区10KV变电所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 AWdf9-11920.660.9126.761.4140.8214.0 Wdf9-21920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf142880.50.9144.0 69.7 160.0 243.2 Wdf5-11920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf5-21920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf201920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf19-11920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf19-21920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf221920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf161920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf232880.50.9144.0 69.7 160.0 243.2 Wdf21-11920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf21-21920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf241920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 Wdf-sa1920.660.9126.7 61.4 140.8 214.0 变电所负荷计算表变电所负荷计算表变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N2变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N6变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N8变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N3变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N4变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N5变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N7变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N9变电所 变电所负荷计算表 变电所负荷计算表 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N2变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N6变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N8变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N3变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N4变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N5变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N7变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N9变电所 开关站150.80.812.0 9.0 15.0 22.8 合计乘同时系数30870.500.901543.5 747.6 1715.0 2606.8 变电所负荷计算表变电所负荷计算表变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N2变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N6变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N8变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N3变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N4变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N5变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N7变电所 变电所负荷计算表项目：永中镇小康小区示范小区N9变电所 变电所负荷计算表 变电所负荷计算表 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N2变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N6变电所 项目：永中镇小康小区示范小区N8变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N3变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N4变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N5变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N7变电所 变电所负荷计算表 项目：永中镇小康小区示范小区N9变电所 功率因数补偿-360功率因数补偿后30870.97 1543.5 387.6 1591.4 2418.9 变压器损耗15.9 79.6 高压侧负荷30870.500.961559.4 467.1 1627.9 93.9 变压器选择21000KVA2000变压器负荷率80%3. 供配电系统一次接线设计3.1 负荷分级及供电电源负荷等级：小区均为多层住宅，负荷等级均为三级。供电电源：一、小区采用双回路供电，从西郊变10kV磷肥线和10kV西华线在出口1#杆开关下桩头电缆接引。二、西郊变10kV磷肥线在出口1#杆开关下桩头电缆接引，另外从工地附近就近接入东郊变10kV清安线。建筑红外新建两台前置环网柜，从前置环网柜各处一路电缆线路至小区1#开关站。3.2 电压选择与电能质量本工程总有功负荷为1130.6kW，故采用10kV供电。本工程用电设备额定电压为220/380V，低压配电距离最长不超过300m,所以本工程只设置1座10/0.38kV变电所，对所有用电设备均采用抵押220/380V三相四线TN-C-S配电系统。本工程将采用以下措施以使电能质量满足规范要求：（1） 选用Dyn11联结组别的三相配电变压器，采用5%无励磁调压分接头；（2） 采用铜芯电缆，选择合适导体截面积，将电压损失限制在5%以内；（3） 变电所低压侧采取集中补偿，自动投切；（4） 将单相用电设备均匀分布于三相配电系统中。3.3 电力变压器选择因为民用建筑较多，所以变压器位于主题建筑地下室内，采用SCB10型三相双绕组干式变压器，联结组标号Dyn11，无励磁调压，电压比105%/0.4，外壳防护等级为IP2X。因为容量较大，采用两台变压器同时供电，并且如果其中一台出现故障，另一台可以超负荷供电一段时间。本工程计算总负荷为1184.1kVA。因此选择两台800kVA变压器，变压器负荷率调整至0.72.正常运行时可使两台变压器功率相当。10/0.38kV变压器T1，T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择见表3-1、表3-2。根据厂家样本的SCB10-8000/10型变压器技术数据：Uk%=5%，Pk=7.8kW，防护外壳尺寸为长1950*宽1500*高1750。表3-1 10/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择变压器T1回路编号额定容量 /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 AWDF9-11920.70.9134.465.1149.3227.0 WDF9-21920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF15-11920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF15-21920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF201920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF19-11920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF19-21920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 总计13440.450.9604.8 292.9 672.0 1021.4 商业回路106.70.90.996.0 46.5 106.7 162.2 变电所用电1510.8515.09.317.626.8合计1450.70.490.90715.8 348.7 796.3 1210.3 功率因数补偿-120功率因数补偿后1450.70.490.95715.8 228.7 751.5 1142.3 表3-2 10/0.38kV变电所变压器T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择变压器T2回路编号额定容量 /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 AWDF142880.60.9172.8 83.7 192.0 291.8 WDF221920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF161920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF232880.60.9172.8 83.7 192.0 291.8 WDF21-11920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF21-21920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 WDF241920.70.9134.4 65.1 149.3 227.0 合计15360.450.90691.2 334.8 768.0 1167.4 功率因数补偿-120功率因数补偿后15360.450.95691.2 214.8 723.8 1100.2 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本工程设有两台变压器，变电所的两路10kV外公电源可同时供电。在高压侧电气主接线采用分段单母线形式。正常运行时，由两个电源同时供电，母线联络断路器断开，连个电源各自承担一半负荷。当某一电源故障或检修时，闭合母联断路器，由另一电源承担全部负荷。高压开关柜采用KYN44A-12型铠装移开式交流金属封闭开关柜，尺寸为L800D1500H2200。本工程变电所高压侧电气主接线图见附录图纸电01。3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计变电所有两台变压器，所以低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。正常运行时，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各自承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，由另一台变压器承担全部负荷。低压配电柜采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。本工程变电所低压侧电气主接线图见附录图纸电02。4. 变电所布置设计4.1总体布置由于变压器为干式变压器带有IP2X防护外壳，所以，可将高低压开关柜设置于一个房间内。高低压开关柜均采用双列面对面布置形式。见附录图纸点03可得，高低压开关柜及变压器 的相对位置是基于电缆线进出方便的考虑。高压开关柜未和低压开关柜贴邻安装，因为防护等级不够。高低压母线之间采用架空封闭母线连接。为保证安全，变配电室设有通向通道的门，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。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，本工程的高压开关柜的柜后维护通道最少800，低压开关柜的柜后维护通道距墙超过1000，柜前操作通道2400，干式变压器外廓与侧墙壁距离超过1000，干式变压器正面之间的距离为1800。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 计算结果见表5-1。表5-1 变压器高压侧短路计算及结果表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/km0.0952.50.215 312k-1max0.490 11.2 11.2 11.2 28.6 204.0 9.7 min0.559 9.8 9.8 9.8 25.1 178.9 8.5 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。短路点选在一台变压器低压绕组出口处k-3点和一台低压进线开关负荷侧k-5点和离低压进线开关最远端母线处k-7点。图5-2 变压器低压侧短路计算电流电路短路电流计算结果见表5-2。45表5-2 变压器低压侧短路计算及结果表变压器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/MVA209.10 0.076 0.761 0.765 0.051 0.508 2T1SrT/kVAPk/kWUk10009.2561.480 9.485 9.600 1.480 9.485 312k-31.556 10.247 10.364 1.531 9.993 10.109 22.28 1.621 51.06 19.30 22.84 4T1WB1r/m/mx/m/ml/m0.0220.11640.088 0.464 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0550.28340.220 1.132 5 34k-51.644 10.711 10.836 1.751 11.125 11.262 21.31 1.617 48.74 18.46 20.51 6T1WB2r/m/mx/m/ml/m0.0220.1169.40.207 1.090 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0550.2839.40.517 2.660 7 5+6k-71.851 11.801 11.945 2.268 13.785 13.970 19.33 1.611 44.04 16.74 16.53 表5-3 变压器低压侧配电干线短路计算及结果表运河上层小区变压器低压侧配电干线WDF14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/MVA209.10 0.076 0.761 0.765 0.051 0.508 2T1SrT/kVAPk/kWUk10009.2561.480 9.485 9.600 1.480 9.485 3T1WBr/m/mx/m/ml/m0.0220.1167.80.172 0.905 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0550.2837.80.429 2.207 4 1+2+3AA41.728 11.151 11.284 1.960 12.200 12.357 20.47 1.615 46.73 17.72 18.69 5WDF14 r/m/mx/m/ml/m0.