观海国际小区箱式变电站设计.doc

0 前言观海国际，地处辽宁省兴城市东部，占地面积约428亩，总建筑面积约70万平方米，容积率2.05，是一个集居住、消费、休闲、文化、娱乐为一体的大型复合态生活之城，以70万平米的建筑体量成就“无量海景臻品社区”的价值序列。观海国际力邀国际知名的规划设计公司澳大利亚汤臣邓肯环境和建筑设计事务所担当设计。整个社区融多层、高层（6F、15F、16F、18F、20F、23F、24F、26F）、产权式公寓和商业等多种建筑形态为一体。现代简约的建筑风格，精致人性的细节设计，起伏变化的建筑组曲，勾勒完美华丽的城市天际线，矗立城市风尚新地标。开发周期：项目共分四期开发，项目一期为多层住宅和部分高层住宅，共有14栋多层住宅和2栋15F高层住宅，项目大约在今年的10月份进行正式销售。整个项目将于2011年全部竣工，历时4年。地理位置：观海国际紧临的兴海北路、龙兴路，是沟通市内与市外的重要交通干道，也是带动人流、物流的重要交通枢纽。项目东临渤海，107公里蔚蓝风光尽收眼底，兑现靠近海、享受海的生活梦想。北侧靠近兴城市首山自然公园，四季分享天然氧吧鲜氧放松。温泉资源：观海国际充分利用温泉资源优势，依托高新管道技术的支持，将城市地下温泉资源引入社区内部，真正做到温泉入户。建筑与景观：观海国际楼体设计呈现简约、大气、时尚、现代的建筑风格，虚实交幻，简单沉稳的外立面颜色，线条硬朗的立面转折，突出了明亮别致的生活质感，多层建筑的设计中又融入北方传统的斜式屋顶，增强了现代建筑气息与传统文化内涵相呼应的契合力。观海国际绿化率高达50%，并利用一条人工水系贯穿整个社区，做到远可观海、近可戏水的理想境界，同时项目整体景观设计借鉴了兴城滨海旅游城市的特点，以一条集山、水、人文文化于一体的综合性景观中心轴，配合建筑组团的合理分布，共同串起了整个社区，达到举目观景，低头赏园，异步景异的景观效果。配套设施：观海国际以配套完备的复合态生活之城、高品质生活城市综合体为己任，其配套设施齐全完备，3200平米的超大会所、幼儿园、停车场、商业街等配套，不仅强化了社区自身功能，同时，匹配业主尊贵优雅的身份。 项目周边有辽宁工程技术学院大学、沈阳师范学院、吉林工业大学等知名学府，项目对面便是兴城市重点高中，兴城第一中学。另外，兴城市第三中学也有将迁至项目附近，文化氛围浓厚。商业规划：观海国际的综合商业街位于社区西侧，紧靠龙兴路，5万平米的商业面积，集购物、餐饮、住宿、休闲、娱乐为一体的“一站式”消费场所。打造的是全功能、全龄化、全方位、新时尚的商业中心。它具有时尚的、年轻的、有情调的、有品位的风格特色。观海国际的商业街分为3层，其空间组合自由灵活，规划设计综合考量其空间的合理性与功能的周到性，使整个商业空间内连续展示亲切、周到、轻松、愉快的商业主题，让消费者的游览、逛街、购物、休闲等在这里真正变成一种前所未有的享受体验。 时至今日，观海国际小区的一期工程即将完成，将陆续有居民入住，为了完善本小区的电力系统，保证居民的日常用电，我将对该小区的箱式变电站进行设计。1 绪论1.1 供配电技术的发展随着市场经济的发展，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电变压器降压低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展，箱式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛应用。其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。再次人们对供电质量尤其是供电的可靠性要求越来越高，而采用高压环网或双电源供电、低压网自动投切等先进技术的预装式变电站成为首选的配电设备。与此同时，由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，同时要求具有“四遥”(遥测、遥讯、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电。1.2 箱式变电站的类型、结构与技术特点 1.2.1 箱式变电站的类型箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变 ”，一区别欧式预装式变电站。它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接。1.2.2 箱式变电站的结构 美式预装式变电站的结构型式大致有三种：1）变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱；2）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内；3）变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。其中1）型为美式箱变的原结构，它的特点是结构紧缩、简洁、体积小、重量轻。2）型和3）型为1）的变形。这种变型的理论根据是：开关操作和熔断器的动作造成的游离碳会影响整个箱变的寿命。由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、共矿企业及各种公共场所，如机场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等。欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一体式。组合式布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图1-1所示。“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”布置较为有利。TMHVTM HVTMLV LV HV LVHV TMHVLVHVTMZL LV TM LVLV (a)目字型布置 (b)品字型布置图1-1 欧式预装式变电站的整体布置形式Fig.1-1 continental prefabricated substation overall layout of the formHV高压室；LV低压室；TM变压器室；ZL操作走廊HV- hyperbaric chamber;LV- low-pressure chamber;TM- transformer room;ZL- corridor operation ;1.2.3 箱式变电站的技术特点箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。变压器一般采用 S9 或干式的等。箱式变中的电器设备元件，均选用定型产品，元器件的技术性能均满足相应的标准要求。为了可靠实现五防要求，各电器元件之间采用了机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接。操作采用电动方式，不需另配电源，由 TV 引出即可。另外箱式变还都具有电能检测、显示、计量的功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件，并有明显的接地标志。此外为适应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，内装有隔热材料，箱体底部和各室之间都有冷却进出风口，采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。目前，国内生产的箱式变的电压等级：高压侧为 3 35kV、低压侧为 0.4 10kV 。变压器的容量：当额定电压比为35/10 、6 、0.4 kV 时可从几百kVA上万kVA、当额定电压比为 10、6/0.4 kV 时可从几十kVA几千kVA。箱式变电站有如下特点：1）技术先进安全可靠箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在4040的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式变压器、干式互感器、真空断路器(弹簧操作机构)等国内技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全绝缘结构，完全能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。2）自动化程度高全站智能化设计，保护系统采用变电所微机综合自动化装置，分散安装，可实现四遥，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。3）工厂预制化设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，作出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电所建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需58天的时间，大大缩短了建设工期。4）组合方式灵活箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱体均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，我们可以全部采用箱式，即35kV及10kV设备全部箱内安装，组成全箱式变电所；也可以采用35kV设备室外安装，10kV设备及控保系统箱内安装，这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧所改造，即原有35kV设备不动，仅安装一个10kV开关箱即可达到无人值守的要求。5）投资省、见效快箱式变电站(35kV设备户外布置，10kV设备箱内安装)较同规模综自变电站(35kV设备户外布置，10kV设备布置于户内高压开关室及中控室)减少投资4050。6）占地面积小。1.2.4 箱式变电站与常规变电站的对比分析箱式变电站（在IEC及欧洲称为高压/低压预装式变电站）是一种集成化程度高，工厂预安装、节能、节地的发展中设备与常规变电站相比，占地为1/20，工期为1/7，投资为1/2。在国外应用极度为广泛，在西欧占变电站总数的70%以上，美国为90%。在我国应用为10%，是一种方兴未艾的装备。三种类型的箱式变电站的特点如下:1）欧洲式：特点是防护性好，多了一个外壳，变压器散热不易，要降低容量运行；2）美国式：特点是变压器保持户外设备本质，散热好，结构紧凑，但是在我国10kV电网系中性不接地系统，因此一相熔丝熔断时不能跳开三相负荷开关，造成非全相运行，危及变压器及用电设备，并且不易实现配电自动化；3）中国式：从欧洲式派生而来，结合中国用户需要改进而成，但是符合中国电力部门各种法规标准要求，可铅封电能计量箱，无功补偿，一应俱全。箱式变电站与常规变电站性能比较见表1-1。预装式变电站是输变电设备发展方向，由前所述，我国应用仅10%左右，而国外已达到的70-90%，所以预装式变电站其社会效益显著，市场前景广阔。表1-1 箱式变电站与常规变电站性能对比表Tab.1-1 box-type substation substation performance compared with the conventional form序号对比项目常规变电站箱式变电站1设计工作需要土建、电气二方面设计，工作量较大土建工作仅一个安装基础，箱变本身有典型设计，只须根据用户要求，作一些调整，设计工作也大为减少。2基建时间6个月以上预先基础做好以后，只需4-6小时就可以安装完毕送电。3占地面积（10kv800k为例）大于一般箱变4安装地点和负荷中心距离不能十分接近负荷中心，供电线路较长，电压降落几点能损失较高能贴近负荷中心，甚至直接置于建筑物处，供电线路半径可以很短电压降落及电能损失较少，提高了供电质量。5生产方式土建爱你施工后，现场装配大规模、工作化生产，质量容量得到保证。6生产周期比7：17投资费用比6：18和环境协调性不协调和环境协调一致/ZBW17高度1.6米,不挡视线,美化环境。2 电气主接线的确定2.1 主接线的基本形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，概括为有母线的接线形式和无母线的接线形式两大类。概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。安全包括设备安全及人身安全。要满足这一点，必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身安全的技术措施。可靠就是主接线应满足对不同负荷的不中断供电，且保护装置在正常运行时不误动、发生事故时不拒动，能尽可能的缩小停电范围。为了满足可靠性要求，主接线应力求简单清晰。灵活是用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使发生故障时停电时间最短，影响范围最小。经济是指在满足了以上要求的条件下，保证需要的设计投资最少。因此，主接线的设计应满足可靠性和灵活性的前提下，做到经济合理。主要应从投资声、占地面积少、电能损耗小等几个方面综合考虑。2.2 箱式变电站对主接线的基本要求概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面安全包括设备安全及人身安全。要满足这一点，必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身安全的技术措施。可靠就是主接线应满足对不同负荷的不中断供电，且保护装置在正常运行时不误动、发生事故时不拒动，能尽可能的缩下停电范围。为了满足可靠性要求，主接线应力求简单清晰。电器是电力系统中最薄弱的元件，所以不应当不适当地增加电器的数目，以免发生事故。灵活是用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使发生故障时停电时间最短，影响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求。经济是指在满足了以上要求的条件下，保证需要的设计投资最少。在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线灵活、可靠，必须要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应满足可靠性和灵活性的前提下，做到经济合理。主要应从投资声、占地面积少、电能损耗小等几个方面综合考虑。2.3 主接线的比较与选择单母线接线是一种原始、最简单的接线，所有电源及出线均接在同一母线上，其优点是简单明显，采用设备少，操作简便，便于扩建，造价低。缺点是供电可靠性低。母线及母线隔离开关等任一元件发生故障或检修时，均需使整个配电装置停电。因此，单母线接线方式一般只在发电厂或变电所建设初期无重要用户或出线回路数不多的单电源小容量的厂中采用。接线方式如图2-1所示。 图2-1 单母线接线Fig.2-1 single-bus connectiona） 一路电源进线 b）两路电源接线a) all the way into the power line b) two-way power cable在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源以保证其他设备和线路的安全检修。例如，固定式开关柜中的断路器工作一段时间需要检修时，在断路器断开电路的情况下，拉开隔离开关；恢复供电时，应先合隔离开关，然后和断路器。这就是隔离开关与断路器配合操作的原则。由于隔离开关无灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。单母线分段接线是采用断路器（或隔离开关）将母线分段，通常是分成两段。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线自动同时故障的机遇很小，可以不予考虑。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线发生故障时，将造成两断母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。单母线分段接线既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。但它的缺点是当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的所有回路到要长时间停电。单母线分段接线连接的回路数一般可比单母线增加一倍。接线方式如图2-2。 图2-2 单母线分段接线Fig.2-2 a single sub-bus connection双母线分段接线有如下优点：可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断；检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路；母线发生故障后，能迅速恢复供电；各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化；便于向母线左右任意一个方向顺延扩建。但双母线也有如下的缺点：造价高、当母线发生故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误动作。但可加装断路器的连锁装置或防误操作装置加以克服。接线方式如图2-3所示。当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要求尽快恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。图2-3 双母线接线Fig.2-3 dual-bus connection当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要求尽快恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。综上可知，单母线接线造价低而供电稳定性低，双母线供电稳定性高但其造价高且接线线路复杂，而单母线分段接线一方面线路简单，造价低，另一方面其供电稳定性也能在一定程度上能够得以保证，而且住宅小区属于三级负荷，并不需要太高的稳定性。所以观海国际小区箱式变电站的10kV母线我决定选用单母线接线方式，0.4kV采用单母线分段接线。3 箱式变电站箱体的确定3.1 箱体结构的确定箱式变电站按结构主要有美式箱变和欧式箱变。欧式箱变造价低而美式箱变体积小，约为同容量欧式箱变的1/31/5。常规土建变电站占地面积最大，欧式箱变次之，美式箱变常规土建变电站建造周期最长，欧式箱变次之。综合考虑一般35kV箱式变电站的箱体选择欧式箱变。3.2 合理配置根据实际情况可以采用不同的箱变配置方案，一般将主变压器和电容器等充油设备，放置在箱体外，设置两个箱体，一个35kV箱体，一个10kV箱体，其中一个箱体预留保护装置的位置。考虑节省资金，也可以将35kV断路器等设备放于户外，只设置10kV箱体。箱体的底座和骨架一般采用槽钢和角钢焊接而成，顶盖和四壁采用金属板内衬阻燃材料压制而成，能起到隔热的作用。根据当地实际情况，可在订货时对主体结构提出相应的要求。我县地处盐碱地带，对设备的抗腐蚀性能要求较高，因此除主体框架采取了防腐工艺加工外，箱体的整体外层衬板采用了0.5mm厚的不锈钢板。维护走廊是箱变正常运行和检修中的重要环节，箱变的一个缺陷就是空间狭小，厂家从成本和设备紧凑性考虑，维护走廊一般都尽量压缩。在选型时应该将维护走廊作为一项指标来考虑，不然会给将来的运行和维护，造成很大麻烦。箱体的密封和防尘是一个重要方面，特别是保护装置对防尘等指标要求较高，应引起重视。箱体的底板下面，一般作为电缆室，在考虑箱体基础的设计时，应顾及到电缆的安装和维护方便，应考虑人员出入、通风以及照明等方面的要求。4 负荷统计与计算4.1 基本概念负荷指的是导线、电缆和电气设备(变压器，断路器等)中通过的功率和电流。该负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。因为用电设备并不同时运行，即使同时运行，也并不是都能同时达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也各有不同，有长期、短时、重复短时之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的容量加起来作为选择导线、电缆截面和电气设备容量的依据，结果并不科学。要么过大，使设备欠载，不经济；要么过小，出现过载运行，导致过热绝缘损坏、线损增加，影响导线、电缆或电气设备的安全运行，严重时，会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时采用一个假定负荷即计算负荷来表征系统的总负荷应。用计算负荷来选择导线、电缆截面和电气设备比较接近实际，因为计算负荷的热效应与变动负荷的热效应是相等的。计算负荷也称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。求得计算负荷的手段称为负荷计算。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。在施工图设计时需要进行较详细的负荷计算，主要包括设备容量(安装容量)的计算(即统计与累加)；计算容量(将设备容量乘需要系数)和计算电流的计算。对于最末一级配电箱，可只标注设备容量，并将其作为计算容量(即需要系数为1)。对于干线和整个工程，除需要标注设备容量外，还要标注计算容量和计算电流，以便根据计算容量选择变压器，根据计算电流选择开关和导线等电气设备。 在民用建筑中有大量的单相负荷，三相负荷不平衡的问题比较突出。据调查，在目前运行的工程中，多数工程都比较严重的存在着三相不平衡的问题。有的是设计问题，有的是施工问题，有的是使用的随意性。使用的随意性很难解决。工程设计者的责任是在施工图设计时尽量考虑周全些，尽量做到三相负荷分配平衡。减少运行时的特别严重的不平衡现象。当工程设计过程中，某些末端设备无法使三相分配平衡时，则应在干线或每台变压器低压侧尽量调整到三相平衡。 末端配电箱的三相不平衡负荷的计算，建议采用如下方法：A.当最大相与最小相负荷之差小于三相总负荷的10时，当作三相平衡负荷计算；B当最大相与最小相负荷之差等于或大于三相总负荷的10时，取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷计算。 求得计算负荷的手段称为负荷计算。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。表4-1来自建筑电气手册，供参考表4-1 建筑用电指标Tab.4-1 Indicators of the construction of electricity建筑类别 装置指标VA/m2住宅3040公寓5070旅馆 60100办公80120商业一般（60120）大中型（100200体育60100剧场80120医疗60100教学大学（4060）中小学（2030展览100120演播600800W/m2停车库10W/m24.2 观海国际小区一期工程总体负荷统计与计算观海国际小区的具体负荷统计参看表4-2:负荷计算： 表4-2 观海国际小区负荷统计Tab.4-2 guanhai international statistical area load负荷类型负荷/kw所需设备数需要系数功率因数tanA1照明负荷1800.40.800.75A2照明负荷2400.40.850.62A3照明负荷1800.50.850.62A4照明负荷2160.50.800.75A5照明负荷2160.40.850.62A6照明负荷2160.40.800.75A7照明负荷2880.40.850.62A8照明负荷2160.50.800.75A9照明负荷2160.40.850.62A10照明负荷2160.50.800.75A11照明负荷2160.50.850.62A12照明负荷2880.50.800.75A13照明负荷2160.50.850.62A14照明负荷2160.40.850.62A15照明负荷2880.40.800.75A16照明负荷1250.40.800.75动力负荷550.40.750.88A17照明负荷2160.40.850.62A18照明负荷2880.50.850.62A19照明负荷2160.50.800.75A20照明负荷1250.40.850.62动力负荷550.40.750.88A21照明负荷1920.50.800.75动力负荷550.40.750.88A22照明负荷1920.40.850.62动力负荷550.40.750.88A23照明负荷2160.40.800.75动力负荷750.40.750.88A24照明负荷2160.40.850.62动力负荷750.40.750.88供水站动力负荷3306台水泵0.60.850.62温泉水站动力负荷3306台水泵0.60.800.75换热站动力负荷2755台水泵0.80.900.48消防水泵动力负荷3306台水泵10.850.62照明照明负荷55275个0.50.800.75幼儿园照明负荷500.50.800.75 5 无功功率补偿的计算所谓无功功率通俗地讲就是不消耗电能的用电设备所消耗的功率。比如把一只电容器接入交流电路中，电路就会对电容器进行充放电，这样就引成电流，充电时电容器畜存电能，放电时电容器把电能又还给电源，这样电容器这个用电设备本身并不消耗电能，然而它却有功率（功率等于电压乘以电流强度），这就是无功功率，电容器虽然不消耗电能，但是因为有电流，所以电力线路上会消耗电能（电线都有电阻），对供电的电源变压器来说更是一种负担，因为变压器的容量（它能提供的功率）是有限的，无功功率会占用变压器的容量，使正常供电受到限止。同样，把一只电感器接入交流电路，也会产生无功功率。不过电容器使电流相位超前，而电感器使电流相位滞后，它们的作用正好相反，可以相互抵消。一般的用电设备都是电感性的，如工厂里的电动机，它会产生感性无功功率，不但使电力线白白消耗电能，增加电力线路的负担，更是白白占用电源变压器的容量，是非常有害的。这时在电动机上并联电容器，使感性负载与容性负载的作用相互抵消，这对电力线路和变压器来说就没有无功功率的影响了。无功补偿装置说白了就是配套的电容器（由许多只电容器并联而成），它由自动控制设备自动接入电路，既不会补偿不足，也不会补偿过头。 考虑同期系数计算有功功率时取：最大负荷时的同时利用系数则 （5-1）计算无功功率时取 （5-2）所以总视在功率负荷 （5-3） （5-4）所以，需要进行补偿功率因素。取，我根据民用建筑设计手册选择年平均有功负荷系数为0.75。（5-5）取:=322.33，则补偿后变电所高压侧压侧的视在计算负荷为： （5-6）变压器的功率损耗为： （5-7） （5-8）变电所高压侧的计算负荷为： （5-9） （5-10） （5-11）补偿后的功率因数为：满足（大于0.90）的要求。6 变压器容量、接线组别的确定6.1 变压器的选择箱变用变压器为降压变压器，一般将10KV降至380V/220V变压器容量一般为1601 600KVA，最常用的容量为315630KVA。其器身为三相三柱或三相五柱结构、Dyn11或Yyn0联结，熔断器连接在“”外部。三相五柱式Dyn11变压器的优点是带三相不对称负荷能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电压质量可得到保证，这种变压器具有很好的耐雷特性。对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为整数）谐波励磁电流在其三角形结构的一次绕组内形成环流，不注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星型接线的Yyn0联结变压器更利于抑制高次谐波电流；Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除；当接用单相不平负荷时，由于Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，因而严重影响了接用单相负荷的容量，影响设备能力的发挥。因此国家规定在TT和TN系统中，推广Dyn11联结变压器。但是Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于Dyn11，从而制造成本稍低于Dyn11联结的变压器。变压器联结方式如图6-1。图6-1 变压器的Yyn0联结和Dyn11联结Fig.6-1 Yyn0 transformer connection and link Dyn11综合考虑我选择4台额定电压为1000kv的10kV箱式变电站变压器，其型号为BS7-1000/10，因为三相五拄Dyn11连接变压器带三相不对称负载能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电压质量可得到保证；此外，这种变压器还具有很好的耐雷特性。因此变压器的连接组别为三相五柱Dyn11，阻抗电压为 =7.0%，采用油浸式变压器。由于三相五拄Dyn11联结，如果熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电压的1/2，会使负载欠压运行。因此将熔断器连接在“”内部。因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。4个箱式变电站将全部从温医60号杆进线，走地下电缆。下面4个表格分别明示了4个箱式变电站所的供电范围表6-1 各变电箱供电范围Tab.6-1 Supply area of the transformer box箱式变电站1视在功率/KVA机械个数A17127.07A2088.13A21149.3A22119.67A23148A24141.66换热站2445台温泉水泵77.62台供热水泵77.62台路灯8.7570个消防水泵611个箱式变电站2视在功率/KVA机械个数A4135A9101.66A12180A13127.07A1688.13A8108温泉水泵77.62台供热水泵77.62台路灯8.7570个消防水泵611个箱式变电站3视在功率/KVA机械个数续上表6-1:幼儿园54A190A2111.40A3105.89A6108A7101.66A15144温泉水泵38.81台供热水泵38.81台路灯8.12565消防水泵1222台箱式变电站4视在功率/KVA机械个数A5101.66A10135A11127.07A14101.66A18169.43A19135温泉水泵38.81台供水泵38.81台路灯8.7570消防水泵1222台6.4 箱式变电站总体布置10kV箱式变电站高压室额定电压10kV ，低压室额定电压0.4kV。主变压器额定容量为1000kVA，接在10kV母线上。采用电缆或架空进、出线。在结构设计上具有防压、防雨和防小动物等措施及占地面积小、操作方便，安全可靠、可以移动等特点。箱式变电站主要包括4部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室。1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，外部用新材料色彩钢板制作。2）高压室：装备真空断路器。包括三工位负荷开关、熔断器、互感器、避雷器等。3）低压室：装备全国统一设计的GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜、多路出线柜、耦合电容器。4）变压器室：配备1000kVA油浸式变压器。室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。7 短路计算7.1 短路电流的定义电力系统在运行中 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流 ，并取决于短 路点距电源的电气距离。 例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的1015倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万 安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。 三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在 中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需35秒。在这一暂态过程 中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会 产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设 计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。 供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.7.2 短路电流的计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多. 具体规定: 对于335KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗. 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻. 3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.7.3 短路电流的计算7.3.1 标么制法进行短路电流计算图7-1 短路电流等效电路图Fig.7-1 equivalent circuit of short circuit current本校区变电所的供电系统采用两路电源供线，一路为距校区5km的馈电变电站经架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一路为邻校高压联络线。下面采用标么制法进行短路电流计算。取基准容量,基准电压， 所以： （7-1） （7-2）7.3.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1.电力系统的电抗标么值： （7-3）2.架空线路的电抗标么值：查手册得，因此： （7-4） 3.电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此： （7-5）7.3.3 高压侧K点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1.总电抗标么值： （7-6）2.三相短路电流周期分量有效值： （7-7）3.其他三相短路电流： （7-8） （7-9） (高压系统) （7-10）4.三相短路容量： （7-11） 7.3.4 低压侧K点短路电路总电抗标么值及三相短路电流