某大厦供配电系统设计.doc

i 某大厦供配电系统设计 摘 要 本课题是关于大厦供电系统及变电所的设计 设计的思路是依据国家规范要求以 及该大厦二类负荷对供电可靠性的要求 制定设计方案及供电措施 在该设计中 依 据给定的设计范围和基础资料 建立起适合自身生产和发展需要的供电系统 该大厦 的供电系统由一条 10kv 高压架空进线提供电源 为确保负荷供电的可靠性 在变电所 低压母线设柴油发电机 从而使整个供电系统更具有其可靠性和灵活性 为适应大厦 用电负荷变化大 自然功率因数低的特点 该设计中采用并联电容器的方法来补偿无 功功率 以减少供电系统的电能损耗和电压损失 同时提高了供电电压的质量 设计 中体现了安全 可靠 灵活 经济的原则 确定变电所的位置 形式 主变台数与容 量等 确定二次继电保护方案 选用先进的自动保护装置 确定变电所防雷过压保护 与接地保护方案 根据设计要求 绘制大厦供配电系统图 二次继电保护电路图及变 电所平面布置图 关键词关键词 供电系统 安全可靠 主接线 ii the distribution system design of a building abstract this topic is about building power supply system and substation design the design ideas are based on national regulatory requirements and the building load to the power supply reliability of two types of requirements develop design and supply measures in this design the design based on the scope and given basic information and establish their own production and development needs for the power supply system the building by a 10kv high voltage power supply system into the line overhead to provide power supply to ensure the reliability of the load diesel oil generator is set up in the low voltage side of substation so that the entire power supply system more reliability and flexibility in order to meet building electricity load changes the natural characteristics of low power factor the design methods used to compensate for shunt capacitor reactive power power supply system to reduce power loss and voltage loss while improving the quality of supply voltage designed to reflect a safe reliable flexible and economic principles determine the location of substation form number and capacity of main transformer station etc determine the secondary protection programs use the advanced automatic protection devices determine substation lightning over voltage protection and grounding protection program according to design requirements draw building supply and distribution system maps the second protection circuit and substation layout plan key words power supply systems secure the main wiring iii 目 录 摘 要 i abstract ii 1 绪论 1 1 1 建筑供配电的意义 1 1 2 建筑供配电设计的一般原则 1 1 3 本课题所做的工作 1 2 负荷计算及无功功率补偿 3 2 1 负荷计算 3 2 1 1 负荷计算及负荷计算的目的 3 2 1 2 负荷计算方法的分类 3 2 1 3 需要系数法计算负荷 4 2 2 无功功率补偿 6 3 变电所设计 8 3 1 电力负荷分级及对供电电源的要求 8 3 2 大厦配电方案设计 9 3 3 变电所所址的选择 10 3 4 变电所主变压器的选择 11 3 5 变电所主接线方案的选择 11 3 5 1 变电所电气主接线 11 3 5 2 变电所主接线方案的设计原则与要求 12 3 5 3 变电所主接线方案比较分析 13 4 短路电流计算 15 4 1 短路电流的计算 15 4 1 1 绘制计算电路图 15 4 1 2 设定基准容量 15 4 1 3 计算短路电抗的标幺值 15 4 1 4 绘制短路回路等效电路 16 4 1 5 计算短路电流 17 5 一次设备的选择及校验 18 5 1 选择电气设备的一般条件 18 5 2 高压电气设备的选择及校验 21 5 2 1 高压断路器的选择及校验 21 iv 5 2 2 高压隔离开关的选择及校验 23 5 2 3 高压熔断器的选择及校验 23 5 2 4 高压电压互感器的选择及校验 24 5 2 5 高压电流互感器的选择及校验 25 5 3 低压电气设备的选择及校验 26 5 3 1 低压刀开关的选择校验 26 5 3 2 低压断路器的选择及校验 26 5 3 3 低压电流互感器的选择及校验 27 5 4 导线和电缆的选择及校验 28 5 4 1 选择导线截面的条件 28 5 4 2 母线的选择及校验 28 5 4 3 高压架空线的选择及校验 29 5 4 4 电缆的选择及校验 29 6 继电保护及二次回路的选择 31 6 1 继电保护的基本要求 31 6 2 高压计量二次回路 31 6 3 变压器保护 32 6 4 高压进线控制保护 33 7 防雷与接地装置的设计 36 7 1 防雷设计 36 7 1 1 雷击的类型 36 7 1 2 建筑物防雷等级的划分 37 7 1 3 防雷措施 38 7 2 接地装置设计 38 8 总结 40 致 谢 41 参 考 文 献 42 附 录 43 某大厦供配电系统设计1 1 绪论 1 1 建筑供配电的意义 建筑供配电工程建筑电气是的重要组成部分 是连接电力系统与人们生产 生活 的纽带 它完成全楼的照明 通讯 安防等功能 管理水泵 空调通风等建筑设备工 作 火灾等紧急状态组织人员疏散和火灾扑救 建筑电气设计主要是依据建设单位提 出的设计委托要求和国家设计规范 分析建筑布局与功能 以功能与安全为原则 同 时兼顾工程造价 施工难易 管理与维护等因素 合理组织楼内供配电系统及各通讯 等弱电系统 是建筑功能与安全设计的核心组成部分 1 2 建筑供配电设计的一般原则 建筑供配电必须遵循的一般原则 1 建筑供配电设计必须遵守国家的有关法令 标准和规范 执行国家的有关方针 政策 包括节约能源 节约有色金属等技术经济政策 2 建筑供配电设计应做到保障人身和设备的安全 供电可靠 电能质量合格 技术 先进和经济合理 设计中采用的技术标准和装备水平 应与工程的性质 规模 功能 要求相适应 3 建筑供配电设计设计中应符合国家现行有关标准的高效节能 性能先进 绿色环 保 安全可靠的电气产品 应选择具有国家权威机构认证的产品 严禁使用已被国家 淘汰的和不符合国家技术标准 没有产品质量认证的设备 4 建筑供配电系统设计必须从全局出发 统筹兼顾 按照负荷性质 用电容量 工 程特点和地区供电条件 合理确定设计方案 5 建筑供配电系统设计应根据工程特点 规模和发展规划 正确处理近期建设与远 期发展的关系 做到远近期结合 在满足近期使用要求的同时 兼顾未来发展的需要 6 建筑供配电设计应体现以人为本的设计理念 重视电磁污染及声 光污染对环境 的影响 采取综合治理措施 确保人居环境安全 7 建筑供配电设计应采取实践证明行之有效的新技术 新理论 创造经济效益 社 会效益和环境效益 1 3 本课题所做的工作 课题的主要任务 需附有技术指标要求 1 熟悉建筑电气设计的过程 熟悉参建各方的配合程序 熟悉专业间的配合程序 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 2 2 初步掌握民用建筑不同场所的基本电气设置 3 通过对不同供配电系统比较 学习合理选择供配电系统 整定继电保护 线路保 护等 学习低压电器的配套 选型 安装 4 学习人工照明基础理论 初步认识电光源 照明灯具及其启动控制等 5 学习智能建筑基础知识 熟悉楼内电话通讯 有线电视 计算机网络 安防监控 火灾自动报警 消防联动控制等系统基本形式 6 学习 autocad 制图软件的使用 会熟练绘制电气平面图 系统原理图及接线 图 7 在图纸及选型设计完成后 通过设计院校对 审核程序 修改无误后交付使用 某大厦供配电系统设计3 2 负荷计算及无功功率补偿 2 1 负荷计算 2 1 1 负荷计算及负荷计算的目的 1 计算负荷又称需要负荷或最大负荷 计算负荷是一个假想的持续性负荷 其热效 应与同一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 30min 的最大平均负荷 最为按发热条件选择配电变压器 导体及电器的依据 并用 来计算电压损失和功率损耗 在工程上为方便计算 亦可最为电能消耗量及无功功率 补偿的计算依据 2 尖峰电流指单台或多台用电设备持续 1s 左右的最大负荷电流 一般取启动电流 的周期分量 最为计算电压损失 电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的 依据 在校验瞬动元件时 还应考虑启动电流的非周期分量 3 一级 二级负荷 用以确定备用电源或应急电源 4 季节性负荷 从经济运行条件出发 用以考虑变压器的台数和容量 2 1 2 负荷计算方法的分类 1 需要系数法 用电设备功率乘以需要系数和同时系数 直接求出计算负荷 这种方法比较简便 应用广泛 尤其适用于配 变电所的负荷计算 2 利用系数法 采用利用系数法求出最大负荷班的平均负荷 再考虑设备台数和功率差异的影响 乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷 这种方法的理论根据是概率论和数理 统计 因而计算结果比较接近实际 但因利用系数的实测与统计较难 在民用建筑电 气设计中一般不采用 3 二项式法 在设备组容量之和的基础上 考虑若干容量最大设备的影响 采用经验系数进行 加权求和法计算负荷 4 单位面积功率法 单位指标法 负荷计算方法一般可按下列原则选取 a 在方案设计阶段可采用单位指标法 在初步设计及施工图设计阶段 宜采用 需要系数法 对于住宅 在设计的各个阶段均可采用单位指标法 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 4 b 用电设备台数较多 各台设备容量相差不悬殊时 宜采用需要系数法 一般 用于干线 配变电所得负荷计算 c 用电设备台数较少 各台设备容量相差悬殊时 宜采用二项式法 一般用于 支干线和配电屏 箱 的负荷计算 2 1 3 需要系数法计算负荷 综合以上四种负荷计算法的适用范围和本课题的数据资料 本课题采用需要系数 法 本课题用电负荷原始数据资料见表 2 1 所示 表 2 1 用电负荷原始数据 楼层 编号 楼层 用途 负荷 类别 设备容量 kw需要系数 功率 因数 动力水泵 600 60 70 1 地下 超市 照明 750 80 92 动力电梯 900 40 70 1 商铺 照明 750 750 92 动力 000 2 商铺 照明 750 750 92 动力 1500 50 65 3 餐饮 照明 750 70 92 动力 600 60 7 4 娱乐 休闲照明 750 80 92 动力 000 5 办公 照明 1200 60 8 动力 000 6 办公 照明 1200 60 8 动力 000 7 办公 照明 1200 50 8 动力 000 8 办公 照明 1200 50 8 动力 000 9 办公 照明 1200 50 8 动力 000 10 办公 照明 1200 50 8 原始数据资料已经对用电设备分组 利用公式 某大厦供配电系统设计5 有功功率 2 1 c1d1n1 p k p c2d2n2 p kp 无功功率 2 2 c1d11 q kp tan c2d22 q kp tan 总有功功率 2 3 c pci p k p 总无功功率 2 4 c qci q k q 有功功率和无功功率的同期系数均取 1 总视在功率 2 5 22 ccc s p q 负荷计算见表 2 2 所示 系统总的视在功率 sc 1046 27kva 系统总功率因数 tan pc qc 0 71 cos 0 81 二级负荷有功功率为 150kw 表 2 2 负荷计算结果 楼层 编号 楼层 用途 负荷 类别 设备 容量 kw 需要 系数 tan cos 有功 功率 kw 无功 功率 kvar 视在 功率 kva 计算 电流 a 动力 水泵 600 61 020 73636 7351 4378 14 1 地下 超市 照明 750 80 430 926025 5665 2299 10 动力 电梯 900 41 020 73636 7351 4378 14 1 商铺 照明 750 750 430 9256 2523 9661 1492 90 2 商铺照明 750 750 430 9256 2523 9661 1492 90 动力 1500 51 170 657587 68115 38175 31 3 餐饮 照明 750 70 430 9252 522 3657 0786 70 动力 600 61 020 73636 7351 4378 14 4 娱乐 休闲 照明 750 80 430 926025 5665 2299 10 5 办公照明 1200 60 750 8725490136 74 6 办公照明 1200 60 750 8725490136 74 7 办公照明 1200 50 750 8604575113 95 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 6 续表 2 2 负荷计算结果 2 2 无功功率补偿 1 无功功率的人工补偿装置 建筑中通常采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率 常用的并联电容器的型号及其主要技术数据如下页表 2 3 所示 并联电容器的补偿方式 有以下三种 a 高压集中补偿 电容器装设在变电所的高压电容器室内 与高压母线相联 b 低压集中补偿 电容器装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内 与低压母线相联 c 低压分散补偿 电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联 2 并联电容器的计算 a 无功功率补偿容量的计算 要求 cos 达到 0 95 0 95 对应的正切值为 tan 2 0 33 qb pc tan 1 tan 2 852 0 71 0 33 323 76kvar 2 6 tan 1 补偿前系统总功率因数角 cos 1对应的正切值 tan 2 补偿后系统总功率因数角 cos 2对应的正切值 pc 系统的计算有功功率 b 并联电容器套数的计算 选用 bw0 4 14 3 型并联电容器 n qb qc 323 76 14 23 13 取 24 2 楼层 编号 楼层 用途 负荷 类别 设备 容量 kw 需要 系数 tan cos 有功 功率 kw 无功 功率 kvar 视在 功率 kva 计算 电流 a 8 办公照明 1200 50 750 8604575113 95 9 办公照明 1200 50 750 8604575113 95 10 办公照明 1200 50 750 8604575113 95 合计 1455852607 281046 271585 26 某大厦供配电系统设计7 7 qc每套电容器的容量为 14 kvar 补偿的总的无功功率的容量为 14 24 336 kvar 表 2 3 并联电容器的常用型号及其主要技术数据 序号电容器型号 额定电压 kv 额定容量 kvar 额定电容 f 频率 hz 相数 1bw0 23 4 10 234240501 2bw0 23 4 30 234240503 3bw0 23 5 10 235301501 4bw0 4 12 10 412240501 5bw0 4 12 30 412240503 6bw0 4 14 10 414280501 7bw0 4 14 30 414280503 c 无功补偿后总计算负荷的计算 供电系统中装设无功补偿装置后 对其前面的线路或变压器的无功功率就进行了 补偿 从而使前面线路或变压器的无功计算负荷 视在计算负荷和计算电流得以减小 功率因数得以提高 补偿后系统 qc 607 28 336 271 28 kvar sc 894 15 kva cos pc sc 0 953 与补 偿前相比 补偿后变电所低压侧的无功计算负荷 视在计算负荷和计算电流都显著减 小 功率因数显著提高 补偿前该变电所变压器的容量要选 1250kva 才能满足负荷用 电量的要求 而补偿后变压器容量选 1000kva 就可以满足要求 同时由于计算电流的 减小 使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应的降低 因此无功补偿的经济 效益十分可观 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 8 3 变电所设计 3 1 电力负荷分级及对供电电源的要求 电力负荷又称电力负载 有两种含义 一种是指耗用电能的用电设备或用户 如 重要负荷 一般负荷 动力负荷 照明负荷等 另一种是指用电设备或用户耗用的电 能的功率或电流大小 如轻负荷 轻载 重负荷 重载 空负荷 空载 满负荷 满载 等 电力负荷的具体含义是具体情况而定 1 电力负荷的分级 根据 民用建筑电气设计规范 jgj t16 2008 用电负荷应根据供电可靠性及中 断供电在政治 经济上所造成的损失或影响的程度 分为 一级负荷 二级负荷及三 级负荷 a 一级负荷 符合下列情况之一时 应为一级负荷 中断供电将造成人身伤亡时 中断供电将在政治 经济上造成重大影响或损失时 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 或造成公 共场所秩序严重混乱时 例如 重要通信枢纽 重要交通枢纽 重要的经济信息中心 特级或甲级体育建筑 国宾馆 国家级及承担重大国事活动的会堂以及经常用于重要 国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷 在一级负荷中 当中断供电后将影响实时处理重要的计算机及计算机网络正常工 作以及特别重要场所中不允许中断供电的负荷 为特别重要的负荷 b 二级负荷 符合下列情况之一时 应为二级负荷 中断供电将造成较大政治影响时 中断供电将造成较大经济损失时 中断供电将影响重要用电单位的正常工作 或造成公共场所秩序混乱时 c 不属于一级负荷和二级负荷的用电负荷应为三级负荷 2 各级电力负荷对供电电源的要求 a 一级负荷对供电电源的要求 对于一级负荷必须考虑有两路独立电源供电 当一路电源发生故障时 另一电源不应同时受到损坏 在允许的时间内第二路电源自 动投入 一级负荷中特别重要的负荷供电 还应符合下列要求 除应由双重电源供电外 尚应增设应急电源 并不得将其它负荷接入应急供电系统 常用的应急电源 独立于正常电源的发电机组 供电网络中独立于正常电源的专 用的馈电线路 蓄电池 干电池 某大厦供配电系统设计9 b 二级负荷对供电电源的要求 二级也要求有两路独立电源供电 当工作电源 失去时 由运行人员手动操作投入备用电源 供电变压器也应有两台 只有在负荷较 小或当地供电条件困难时 二级负荷可由一回路 6kv 及以上专用的架空线路或电缆供 电 当采用架空线时 可为一回路架空线供电 这是考虑架空线路发生故障时 较之 电缆线路发生故障时易于发现且易于检修和修复 当采用电缆线路时 应采用两根电 缆组成的线路供电 其每根电缆应能承受 100 的二级负荷 c 三级负荷对供电电源无特殊要求 3 2 大厦配电方案设计 根据电力负荷分级及对供电电源的要求 大厦为二级负荷供电 其中地下一层动 力水泵和一层动力电梯为二级负荷 采用双回路电源供电 公共通道设充放电的疏散 照明指示灯和应急照明灯 持续供电时间不短于 20min 图3 1 大厦配电方案图 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 10 3 3 变电所所址的选择 变电所是接受 交换 分配电能的环节 是供电系统中极其重要的组成部分 它 是由变压器 配电装置 保护及控制设备 测量仪表以及其它附属设备 试验 维修 油处理等 及有关建筑物组成 1 变电所位置选择的一般要求 变电所位置的选择 应根据下列要求 经技术 经济比较 综合考虑确定 a 接近负荷中心 b 接近电源侧 c 进出线方便 d 运输设备方便 e 不应设在有剧烈震动或高温的场所 f 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 如无法远离 不应设在污染源的主导 的下风侧 g 不应设在厕所 浴室或其他经常积水的场所的正下方 指楼房的正下方 也不宜与上述场所相贴邻 h 不应设在地势低洼和可能积水的场所 i 不应设在有爆炸危险的环境的正上方或正下方 且不宜设在有火灾危险环境 的正上方或正下方 当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物比邻时 应符合现行国家标 准 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 j 装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所 不应设在三 四级耐火等级的 建筑物内 当设在二级耐火等级的建筑物内时 建筑物应采取局部防火措施 k 多层建筑中 装有可燃性油的电气设备的配电所 变电所应设置在底层靠外 墙部位且不应设在人员密集场所的正上方 正下方 贴邻和疏散出口的两旁 l 高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所 当受 条件限制必须设置时 应设在底层靠外墙部位 且不应设在人员密集场所的正上方 正下方 贴邻和疏散出口的两旁 并应按现行国家标准 高层民用建筑设计防火规范 有关规定 采取相应的防火措施 m 露天或半露天的变电所不应设置在下列场所 有腐蚀性气体的场所 挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁 附近有棉粮及其他易燃易爆物品集中的露天堆场 容易沉积可燃粉尘 可燃纤维 灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运 行的场所 2 变电所位置的选择 某大厦供配电系统设计11 本课题中的变电所选设在大厦的地下室 变电所最好留在东北角 接近电源 不 夕晒 变电所需要有专用的门进入 使超市顾客远离变电所 3 4 变电所主变压器的选择 1 变压器容量计算 无功功率补偿后的视在功率为 894 15 kva 变压器容量的计算应考虑变压器的最 佳运行负荷率 大厦未来用电量的增长 根据补偿后的视在功率再增加 25 的余量 即 3 1 n tc s1 25s894 15 1 251117 69kva 所以可选单台工作变压器的容量为 1250kva 若选两台工作变压器则每台变压器的 容量为 630kva 2 变压器台数的选择 根据 10kv 及以下变电所设计规范 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行 选择 当符合下列条件之一时宜装设两台及以上变压器 a 有大量一级或二级负荷 b 季节性负荷变化较大 c 集中负荷较大 装有两台及以上变压器的变电所当其中任一台变压器断开时 其余变压器的容量 应满足一级负荷及二级负荷的用电 变电所中单台变压器低压 0 4kv 为的容量不宜大于 1250kva 当用电设备容量较 大负荷集中且运行合理时可选用较大容量的变压器 变压器的台数还应根据变电所主接线方案确定 3 变电所主变压器型式和联接组别的选择 根据 10kv 及以下变电所设计规范 多层或高层主体建筑内变电所宜选用不燃或 难燃型变压器 本课题变电所采用干式变压器 建筑中的用电负荷主要是单相照明负荷 虽然设计施工时三相负荷基本平衡 但 由于用户的不确定性系统经常处于三相不平衡状态下运行 本课题变压器联接组别采 用 dyn11 可以抑制高次谐波 3 5 变电所主接线方案的选择 3 5 1 变电所电气主接线 1 电气主接线的意义 电气主接线是指变电所中的一次设备按照设计要求连接起来 表示接受和分配电 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 12 能的电路 也称为主电路 电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的 电路图称为电气主接线图 因为三相交流电气设备的每相结构一般是相同的 所以电 气主接线图一般绘制成单线图 只是在局部需要表明三相电路不对称连接时 才将局 部绘制成三线图 若有中性线 或接地线 可用虚线表示 使主接线清晰易看 2 变电所中电气主接线的作用 a 电气主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据 因此电气 运行人员必须熟悉变电所中电器主接线 了解电路中各种设备的用途 性能及维护检 查项目和运行操作步骤 b 电气主接线表明了变压器 断路器和线路等电气设备的数量 规格 连接方 式及可能的运行方式 它直接关系着变电所内电气设备的选择 配电装置的布置 继 电保护和自动装置的确定 是变电所投资大小的决定性因素 c 由于电能生产的特点是发电 变电 输电和用电是在同一时刻完成的 所以 主接线的好坏直接关系着电力系统的安全 稳定灵活 和经济运行 也直接影响到工 农业生产和人民生活 所以电气主接线拟定是一个综合性问题 必须在国家有关技术经济政策的前提下 力求使其技术先进 经济合理 安全可靠 3 主接线图的绘制形式 a 系统式主接线图 这是按照电力输送的顺序依次安排其中的设备和线路相互 连接关系而绘制的一种简图 它全面系统地反映出主接线中电力传输过程 但是它并 不反映其中各成套配电装置之间相互排列的位置 这种主接线图多用于变配电所的运 行中 通常应用的变配电所主接线图均为这一形式 b 装置式主接线图 这是按照主接线中高压或低压成套配电装置之间互相连接 关系和排列位置而绘制的一种简图 通常按不同电压等级分别绘制 从这种主接线图 上可以一目了然地看出某一电压级的成套配电装置的内部设备连接关系及装置之间相 互排列位置 这种主接线图多在变配电所施工图中使用 3 5 2 变电所主接线方案的设计原则与要求 变电所的主接线 应根据变电所在供电系统中的地位 进出线回路数 设备特点 及负荷性质等条件确定 并应满足安全 可靠 灵活和经济等要求 1 安全性 a 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设高压隔离开关 b 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设低压刀开关 c 在装设高压熔断器 负荷开关的出线柜母线侧 必须装设高压隔离开关 d 变电所高压母线上及架空线末端 必须装设避雷器 装于母线上的避雷器宜 与电压互感器共用一组隔离开关 接于变压器引出线上的避雷器 不宜装设隔离开关 某大厦供配电系统设计13 2 可靠性 a 变电所的主接线方案 必须与其负荷级别相适应 对一级负荷 应由两路独 立电源供电 对于二级负荷宜由两回线路供电 在负荷较小或地区供电条件困难时 二级负荷可由一回路 6kv 及以上专用的架空线路或电缆供电 当采用架空线时 可为 一回路架空线供电 当采用电缆线路时 应采用两根电缆组成的线路供电 其每根电 缆应能承受 100 的二级负荷 b 变电所低压侧的总开关 宜采用低压断路器 当继电保护或自动切换电源要 求时 低压侧总开关和低压母线分段开关 均采用低压断路器 3 灵活性 a 变电所的高低压母线一般宜采用单母线或单母线分段结线 b 需带负荷切换主变压器的变电所 高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关 c 主接线的方案应与主变压器经济运行的要求相适应 d 主接线方案应考虑到今后可能的扩建 4 经济性 a 主接线方案在满足运行要求的前提下 应力求简单 变电所高压侧宜较少采 用断路器或不用断路器的接线 b 变电所的电气设备应选用技术先进 经济适用的节能产品 不得选用国家命 令淘汰的产品 c 电源进线上应装设专用计量柜 其中的电压 电流互感器只供计费的电度表 用 大厦变电所采用 10kv 架空线进线方式符合要求 3 5 3 变电所主接线方案比较分析 本课题大厦供电电源情况已由任务书确定 供电电压10kv 供电方位 大厦东北 方向大约100m单回路架空进线 计量方式 高供高计 大厦含有少量二级负荷 地下 室动力水泵60kw 一层动力电梯90kw 主要通道和楼梯间应急照明 供电电源符合二级负荷供电电源要求 1 方案一 单回架空线经一段电缆引入变电所 设高压开关柜 高压专用计量柜 pt 保护柜 单 台 1250kva 变压器 低压配电屏 低压补偿柜 380v 工频交流柴油发电机作备用电 源 高低压母线均不分段 选单台变压器主接线简单 一次设备和二次设备都比较少 投资少 变电所占用面积 小 运行和维护简单 管理费用低 但变压器或低压母线检修维护时二级负荷失去正 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 14 常工作电源 可靠性不能满足二级负荷的供电要求 2 方案二 单回架空线经一段电缆引入变电所 设高压进线柜 高压专用计量柜 pt 保护柜 高 压出线柜 两台变压器各 630kva 低压配电屏 低压补偿柜 380v 工频交流柴油发 电机作备用电源 低压母线分段 高压母线不分段 选两台变压器 虽占用变电所面积增加且相应的保护设备也比选单台变压器增多 投 资增大 但低压母线可分段且一台变压器损坏或检修时二级负荷不会失去正常工作电 源 供电可靠性大大提高 综合比较变电所主接线选择方案二 某大厦供配电系统设计15 4 短路电流计算 4 1 短路电流的计算 4 1 1 绘制计算电路图 1 qf 3 4 2 系统 架空线 t1 t2 k 1k 2 图 4 1 计算电路图 4 1 2 设定基准容量 sd和 ud 计算短路点基准电流 id 设 sd 100mva 设 ud1 uc1 10 5kv ud2 uc2 0 4kv 短路基准电流计算如下 4 1 sd i 5 50ka d1 3ud1 4 2 sd i 144 34ka d2 3ud2 uc1 短路计算点的计算电压 取为比所在电网额定电压高 5 单位 kv 4 1 3 计算短路电抗的标幺值 计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值 一般只计算电抗 1 电力系统的电抗标幺值 4 3 s100 d x0 5 s s500 oc soc 电力系统出口开关的短路容量 单位 mva 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 16 2 电力线路的电抗标幺值 4 4 s100 d xx l0 35 0 10 032 wl0 22 u10 5 d1 x0 线路单位长度电抗 单位 km 10kv 架空线 x0取 0 35 l 线路长度 3 电力变压器的电抗标幺值 4 5 u s4 100 3kd x106 35 t 100s100 630 n uk 变压器的短路电压 阻抗电压 百分值 uk 4 sn 变压器的额定容量 单位 kva 计算时化为与 ud同单位 sn 630kva 4 1 4 绘制短路回路等效电路 绘制短路回路的等效电路 并计算总阻抗 k 1k 2 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 图 4 2 短路回路等效电路 对 k 1 点短路回路总阻抗标幺值为 4 6 xxxxx0 532 k 1 12swl 对 k 2 点短路回路总阻抗标幺值为 4 7 xxxxx k 2 1234 xx 34 xx swl xx 34 x t 0 5323 71 2 某大厦供配电系统设计17 4 1 5 计算短路电流 1 k 1 点三相短路电流周期分量有效值 4 8 i5 50 3 d1 i10 34ka k 0 532 x k 1 在无限大容量系统中存在下列关系 4 9 3 3 3 iii k 在高压电路的短路冲击电流 4 10 3 3 i2 55i26 37ka sh 短路冲击电流有效值 4 11 3 3 i1 51i15 61ka sh 三相短路容量 4 12 s100 3 d s187 97mva k 0 532 x k 1 2 k 2 点三相短路电流周期分量有效值 4 13 i144 34 3 d2 i38 91ka k 3 71 x k 2 在无限大容量系统中存在下列关系 4 14 3 3 3 iii k 在低压电路的短路冲击电流 4 15 3 3 i1 84i1 8438 9171 59ka sh 短路冲击电流有效值 4 16 3 3 i1 09i1 0938 9142 41ka sh 三相短路容量 4 17 s100 3 d s26m 95va k 3 71 x k 2 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 18 5 一次设备的选择及校验 电气设备的选择是供配电系统设计的主要内容之一 是保证电网安全 经济运行 的重要条件 在选择电气设备时 应根据工程实际情况 按照有关设计规程的规定 积极采用新技术 新设备 力争使电气设备工作安全 可靠 运行维护方便 投资经 济合理 在供配电系统中尽管电气设备的作用不一样 具体选择的方法不同 但其基本要 求是相同的 为保证电气设备安全 可靠的运行 必须按正常工作条件进行选择 并 按短路条件校验动稳定和热稳定 5 1 选择电气设备的一般条件 1 按正常工作条件选择电气设备 为保证电气设备在正常运行情况下可靠地工作 必须按正常运行条件选择电气设 备 正常运行条件是指电气设备正常运行时的工作电压和工作电流 a 按工作电压选择电气设备 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化 有时会有高于电网的额定电 压 故所选择电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压 通常 规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1 1 1 15 倍 而电气设备所 在电网的运行电压波动 一般不超过电网额定电压的 1 15 倍 因此 在选择电气设备 是 一般可按照电气设备的额定电压 un不低于设备安装地点电网额定电压 uns的条件 选择 即 5 1 uu nns b 按工作电流选择电气设备 电气设备的额定电流 in是指在规定的环境温度下 设备的长期允许电流 ial in不 应小于该回路的最大持续工作电流 imax 即 5 2 i i i nalmax 由于发电机和变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应回路的 imax应为 发电机和变压器额定电流的 1 05 倍 若变压器有可能过负荷运行时 imax应按过负荷 确定 出线回路的 imax除考虑正常过负荷电流外 还应考虑事故时有其他回路转移过 来的负荷 当周围环境温度 与导体或电器规定环境温度 0不等时 其长期允许电流 imax可 按式 5 3 al iki alal al0 某大厦供配电系统设计19 其中 5 4 al k al0 式中 k 修正系数 al 导体或电气设备正常发热允许最高温度 一般可取 al 70 我国生产的电气设备的规定环境温度 al 40 如环境温度高于 40 但小于或 等于 60 时 其允许电流一般可按每增高 1 额定电流减少 1 8 进行修正 当环 境温度低于 40 时 环境温度每降低 1 额定电流可增加 0 5 但增加幅度最多不 得超过原额定电流的 20 我国生产的裸导体的额定环境温度为 25 当配电装置地点环境温度在 5 50 范围内变化时 导体允许通过的额定电流可按上式修正 c 按装置地点 使用条件 检修和运行等要求选择电气设备 指按照设备的装置地点 使用条件 检修和运行等要求选择导体 电器的种类和 型式 例如选户外或户内设备 防爆型或普通型设备 2 按短路电流校验设备的动稳定和热稳定 a 短路热稳定度的校验条件 电器和载流部分的热稳定度校验 依校验对象的不同而采用不同的具体条件 对一般电器 热稳定度的校验条件为 5 5 2 2 3 it it tima 式中 it 电器的热稳定试验电流 t 产品的热稳定试验时间 短路电流的稳态值及短路电流的假象时间 3 i ima t 以上的和 t 均可由电器产品样本查得 t i 对母线及绝缘导线和电缆等导体 可按下列条件校验其热稳定度 5 6 kalk 式中 kal 导体在短路时的最高允许温度 可查表 k 导体短路时产生的最高温度 如上所述 要确定 k比较麻烦 因此也可以根据短路热稳定度的要求来确定其最 小允许截面 amin 由式 5 7 2 kk i a t klima 式中 a 导体的截面积 mm2 i 短路稳态电流 ka klkk 分别为正常负荷和短路时导体加热系数 a2 s mm4 推导最小允许截面 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 20 5 8 3 ai t c minima 式中 amin 导体的最小热稳定截面积 mm2 i 3 三相短路稳态电流 a c 导体的短路热稳定系数 可查表 导体的热稳定度校验条件可转换成导体的截面积校验条件要求 5 9 a amin b 短路动稳定度的校验条件校验 电器和导体的动稳定度校验 也可依校验对象的不同而采用不同的具体条件 对一般电器 动稳定度校验条件 或 5 10 max 3 iish max 3 iish 式中 imax imax 电器的极限通过电流峰值和有效值 ish 3 ish 3 三相短路冲击电流峰值和有效值 以上 imax 和 imax均可由电器产品插得 绝缘子的动稳定度校验条件 5 11 3 ff alc 式中 fal 绝缘子的最大允许载荷可由产品样本查得 如果产品样本给出的是绝缘子 的抗弯破坏载荷值 则应将抗弯破坏载荷值乘以 0 6 作为 fal fc 3 短路时作用于绝缘子上的计算力 如母线在绝缘子上平放 则 fc 3 f 3 如为竖放则 fc 3 1 4 f 3 对母线等硬导体 一般按短路时所受到的最大应力来校验其动稳定度 满 足的条件为 5 12 alc 式中 母线材料的最大允许应力 pa 铜 137mpa 硬铝 69mpa al al al 母线通过 ish 3 时所受到的最大计算应力 上述最大计算应力按下式计算 c 5 13 c m w 式中 m 母线通过 ish 3 时所受到的弯曲力矩 n m 当母线的挡数位 1 2 时 m f 3 l 8 当挡数大于 2 时 m f 3 l 10 这里 f 3 按式计算 计算 l 为母线的挡距 2 3 3 7 3 l a 10 sh fi w 母线的截面系数 m3 当母线水平放置时 此处 b 为母线截面 2 b h w 6 的水平宽度 h 为母线截面的垂直高度 b 和 h 的单位为 m 不作为母线的矩形硬导线 其动稳定度校验条件和校验方法与硬母线一样 由于回路的特殊性 对下列几种情况可不校验热稳定和动稳定 用熔断器保护的电源 其热稳定由熔体的熔断时间保证 故可不校验热稳定 某大厦供配电系统设计21 采用限流熔断器保护的设备可不校验动稳定 在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动 热稳定 对于电缆 因其内部为软导线 外部机械强度很高 不必校验其动稳定 选择一次设备的校验项目汇总如下表 表 5 1 一次设备校验项目 一次设备 名称 额定 电压 额定 电流 开断 电流 动稳定热稳定 环境 条件 其它 高压熔断器 高压隔离开关 操作性能 高压断路器 操作性能 低压刀开关 操作性能 低压负荷开关 操作性能 低压断路器 操作性能 电流互感器 二次负荷 准确级 电压互感器 二次负荷 准确级 并联电容器 额定容量 母线 电缆 支柱绝缘子 穿墙套管 备注 表中 表示必须校验项目 表示不必校验项目 表示一般可 不校验 5 2 高压电气设备的选择及校验 5 2 1 高压断路器的选择及校验 高压断路器的选择 校验条件如表 5 1 中所示 在选择时还应注意以下几点 1 高压断路器种类和型式的选择 高压断路器应根据其安装地点 环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式 本课题变电所位于大厦地下室 考虑高层建筑防火的要求选择真空断路器 户内 型 2 按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流应满足 陕西科技大学毕业论文 设计说明书 22 ink ik 5 14 式中 ink 高压断路器触头实际开断瞬间的短路电流周期分量的有效值 ik 高压断路器的额定开断电流 高压断路器的操动机构大多是由制造厂配套供应 仅部分少油断路器有电磁式 弹簧式或液压式等几种型式的操动机构可供选择 一般电磁式操动机构虽配有专用的 直流合闸电源 但其结构简单可靠 弹簧式的结构比较复杂 调整要求较高 液压操 动机构加工精度要求高 操动机构的型式 可根据安装调试方便和运行可靠性进行选 择 计算得 ic 72 75a tb tqf tjfi 0 65s 5 15 ima t tb 继电保护动作时间 取 0 5s tqf 断路器分闸时间 真空断路器取 0 1s tjfi 非周期分量作用时间 对于无穷大功率电源取 0 05s 且在前两项的和小于 1s 时不可忽略 高压断路器选择校验汇总 表 5 2 高压进线柜用高压断路器 安装地点的电气条件zn2 10 630 型断路器技术参数 条件 项目数据项目技术参数校验结论 电压 un10kvun et10kv 合格 电流 ic72 75ain et630a 合格 断流能力 ik10 34kaink11 6 ka 合格 动稳校验 ish 3 26 37kaimax30 ka 合格 热稳校验 2 3 ima it 10 342 0 65 69 50it2t 11 62 4 538 2 4 合格 表 5 3 高压出线柜用高压断路器 安装地点的电气条件zn2 10 630 型断路器技术参数 条件 项目数据项目技术参数校验结论 电压 un10kvun et10kv 合格 电流 ic72 75 2 36 38ain et630a 合格 断流能力 ik10 34kaink11 6 ka 合格 动稳校验ish 3 26 37kaimax30 ka 合格 某大厦供配电系统设计23 热稳校验 2 3 ima it 10 342 0 65 69 50it2t11 62 4 538 24 合格 5 2 2 高压隔离开关的选择及校验 表 5 4 高压计量柜 高压进线柜用隔离开关共 3 台 安装地点的电气条件gn8 10t 400 型断路器技术参数 条件 项目数据项目技术参数校验结论 电压 un10kvun et10kv 合格 电流 ic72 75ain et400a 合格 动稳校验ish 3 26 37kaimax40ka 合格 热稳校验 2 3 ima it 10 342 0 65 69 50it2t142 5 980 合格 表 5 5 高压出线柜用隔离开关共 2 台 安装地点的电气条件gn8 10t 400 型断路器技术参数 条件 项目数据项目技术参数校验结论