10KV配电房毕业设计.doc

四川大学成人教育学院本科生毕业设计 题目 成都*学院住宅10KV配电房设计办学学院 学习中心 专 业 年 级 指导老师 学生姓名 学 号 年月日一、 概 述1、 简介成都*学院住宅简介 成都*学院住宅位于成都*学院范围内。1-4栋建筑高度为36.9m，共十一层均为住宅，建筑面积4942.9，1-3栋有两个单元 ，有11层每层楼4户，每栋有88户；4栋有三个单元，有11层每层楼4户，有132户。位于地下室外的第5栋建筑为六层住宅，建筑高度20.95m，5栋只有一个单元，有6层每层2户，有12户。2、 成都*学院住宅功能说明 成都*学院住宅为纯住宅小区，为方便本校教师教学提供的福利性住房。 地上为二类住宅建筑，地下一层为一类停车库含机械式停车位，高低压配电房，柴油发电机房，值班室，泵房。、建筑电气部分的介绍 本建筑电气的设计布置主要分为三部分，一为居民住宅用电，二为非居用电，三为消防用电、事故照明等双电源部分。二、 负荷设计1、 负荷分级 负荷的分级是根据对供电可靠性的要求及中断供电后在政治、经济上所造成的损失或影响程度来确定的，一般分为三级一级负荷中断供电将造成人身伤亡，重大政治、经济损失的负荷。二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失，影响重要用电单位正常工作秩序的负荷：如大型商场等较多人员集中的公共场所。三级负荷不属于一级和二级负荷。对一、二级负荷均要求两个电源供电，其中一级负荷中特别重要负荷还需增设第三应急电源。根据建筑电气图该建筑内部用电负荷级别有： 消防设备用电，排污泵，有航空障碍灯为一级负荷。 客梯电力为二级负荷。 住宅用电和其他用电为三级负荷。2、 计算负荷统计分类 用电负荷容量分为设各容量和计算容量，设备容量是以设备的名牌与标注容量和具体使用台数算术相加而得，计算容量又称需要负荷或最大负荷，计算负荷是一具有统计科学假设的持续性负荷，在配电设计中，通常采用计算负荷作为变压器容量的选择条件，计算负荷是按30分钟最大平均负荷为发热条件确定。设备容量主要作为各分支出线电缆和空气断路器以及保护整定选择的依据。负荷计算的方法主要有需要系数法，利用系数法，单位面积功率法等。主要采用需要系数法作为本大厦的负荷计算，单位面积法作为校核。根据建筑电气图提供的各层负荷以及配电箱用电系统图和各层的使用功能，大厦的用电计算负荷分类如下：（1）、居民住宅用电 根据城市用电规划导则，城市居民用电容量每户按6-8千瓦考虑的要求，我们取6KV每户。 同期系数按一般用电水平可由在同一电源上的户数范围选取：20户以内，取0.6以上；20-50户的，取0.5-0.6；50-100户的，取0.4-0.5；100户以上的，取0.4以下。我们计划1、2和5栋用一台变压器（1#变压器），一共188户,同期系数取K=3.5。同期系数 容量计算：1886KW=1128KW 负荷计算：1128KW0.35=394.8KW我们计划3和4栋用一台变压器（2#变压器），一共220户,同期系数取K=3。同期系数 容量计算：2206KW=1320KW 负荷计算：1320KW0.3=396KW（2）、非居民住宅用电照明用电设备容量计算1）、事故照明设备容量80KW，计算容量801=80KW2）、泛光照明设备量20KW，计算容量200.8=16KW3）、地下一层照明设备容量30KW，计算容量200.8=24KW动力用电设备容量计算1）消防等重要负荷用电设备容量150KW，计算容量82KW2）地下一层一般动力用电设备容量48KW计算容量48KW3）电梯1816KW=288KW，计算容量2880.7=202KW4）风机 35KW，计算容量35KW总计算负荷为：P总=80KW+16 KW +24 KW +82 KW +48 KW +202 KW +35 KW=487KW取同时系数k=0.8P视= P总k=487KW0.8=389.6KW3、 负荷分级 负荷的分级是根据对供电可靠性的要求及中断供电后在政治、经济上所造成的损失或影响程度来确定的，一般分为三级一级负荷中断供电将造成人身伤亡，重大政治、经济损失的负荷。二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失，影响重要用电单位正常工作秩序的负荷：如大型商场等较多人员集中的公共场所。三级负荷不属于一级和二级负荷。对一、二级负荷均要求两个电源供电，其中一级负荷中特别重要负荷还需增设第三应急电源。根据建筑电气图该建筑内部用电负荷级别有： 消防设备用电，排污泵，有航空障碍灯为一级负荷。 客梯电力为二级负荷。 住宅用电和其他用电为三级负荷。 三、 供配电系统1、 供配电系统的分类和要求供配电系统的设计主要包括高压配电系统、低压配电系统、动力照明干线系统、配电箱系统和导线电缆的敷设等，这一部分设计的基本要求是可靠性、灵活性、安全性以及经济性。可靠性根据用电负荷的等级，保证在各种运行方式下提高供电的连续性，力求可靠供电。灵活性主接线力求简单、明显、没有多余的电气设备;投入或切除某些设备或线路的操作方便。这样就可以避免误操作，又能提高运行的可靠性，事故处理也能简单迅速。灵活性还可以表现在具有适应发展的可能性。安全性保证在进行一切操作切换时工作人员和设备的安全，一级能在安全条件下进行维护检修工作。经济性在满足可靠性的情况下在提高经济性。高压配电系统是一个工程配电的源头，因为经济性主要体现在不出故障，造成整个工程断电，选用合格可靠的产品。低压配电系统这一部分是一般民用建筑设计的核心部分。低压配电系统一般是树干式配电与放射式相结合而构成的，同样一栋建筑采用同一层次的产品，由于设计系统不同，会产生很大的价格差，直接影响到基础的初期投资，这里包括系统的构成与设计时计算的选用。2、 高压配电系统为了保证供电的可靠性，现代高层建筑至少应有两个独立的电源，具体数量应视负荷大小及当地电网条件而定。两路独立的电源运行方式，原则上是两路同时用电互为备用。宁外，还需装设应急备用柴油发电机组，要求在15秒钟内自动恢复供电，保证事故照明、电脑设备、电梯等设备的事故用电。国内高层建筑的供电电压，都采用10KV标准电压等级。按国家的相关规定，该住宅采用10kV电压等级作供电源，低压配电系统采用380/220V电压等级，即电压选择为10KV/0.38/0.22KV。（1）、高压配电系统结线方式按照对各负荷供电可靠性要求的不同，计量方式不同，变压器台数、容量、低压出线回路数以及配电房大小（建筑设计预留位置，主要受建筑功能用途的限制，不是可任意扩大）等原则条件来选择。 作为民用建筑用高压配电系统均为终端变电所（配电房），其一般常用单母线（单、双电源进线），单母线分段（单、双电源进线）以及线路变压组等五种较经济、简单又能满足供电可靠性的结线方式。该小区属于二类建筑，其内部一些重要负荷属于一、二级负荷，需双电源供电外，其余三类负荷单电源供电。（2）、结线方式的选择供配电系统的高压线路有放射式、树干式和环形等基本接线方式。放射式接线放射式线路之间互不影响，因此供电的可靠性较高，而且便于装设自动装置;但是高压开关设备用的较多，且每台高压断路器须装设一个高压开关柜。从而使投资增加。这种放射式线路发生故障检修时，该线路所供电的负荷都要 停电。树干式接线树干式接线与放射式相比，具有以下优点：多数情况下，能减少线路的有色金属消耗量；采用的高压开关数量较少，投资较省。但是有下列缺点：供电的可靠性较低，当高压配电干线发生故障或检修时接于干线的所有变压器都要停电；且在实现自动化方面，适应性较差。环形接线环形接线实质上是两端供电的树干式接线。这种接线在现代城市电网中应用很广。为了避免环形线路上发生事故时影响整个电网，也为了便于实现线路保护的选择性，大多数环形线路采取“开环”运行方式，即环形线路中有一处开关时断开的。实际上，高压配电系统往往是几种接线方式的组合，视具体情况而定。不过一般高压配电系统宜优先考虑采用放射式，因为放射式的供电可靠性较高，且便于管理。但放射式采用的高压开关设备较多，投资较大，因此对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区，可采用树干式或环形供电，这样比较经济。（2）、结线方式的选择 在本小区根据现场实际情况和用户的要求，我们10KV系统采用的是单电源单母线接线，一放射向各变压器供电。3、低压配电系统低压配电系统一般应满足以下要求：1）低压配电系统一般应满足民用建筑所必须的供电可靠性要求，不同的民用建筑对供电可靠性的要去不同，即使在同一民用建筑中不同的用电设备和不同级别的负荷，对供电电源盒供电方式的要求也不是相同的，供电的可靠性由供电电源，供电方式和供电线路共同来决定，一级负荷和重要的负荷应要配置备用电源。2）保证电能的质量3）低压配电系统应当力求简单，操作方便安全具有一定的灵活性，并能适应负荷发张的要求。4）民用低压配电系统还应满足，配电系统的电压等级一般不宜超过两级，为了方便维修，高层建筑宜分层设置配电箱，单相用电设备应适当配置力求达到三相负荷平衡，一般应将动力和照明分别配电。（1）、低压配电系统结线方式高策建筑的低压配电干线以垂直为主。应为高层建筑层数多，低压供电距离，供电负荷大，为了减少线路电压损失及电能的损耗，干线截面积都比较大。因此，干线一般不能按敷在墙壁内，而是敷设在专用的电缆竖井利，并利用电缆竖井作为各层的配电小间。这种敷设电缆的电缆竖井每层都用楼板隔开，只留出穿电缆的孔洞，考虑防火的要求，电缆穿好固定好后应将预留的孔洞多余的部分用防火材料封堵。电气竖井每层的门都要采用防火门电气竖井的平面位置应设在负荷中心，一般位于电梯井道两侧和楼梯走道附近，通道的水平截面积视建筑条件及电缆和管线的多少而定。配电反一般应尽可能的靠近电气竖井，以便减少低压线路的迂回走线，这样不但敷设方便，而且可以节约线路的投资。为了管理方便以及维修安全，强电与弱电管线应该分别敷设在不同的电气竖井内。低压配出干线一般只从低压配电柜分路开关通道大型用电设备或各层配电箱其接线方式分为放射式和树干式。低压配电系统的结线方式常用即经济、可靠、容易维护的单母线接线和单母线分段接线两种，单母线接线用于单台变压器，单母线分段接线用于二台以上变压器情况。本事设计1T和2T变压器低压侧采用母线分段接线，低压母线之间设联络开关，正常情况下，两台变压器分列运行，当其中一台故障或检修时，母联开关手动投入，由另一台变压器供其中重要负荷用电，主进行开关与联络开关之间均设电气/机械联锁（低压三投二）。为了保证重要负荷的供电，3T变压器低压侧设应急母线段，转供消防负荷和保障性负荷用电，平时由市电供电，当市电停电时，柴油发电机组在15s内自启动完成，通过自动切换开关向应急母线段供电，自动开关切换开关具有可靠地电气/机械联锁，确保市电与发电电源不并网运行。四、 电气设备1、 变压器的选择在高层建筑电气设计中，如何合理确定配电变压器的容量，是十分重要的。对于用户来说，希望变压器的运行效率高，电能损耗小，节约运行费用。变压器选择的一般原则是：1、 变压器的选择容量应留有一定的裕度考虑日后用电设备，增加发展的可能需要。2、变压器的负荷率在0.650.85为宜，即最大计算负荷容量为选择变压器容量的0.650.8倍，变压器在此时运行安全可靠，经济节能。3、对高层一类建筑物按国家相关规范规定其内设的变压器无油化， 即需采用环氧树脂浇注干式变压器如SC- 或SCB-等。本大厦三台变压器容量及型号按上述三原则选择如下：1、 住宅用变压器：1#变压器计算容量394.8KW，选500KVA/变压器 负荷率为0.789型号: SCB11-500KVA/10 接线方式：Dyn112#变压器计算容量396KW，选500KVA/变压器 负荷率为0.792型号: SCB11-500KVA/10 接线方式：Dyn112、非居用变压器计算容量389.6KW，选500KVA/变压器 负荷率为0.779型号: SCB11-500KVA/10 接线方式：Dyn112、自备电源的选择 我们选择XVE363A/S 330KW(主用功率)发电机组，作为备用电源，当平时市电停电时，保证保障负荷用电，当市电停电又有消防要求，保证消防负荷用电。启动方式：当市电停电时发信号给电动机，在15s内，利用电动机作为动力从而使柴油发电机转动起来。 3、高压柜的选择 现代高层建筑的变配电房为保证高压电器设备可靠安全运行，高压电器应按下列条件选择：1）、正常工作条件选择包括电压、电流、频率、开断电流等。2）、短路条件校验包括热稳定、动稳定以及持续时间校验。3）、使用环境包括户内、户外、湿度、温度、海拔等选择。4）、高压电器的不同特点包括控制、方式、保户配置等。 本设计采用SM6断路器开关柜12面。SM6断路器开关柜是配备固定金属外壳，事按照IEC标准设计，使用六氟化硫开关的模块化的，结构简单，安装方便的户内二次配电开关设备。适用于1-24kV的不接地或接地系统。它共分为以下几个彼此以接地金属板或绝缘隔板分隔成的几个隔室：灭弧室，母线室，电缆室和低压间。4、低压配电柜的选择 高层建筑中援用外形紧凑，节约占地面积的抽屉式低压配电柜，抽屉式配电屏出现回路多，可以减少配电柜的数量，是整个低配室面积相应减少。抽屉式电压配电柜操作安全，易于检修维护，跟换故障开关容易，减少排除故障所用的时间，以减少停电时间。本设计采用GZH低压配电柜17面。装置的各功能室相互隔离，其隔室分为功能单元室、母线室、电缆室 。各室的作用相互独立。水平主母线采用柜后平置式排列方式，以增强母线抗电动力的能力。电缆隔室的设计使电缆上下进出均十分方便 五、 二次回路的设计 1、电力变压器的保护 电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。虽然他无旋转部件，结构简单，运行可靠性较高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常的工作状态。变压器时时刻刻受到外接负荷的影响，特别是受到电力系统短路故障的威胁较大。变压器在电力系统中的重要的地位可能在故障和不正常工作状态可能造成严重的后果，必须根据变压器容量和重要程度装设相应的继电保护装置。 变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，应为故障点的高温电弧不仅会烧坏绕组绝缘和铁芯，而且可能由于绝缘材料和变压器在高温电弧的作用下强烈气化引起油箱爆炸。油箱外部故主要有，油箱外部绝缘套管，引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（或称直接接地短路）。 变压器的异常工作状态有过负荷；由外部短路引起的过电流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起的中性点过电压；绕组过电压或频率降低引起的过励磁；变压器油位升高和冷却系统故障等。 变压器继电保护的任务就是反应上述的故障或运行状态，并通过断路器断开故障变压器或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态，同时变压器保护还能作为相邻保护的后备保护。1）差动保护 差动保护能正确的区分被保护元件保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器差动保护用来反应变压器绕组，引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主要保护。变压器纵差保护单相原理接线图与线路纵差保护相比，变压器差动保护互感器二次侧采用环流发接线，并广泛用在三绕组和多绕组变压器上。2）、瓦斯保护瓦斯保护是变压器内部故障的主要元件，对变压器匝间和层间短路、铁心故障、套管内部故障、绕组内部断线以及绝缘下降和油位下降等故障能灵敏动作。当油侵式变压器内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器（又称气体继电器）本保护变压器内部的故障。3）电流速段保护对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速段保护。它与气体保护相互配合，可以保护变压器内部和电源侧套管以及引出线上的全部故障。电流速断保护接线简单，动作迅速，但当系统容量不大时，保护区域很小，甚至伸不到变压器内部，不能保护变压器的全部。因此它不能单独作为变压器的主保护4）、过电流保护变压器过电流保护的单相原理与速断保护相近，只是在电流继电器后串接了一个时间继电器。保护装置动作电流按可以躲开变压器的最大负荷电流。作为电流速断的后备保护。5）、过负荷保护变压器过负荷在多数情况下是三相对称的，因此，过负荷保护只用一个电流继电器接于一相电流，经延时作用于信号。过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各绕组可能过负荷的情况来选择。变压器保护的选择对于变压器的故障和异常工作状态及容量等级和重要程度根据继电保护和安全自动装置技术规程的规定，变压器应装设如下保护：1）、为反映邮箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA以及上的油侵式变压器和户内0.4KVA以上变压器应装设气体保护。2）、为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA以下变压器且过电流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则易于装设纵差动保护。3）、为反应外部相间短路引起的过电流和作为气体、纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应设过电流保护。复合电压启动过电流保护或负序过电流保护，适用于升压变压器，过电流保护适用于降压变压器。4）、为反应大电流接地系统外部接地短路，应装设零序电流保护。5）、为反应过负荷装设过负荷保护。6）、为反应变压器过励磁应装设过励磁保护。本设计采用的是SCB-11-500KVA干式变压器我们采用三种保护电流速断保护、过电流保护和变压器过负荷保护来保护变压器运行安全。六、 平面布置设计 1、配电房的平面布置 为了节约占地面积。本设计采用将高压设备、变压器及低压设备不加间隔地安置在一个房间内，这种布置对集中管理和维护有利，维拉安全要做到以下几点：1）、变压器等设备裸露的带电部分给予隔离，值班室单独设置。2）、各种电器设备之间的距离及其与建筑物、墙和门窗的距离符合国家的有关规定。3）、设置两个出口，其中至少有一个能直接对外的出口。4）、设置固定的灭火系统和自动报警装置 布置紧凑合理，便于设备的操作、搬运、检修、实验和运行巡视及预留发展的可能性，适当安排配电房内各配电柜的相对位置，便于进出线、低压配电装置应靠近变压器。非油侵式变压器可以与高、低压配电装置设在同一房间内。配电室、变压器室门应向外开，长度大于7m应设两个出口，最好布置在配电室的两端。配电装置长度大于6m时，其柜后面通道应为两个出口。柜前操作通道，柜后维护通道应满足大于规程范围要求的通道最小宽度。配电室内通道应保证畅通无阻，不得设立门槛，与配电室无关的管道不应穿过。配电室内配电装置裸露部分上方不应有明敷的照明或电力线路跨越，上方不应布置灯具，若必须设置时，灯具与裸露导体的水平尽距离不小于1米，灯具不得采用软线类吊装。良好的通风，尽可能采用自然通风，无条件者采用风机等循环通风系统。七、 防雷、接地及电气安全1、防雷设计现代高层建筑的防雷设计、除采用避雷针和避雷带的传统做法外，近年还出现有消雷器和放射性避雷针。在科学技术日益发展的今天，虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，已积累起很多有关防雷的知识和经验，形成一系列对防雷行之有效的方法和技术，这些方法和技术对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的指导意义。雷击和线路过压的有害效应有以下几种表现形式：直击雷击、感应雷击、电磁脉冲辐射、雷电过电压侵入和反击。无论是那种形式的雷，都是通过接地把雷电送入大地。接地电阻越小，疏散就越快，被雷击物体高电位保持时间越短越好，危险性就越小。接地电阻要小于4欧姆，并采取共用接地的方法将避雷接地、安全接地、交流地和直流地统一为一个接地系统。防雷系统包括外部防雷和内部防雷两个方面。外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等，其主要的功能是为了确保建筑物的本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等，泄放入大地。内部防雷系统是为了保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。在需要保护设备的前端安装合适的避雷器，是设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外，并使内部设施所感应到的雷电流得以安全的放入地，确保后接设备的安全。本工程防雷设计1） 、雷过电压（大气过电压）保护配电房设在地下一层，可不装设防直击雷保护装置，其防雷措施主要是防雷电波沿高压线路侵入配电房，按规程规范要求，采取的技术措施是在电缆与架空线连接处装设避雷器，其接地端应与电缆的金属外皮连接，电缆末端的金属外皮应直接接地，接地电阻不应超过1。配电房内10kV配电装置和变压器的防雷过电保护是在10kV各母线段上设避雷器保护装置。2） 、内过电压保护配电房内过电有谐振过电压、操作过电压和工频过电压三大类，其中主要是谐振过电压（铁磁谐振过电压、参数谐振过电压）和操作过电压（真空断路器切除空载变压器过电压，间歇性断续电弧接地过电压。防止和限制这类过电压的技术措施在用户终端配电房内常采用无间隙氧化物避雷器。3） 、过电压保护装置过电压保护装置有阀型避雷器，管型避雷器、保护间隙、磁吹阀型避雷器，金属氧化物避雷器（主要指氧化锌ZNO避雷器），目前广泛采用的是氧化锌避雷器，其主要优点是无间隙、无续流，所保护的电气设备承受过电压低、通流容量大，体积小，重量轻，运行维护方便，使用寿命长，能满足雷过电压和内过电保护的要求。本工程过电压保护装置选择氧化锌（ZnO）避雷器。2、 接地设计 接地就是将电气设备在正常情况下不带电的金属部分通过接地装置与大地做“电气连接”。电气设备的接地部位通常包括中性点、金属外壳、金属基座和支架等。接地的作用主要是防止人身受到电击