XX小区供电工程设计

0 前言本小区地处江苏省南京市东南部，项目占地面积约16.67公顷，容积率1.69，是一个大型复合态生活之城。小区整个社区均为适合居住的6层板楼，小区完全具备生活所需的大部分基础设施，楼体建设共有住宅23栋，适合约1777户，并融入49户网点，消费水平适中。地理位置：小区紧临的宋墅路，樵歌路，是沟通市内与市外的重要交通干道，紧邻的地铁一号线也是带动人流、物流的重要交通枢纽。此地远离工厂，煤矿等地，空气新鲜，无噪声、粉尘等污染，是为养生之所。项目整体景观设计借鉴了南京市其他小区的特点，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。同时，小区小区整体绿化率高达48%，并利用一条人工水系增加小区水文景观，使得小区越发灵动。配套设施：小区周遭配套设施齐全完备，强化了社区自身功能。 项目周边有江苏海事职业技术学院，南京江宁高等专科学院，江宁实验中学，南京医科大学等名校，可见文化氛围浓厚，方便入学求教。时至今日，小区楼体结构大致竣工，本次设计是针对此小区供电工程进行设计，让入住人们用电方便，安全。1 绪论1.1 供电系统 环网供电简化了配电网线路，方便管理，能提供两个电源为重要负荷。并且，易于查找故障，对于实现电网自动化管理具有重要的意义。同辐射形供电相比，投资小、可靠性更高。因此，在国内外应用非常广泛。小区用两个环网柜对该小区进行供电，一条来自中工线033号，称中工线033号环网柜，一条来自北三线，称北三线环网柜，两环网柜互联对1777户和49户网点供电，并利用箱式变电站S11-630KVA，箱式变电站S11-500KVA进行变电。 由于采用了环形供电，使南北两区成两环互联。每个环网单元使用箱式变电站，一进五出。小区两个环形供电系统采用开环运行方式。环网柜使用单母线单电源，降低短路容量简化继电保护过程，供电环网起止于母线。 环网在运行过程中，通常在开环点处断开网络形成两个独立的链状树干式供电系统。并且双电源网络环网供电系统一般都是开环运行。所以开环点的设置能保证单电源网络两端断路器不会同时断开，提高供电可靠性。而找出开环点的方法在本文中将不做赘述，本人经论证过后选择无功功率分界点作为正常开环点。1.2 供配电技术的发展首先，随着经济的发展，国家在城市乡村电网建设和改造中，要求高压电直接进入负荷中心，所以供配电的发展方向要向节电、紧凑型、小型化、无人值守看齐，箱式变电站(简称箱变)的优秀表现使其成为佼佼者，它具有以上描述中的所有优点，因而在城乡电网中得到的应用非常广泛。其次，现代社会城市化进程加快，负荷密度变高，城市配电网逐步由电缆取代，架杆配电变压器逐步淘汰，预装式变电站脱颖而出，成为主要的配电设备之一。并且，现代社会的人们对电能质量尤其是供电可靠性的要求也愈来愈高，首选的配电设备为：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。与此同时，由于住宅小区发展越来越智能化、信息化、网络化，以及智慧城市的兴起，因此箱式变电站必须具有遥调、遥测、遥控、遥讯的先进功能。智能箱式变电站(简称智能箱变)在对环网进行供电时，由软件的配合下，能完成故障区段自动选定位置、故障瞬时切除、重新构建网络、负荷转移等功能，从而使恢复送电的时间控制在一分钟之内。1.3 箱式变电站的类型、结构与技术特点 1.3.1 箱式变电站的类型箱式变电站的类型分为欧式箱式变电站以及美式箱式变电站。欧式预装式变电站在我国被称为“组合式变电站”，它利用三个不同的隔室对配电变压器、高压开关设备和低压配电装置进行分别布置，通过母线实现电气连接。而美式预装式变电站在我国被称为“预装式变电站”，又称“美式箱变 ”。它在一个大的封闭油箱内将变压器器身、熔断器、高压负荷开关及高低连线安置，使用了一体式的布置，并且其相间及对地的绝缘介质为变压器油。另外还装有运行检视仪表仪器，如压力计，油位计，油温表，压力释放阀等。1.3.2 箱式变电站的结构 美式变电站有两种结构型式：（I）变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱；（II）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下或者左右两个不同的油箱内；其中（I）型为结构紧缩、体积小、简洁、重量轻的特点。（II）型由（I）变形而来。在设计时绝燃介质使用的是难燃绝缘油，因此在各种场地均适用。欧式预装式变电站的总体结构有两种形式：一体式和组合式；组合式布置是由高压室、低压室和变压器室三个隔室构成按“目字型”布置或者“品字型”布置，其大致结构如下图所示。其中“目字型”有利于接线，“品字型”布置有利于节约空间。 (1)目字型布置 (2)品字型布置图：欧式变电站的两种布置形式LV低压室；HV高压室；TM变压器室；ZL操作廊1.3.3 箱式变电站的技术特点箱式变电站的高压室构成部分为高压负荷开关、避雷器和高压熔断器等，可以进行瞬时开闸，并且具有过负荷和过电流保护。低压室的构成部分为电流互感器、低压空气开关、电压表、电流表等。箱式变电站中的电气设备元件全部采用特定型号的产品，各电气元件之间使用机械联锁，各电气元件都安装在能够承载一定强度和刚度的结构上以便于接线。并且能够实现五防。操作时采用电动方式，电源则由 TV 引出即可，无需另备。另外箱式变电站不仅能实现相应的保护功能，而且还具备电能检测、计量、显示的功能。并且使用专用接地导件。户外工作环境严苛，箱式变电站需顶部隔热。内部采用自然风冷和电子化控制的机械风冷等冷却，箱体底部、各室之间装设冷却用进出风口，以确保电气设备散热正常。通风口装设滤网用来防尘，各个与外界连通的口要加装防止小动物进入的措施，整体还要防水。变压器容量：欧式箱变内可根据现场需要选择装设任意容量的变压器，具体所需容量后文给出了计算结果。箱式变电站的特点：（1）技术先进安全可靠箱体部分：外壳使用防腐性镀铝锌钢板，以延长使用年限，内部封闭板采用铝合金材料，夹层中采用耐火保温材料，箱体内装设控温及除湿装置，净化电气设备工作环境，延长每个设备的使用年限，必须能在3545的恶劣外部条件下正常运行。箱体内：所有设备按照有关规定以及实际需要进行装设，设备结构需要全绝缘保证无触电事故，全站无油化运行。二次设备计算机控制综合自动化系统，不用额外投入人力。（2）自动化程度高微机处理，分散安装，遥控操作，可在远处对运行参数进行设置，并对箱体内热量、潮湿度进行控制，满足无人在现场操作的要求。（3）工厂预制化设计人员根据现场的要求作图，设计箱外设备，所有设备运送到工厂进行组装并调试，使之能够达到标准。此方法大大缩短了建设工期，在安装中仅仅需要进行现场调试即可，从安装到投运仅仅需要花掉58天的时间，大大减少了建设周期。（4）组合方式灵活箱式变电站每个箱体相互独立，结构紧凑，所以组合方式变得相当灵活（5）经济性好箱式变电站比同规模的综自变电站要少投资4050。1.3.4 箱式变电站与常规变电站的对比分析箱式变电站与常规变电站相比，占地节省了90%，安装工期节省了80%，投资节省了一半。在国外获得极度广泛的应用，在西欧地区使用率为70%以上，在北美地区为90%。而在我国使用率仅仅为15%，可以说在中国地区，箱式变电站方兴未艾。三种类型的箱式变电站的特点如下:美国式：变压器依旧具有户外设备的本质，散热良好，具有紧凑结构。（1）但是我国10kV电压等级的继电保护装置，在单相过电流发生时只跳单相而不需要跳开三相，因为我国10kV电压等级的电网为中性点不接地系统。所以在中性不接地系统的电力区间内，美国式箱变不适合中国。（2）欧洲式：完美地体现了欧洲人对设计的细致，并且为了增加防护性装设了外壳。由于欧洲大陆处于地球的中高纬度地区，各个季节的平均温度均低于中国，所以欧洲式箱变拿到中国来直接使用，将会产生不易散热的缺点，于是中国设计人员依据欧洲式箱变的优点结合中国特有情况，设计出中国式箱变。（3）中国式：利用欧洲式的结构及特点并结合中国用户需要改进而成，各个方面的设计均依照中国标准，该有的功能应有尽有。预装式变电站将是输变电设备的大发展方向，由前面所述，我国使用率仅15%左右，而国外使用率已达70-90%，所以预装式变电站将在未来几年内迅速发展，并部署到中国的各个角落，发挥其优秀的功能。2 箱式变电站箱体的确定2.1 箱体结构的确定箱式变电站的结构分类也以生产地区命名，分为美式箱变和欧式箱变。二者各有各的优点：美式箱变优点是体积小，同变压器容量下美式的体积仅为欧式体积的1/31/5；欧式箱变优点是造价便宜。再考虑制造时间方面，美式箱变的建造周期很长，欧式箱变则稍微耗时短一点。如果给35kV级线路配备箱式变电站，则综合考虑一般也是选择欧式。2.2 配置方案确定根据实际情况，一般是将充油设备放置在箱体外，便于更新更换。装设35kV、10kV两个独立箱体。考虑到经济性，只対10kV箱体进行箱内空间结构设计。箱体骨架采用焊接钢架，墙体材料采用金属板内衬阻燃材料的扣板。其他的方面依照当地实际情况而装设改造。由于本小区要求设备抗腐蚀性好，因此要做防腐加工，并在箱体的整体外采用0.5mm的不锈钢板进行保护。维护走廊是虽然是维护和检修的重要环节，然而通常被压缩，经常是需要派特殊体格的工人进入工作。所以我们要求维修走廊分配的空间要足够，不然，运行和维护时会产生很多麻烦。箱体的密封性以及防尘性也是一个需要考虑的重要方面，细小的颗粒进入箱体内后将很难再被清除出去，越积越多。而且，这些颗粒在环境潮湿时会形成电介质流体，流淌在在高压设备周围，极可能发生污闪，产生危险。其中保护装置易产生静电吸附颗粒，因此它们对防尘的要求更高，所以我们要求厂家能够做出防尘性及密封性都达到要求的变电站，并且需要装设干燥装置。电缆室装设时必须人性化。要考虑方便进出、照明的问题。此处接线是必须由工人进入完成，所以要方便工人们进入装设以及维修。3 负荷统计与计算3.1 基本概念负荷是指电力系统中通过的功率和流过的电流，该负荷大小不为恒定。用电设备在电力系统中，绝不会同时运行，即使同时运行，也不会同时达到所标注的额定耗电量。而且各用电设备拥有各自的工作制。所以在设计时，负荷虽然是选择导线及电缆截面、电气设备容量的依据，但不代表将它们额定耗电量加起来就是答案。并且负荷计算值过大时，装设后将使设备欠载；负荷计算出来的结果比实际小时，装设后将出现过载运行，后果是绝缘损坏、线损增加，使电气设备不能安全运行，更严重的后果是过热造成火灾事故。所以为了避免以上情况发生，设计时采用计算负荷比较科学。由于它和变动负荷的热效应相等，所以可以用来选定导线型号、电缆截面和电气设备。计算负荷也被称为需要负荷或最大负荷。它相当于一个假想的持续负荷，其热效应等效于某一段时间内实际负荷变动而产生的最大热效应。在设计中，通常采用30分钟的最大平均值作为依据。求取计算负荷的方法叫做负荷计算。为确定计算负荷，通常采用需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂或车间变电所负荷的计算。而二项式法适用于类似机械加工车间这种有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但设备台数需要较少且设备容量差别悬殊时，采用二项式法比采用需要系数法合理。负荷计算的唯一要求就是详细，主要工作就是统计与累加设备容量，计算出计算容量以及计算电流。对于配电箱最后一级的需要系数为1，即为设备容量。对于主干线，除了要注明设备容量，还要注明计算容量跟计算电流，以选定变压器，并依照计算电流选择开关和导线等电气设备。 在居民用电中有大量的单相负荷，因此将造成三相负荷不平衡的问题。跟据调查结果显示，目前在运行的众多工程中，多数工程都存在三相不平衡的问题。有的是问题来源是设计，有的是问题来源是施工，有的问题来源是使用的随意性。而这个使用的随意性的不确定性太强，所以在设计时要求尽最大可能做到平衡分配三相负荷，使运行时的三相不平衡很难发生。而在实际工程设计过程中，末端是很难实现三相分配平衡的，都是选择在主干线或每台变压器的低压侧进行调整，使三相平衡。 末端配电箱三相不平衡负荷的计算方法：（1） 出现不平衡时，当各相最大值与最小值之差小于三相负荷的1%时，视为三相平衡；（2） 当各相最大值与最小值负荷之差大于等于三相负荷的10%时，取最大值的三倍为等效三相负荷。下表来自建筑电气手册，供参考建筑用电指标3.2 XX小区一期工程总体负荷统计与计算XX小区的具体负荷统计参照下表:负荷计算：XX小区负荷统计 4 无功功率补偿的计算无功功率：电力设备为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，称为无功功率。电力设备在电力网络里的等效模型都是由电容和电感构成，它们本身不消耗电能，但它们是产生磁场和电场的重要装置，因此它们之间会有能量交换，于是就产生电流。所以在电力系统运行时，此电流流过电力线路产生额外的损耗。而这一切能量的来源还是变压器，因此变压器产生了额外的支出，无功功率会占用变压器的有限的容量，从而限制了正常的供电。电容使电流相位超前，电感器电流相位滞后，并且在一定的条件下可以相互抵消。而一般的用电设备在电力系统内部呈电感性，它们行时会产生感性无功，使电力线路消耗更多电能，还与变压器有大量的能量交换。在电动机的线路上并联电容器，可以抵消感性无功，此过程即为无功补偿，无功补偿装置能够由自动控制设备控制而自动接入系统。 考虑同期系数，计算有功功率时最大负荷时同时利用系数取；则；计算无功功率时取；所以总视在功率为：； ；所以，需要进行功率因数补偿。取，根据民用建筑设计手册挑选年平均有功负荷系数为0.75。；取:=642.04，则补偿后变电所高压侧压侧的视在计算负荷为：；变压器的功率损耗为：；变电所高压侧的计算负荷为：；补偿后的功率因数为：0.85满足要求。5 变压器容量、接线组别的确定5.1 变压器的选择箱式变电站变压器使用降压变压器，需要将一万伏特的电压降低到380V或者220V，变压器容量大小一般就是160k伏安到1 600k伏安，这中间315k伏安到630k伏安是最常用的。变压器器身为三相三柱或三相五柱结构，接线方式有和，熔断器装设在三角形接线处的外部。型接线的变压器优点是：三相不对称时有较大运行裕度，不会因三相负载不对称而导致中性点偏移，因此可很好地保证电压质量，而且其耐雷性优良。其3n次谐波励磁电流能够在三角形接线的结构内形成环流，而不侵入电网中去，其抑制高次谐波电流的能力比型变压器更好；型的零序阻抗远远小于型的零序阻抗，所以单相接地短路的保护切除动作会很快；当使用单相负荷时，由于联结的变压器对中性线电流的大小要求小于二次绕组额定电流的四分之一，因而会使可接用的单相负荷容量受到影响，使设备不能达到最好状态。因此国家规定：在TT和TN系统中，强烈要求使用Dyn11联结的变压器。但联结的变压器一次绕组对绝缘的要求稍低于Dyn11联结的变压器，所以型的制造成本要低。联结方式如下图：变压器的联结和联结经过综合考虑，本次设计将会选择4台型号为S11-630KVA的箱式变电站,1台型号为S11-500KVA的箱式变电站，内部采用油浸式变压器。由于是三相五拄Dyn11联结，如果某相熔断器熔断后，导致低压侧两相电压的相电压低到额定的1/2。此时负载非正常运行，因此需要将熔断器连接在三角形接线的内部。这样的话在某相熔断器熔断后，不会造成低压侧两相电压异常，而熔断器对应的低压侧的相电压则接近于0。下面5个树状图分别表述了5个箱式变电站的供电区域各变电箱供电范围1号变电箱供应区域备用2号变电箱供应区域3号变电箱供应区域中工线1号变电箱供应区域中工线2号变电箱供应区域5.2 箱式变电站总体布置10kV箱式变电站具有高低压两个室，高压室的额定电压为一万伏 ，低压室的额定电压为400伏。接在10kV母线上的主变压器额定容量为1000kVA。进出线使用电缆线或架空线。结构设计上具有体积小、操作简单方便，可靠性极高、可以自由移动等优点，还装设有防坠物、防雨水和防小动物进入等措施。箱式变电站主要分为以下四个部分：（1）外壳：基本结构由钢材焊接而成，外部铺设防火隔热材料及耐腐蚀材料；（2）高压室：用来装设高压设备；（3）低压室：用来装设低压设备；（4）变压器室：装备一百万伏安的油浸式变压器。室顶装有轴流风扇。注：由于所装设备在各个箱式变电站里基本相同，本文就不一一列出。6 短路计算6.1 短路电流的定义短路电流：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）时流过的电流叫做短路电流。其大小取决于短路点距电源的电气距离。因此短路发生在电源端时，流过发电机的最大电流值将为正常运行下的十倍到十五倍。而大容量电力系统中，短路电流更可达数万安培。这将是不能使电力系统正常运行的巨大隐患。 三相电力系统的短路类型：对称短路和不对称短路。三相短路为对称；其余三种短路单相接地短路，两相短路，两相短路接地为不对称短路。在中性点接地系统，故障类型十有九次为单相接地短路。在中性点非直接接地系统中，故障则以相间短路为主。短路发生时，电力系统需3到5秒的时间从运行稳态转化为故障稳态。在这3到5秒的暂态过程中短路电流变化复杂，产生了周期与非周期分量，而这则需采用计算机进行模拟才能进行分析。电力线路中的短路电流最大瞬时值将在短路发生后的0.01s出现，这时出现的电流叫做冲击电流。冲击电流虽然对电力系统危害很大，但是它可以用来测试设备的耐压能力以及其动稳定性。它的分析计算也是电力系统分析中的重要内容之一。它为电力系统的规划设计提供参考，对运行的电工设备选择、继电保护的整定以及事故分析均提供了有效的科学手段。 短路发生在供电网络时,短路电流因为数值很大，这时电气设备将会产生超出预期的热量，严重时绝缘也会被击穿，同时由于供电总能量没变，由公式P=UI可以看出，如果电流升高而总能量没变，则供电网络内的电压将在这段时间内降低许多，因而网络内用电设备超流欠压运行，这是不允许的，所以可以见得短路会带来很多损失。为减轻损失，我们很有必要将继电保护设计得非常合理，将电气设备调试得非常合适，选择出色元件限制短路电流，而确定这一切的基础就是短路电流计算。6.2 短路电流的计算条件 首先，假设系统为无限大容量系统，即用电处短路后，系统母线上的电压能够维持原来不变，此时系统阻抗可忽略不计。 具体规定如下：对于计算三千伏到三万五千伏级别的电网时，可把十一万伏及以上级别视为无限大容量系统。此时只需计算三万五千伏及以下系统中元件的阻抗. 其次，高压设备如发电机、变压器、电抗器等忽略其电阻只取其电抗；架空线和电缆也一般只计电抗忽略电阻，只在电阻大于电抗值1/3时计入计算。 最后，短路电流计算都必须在三相短路条件下进行。因为单相短路或两相短路时的短路电流比三相短路电流小。所以能够承受三相短路电流冲击的电力设备，也一定能够承受单相短路电流或两相短路电流的冲击。6.3 短路电流的计算6.3.1 标幺制短路电流计算短路电流等效电路图本小区变电所的供电系统采用两端电源供电。其中一条主干线为距小区5km的馈电变电站，经架空线（无穷大电源）接入。在该干线首段装设断流容量为的高压断路器；两一条干线为高压联络线。下面使用标幺制法计算短路电流。取基准容量为，基准电压为，； 所以： 6.3.2 计算电路中各个主要元件的电抗的标幺值：声明：忽略架空线至变电所的电缆电抗1. 电力系统的电抗标幺值： 2.架空线路的电抗标幺值：查手册可知，因此：3.电力变压器电抗的标幺值：所选变压器的短路电压百分数，因此： 6.3.3 高压侧K点处短路时的计算1. 总电抗标幺值： 2. 三相短路电流周期分量的有效值： 3. 三相短路电流： (高压系统)4.三相短路容量： 6.3.4 低压侧K点处短路时的计算1. 总电抗标幺值：2. 三相短路电流周期分量有效值： 3.三相短路电流： (高压系统) 4.三相短路容量： 7 设备选型7.1 电气设备选择条件电气设备的选择遵循的条件如下：1.按正常条件正常条件即为安装处的自然环境，安装处的电气需求，安装处对继电保护的要求。（1）列出所选设备可能出现的所有工作条件，要在设计时满足所有要求。（2）选用的电气设备的额定电压应不小于安装地点的电网电压 （线电压） 即： 一般要求电气设备的电压设计值满足 1.1倍的， 即能够在1.1下安全工作不故障。（3） 电气设备的额定电流是指在特定温度下，电气设备的长期允许电流。要求是不小于在正常运行方式中工作电流最大值， 即： 本次设计选择的变压器BS7-1000/10，其额定电流为 由公式可以推算，当电气的环境温度在高于40低于60的条件下时，每升高1的环境温度，允许电流减小1.8%；当使用环境 40时，每降低1摄氏度可以增加0.5%的电流。 2.按短路条件（1）动稳定校验 动稳定（电动力稳定）：导体和电气承受短路电流机械效力的能力。满足稳定的条件或；其中为设备安装地点的短路冲击电流峰值、为其有效值；为设备允许通过电流的峰值、为其有效值。（2） 热稳定校验 电力线路有短路电流通过时，各电气部件的温度不应超过允许短时发热温度最高值，即 式中为设备安装地点三相短路发生时的电流；为短路电流假定存在时间；为t秒热稳定电流（kA）；t为热稳定计算时间（由厂家给出）。可不校验动稳定或热稳定的情况：(i)采用熔断器保护的设备，其热稳定由熔断器保证，故不必校验设备本身。(ii)电压互感器回路的导线及设备，因为短路电流很小。(iii)电缆在设计时一般具有足够的机械强度，可不校验动稳定性。7.2 高低压电气设备选型1.高压一次设备的选型高压一次设备要求：运行时安全可靠；维护时方便；线路故障时还能够工作；经济性好。高压电气的选择和校验可按下表所列条件进行。高压电气选择与校验条件2.低压一次设备的选型 低压一次设备的选择与上述相同：运行时安全可靠；维护时方便；线路故障时还能够工作；经济性好。低压一次设备的选择校验项目7.3 断路器的选型断路器选型，应综合考虑安装地点的环境条件、使用时的技术条件，还要考虑安装调试、维护方便等因素。以下介绍几种短路器在技术性能上和运行维护方面所具有的特点：少油短路器：其开断电流非常大，但该断路器全开断能在很短时间内完成。增设压油活塞装置后，使灭弧过程加快，因此可实现开断空载长线这一最困难目标。少油断路器的应用时间较早，所以发展到现在运行经验丰富。优点是易于维护、噪声低、油量少；缺点是易劣化，需要额外装备油处理装置。六氟化硫（SF6）断路器：其额定电流和开断能力都可以设计得很大，开断性能良好并且适用于各种工况。SF6电负性气体，其灭弧、绝缘性能均为最好，所以允许很高的开断电压。优点是开关自由行程小、噪音低、维护简单、检修间隔时间长，运行情况下相当稳定可靠、使用时间长；缺点是造价不菲。真空断路器：可短时内实现连续多次操作，且每次都能保持良好状态。优点是：保护动作时间短、灭弧快、维护简单、灭弧室不需要检修；还具有低噪音不起火爆炸的优点。缺点是工作损耗较大、造价昂贵。综合考虑箱式变电站10kV高压侧选择ZN23-10型真空断路器，技术参数如下：ZN23-35型真空断路器技术参数低压侧选择DZ20系列塑料外壳式断路器，每栋建筑采用的具体型号及参数如下表所示：7.4 电容器的选择7.4.1 并联电容器提高功率因数的原理把电容并联在电网中会得到超前电压90度角的无功电流，补偿设备中的感性无功电流，提高功率因数。补偿前:在电源电压U的作用下， ； 电流比电压滞后角，很低。并联电容器组后： 超前90度，则与的夹角，所以存在；即提高了功率因数。7.4.2 电容器组接线方式的确定为了实现提高功率因数的目标，可采用并联电容器补偿供电系统中所需的无功功率。补偿方式有：单独补偿、分组补偿以及集中补偿三种。接线方式有三角形接法和星型接两种，本设计使用三角形接线，原因如下：（1）由于电容器容量不对称时，接可以防止中性点位移而使某相电压欠压情况的发生。（2）若发生单相断线，接只会产生各相补偿容量有所减少的情况，而不至于达到严重不平衡的地步。接：如若某相断线，此时C=Q/U，其中一组的数据不变，另外两组发生变化。变化为U减小C减小Q减小。但不会达到严重不平衡地步。Y接：若某条线路断开，此时C=0，其中的两组数据不变，系统达到严重不平衡，中性点位移。某相相电压升高，从而烧毁电容器。（3）接线能够充分发挥电容器组的补偿能力。综上所述，电力电容器组采用接线的方法。7.4.3 各相补偿电容个数之前计算出得出Q1=170.52，Q2=160.34，Q3=165.28，Q4=169.12，并联电容器可选择国家生产的系列电容器YWW10.5-25-1型，电容量Qc=12kvar。以1号箱变为例，进行无功补偿，则每相补偿需要电容个数为：（只）；所有补偿均放到10kv侧，并把补偿容量分为两组电容去进行，考虑三相平均分配的原则，个数取18只，每相个数np=18/3=6只。又要分为两段支路，即为2的倍数，则每段每相需要n=6/2=3只。综上，需使用18个电容器，每组每相用3个12kvar的电力电容器进行无功补偿，并联安装。同理可得出2号3号和4号箱式变电站均同样需要18个电容器，并且每组每相使用3个12kvar的电力电容器，并联连接进行无功补偿。7.5 高压熔断器的选择熔断器的选择，需要根据环境条件来确定使用户内型或户外型；根据用于保护电力线路和电气设备，还是保护互感器来确定使用RN1（及其改进型RN3、RN5、RN6）还是RN2等。还要对熔管及熔体的额定电流进行确定。（1）熔管额定电流 为了保证熔断器外壳不会因为过热而损毁，规定熔断器熔管的额定电流 ，不应小于熔体的额定电流即： （2）熔体的额定电流 =k式中Imax为熔断器所在电路最大工作电流；k为可靠系数。设计时为防止熔体误动作而留下的裕度。而对于变压器回路上可靠系数的取值，在不计电动机自起动的条件下取k=1.11.3；计入自起动时取k=1.52.0；对于电力电容器回路，单个电容器时取k=1.52.0，多个电容器时取k=1.31.8。（3）熔断器开断电流校验 （或）若熔断器不具有限流作用，则使用冲击电流的有效值Ish来进行校验；若它具有限流作用，则电流将被限制，所以不计非周期分量的影响，选取或进行校验。高压熔断器选用RW5-10/25如下表所示。高压熔断器技术参数7.6 隔离开关的选型高压侧隔离开关选用GW14-10/200型，其技术数据如下表所示。高压隔离开关技术数据低压侧隔离开关选择的是HD17系列刀型隔离器，分配如下表：低压侧隔离开关选择7.7 开关柜的选型开关柜市场上各种开关柜品种很多。设计时也可以主接线为标准来选择相应的柜、屏等元件，组装成一套装置。在选择高压开关柜和低压配电屏时，首先在其满足变配电所一次电路图的各个要求后，进行经济性筛选选出柜、屏的最优型式，并在一次线路方案中给定编号，同时确定其余所有一、二次设备的规格型号。向开关柜厂发出高压开关柜订单的同时要提供一、二次电路的图纸及所有相关技术资料。10kV开关柜选择的是型。7.8 电缆的选择1. 选择电缆型号选用电线电缆时的条件：用途、敷设条件及安全性。例如：用途不同，选用电力电缆、架空绝缘电缆或者控制电缆等；敷设条件不同，选用不同外包材料的线性。根据安全性，选用耐火耐高温线性。2. 选择电缆规格电力系统运行时电缆肯定会发热，发热就有损耗，损耗就造成电压损失，还要考虑无功损耗即电抗型，还有经济电流密度方面。所以选择电线电缆的规格时，以上方面都要考虑在内。以下说明均根据工程经验。低压处主线的负载电流大，所以此处电力线选择截面时，先按发热条件选择，然后验算其电损和强度。低压照明线电压水平高，可按允许电压损失条件选择截面，再验算发热和强度。对于高压线路，则先按经济电流密度选择截面，然后验算其发热及允许电压损失。对于高压架空线路，还应验算其机械强度。以下为辅助说明：（1）同规格铝线载流量是铜线的70%，所以选用铝线需要比铜线大一个规格，如若外包材料为交联聚乙烯时可选用小一档规格，选用耐火电缆则应往大处考虑。（2）本表计算容量的基准值：三相、线电压380V、，如若实际为单相220V、，容量则降为原值的1/3。（3）温度高、明敷都会使线的其安全载流量下降，此时应往大处考虑；当用于频繁起动的电机时，应选用大二到三个规格。（4）如若铺设时为穿管或多根敷设，则应选用大二到三个规格。（5）以上说明仅供参考，最终确定的结果需参照有关专业资料或电工手册。 10kV高压侧电缆选型表 低压侧选取的是3芯聚氯乙烯绝缘电缆，具体如下400v低压侧电缆选型表该电缆具有如下优点：（1）机械性能强劲，应力不开裂，耐磨，比PVC和PE更能承受集中的机械应力。（2）耐腐蚀性强。（3）此种线型外径小，在穿管敷设时可穿更多电线，或者降低管径，有利于降低安装成本。（4）次线性重量小，便于安装运输，而且还能降低劳动强度。（5）交联聚乙烯绝缘电线工作温度最高可达90，耐热性好。（6）交联聚乙烯是一种安全健康材料，它燃烧时无毒，不产生二次危害，这个条件也符合现代消防安全的要求。（7）电气性能优良，交联聚乙烯的绝缘电阻比PVC电线(缆)要高很多，且tg（介质损耗角正切值）很小。7.9 电缆的敷设及固定方式 电缆敷设时在终端头以及转弯处，均需采用固定卡具进行固定。 电缆固定方式：设计中，沿杆及箱变走线的电缆固定时采用卡子式固定方式，规定平均每米采用一处固定。电缆敷设度量时的附加长8 避雷与接地装置的选用8.1 电力系统防雷的重要性现今社会里，电力系统容量一直在增加，自动化水平急速发展。并且自动化系统使用了大量的计算机、RTU、DSP等微电子设备。它们有的工作电压仅几伏，外界轻微的干扰都能破坏设备的判断。尤其，落地雷会产生瞬变电磁场，形成微电子流，严重干扰设备。本地电力调度中心及其变电所由于土壤电阻率较高，其接地电阻难达要求，增加了防雷设计难度。在雷雨季节，雷电流又会影响显示系统，Modem、载波机、程控交换机等如果损坏，将造成较大的经济损失，并且影响工农业生产以及居民用电的调度。因此，电力系统的防雷设计工作为重中之重。8.2 变电箱的防雷措施箱式变电站遭受的雷击通常是下行雷，其防护主要是由两方面来进行：接地和设计变压器防护措施。8.2.1 箱式变电站接地与等电位连接（1）环行接地网接地是防雷的基础，标准规定的接地方法是：采用金属型材料铺设水平地极或垂直地极，在盐碱地区可以采用镀锌的方法抗腐。实际操作常常利用建筑物的基础钢筋地网作为接地极。如果此法不可行，则就近埋设接地体。接地体有垂直接地体和水平环形接地体。其中环行接地体的要求是：与建筑物水的平距离应大于2m。冲击电阻小于等于4欧姆。为使雷电流泄入大地，保证被保护物不遭受直击雷或感应雷侵害造成过电压、过电流的损害，要求所有应接地部分以及一切水、气管道等共用接地系统，做金属性连接。（2）等电位连接国家规定设备必作等电位连接，目的是减少雷电流所引起的电位差。实际做法是将防雷装置、建筑物内的所有金属装置连接。这样就形成一个等电位连接网络。并利用钢筋混凝土结构内所有金属构件实现多重连接，建立一个三维的连接网络。原则：所有防雷区交界处的金属导体就近直接接地，不能直接接地的导体则通过避雷器接地，电力、通信电缆外套金属管埋地入机房，套管埋地的距离必须大于25米；室内设备的导体部分可靠接地，为保证室内设备不会因为接地电位升高而产生电位差，所有的接地必须接在同一个汇流排上。外部防雷装置安装于顶部。雷电直击避雷针后会泄入大地，但雷电通道会与与之临近的导体形成电容，有可能出现反击。为防止出现反击，需将屋内的所有导体作等电位连接，并全部共用一组接地装置。交流工作接地、安全保护接地、支流工作接地、防雷接地等四种接地的接地引出线，需要与接地体作等电位连接，但防雷接地的接地点与其他三种形式接地的接地点之间的距离要大于10m。8.2.2 变压器的防护对变压器而言，受直击雷损坏的概率极低，它的主要损害来源是雷电波入侵，保护措施是：近变压器端母线上装设避雷器。它应与外壳及中性点连接在一起，如此避雷器动作时，高压侧主绝缘上的作用电压即为它的残压。减少了变压器被雷电破坏的情况发生。8.3 小区采用的防雷接地设计接地措施：对电缆两端金属铠做可靠接地，其接地引出线与箱式变电站的接地网做可靠焊接，接地电阻小于10欧姆。箱式变电站接环行接地体，接地电阻小于4欧。接地体采用3块镀锌钢，间隔为3米，打入地下1米深，用镀锌角钢他们焊接起来，再将中性线接入，形成有效的接地。9 装备整合10 结论本设计主要针对10kV箱式变电站而进行，用系统的语言阐述了箱式变电站的结构特点、应用领域，并对其市场前景展开了些许探讨。本次设计在进行中的工作主要包括了两个方面：一是有关负荷的合理分配，二是针对小区的负荷做出设备选型。母线采用的方式是一万伏侧采用单母线，四百伏侧采用单母线分段的接线方式。优点是任意某段母线发生故障，自动装置可以保证其他正常区间供电不间断。而且可实现随处引出接线。母线经由分段断路器分段，好处是当任意某段母线故障时，自动装置准确选跳故障段而不误动。从可靠、速动、选择、灵敏、经济以及是否留有裕度等几方面综合考虑，本人认为本设计采用单母线分段的接线方式最为合理，故变压器的高中低压三侧均同步采用单母线分段接线方式。选定接线方式之后，进行了无功补偿以及短路电流计算，并选择施工时装备于现场的设备。本人又依照可靠、经济的原则，以及电力设备发展现状，先进行主变压器选择校验，再进行了隔离开关选择校验以及对断路器选择和校验，使之符合设计需要。并且按实际出发使之将能可靠运行