某学校生活区配电系统设计

PAGEPAGE4《供用电工程》课程设计说明书某学校生活区配电系统设计学 院： 电气与信息工程学学生姓名： 郭爱文指导教师： 陈梦娜 职称专 业： 电气工程及其自动班 级： 电气1204班学 号： 1230120446完成时间： 2015年12 月湖南工学院供用电工程课程设计课题任务书学院： 电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化专业指导教师课题名称一、设计任务

陈梦娜 学生姓名某学校供配电系统设计

郭爱文设计某学校生活区配电系统的设计二、设计内容内 1、经济合理、安全可靠，考虑学校用电发展，确定变电所位置与容容及 2、确定主变数量任 3、确定变电所主接线方务 4、确定二次回路方案5、设计防雷和接地主要 1.供配电设计手册，刘介才参 2.工厂供电设计指导，刘介才编考 3.电力工程电气工程设计手册，中国电力出版资料 4.工业与民用配电设计手册第三版，中国电力出版社教研室意见教研室主任（签字年 月 日摘 要源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。本次设计题目为某学校生活区供配电系统设计，该系统通过降压变压器与10kv公共电源干线相连，然后向学校供给电能。该校对供电可靠性要求也较高。因此，本设计采用可靠性较高的接线形式。关键词： 变压器；电气主接线；电气设备；继电保护AbstractThisdesigntopicisthepowersupplyanddistributionsystemforaexperimentalhighschoolofAcity,thissystemisconnectedwiththepublic line of 10kV through step-down transformers, and electricalpowertoexperimentalhighschoolofAcity.TheexperimentalhighschoolofAcityelectricalchargeisbig,andthedemandreliabilityofpowersupplyishigh,usingthehighreliablewiringform.This design main content includes: the charge computation,short-circuitcurrentcomputation,electricalmainwiringdesign,electricalequipmentchoiceandverification(includingmainvoltagetransformerchoice, circuit breaker and disconnecting switch with check-up,conductor choice with check-up, current transformer choice check-up, voltage transformer choice with check-up and protector choice and so on),thedisposalandconfigurationofthetransformersubstationdesign.Betweenthem,theelectricalmainwiringhasrepresentedthemainbodiesstructureofthesubstation,ithasthedecisiverelationsabouttheelectricalequipmentchoice,thepowerdistributionequipmentarrangement,therelayprotection,thedecisionofautomaticdeviceandthecontrolmode,andithaslong-terminfluenceaboutthereliability，security，flexibilityandefficiencyoftheelectricalpowersystemmovement.Inordertofinishthedesign,Ireferringtothepowersupplyanddistributiondesignstandard,thetransformersubstationdesignstandard，the electricaldesign standard of architectureand so on, carryon thepreliminarydesign to this powersystem. This design is a design.Thepurposeofthisdesignistogiveusachanceofsyntheticalusageoftheknowledgewehavelearned.Besides,itcantrainourabilityto analyze and solve practical problems in Construct electricity independentlysothatthetheoryisconnectedwithpracticeandasolidbaseismadeinfavoroffuturework.Keywords: transformer；electrical main wiring；electricalequipment；relayprotectionPAGEPAGE28目 录系统设计要求及步骤 3供配电设计的意义和要求 3设计步骤 3系统计算负荷及无功功率补偿 5负荷计算 5按需要系数法确定计算负荷的公式 5负荷计算的结果 5无功功率补偿及其计算 7无功补偿的目的 7无功功率的人工补偿装置 7并联电容器的选择计算方法 8无功功率补偿的计算 8主变压器及主接线方案的选择 10变电所主变压器选型的原则 10变电所主变压器台数的选择 10变电所主变压器容量的选择 10变配电所主接线设计要求 11变配电所主接线方案的拟定 12变配电所二次回路的确定 15高压断路器的操动机构控制与信号回路 15高低压侧的电能计量回路 15变配电所的测量和绝缘监察回路 16变配电所的保护装置 17主变压器的继电保护装置的配置要求 17主变压器的继电保护装置的选择依据 17主变压器的继电保护装置的选择 18变配电所低压侧的保护装置的选择 20变配电所防雷保护和接地装置的设计 21变配电所的防雷保护 21直击雷保护 21雷电侵入波的保护 21变配电所公共接地装置的设计 21设计依据 21总 结 24致 谢 25参考文献 26附 录 27附录一：某实验小学总平面图 27附录二：实验小学主接线图 28系统设计要求及步骤供配电设计的意义和要求气设备的选择与校验（步设计。需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：1、安全在电能的供应、传输、分配和使用中，应确保不发生人身事故和设备事故。2供电可靠性的要求。3、优质就是要满足电能用户对电压和频率等质量的要求。4量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。设计步骤收集原始资料在动手设计之前，根据设计任务书的要求，收集用电设备的性质、特征、功率、布局、环境及气象条件；各用电单位的平面图及断面图；用电设备平面布置图；电源的电压、容量及可能提供的供电方式。电力负荷的分析计算部的计算负荷，在中学平面图上画出各用电单位的负荷图。围，并计算各变电所的计算负荷。中学配电系统设计的中学配电系统方案进行比较后，确定一种方案。低压配电屏的选择选择高压电器变配电所平面布置设计根据环境条件确定变压器是放在户外还是室内。测量保护防雷凡是与架空线路相连的进出线，在入户处、变电所母线上都要装一组YW型避雷器。接地按规定10KV配电装置的构架，变压器380V的中性点及外壳，以及380V电气设备的金属外壳等都需要接地，其接地电阻要求小于4Ω。系统计算负荷及无功功率补偿负荷计算按需要系数法确定计算负荷的公式有功计算负荷（kw）30P K P30d e式中 P——用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw。eK——用电设备组的需要系数。d无功计算负荷（kvar）PQ tanP30 30视在计算负荷（KVA）S30

P30cos计算电流（A）S30S30用电设备有功计算负荷基本公式：同时系数:KP0.8~0.9 Kq0.85~0.95本次设计取Kq0.95 Kq0.95负荷计算的结果根据某学校生活区配电资料，按照需要系数法，负荷计算结果如表1所示。计 算 负 荷建筑 负荷 数量 总容 需

cos

tgφ

P/KW Q

/KVA名称 性质

系数 φ

30 30

30 AP/kwKe d荧光1#-4 灯

100 44 0.6 0.55 4

9.6

14.592

17.45#宿 白舍楼 灯

984

1.47 0.95 1.0 4

5.586

0 5.586电风 100 10扇 4 4

0.5 0.75 0.88

17.6

26.67消防 18电 4合计

20.3 64143.32

0.8

40.7275.906

30.5462.732

50.998.47 149.6荧光 灯电视 8餐厅 电风 20扇

1.61.62

0.6 0.55 0.5 0.75 0.5 0.75

0.960.81

1.45920.7040.88

1.7451.0671.173电磁 炉

80 0.85 1.0 0

0 68电冰 箱消防 栓合计

1620.2121.4

0.60.5

0.70.8

1.020.75

9.610.190.46

9.7927.57520.4102

13.71412.62592.734 140.9白炽 体育 灯

1.6

0.95 1.0

1.52

0 1.52中心 音响 消防 4栓校园

120.0822.86

0.5 0.75 0.5 0.8

0.510.0412.06

0.447.537.97

0.66712.5514.456 21.96内路 白灯 灯合计

150

6 0.95 1.0 06

5.75.7

0 5.70 5.7白炽 操 灯

0.72 0.95 1.0

0.684

0 0.684场 音合

10 11.72

0.5 0.75

0.51.184

0.440.44

0.6671.26

1.9总合总合计995.26596.14413.0509725.254乘以KΣp=0.9，KΣq=0.950.81536.526392.298664.6491009.8表2-1 负荷计算表无功功率补偿及其计算无功补偿的目的0.9无功功率的人工补偿装置工程中普遍采用并联电容器来补偿供电系统的无功功率。并联电容器的补偿方式，有以下三种：高压集中补偿 电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高母线相联（如图2-1。低压集中补偿 电容器装设在变配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。它利用指示灯或放电电阻放电。按GB50227—95规定：低压电容器组可采用三角形结线或中性点不接地的星形结线方式（如图2-。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。就利用用电设备本身的绕组放电。电容器组多采用三角形结线（如图2-3。 并联电容器的选择计算方法无功功率补偿容量（kvar）的计算Q P (tantan)qPc 30 1 2 c 30并联电容器个数nQcqc式中 q——单个电容器的容量（单位为kvar）c无功功率补偿的计算3800.810.95,0.9（1）低压电容器柜（屏）的选择方法PGJ11、2、3、441、2413BW0.4-14-384kvar，14kvar24BW0.4-14-3112kvar，814kvar。选择步骤：①根据控制步数要求，选择一台1号或2号主屏。②根据所需无功补偿容量再补充一台或数台3号或4号辅屏（(tna

）的选择c 30 1 2536.526[tan(arccos0.81)tan(arccos0.92)]kvar.60.2.46kar9.8vW0.4-14-31(主屏)13(辅屏)184kvar×2=168kvar10kv2380V侧补偿前负荷0.81536.526392.298664.6491009.8380V侧无功补偿容量—168380V侧补偿后负荷0.923536.526224.298581.5883.5主变压器功率损耗0.015S =8.72300.06S =34.893010KV侧负荷总计0.903545.246259.188603.734.85计算负荷项目Cos计算负荷项目CosP KW30Q Kvar30S 30I30A0.903高了系统供电的裕量。主变压器及主接线方案的选择变电所主变压器选型的原则为了调压和降低电能损耗，变压器选择应考虑以下原则：变压器应尽量选节能型的油浸或干式变压器；独立的变配电所，可选节能型干式变压器；400KVA。变电所主变压器台数的选择时，宜采用两台及以上变压器：设备等用电。500kVA变压器，以确保供电安全。可切除整台变压器。其它情况下宜装设一台变压器。变电所主变压器容量的选择方案：装有一台主变压器的变电所 主变压器容量荷S ，即30

N

不应小于总的计算负S ≥SN30若装设一台主变压器 型式采用SG10，而容量根据上式，选S SG10-630/10型空气自冷干式变压器。30

N

=630KVA装有两台主变压器的变电所 每台主变压器容量

N

不应小于总的计算负荷S30

60%，最好为总的计算负荷S30

的70%左右，即SN.T

≈（0.6～0.7）S30同时每台主变压器容量SNT不应小于全部一﹑二级负荷之和S30（Ⅰ，即S ≥S （Ⅰ+Ⅱ）N30若装设两台主变压器型号亦采用SG10，而每台容量按以上两式选择，因此选择两台SG10-400/10型空气自冷干式变压器。其联结组别采用Yyn0。变配电所主接线方案的选择变（配）电所的主结线（一次接线）主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。变配电所主接线设计要求电气主接线设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。可靠性供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,是电力生产和分配的首要要求，主接线的设计首先应满足这个要求。加,与经济性的要求发生矛盾。因此,应根据具体情况进行技术经济比较,保证必要的可靠性,而不可片面地追求高的可靠性。灵活性①满足调度时的灵活性要求。应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地特殊运行方式下的系统调度要求。②满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应能方便地停运断方便和安全。③满足扩建时的灵活性要求。大的电力工程往往要分期建设。从初期的主对一次和二次部分的改建工作量最少。经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可般应当从以下几方面考虑。以节省开关电器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。②电能损耗少，经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次压降而增加电能损失。③占地面小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；同时，要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量电厂或变电站，在可能和允许的条件下，应采取一次设计，分期投资建设，尽快发挥经济效益。变配电所主接线方案的拟定按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列按两种主接线方案：装设一台主变压器的主接线方案 图（3-1）所示装设两台主变压器的主接线方案 图（3-2）所示SG10-63010\0.4KVSG10-63010\0.4KV图3-1装设一台主变的主接线方案（附高压柜列图）SG10-40010\0.4KVSG10-40010\0.4KVSG10-40010\0.4KVSG10-40010\0.4KV3-2装设两台主变的主接线方案（附高压列柜图）（（图3-，但按经济指标，则装设一台主变的方案（图3-1）方案（3-2，因此决定采用装设一台主变的方案（3-1。变配电所二次回路的确定高压断路器的操动机构控制与信号回路10KV100MVA（计。断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图4-1所示图4-1 手力操动机构控制与信号回路高低压侧的电能计量回路量柜由上级供电部门加封和管理。变配电所的测量和绝缘监察回路变配电所高压侧装有两台电压互感器—避雷柜，其中电压互感器为 3个JDZJ-10Y/Y开口三角0 0如图4-2所示：图4-2 6～10KV线路测量和和计量仪表的原理电路PA—电流表 PJ1—三相有功电度表PJ2—三相无功电度表7-3图4-3 220/380V线路测量和计量仪表的原理电PA—电流表 PJ—三相四线有功电度表变配电所的保护装置主变压器的继电保护装置的配置要求主变压器的继电保护装置的配置有以下要求：瓦斯保护 800KVA及以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。纵联差动保护 10000KVA及以上的单独运行变压器和6300KVA及上的并列运行变压器，应装设纵联差动保护。过电流保护和电流速断保护 10000KVA以下的变压器，可装设过流保护和电流速断保护。过负荷保护 400KVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。主变压器的继电保护装置的选择依据过电流保护动作电流的整定计算公式I KrelKIop K Kre i

L.max式中I ——变压器的最大负荷电流，可取为（1.5～3）I ，I 为变压器一L.max 1NT 1NT次额定电流；Krel

——保护装置的可靠系数，对定时限，取1.2，对反时限，取1.3；3K——保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取 ；3K 0.8；reK——电流互感器的变流比。i

应整定为整数，且在10A以内。op过电流保护动作时间的整定计算公式t≥t1 2t式中 t1

——在变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间；t2——变压器低压侧保护装置在低压母线发生三相短路时的最长的一个动作时间；t——前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护，可取0.7s。必须注意：对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10倍动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。过电流保护灵敏系数的检验公式S Ik.min1.5p Iop.1式中I ——在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压k.min器高压侧的值；I ——继电保护动作电流折合到一次电路（即变压器高压侧）的值。op.1如做后备保护，则灵敏系数S ≥1.2即可。p主变压器的继电保护装置的选择（1)装设瓦斯保护大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。（2）装设反时限过电流保护继电保护包括定时限保护和反时限保护，定时限保护的优点是动作时间比较精确，整定简便，其缺点是继电器多，结线复杂需直流操作电源，投资较大。反时限保护的优点是：投资少，结线简单，可同时实现电流速断保护，显得简单经济且适于交流操作其缺点是动作时间确定比较麻烦。过电流保护。GL15作方式。①过电流保护动作电流的整定：公式

KrelKwI 其中op K

Kre

L.maxI

=2×36.4=72.8A,K

=1.3,K=1,

=0.8,K=100/5=20,因此动作L.max电流为：

1NT

rel

w re iK K 1.31I rel wI 72.85.9Aop K

Kre

L.max 0.820对于感应式继电器，I应整定为整数，且在10A以内。所以整定为6A。OP②过电流保护动作时间的整定因本变配电所为电力系统的终端变配电所，故其过电流保护的动作时间（倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s③过电流保护灵敏系数的检验I公式

k.min1.5 其中：p Iop1

Ik

I2/Kk2

0.86615.8 0.547KA10KV/0.4KVI I K/K 10A20/1200Aop.1 op i所以其保护灵敏系数为：IS k.min547/2002.74满足灵敏系数的要求p Iop1(3）装设电流速断保护。利用GL15的速断装置①速断电流的整定公式

KrelKwI

式中：qb KKi T

k.maxI ——变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值；K.maxK1.5；

rel

——可靠系数，对DL型继电器取1.2～1.3,对GL型继电器取1.4～K ——变压器的电压比。3T3K ——保护装置的结线系数.对相电流取结线取1对相电流差结线取 ；WK——电流互感器的变流比。iIk.min

Ik

15.8KA ,

rel

1.4, Kw

1, Ki

100/520 ,K1025KT 0.4所以速断电流I

KrelKwI

1.411580044.24Aqb KKi T

k.max 2025速断电流倍数整定为：KqbIqb/I0p44.24/67.37K 2－8qb②电流速断保护灵敏系数的检验S I

k.min1p Iop1式中：I ——在电力系统最小运行方式下(两相短路)，变压器高压侧的短路电K.min流；I ——速断电流折算到一次电路（即变压器高压侧）的值。其中

Ik.min

I2k

0.866I0.8661.7KA所以Sp

Iqp.1IqbKi/K44.2420/1884.8A1700A/884.8A1.921.5GB50062-92（含电流速断保护）求。变配电所低压侧的保护装置的选择(1）低压总开关采用DW15-1000/3（1000A）（利用其长延时脱扣器，而且可以保护低压单相接地短路起动电流整定电流

I 6Iq 30

6883.5A5301AIdx11.3553017156.35A所选DW15-1000/3型（脱扣器额定电流为1000A）的瞬动整定电流范围为4000～18000A。所以整定为6000AIdx1I30883.5A所选低压断路器长延时动作整定电流为400～1000A。变配电所防雷保护和接地装置的设计﹑筑物等采取一定的防雷措施。变配电所的防雷保护直击雷保护地装置相连。E如变配电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变配电所如果变配电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻R 10。通常采用3～6根长2.5m，50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离E5m0.6m40mm×4mm25mm×4mm20mm1～1.5m3m雷电侵入波的保护10kVFS4-1025mm4mm镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。10kV波的危害。380V变配电所公共接地装置的设计设计依据