某宾馆大楼的供配电系统设计

-.z.供配电技术课程设计课题：*宾馆大楼的供配电系统系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：092409245指导教师：**城建学院2012年6月20日成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（100分）任务完成情况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级****成绩：分（折合等级班级****成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日一、设计目的供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。因此，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。我们这次的设计的题目是*宾馆大楼的供配电系统设计；作为宾馆，随着人民生活水平的不断提高，对宾馆的基础设施建设特别是电力设施将提出新的挑战。二、设计要求1、基础资料该工程宾馆大楼，地下有三层，地上有22层，总建筑面积为60000平方米，主要设备有：1空调机房42012冷却水泵754（三备一用）3冷冻水泵754（三备一用）4冷却水塔2535冷水机组52036正压送风6017送排风机2228喷淋水泵373（两备一用）9消防水泵753（两备一用）10消防排烟56111消防电梯15112荷梯18.5113客梯15314自动扶梯15115生活给水泵753（两备一用）16补水泵222（一备一用）17潜污水泵112电源情况：两回10kv供电2、要求：（1）、统计负荷（2）、变配电站的主接线设计（3）、负荷计算（4）、短路电流计算（5）、主要电气设备选择（6）、变压器的继电保护设计三、各部分电路设计1、负荷统计计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。用电设备计算负荷的确定,在工程中常用的有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的基本方法,在此课程设计中采用需要系数法来确定计算负荷。按需要系数法确定用电设备的有功计算负荷（kw）的计算公式为PC=KdΣPn。i式中ΣPn。i─用电设备组的总的设备容量，单位为KW。Kd─用电设备组的需要系数，根据参考书《工厂供电设计指导》中的表2-1查得变配电所的需要系数为0.5～0.7，在此选取0.7。无功计算负荷（kvar）为QC=PCtanφ式中tanφ─用电设备组的总的设备组cosφ的正切值。视在计算负荷（kva）为SC=PC/cosφ式中cosφ为功率因数，有设计任务书取0.9。计算电流(A)的计算公式IC=SC/(Ur)式中Ur=380V.2．无功功率补偿目前我国对用电单位的功率因素要求高压供电压者为0.9以上，低压供电者为0.95以上，为此绝大多数的工业与民用建筑采用补偿的办法、即在低压配电室的配电母线上安装若干组电力电容器补偿供电*围内的无功功率以达到提高功率因数的目的。从以下的功率三角形的矢量图可知，要使功率因数由cos提高到cos，必须装置补偿电容器(采用自动补偿方式)的容量为:式中：---设计电容器补偿容量，Kvar;---总有功计算负荷；、对应于补偿前后cos,cos的正切值。由附录可查出上述设备的需要系数和功率因数，计算出每一组的计算负荷，最后计算出总的计算负荷，结果过程及结果列表中：表1各设备的负荷统计设备组编号设备名称设备容量需要系数costanPcQcScIc1空调机房4200.650.80.75273204.7341.25518.492冷却水泵3*750.70.80.751459.51094.631824.382771.94冷冻水泵3*75冷却水塔3*25冷水机组3*5203正压送风600.650.80.7567.650.784.5128.39送排风机2*224喷淋水泵2*370.70.80.75196147245372.25消防水泵2*75消防排烟565消防电梯1510.51.7393.5161.75186.83283.87货梯18.5客梯3*15自动扶梯156生活给水泵2*750.70.80.75135.8109.85169.75257.92补水泵22潜污水泵2*113、变配电站的主接线设计（1）主接线的定义主接线时有各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或母线一项电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配点能的电路。主接线只表达上述电气设备之间的电气连接关系，与其具体安装地点无关。主接线的实施场所是变电站行或配电站。主接线可以分为有母线结线和无母线结线两大。有母线接线又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。中、低压供配电系统中主要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线，。（2）对主结线的基本要求1.安全性：必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。2.可靠性：主结线的可靠性要求由人、用电负荷的等级确定。3.灵活性：应能适应各种可能的运行方式的要求。4.经济性：应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最佳。（3）本设计中的主接线的一次侧采用单母线分段的接线方式，三个变压器的容量分别为500、1600、400KVA,其中的二次侧接空调机房和消防设备（喷淋水泵、消防水泵、消防排烟），制冷设备（冷却水泵、冷冻水泵、冷却水塔、冷水机组），T3变压器的二次侧接风机（正压送风、送排风机）、电梯（消防电梯、荷梯、客梯、自动扶梯、）、生活用水设备（生活给水泵、补水泵、潜污水泵）.其主接线图如下图所示:图1主接线图4.主接线上各点的负荷计算：如上图主接线所示,取C1/C2/C3三点进行负荷计算，其计算过程如下，然后根据所得的计算负荷确定变压器的容量及台数，同时补偿的目标为变压器高压侧部分功率因数不低于0.9.=1\*GB3①C1点的计算负荷：这一组是多组设备的计算，由空调机房和消防设备两组设备构成，其中备用设备不计入在内，同时由于变压器低压侧上设有自动无功补偿装置，因此C1、的计算负荷应为补偿后的值，入下表所示。表2C1、的计算负荷计算点多组设备计算有功功率∑Pc/KW多组设备计算无功功率∑Qc/KW有功同时系数KΣP无功同时系数KΣQ计算有功功率Pc/KW计算无功功率Qc/kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AC1、273+196=469204.75+147=351.750.90.9469*0.9=422.1351.75*0.9=316.58√422.12+316.582=527.63801.6C1、的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的负荷如下表所示：现将低压侧功率因数补偿为0.93，则需要补偿的无功功率Qcc满足下式：422.1/√422.12+（316.58-Qcc）2=0.93故Qcc=149.74Kvar表3C1的计算负荷计算点补偿前功率因数cosφ1无功补偿容量Qcc/Kvar实际补偿容量/(6台，30Kvar/台)补偿后计算有功功率Pc/KW补偿后计算无功功率Qc/Kvar补偿后计算视在功率Sc/KVA补偿后功率因数cosφ1·补偿后计算电流Ic/AC1422.1/527.63=0.8149.74180422.1136.58443.650.95674补偿后功率因数0.95≫0.93，满足要求。由C1点的计算负荷，我们可以确定所选变压器型额定容量为500KVA.=2\*GB3②C2点的计算负荷：表4C2点的计算负荷计算点有功功率Pc/KW有功同时系KΣP无功功率Qc/Kvar无功同时系数KΣQ计算负荷Pc计算负荷Qcc计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AC21459.50.91094.60.91459.5*0.9=1313.51094.63*0.9=985.167√1313.52+985.22=1641.92494.7C2点的计算负荷尚未计及补偿，补偿后的复合如下表所示：现将低压侧功率因数补偿为0.93，则需要补偿的无功功率Qcc满足下式：1313.5/√1313.52+（985.167-Qcc）2=0.93故Qcc=519.12Kvar表5C2的计算负计算点补偿前功率因数cosφ2需要补偿的无功功率为Qcc/Kvar实际补偿容量/（18台，30Kvar/台)补偿后计算有功功率Pc/KW补偿后计算无功功率Qc/Kvar补偿后计算视在功率Sc/KVA补偿后功率因数cosφ2·补偿后计算电流Ic/AC20.8519.125401313.5445.1671386.890.9472107.2由C2点的计算负荷，我们可以确定所选变压器额定容量为1600KVA.=3\*GB3③.C3点的计算负荷：同C1类似，C3也为多组设备，其计算方法同C1类似，其计算结果如下：表6C3点的计算负荷计算点多组设备计算有功功率∑Pc/KW多组设备计算无功功率∑Qc/KW有功同时系数KΣP无功同时系数KΣQ计算有功功率Pc/KW计算无功功率Qc/Kvar计算视在功率Sc/KVA计算电流Ic/AC3’67.6+135.8+93.5=296.950.7+109.85+161.75=321.30.90.9267.21289.17393.73598.2对C3’的计算负荷进行补偿后即得C3得计算负荷，其计算过程及结果如下表所示:表7C3的计算负荷现将低压侧功率因数补偿为0.93，则需要补偿的无功功率Qcc满足下式：267.21/√267.212+（289.17-Qcc）2=0.93故Qcc=183.57Kvar计算点补偿前功率因数cosφ3需要补偿的无功容量实际补偿容量/(9台，30Kvar/台)补偿后计算有功功率Pc/KW补偿后计算无功功率Qc/Kvar补偿后计算视在功率Sc/KVA补偿后功率因数cosφ3·补偿后计算电流Ic/AC30.68183.57270267.2119.17267.900.997407由C3点的计算负荷，我们可以确定所选变压器定容量为400KV变压器高压侧功率因数的校验（表格）5.主变压器的选择（1）变电所变压器台数的选择选着主变压器台数时应考虑以下原则：应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台可以一二级负荷供电。对只有二级负荷而没有一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但在低压侧应采用敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。对季节负荷或昼夜负荷变动较大的易于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。除以上情况外，一般车间宜采用一台变压器。但集中重负荷较大者，虽为三级负荷，也可采用两台以上变压器。在确定变电所主变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有一定的余量。（2）变电所主变压器容量的选择1.只装有一台变压器的变电所。主变压器容量Sr，应满足全部用电设备总计算负荷Sca的需要，即St>=Sca2.装有两台主变压器的变电所。每台变压器容量St，应该同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器运行时，应满足总计算负荷Sca的大约70%的需要，既：St=0.7Sca(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷Sca（1+2）的需要，即：St>=Sca(1+2)据以上的条件，我们可以确定所选变压器型号为SC系列铜绕组低损耗电力变压器，并且变压器容量分别为500KVA、1600KVA、400KVA.6.短路电流的计算：计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采取限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。如上主接线图所示，取C1/C2/C3做短路电流计算，其计算结果如下：短路电流的计算经查表的：所选三个型号为SC系列铜绕组低损耗电力变压器的额定参数为：表8三个变压器的额定参数变压器额定容量kVA额定电压（KV）空载损（w）短路损耗（kw）空载电流（%）阻抗电压（%）一次二次T150010.50.411805.11.44T2160010.50.426014.51.06T340010.50.410004.31.44短路点C1:据公式高压系统的电抗*1=Uav2/Sk=4002/(150*1000)=16mΩ（取变压器一次侧短路容量Sk=150MV）电阻R1忽略不计变压器阻抗Z2=(uk%*Ur2.T2)/(100*Sr..T)=12.8mΩ变压器电阻R2=Pk*Ur2.T2/Sr..T=1.632mΩ变压器电抗*2==12.7mΩ所以C1点的短路的总阻抗为RΣ=R1+R2=0+3.26=3.26mΩ*Σ=*1+*2=28.7mΩZΣ=√RΣ2+*Σ2=28.9mΩC1的三相短路电流为Ik（3）=Uav/（√3*ZΣ）=7.99KA（1）、三相短路全电流冲击值ish对于L较大的中、高压系统，取=1.8，则ish=2.55Ip对于R较大的低压系统，取=1.3，则ish=1.84Ip对于本设计而言，L较大，故ish=2.55Ip=20.37KAish主要用来校验电气设备短路时的动稳定性。（2）、短短路冲击电流有效值Ish=IpIsh主要用于校验设备在短路冲击电流下的热稳定性。当断路发生5~~7个周波之后，可以认为Ip=Ik（3）=Ik对于本设计而言=Ip=11.99KA同理，可计算出C2、C3处的三相短路电流：整理于下表：表9C1、C2、C3处的短路电流短路点高压系统的电抗*1(mΩ)变压器阻抗Z2(mΩ)变压器电阻R2(mΩ)变压器电抗*2(mΩ)短路处总阻抗ZΣ(mΩ)Ik（3）(KA)ish(KA)(KA)C11612.81.63212.728.98.1320.7311.99C21661.455.8221.8710.5626.9316.16C316161.7215.931.957.3818.8311.37.变压器的继电保护一般规定：（1）电力网中的电力设备和线路，应装设反应短路故障和异常运行的继电保护和自动装置。继电保护和自动装置应尽快切除短路故障和恢复供电。（2）电力设备和线路应有主保护，后备保护和辅助保护。（3）在本设计中需对变压器进行相间短路保护、单相短路保护。现以变压器T1为例对其进行保护。1、相间短路保护=1\*GB3①确定保护装置的结线方式。由于变压器一次侧为中性点不好接地系统，对其进行相间短路保护可采用二继电器二互感器的不完全星形接线，此时接线系数kk*为1。=2\*GB3②确定电流互感器的电流比。因为线路上的最大负荷电流I1.ma*=1.5Ir.t=1.5*1600/（√3*10）A=138.56A，根据经验取值法，即电流互感器变比KTA=（1.5~~2）I1.ma*/5，取KTA=250/5=50.=3\*GB3③用电磁型继电器进行保护。定时限过电流保护一次侧动作电流：Iop.1=Krel*I1.ma*/Kre=1.2/0.85×138.56=195.6A继电器动作电流：Iop.k=Krel·KK*/（Kre·Kta）×I1.ma*=1.2*1/（0.85·50）×138.56A=3.9A。为了便