【某高校配电房变电部分设计8700字（论文）】

某高校配电房变电部分设计目录TOC\o"1-2"\h\u20570某高校配电房变电部分设计 -1-20190摘要 -1-107911绪论 -2-81891.1课题背景及研究意义 -2-171141.2供配电设计的意义 -3-150611.3国内供配电设计的研究现状 -3-102721.4供配电设计的优点和缺点 -4-152872负荷计算及无功补偿 -5-74172.1负荷计算的目的 -5-229952.2无功补偿 -13-90453配电房位置和主变压器的选择 -14-83973.1配电房选址 -14-19420.3.2主变压器选择 -15-30674短路电流计算 -17-175824.1计算短路电流的目的 -17-144824.2短路电流的计算方法 -17-100745过电压保护 -18-200525.1过电压的类型 -18-182755.2过电压保护目的 -19-313466防雷与接地 -19-35886.1防雷措施 -19-304026.2接地 -20-5403总结 -20-10114参考文献 -20-摘要本次是以某高校校区的供配电系统为参考，供配电系统通过变压器与10KV供电干线相连，经过现场调研，并收集各栋楼宇负荷资料，满足电力系统运行，要保证供电安全可靠、良好的电能质量、经济性以及减少对环境的有害影响等基本要求，确定供配电系统的位置和形式，选择合适的一次设备，选择配电房主接线方案，确定二次回路方案，选择设备和线路的继电保护装置。关键词：供配电系统；配电房；短路；防雷保护；接地；1绪论1.1课题背景及研究意义1.1.1选题背景对于现代社会来说没人可以离开电能的使用。电能作为一种可再生能源具有其他化学能所没有的特点，电能本身具有的无污染性，易于转变为其他所需能源，且方便输送和分配应用范围很广的特点，使其现在愈加重要起来。电能是现代文明不断进步的基石，它为工厂提供动力，让机器以更高效、更经济的方式运行，不仅保证了生产质量，同时还大大提高了工作效率，节约了工作时间，并且把人们从繁重的劳动中解放出来。供配电工作做的的好与坏，直接和人们的日常生产生活密切相关，为了达到人们日常工作生活的需要，供配电工作必须要遵守相应的要求：保证安全可靠的供电；保证良好的电能质量；保证电能安全、可靠、稳定的前提下，通过科学合理且符合规范的设计，降低投资和运行维护的费用，并尽量减少电能的损耗；尽可能减小对生态环境的有害影响。1.1.2研究的意义随着高等教育的普及，历年招生人数不减反增，考虑到校区可能扩建，因此不仅要合理处理当前情况，还要做部分长远考虑。所以做供配电设计，要结合现实情况，做出相应的改变。为将来发展留下足够的空间，所以要在满足当前所需的前提下，优先考虑选择容量大的变压器或变压器组，避免因容量不足的问题造成变压器频繁跟换，增加不必要的投资，这样既能做到既能符合当下，又能适应发展。1.2供配电设计的意义电能作为现今世界上应用最为广泛的能源之一，因其所具有的清洁廉价的特性，使其能够被应用到现代社会上的各个领域中，可以说上至航空、航天领域里，下至航海、潜海。最为常见的就是人们日常生活中使用的家用电器等电气设备，外出时使用的公共交通工具等，总而言之，电能在我们现在的生活中无处不在，而且一旦人们生活中长时间的停电，对于一个高度依赖电能的地区来讲会造成巨大的损失。比如工厂会出现停产，电力系统也会因为停电受到巨大的冲击，甚至会发生系统崩溃。居民用电出现问题会对于其日常生活受到影响，导致一些公共交通出现无法使用，政府部门运转出现停滞，从而造成巨大的经济损失和安全问题。可以看出电能虽然有好的一面也有坏的一面，对电的不当使用时会产生危险的造成巨大的安全事故，也就是说电力是一把双刃剑，所以要安全、可靠、稳定地使用电力，必须进行科学、合理、经济的电力供应规划设计。1.3国内供配电设计的研究现状在技术方面：我国供配电技术从一开始的落后，一无所有，经过几十年的发展，和无数科学家的努力研究，到现在我国已在供配电领域掌握了许多顶尖技术，从一开始在这个行业只能遵照别人制定的规范进行规划设计，现在我国也具有制定供配电设计的相关工作规范。在设备方面：随着时间的流逝，社会的发展，科学技术的革新，我国在供配电设计方面正处于用新设备取代以前的老旧设备，从需要大量人员值班转变为智能电网无人值班的模式，由交流传输向超高压直流传输转变。技术革新必然带来产品更新换代，随着制造厂生产的最新型的电气设备质量的提高以及电网技术更新后更强大的承载能力和可靠性，电气一次设备的生产研发得到大力发展，大量高性能、高质量、更方便快捷的新型设备不断出现，电气一次设备的性能得到不断加强、不断完善，使其应用范围更大、更广、更全面。除了对技术的革新和对设备的升级替换，同时对供配电系统进行由原来的基本由人工完成向着智能化、模块化的转变，从而降低工程建设与运营成本，智能系统的出现优化了现有供配电系统的结构,从而实现配电室无人值守,同时增加了系统智能化的调节供电功能,当电网出现过负荷和欠负荷时，智能化系统会及时进行相应的调节，以保证电网的正常运行，减少能源损耗,避免能源浪费,降低了运营成本。新设备取代旧设备后，电力故障的检修和排查也变得更加简单快捷，更先进、更完善、功能更强更稳定的电气设备可以减少用电设备故障带来的安全隐患，智能供配电系统具备高效的电能质量优化技术,为用户提供安全可靠、稳定、优质的电能,避免因电力冲击与闪变等造成的电气设备故障或者损坏,保障用户用电的稳定性,减少设备故障带来的安全隐患。提高了设备的运维养护效率，降低了设备需要维护的频率。1.4供配电设计的优点和缺点经过科学合理的研究规划设计出符合供配电设计规范的供配电系统具有的优点：可以为用户提供安全可靠和优质的电能，经过研究分析，提出最优的设计，选择最合理的规划线路，满足不同用户对供配电系统的要求。并且可以减少供配电系统的投资以及运行费用，例如：经过详细的研究可以在保证系统安全的情况下，去掉一些不必要的设备，从而降低投入成本。并且科学合理的设计还能降低电能在运输过程中的损耗；缺点：对于大规模户外供配电设计需要考虑诸多因素，例如：国家电网的供配电，需要考虑当地的地形地貌、水文气象、工程地质及物理探测等方面的详细情况。地上建筑物的高度，地面供电塔的位置和土质。同时还要考虑不同地方设备的防腐蚀、防老化、抗干扰以及防止因动物或人造成的重大电力事故等问题需要考虑，并且规划时间久、难度极高。2负荷计算及无功补偿2.1负荷计算的目的为了掌握大致的用电情况，合理设计和选择电力系统中的电气设备和导线,配置相应的空开，交流接触器，配置相应的电源容量。如果负荷计算过小，则依此选择的设备和导线有过热的危险，轻则影响设备和导线寿命，重则危害整个供电系统的运行安全，从而造成严重的电力事故。若负荷计算过大，则会增加大量投资，会造成设备的大量浪费以及增加运营维护成本。精准的负荷计算可以为供配电系统的设计提供科学的依据。确定负荷计算公式主要计算公式有：有功功率：P30=Pe·Kd无功功率:Q30=P30·tanϕ

视在功率:S3O=P30/Cosϕ

计算电流:I30=S30且满足：S302=P302+Q302如图1所示：ϕϕ

Q30S30P30图SEQ图\*ARABIC1其中：Kd=Pm/Pe，Kd为需要系数，Pm为用电设备组负荷曲线上最大有功负荷，Pe为设备容量，cosϕ为用电设备组的平均功率因数，Un为用电设备组的额定电压。收集负荷数据并计算设计依据：学校总平面图计算机中心计算机中心配电房教1教2教3教4实1实2综1综2食堂宿舍区学校组成及布置：宿舍教学楼实验楼食堂综合楼计算机中心其他学校一年负荷用电时间为5760小时，日最大负荷持续时间为12小时。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相。额定电压为220V。本学校的负荷统计资料如下所示：该校学生宿舍所用照明电器与家用照明电器相同，因此选取照明设备的功率为40W，考虑到用电安全插座功率一般为100W，洗衣机功率为250W，走廊灯为12W，楼梯灯为40W，本地区年最高气温为41℃，年平均气温为18℃，年最低气温为-5℃，年最热月平均最高气温为33℃，本地为亚热带季风气候，雨量充沛、日照充足、夏季酷热、冬季湿冷。空调功率为800W。其他为宿舍楼一些不易统计的用电设备的总和取1000W。宿舍用电负荷统计及计算：名称数量电器功率/kw总功率/kw一栋宿舍楼照明8160.0432.64空调2040.8163.2插座12240.1122.4洗衣机180.254.5走廊照明1320.0121.584楼梯照明140.040.56其他-11一栋宿舍楼的总用电负荷：32.64+163.2+122.4+4.5+1.584+0.56+1=325.884kw因为学校宿舍用电高峰一般在晚上9点到12点，学生最晚下晚自习的时间为9点，所以取一栋宿舍楼总用电量的90%为实际用电负荷，即：325.884×90%=293.2956kw考虑到教学因素，灯光不易太强，所以照明设备的功率也取40W，考虑到教室空间较大，空调也应增大，所以取1500W，其他设备功率不变。一栋教学楼用电负荷统计及计算：名称数量电器功率/kw总功率/kw一栋教学楼照明7000.0428空调1001.5150插座3000.130走廊照明2300.0122.76楼梯照明2000.048其他-11一栋教学楼总用电负荷：28+150+30+2.76+8+1=219.76kw因为学校教学楼用电高峰一般分几个时段，早上8点到12点、下午1点半到5点、晚上6点半到九点，且大部分时间主要用电负荷为照明设备，所以取一栋宿舍楼总用电量的90%为实际用电负荷，即：219.76×90%=197.784kw综合楼电器选择同教学楼一样。一栋综合楼用电负荷统计及计算：名称数量电器功率/kw总功率/kw一栋综合楼照明7000.0428空调1001.5150插座3000.130走廊照明2300.0122.76楼梯照明2000.048其他-22一栋综合楼总用电负荷：28+150+30+2.76+8+2=220.76kw因为综合楼以会议室、办公室居多，所以用电设备主要以照明和办公电脑为主，且用电人数远少于教学楼，用电设备的用电量远少于其他地方，因此取一栋综合楼总用电负荷的50%为实际用电负荷，即：220.76×50%=110.38kw实验楼基本电器选择与教学楼一样。考虑到实验楼部分实验室的设备功率较大，数量较少，且又不经常同时使用，因此取所有设备正常运行时功率的60%作为实际运行功率。一栋实验楼用电负荷统计及计算：名称数量电器功率/kw总功率/kw一栋实验楼照明7000.0428空调1001.5150插座3000.130走廊照明2300.0122.76楼梯照明2000.048其他-66一栋实验楼用电负荷统计及计算：28+150+30+2.76+8+6=249.76kw实验楼基本电器选择与教学楼一样。考虑到实验楼部分实验室的设备功率较大，数量较少，且又不经常同时使用，因此取所有设备正常运行时功率的60%作为实际运行功率，即：249.76×60%=149.856kw食堂电器选择除空调外，其他电器功率同教学楼所选电器功率一样。食堂的用电负荷统计及计算：名称数量电器功率/kw总功率/kw食堂照明8000.0432中央空调103.535走廊照明500.0120.6楼梯照明300.041.2其他-33食堂用电负荷统计及计算：32+35+0.6+1.2+3=71.8kw由于食堂的开放时间大约为早上7点到晚上9点，考虑到食堂用电以及就餐时间，取食堂总用电负荷的80%作为实际用电负荷，即：71.8×80%=57.44kw计算机中心总用电负荷统计及计算:名称数量电器功率/kw总功率/kw计算机中心照明3000.0412计算机5000.3150空调203.570走廊照明400.0120.48楼梯照明300.041.2其他-33计算机中心总用电负荷为：12+300+70+0.48+1.2+3=386.68kw从实际情况来看，计算机中心的设备不会一直运行，只有在指定时间内才会运行，所以取其用电重负荷的60%作为实际运行的用电负荷，即：386.68×60%=232.008kw本设计采用需要系数法确定。考虑到用电安全，所有用电设备必须具有一定的容量而且设备容量必须要大于实际容量，所以下表中的容量为范围值。编号名称容量/kw需要系数/Kx功率因数/Cosϕ计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A1学生宿舍3500.80.8280210350531.772教学楼2500.750.8187.5165.36250379.843实验楼2000.350.657081.85107.7163.644食堂1000.60.66080100151.945综合楼1500.350.652.57087.5132.956计算机中心3000.350.6105140175265.897其他200.60.651214.0318.4728.07全校负荷计算取K∑p=0.6;K∑q=0.6根据上表可以算出：∑P30=280×10+187.5×4+70×2+60+52.5×2+105+12=3808.5kw；∑Q30=210×10+165.36×4+81.85×2+80+70×2+140+14.03=3299.17kvar；∑S30=3808.52+3299.172=5038.77∑P30是所有设备有功计算负荷P30之和，∑Q30是所有设备无功P30之和，则：P30=K∑p×∑P30=0.6×3808.5=2285.1kwQ30=K∑p×∑Q30=0.6×3299.17=1979.502kvarS30=P302+Q302KV·AI30=S30/3Un=4593.3706ACosϕ=∑P30/∑S30=0.752.2无功补偿2.2.1功率因数功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值。用户电器设备在一定电压和功率下，该值越高效益越好，发电设备越能充分利用。常用cosϕ表示。由上可知，该学校380V侧最大负荷是的功率因数只有0.75，而供配电部门要求该学校进线侧最大负荷时功率因数应不低于0.9，因此需要进行无功补偿。Qc=P30[tanϕ−tanϕ1]选用Bzmj0.45-50-3，额定容量50kvarn=Qc/∆q=982.593/50=19.6，即20台2.2.2无功补偿后补偿后，重新选择变压器容量：S´30（2）=(1979.502−20×50)2+2285.12补偿后的功率因数：PT≈0.015S´30=0.015×2486.183054=37.29274581kwQT≈0.06S´30=0.06×2486.183054=149.17098324kvar变电所高压侧的计算负荷：P30（1）=2285.1+37.29274581=2322.39274581kwQ30（1）=(1979.502-50×20)+149.17098324=1128.67298324kvarS30（1）=2322.392745812+补偿后的功率因数：cosϕ´≈0.9满足相关规定3配电房位置和主变压器的选择3.1配电房选址在满足减少配电系统的功率损耗与金属损耗的情况下，要选择空旷的地方及在用电负荷中心周围，电源的输送不能受到影响，对于线路的架设要能方便使用，对于变电部分规范要求的地点应将其放置于电源一侧，同时为了能对配电房的设备及时维修和检测，要将其放置在较为空旷的地方，为了设备与人员的安全要远离容易产生震动、高温的地方，设备的安全使用与经济性也需要仔细考量，要远离灰尘多或会出现腐蚀性气体的地方，同时要保证配电房在通风地区，有电的地方就要远离水，配电房更应如此，所以要选择干燥地区防止设备进水或受潮，配电房要选取安全地方放置要远离易燃易爆炸的环境，配电房属于危险设施，不能与居民楼相邻，要选取空旷人少地带，但可以与变电所一起放置。配电房布置规范配电房出于安全性和经济性以及规范性来说要能够用有限的空间合理的放置所需的相关设备，能够在相对狭小的空间里能够完成对于设备的操作搬运，检修试验和巡查，同时还能够留有一定的余地，为了保证配电房的规范性，也就是配电房设备的各个线路能够流畅的布局，那么对于配电房内的各个设备，或者说各个房间就需要照处于相对的位置进行放置，配电房里各个设备都处于运行状态，所以会产生一些高温或者有毒气体，因此配电房的放置要尽量能够处于一个通风和光线明亮的地方，但同时也应要避免变电器室和电容器室处于暴晒的状态，而控制室要尽可能的朝向南方对于一些个别配电房内的区域来讲有一定的与地面的高度，如配电室控制室值班室等的地面应当要高出室外地面的150~300mm的距离，不过当配电房附设在车间内部的时候，可以与车间的地面将持平。对于不同等级的配电所来讲，也可以采取不同层级的放置，10kv配变电所应该要采取单层布置，不过当其采用双层布置时，变压器室应放置在底层，同时二层的配电室需留有吊装设备的吊装孔，吊装平台的。配电房内一些设备由于不同的属性，所以在其使用的机箱来讲个别机箱会带油，有的不会，因此在放置的时候将一些不带可燃性油的高低压配电装置和非油浸的全封闭型变压器，可以放置在同一个区域内。为了在配电房内的操作便捷与使用规范，我们可以将配电室变压器是电容器室的门朝向外面，而相邻配电室有门时该门可以双向开启，或者能够向低压试测开启。.3.2主变压器选择3.2.1主变压器选型原则在整个电力系统中，变压器是一个很关键的设备，也可以说是变电站的核心部分，但是主变压器的选择是有很多要求的，在此次实验课题中，我们不多加以复述。但本实验中主变压器的容量我们可以选取较大的等级，能够在保证设备的安全性与可靠性的前提条件下，要完成工作的要求，不过实际情况下是，尽管主变压器的故障率不会那么高，但是只会出现于不高和很高的两种情况，一旦变压器出现了故障，可以说就会造成非常大的经济损失和安全事故。因此，主变压器选型需要考虑许多问题。众所周知，我们国家是一个气候复杂，地形差异很大的国家，因此在装设主变压器时需要考虑它所处的环境，如安装在室内还是裸露在外，根据地气候的干湿程度，确定是否需要防火、防潮、防腐蚀，以及当地地处平原还是高原。对于不同等级的工作电压要选择合适的主变压器，如10/0.4kV，一般用于工厂、学校。10kv及以上，一般用于变电所。

同时要选择合适的主变压器的容量，住宅区主变压器一般在800kva及以下，公共建筑一般在2500kva以下。2500kva以上主要用于供配电部门。变压器容量只能大不能小，所以能用两台就不要用一台。主变压器在不同应用场合要选择合适的联结组别。主变压器是否带外壳、铁芯材料等。主变压器是否带外壳、铁芯材料等。3.2.2主变压器台数和容量的选择对于变压器的台数和容量的选择上，我们先需要进行计算整个配电厂房的负荷量，然后再对变压器的容量进行计算来确定变压器的数量和容量，而根据所查资料在计算一台变压器的容量时，我们要先能够知道此变压器的负荷率是多少，我们已知的是变压器在负载时他的损耗在负荷率的平方乘以负载损耗时效率最高，在这个时候我们可以知道在效率最高点时，变压器的负荷率一般处于63%~67%之间，不过在一般情况下，平稳负荷供电的单台变压器，它的负荷率一般是处于在85%左右。我们考虑变压器的使用的时候，一定要有全面不仅出于安全性考虑，还要出于经济性的考虑，那么我们就可以再选择了，变压器容量之后，适当的提高变压器的负荷率来减少变压器的台数和容量来达到我们的目的。由此两个方面考虑来说，我们本实验选取了一台型号为S11-2000kva的变压器。由容量根据式SN-T≥S30,6000KVA>5038.77KVA,即选三台。4短路电流计算4.1计算短路电流的目的短路电流是大于额定电流的，对于一些设备来讲，其余内部的电流越大，所以产生的热量就越多，而电气设备不可能在高温情况下持续工作。所以为了实验设备的安全性，我们需要知道短路电流的数值，同时为了整个电力系统选定适合的继电保护装置，能够有效的出在整个系统出现短路故障时，准确的排除掉。4.2短路电流的计算方法4.2.1计算电路∞∞系统K-1K-210.50.4设Sd=100MVA,Ud=Uc，即高压侧Ud1=10.5kv，低压侧Ud2=0.4kv。则：Id1=Sd/3Ud1=100MVA/3/10.5kv=5.5KAId2=Sd/3Ud2=100MVA/3/0.4kv=144KA4.2.2电力系统中个元件的电抗标幺值Xs*=Sd/Soc=100MVA/500MVA=0.2Xl*=XlSdVc2=0.35XT=4.5×100绘制等效电路并计算短路电流：XX1*=0.2X2*=1.59X3*=2.25K-1K-2K-1点10.5KV侧总电抗的标幺值：X(1)*=X1*+X2*=0.2+1.59=1.79三相短路电流周期分量有效值:IK-1=Id2/X(1)*=5.5KV/1.79=3.07KA其他短路电流：I’’=I∞=IK-1=3.07KAIsh=1.51×3.07KA=4.64KAish=2.55×3.07KA=7.83KA三相短路容量：SK-1=Sd/X*=100MVA/1.79=55.87MVAK-2点0.4KV侧总电抗的标幺值：X(2)*=X1*+X2*+X3*=0.2+1.59+7.14=8.93三相短路电流周期分量有效值:IK-2=Id2/X*=144/8.93=16.13KA各三相短路电流：I’’=I∞=IK-1=16.13KAIsh=1.09×16.13KA=17.58KAish=1.84×16.13KA=29.68KA三相短路容量：SK-2=Sd/X(2)*=100MVA/8.93=11.20MVA5过电压保护5.1过电压的类型过电压的类型：一般来讲，我们根据能量的类别可以将过电压划分为外部过电压和内部过电压两种，外部过电压，我们又可以称为雷电过电压，从字面意思上可以知道外部过电压一般发生在雷雨天气，我们通过观，可以知道雷电过电压的持续时间较短，但其产生的能量很大，它具有脉冲的特性，所以也可以将其称之为雷电冲击波。内部过电压就是电力系统内部的能量输送过程中，或者分配过程中产生出来的过电压，内部的过电压，它的分类是按照它的持续时间来划分的，根据持续时间的长短，我们可以将其分为暂时过电压和操作过电压。操作过电压，我们可以将其理解为瞬间电流产生的一种过电压，而暂时过电压，它的主要特征是它的震荡频率接近于工频，是在整个电力系统运行状态中产生出来的。5.2过电压保护目的过电压保护的目的：其实对于过电压的保护，主要是为了电气设备的安全性和经济性而考虑的，目前的电气设备越来越精细，与之相对的，它的价格也会越来越高，而一旦一个设备出现了故障，它可能会使整个系统产生故障，进而会出现安全隐患和经济损失，所以不管是出于安全考虑还是经济性考虑，对于过电压的保护是非常有必要的。6防雷与接地6.1防雷措施配电房防雷措施应注意避免处于山顶山脊的地方建造。对于直击雷来说，我们可以通过装设避雷针避雷网和避雷线，使其免于遭受直击雷的损伤。而设备的建筑应放置在避雷针避雷网和避雷线保护范围之内，同时要防止雷击产生的高电位对保护物的冲击。对于一些无金属外壳或保护罩的用电设备，要处于整个避雷设备的防护范围内，同时整个配电房里的设备与外部连接时的线路应该要用钢管串接起来，而钢管的一端要与配电箱箱体的外壳和保护壳相连，同时还要与附近的防雷装置相连，要注意紧密性。在施工现场应当有相应的安全保护人员巡逻，他们应当时刻注意施工现场的雷电环境，同时要注意定期检查避雷设备的实际使用情况以及定期维修。一般来说，再好的防护也会出现问题，所以在整个建筑落地之前应当先考量施工场地日后所处于的天气环境与地质环境，避免出现在过于频繁的雷电活动范围内，建筑配电房。6.2接地电力系统中的接地大致可以分为三种，一种是部分电力系统或电气设备需要接地后才能正常运