某大学供电系统设计

目录

第一章绪论 (1)

供配电设计的意义和要求 (1)

供配电设计必须遵循的一般原则 (2)

第二章供电系统分析 (4)

供电系统结构 (4)

供电系统要求 (4)

第三章10kv变电站的相关计算 (5)

NO1变电站的相关计算 (5)

变电站负荷计算、功率补偿 (5)

变压器的相关计算 (6)

第四章10KV线路相关计算 (9)

10KV电缆的选择及损耗 (9)

第五章35KV变电站相关参数计算 (11)

35KV变电站负荷计算、功率补偿 (11)

变压器TA负荷计算、功率补偿 (11)

变压器的相关计算 (12)

35KV线路计算与损耗 (13)

线缆的选择 (13)

35KV电缆线路功率损耗 (13)

第六章短路计算及断路器选择 (15)

35KV站短路计算 (15)

10KV电源进线的短路计算 (16)

10KV站短路计算与断路器的选择 (17)

第七章总结 (19)

参考文献： (20)

第一章绪论

供配电设计的意义和要求

在日常生活、工厂中，电能虽然是生产生活的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。但是如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。从另一方面来说，电能不光给我们的日常生活带来许多便利，更重要的是它已经成为我们赖以生存的必需品。

因此，做好供配电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，促进人类文明具有十分重要的意义。由于能源节约是供配电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好供配电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

供配电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和日常生活用电的需要，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、可靠在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足电能用户对供电可靠性的要求。

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、经济降低电力系统的投资和运行费用，并尽可能地节约有色金属的消耗量，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。

此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既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。

供配电设计必须遵循的一般原则

1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策。包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。

2）应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。

3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

关于负荷性质，按GB50052-95《供配电系统设计规范》规定，根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三级：

1、一级负荷中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。

2、二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；中断供电将影响重要用电单位的正常工作者。

3、三级负荷不属于一级和二级负荷电力负荷。

对一级负荷，应由两个电源供电。当一个电源发生故障时，另一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除应由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接应急供电系统。

对二级负荷，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电。当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电

缆应能承受100%的二级负荷。

第二章供电系统分析

供电系统结构

中国大多数用电设备均为电压等级，从高电压降到低电压，考虑电能损耗及经济性，采用逐级降压供电方式。目前中国城市供电电压等级一般为220/110/10/6kv或220/35/10/6kv。在多级电压供电网络中，为了既保证供电系统可靠性与安全性，又避免变压器与线路形成电磁环网进而产生电磁环流即功率损耗，供电系统应采用“闭环结构，开环运行”结构。供电系统的设计与运行，要实现安全、可靠、优质、经济的特性。

供电系统要求

供电系统有正常、故障、事故三种运行状态，要根据三种状态设计系统的结构与控制体系。

1.保证正常供电。即可采用一主一备、互为备用、双电源供电结构模式及桥式、分段或不分段母线式供电；在变压器低压侧进行无功补偿及配置相应的调压措施；装设仪器仪表实现电量与参数的计量与测量。

2.进行系统保护。供电系统配置完整的保护系统，从而实现在系统发生故障、事故时能自动、迅速、准确地切除故障，发出报警信号。

3.满足异常要求。系统元件能切除相应故障，并且当故障切除后，变压器与线路有一定的备用容量保证系统正常运行。

根据设计要求该本课程设计针对某大学校区供电系统设计。根据设计要求其供电区域符合属于二级负荷，要求不间断符合，所以提供的是双电源供电，一个35KV电源和一个10KV电源构成双电源。根据附表要求分别设有四个10kv变电站，一个35kv变电站，本系统采用放射式结构。

第三章 10kv 变电站的相关计算

基本关系式包括： 计算负荷：∑

∑

=P K

P p c ；∑

∑

=Q K Q C q ；2

2

c c c Q P S +=；N

c

c U S I 3= 变压器损耗：2

0???? ???+?=?N

C

K T S

S P P P ；N N C K

T S S S U I Q ????

?

???

????

?

??+=?2

0100%100% 功率因数：C

C

S P =

?cos 电容补偿：(

)

1

11c tan -tan ??''=P Q cc NO1变电站的相关计算

消防负荷不计入正常工作状态。由于是2级负荷需要双电源供电，所以负载分配问题，由于变压器负荷曲线，所以平均分配负荷可以使变压器损耗最小，即对变压器负荷进行配比，使有功负荷两边基本相等（无功靠补偿电容找平）。

10kv 变电站NO1站内安装1T 、2T 两个变压器，1T 带第一教学楼、第二教学楼，2T 带第三教学楼和第四教学楼，其中一台变压器出现故障时，另一台可以带NO1站全站负荷。 变电站负荷计算、功率补偿

1.变压器1T 低压侧负荷计算

有功功率：()()kw P C 5.48432025085.01=+?=

无功功率：()()var 32320018085.01k Q C =+?=

视在功率：()VA Q P S C C C k 30.5822

12

11=+=

2.无功功率补偿

补偿前低压侧功率因数：83.030

.5825

.484cos 1==

?

为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为，则需要补偿容量为:

()1

11c tan -tan ??''=P Q cc =?需要的单组三相电容器容量为96.161249.203=(kvar),选取型号三相电容器，则实际补偿量为：

2402012=?==N CC nQ Q (kvar),符合要求。

3.变压器2T 低压侧负荷计算

有功功率：()()kw P C 5.46734021085.01=+?=

无功功率：()()var 5.29720015085.01k Q C =+?=

视在功率：()VA Q P S C C C k 13.5542

12

11=+=

计算电流：N C c U S I 311==(A)

4.无功功率补偿

补偿前低压侧功率因数：84.013.5545.467cos 1==?

为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为，则需要补偿容量为:

()1

11c tan -tan ??''=P Q cc =?（）=（kvar ） 需要的单组三相电容器容量为05.9203.180=(kvar),选取

号三相电容器，则实际补偿量为：2002010=?==N CC nQ Q (kvar),符合要求。 变压器的相关计算

1.变压器的选择

安装两台变压器，任一台变压器的设计容量为任何一台变压器单独运行时，满足两个条件：

（1）满足全站总计算负荷的60%—70%的要求，即C N S S )7.0~6.0(=。 （2）满足全站一、二级负荷的要求，即)21(、C N S S ≥。

有功功率：=C P ?(250+320+210+340)=952(kw) 无功功率：=C Q ?(180+200+150+200)-440=(kvar) 视在功率：2

2

C C C Q P S +==(KVA)

查表选择变压器SC10-1250/10，变压器额定容量=N S 1250KVA,载损耗为

0P ?=1770W ，负载损耗为K P ?=8460W ，空载电流为%0I =，短路阻抗为 %K U =6。

变压器的实际容量为：

S T =—100

20

θav -)S N -T =?=。

变压器损耗计算及功率因数校验

变压器有功损耗：kw S S P P P N C K T 3.611250582.3046.81.772

2

101=??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

20.03kvar 10012501250582.3063.0100%100%22101=???????????? ???+=????

????????? ??+=?N N C K

T S S S U I Q

变压器高压侧有功功率：2c P =1c P +T P ?=+= 变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +T Q ?-cc Q =323+= 变压器高压侧视在功率：2

2222c c c Q P S +==

10kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的补偿电容器符合要求。 变压器损耗计算及功率因数校验

变压器有功损耗：kw S S P P P N C K T 3.431250544.1346.81.772

2

101=??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

kvar 49.1810012501250544.1363.0100%100%221

01=???????????? ???+=????

????????? ??+=?N N C K T S S S U I Q 变压器高压侧有功功率：2c P =1c P +T P ?=+=

变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +T Q ?-cc Q =297+= 变压器高压侧视在功率：2

22

22c c c Q P S +==

10kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的补偿电容器符合要求。 以同样的方法可以得到NO2、NO3、NO4变电站的相关数据。

表1 变电所计算数据

第四章 10KV 线路相关计算

10KV 电缆的选择及损耗

10KV 变电站所处的环境年平均气温15℃,导线额定负荷下最高允许的温度90℃，参考环境温度25℃。35KV 站至10KV 站间的距离取.

温度修正系数 θ

θθθθ0

al

0-K '

-=

al =

25

-9015

-90=

取土壤修正系数93.0e =K ；并列修正系数85.0=p K ；则敷设修正系

p e i K K ?=K =

计算实际载流量：al i C I K K I θ≤，al I 为电缆标准允许载流量。 1.NO1电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 81.5632.1795.983U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 91.66≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面25mm 2，允许载流量90A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：WL

C WL R I P 2

3==12.081.565.132

???= 无功损耗：74.15.191.081.563322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。 电缆的选择

通过电缆的计算电流：A 89.5932.1729.1037U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 54.70≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面25mm 2，允许载流量90A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：WL C WL R I P 2

3==91.05.189.5932

???=

无功损耗：94.189.5912.05.13322

=???==WL C WL X I Q kvar 3.NO3电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 32.1023.171880U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 52.120≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面70mm 2，允许载流量152A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：5.113.032.102332

2

???==WL C WL R I P =

无功损耗：76.45.109.032.1023322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。 4.NO4电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 73.7732.171504U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 55.91≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面35mm 2，允许载流量105A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：65.05.173.77332

2

???==WL

C WL R I P = 无功损耗：83.3113.05.173.773322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。

第五章 35KV 变电站相关参数计算

35KV 变电站安装一台变压器，TA 带各10kv 变电站1T 变压器的负荷，10KV 电源进线经开闭站后带2T 变压器负荷。

表2 各变电站

负荷情况

35KV 变电站负荷计算、功率补

偿

变压器TA 负荷计算、功

率补偿

1.变压器TA 低压侧

负荷计算

有功功率：=P （kw ） 无功功率：=Q （kvar ）

视在功率：=+=22Q P S 5045（KVA ）

计算电流：27.29110

34237.733=?=

=N

U S I （A ）

2.无功功率补偿

低压侧功率因数：1cos ?=

确定补偿容量：为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为

()

()36.0-65.04237.73tan -tan a 1

1?=''=“

??P Q cc =(kvar) 需要的单组三相电容器容量为6=,查附表一可知，选取BWF11-240-3三相电容器，则实际补偿量为：N cc Q Q n ==6?240=1440(kvar)，符合要求。

变压器的相关计算

1.变压器的选择

变电站内安装一台35KV 变压器。 有功功率：c P =P=， 无功功率：c Q ==

视在功率2

2

c c c Q P S +== ,SN>= Sc

查表选择变压器SC9-5000/35，变压器额定容量为N S =5000KVA ，空载损耗为

0P ?=8430W ，负载损耗为K P ?=22170W ，空载电流为%0I =，短路阻抗为 %K U =8。

变压器的实际容量：S T =—

100

20

θav -)S N -T =?=4700 KVA 2. 变压器TA 损耗计算及功率因数校验 变压器有功损耗：kw S

S P P P N

C

K T 1350004431.9122.178.432

2

0A =??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

427.23kvar 1005000

50004431.9184.0100%100%22

0A

=?

??????????? ???+=????

????

????

?

??+=?N N C

K T S S S

U I Q 变压器高压侧有功功率：2c P =c P +TA P ?=+31=，

变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +TA Q ?-cc Q =+= 变压器高压侧视在功率：2

'22

'2'

2c c c Q P S +==

35kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的电容器符合要求。

35KV 线路计算与损耗

35KV 变电站所处的环境年平均气温15℃,参考环境温度25℃。

东北方向8KM 处一个35KV 电压等级线路提供一个电源A ，其出口短路容量Sd=150MVA 。

温度修正系数θK =，取土壤修正系数Ke=,并列修正系数Kp=,则敷设修正系数Ki=Ke ?Kp=

温度修正系数 θ

θθθθ0

al

0-K '

-=

al =

25

-9015

-90=，取土壤修正系数93.0e =K ，

并列修正系数85.0=p K ，则敷设修正系数p e i K K ?=K =

实际载流量：al i I K K θ≤I C 线缆的选择

通过电缆计算电流：A U S I N

T c 53.7735

347003=?=

?=

，

电缆标准允许载流量：A I al 32.91≥

查表可知，选择35kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面50mm 2，允许载流量128A ，电缆阻抗+Ω/km 。 35KV 电缆线路功率损耗

电源A 距离35KV 变电站8KM

有功损耗：WL C WL R I P 2

3=36.66810

46.053.7733

2=????=-(kw) 无功损耗：44.15810107.053.7733322

=????==-WL C WL X I Q (kvar)

第六章 短路计算及断路器选择

计算所需公式：

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*； 线路阻抗标幺值：20*

d

d

L

U S l X X =； 变压器阻抗标幺值：N

d

K T

S S U X 100%*

=

短路电流标幺值：**

1

K

K X I =

； 电压级的基准电流：d

d

d U S I 3=

； 短路电流：*

K d K I I I =，

冲击短路电流：()k K sh I i 84.1~55.2.=； 短路容量：*K

d

k X S S =

取基准容量d S =100MVA ，3个电压等级的基准电压分别为1d U =37kV ，2d U =，

3d U =。相应的基准电流为1d I 、2d I 。

35KV 站短路计算

A 路35KV 高压侧短路计算：

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*=100/150= 线路阻抗标幺值：063.0371008107.02

2*

=??==d d wa wa

U S X X 短路阻抗标幺值：*

**

wa

SA KA X X X +==+= 短路电流标幺值：*

KA I =1/*KA X =

短路电流有名值：KA I =

*

1

3KA d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：1K S =*KA

d X S = 35KV 低压侧短路计算： 变压器阻抗标幺值：69.15000

1010010043.8100%3**=??===N d K TB

TA

S S U X

X

短路电阻抗标幺值：

42.269.103.067.0*

***

=++=++=TA wa S K X X X X 短路电流标幺值：*2K I =1/*

2K X = 短路电流有名值：2K I =

*

22

3K d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：2K S =

*2

K d

X S = 查表可知：35KV 高压侧断路器选择LN2-35I/1250-16，低压侧选择ZN3-10/630-8

10KV 电源进线的短路计算

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*=100/75= 线路阻抗标幺值：29.05.101005107.02

2b

*

b =??==d d w w U S X X 短路阻抗标幺值：*b **w SA KA X X X +==+=

短路电流标幺值：*

KA I =1/*KA X =

短路电流有名值：KA I =

*

1

3KA d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：1K S =*KA

d

X S = 查表可知：可选ZN3-10/断路器。

经比较35KV 和10KV 电源进线的短路电流有名值，得知10KV 进线短路电流较大，所以在选择35KV 出线处与10KV 进线的联络柜处的断路器应按照10KV 进线处的短路电流选取，即选择ZN3-10/断路器。

10KV 站短路计算与断路器的选择

NO1站10kv 高压侧短路计算

线路1WL 的阻抗标幺值：*1WL X =2

21/d d WL U S X =?210.5=，

短路点阻抗标幺值：

*

1K X =*K X +*

1WL X =， 短路电流标幺值：*1K I =1/*1K X =， 短路阻抗有名值：1K I =

*

12

3K d d I U S =， 冲击电流：1k sh i ?=1K I =? kA 短路点短路容量：1K S =*1

K d

X S =

断路器的选择

I>=I=S/*Ud2)=

表3 断路器的选择

以同样的方法可以确定NO2、NO3、NO4的短路计算数据以及断路器的选择。

表4 计算结果与断路器选型

第七章总结

本次课程设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在此次设计中，我综合运用所学知识，认真执行“供配电系统设计规范”、“10kV及以下变电所设计规范”等相关书籍，注重理论联系实际。在靖老师的耐心指导下，完成了某大学供配电系统设计，培养了综合运用基础知识和技能解决实际问题的能力，初步掌握了工程设计的方法，为将来的工作奠定了基础。