毕业论文(某小区供配电设计)
广西机电职业技术
配电设计
题目某小区供配电设计
作者第一组
系部建筑工程系
专业楼宇智能化工程技术
指导教师张国伟
二〇〇一四年六
目录
第一章概述 (3)
工程概述 (3)
供配电设计一般原则 (3)
本设计负荷分级 (4)
负荷统计 (5)
第三章无功补偿及变压器的选择 (8)
无功补偿的目的 (8)
无功功率 (8)
供电部门对平均功率因数的要求 (8)
无功补偿方法 (8)
无功补偿装置的选择 (8)
无功补偿初步计算 (10)
变压器的选择 (10)
电力变压器的台数和容量选择 (10)
变压器的选择 (12)
配电房方案选择 (12)
箱式变电站 (12)
变压器的选择 (13)
变压器方案的确定 (13)
压器方案选定过程 (13)
电能计量方式 (17)
第五章主线路线型及主要柜体的选择 (18)
主线路线型选择 (18)
导体材料的选择 (18)
普通电缆绝缘材料及护套选择 (19)
各主线路的计算电流 (22)
个主线路线型选择 (23)
主要高压开关柜的选择 (25)
高压成套装置 (25)
预装式变电站高压单元常用成套装置 (25)
交流高压负荷开关 (25)
高压断路器 (26)
本设计负荷开关柜的选择 (26)
低压成套开关设备和控制设备 (26)
低压断路器 (27)
开关、隔离开关及熔断器组合电器 (27)
第六章短路电流及保护电器的选择 (28)
短路电流计算概述 (28)
短路的类型 (28)
主电路短路电流的计算 (28)
第八章防雷接地系统设计 (29)
接地系 (29)
接地的分类 (29)
本设计接地系统选择 (30)
等电位联结 (30)
等电位联结的作用 (30)
等电位联结的分类 (30)
建筑物的防雷分类 (31)
第一章概述
工程概述
某住宅小区共有32栋楼房，其中电梯房2座，18层高，每层4户；楼房25栋，7层高，每层6户；别墅5座，三层楼高；1个面积约为1000㎡的停车场。10KV电网供电，容量为8000KVA。设总负荷的需用系数为，自然功率因数为。各类负荷的需用系数为，自然功率因数为。10KV系统在变压器端子的短路容量为100MVA。在小区中设置10/（）KV的变电所，安装变压器和控制开关，要求每栋楼能分别控制，小区配有照明系统，消防系统。
供配电设计一般原则
按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv 及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行供配电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家的有关规定及标准，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）安全可靠、先进合理；
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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；
应根据工作特点、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，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响
到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
本设计设计内容
（1）系统概况说明；
（2）负荷统计；
（3）功率因数补偿；
（4）选择变压器；
（5）确定供配电系统接线方案；
（6）选择主要配电线路线型；
（7）选择开关、电流互感器等主要供电设备；
（8）计算低压母线和其他各点的短路电流；
（9）整定低压总开关和其他开关的保护装置；
（10）继电保护回路；
（11）完成供电系统图及继电保护回路图。
第二章负荷统计
本设计负荷分级
本设计中两栋高层建筑的消防用电、应急照明、客梯电力、变频调速（恒压供水）生活水泵、排污泵属于一级负荷，其他负荷属于三级负荷。
对小区配电采用双回路供电来保证小区中一级负荷的需求，并可以此增加整个楼盘的卖点。
负荷统计
近几年来，随着人民生活水平的不断提高，大量的家用电器进入居民家庭，居民家庭生活用电量增长迅速，对电能的需求提出了更高的要求。
根据工程特点、规模和发展规划正确处理近期和远期发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当考虑发展的可能的基本设计要则，本设计中除别墅外所有住户按6KW计算，别墅和停车场按8KW计算。考虑到实际中一般家庭最高同时用电可能达到，所以考虑住户需用系数最低不低于。
在方案预估中使用需用系数法求计算负荷，具体小区负荷统计如下表：
用电单位设备名称设备容量
Pe/kW
需用系数功率因数
cosф
有功计算
负
荷Pc/kW
无功计算
负荷
Qc/kvar
视在计算
负荷
Sc/kVA
高层住宅
A座B座
864432540生活水泵
#A #B
3021
排污水泵
#A #B
12
客运电梯
A B
34
消防电梯
A B
34
楼道照明
10
A B
63003150
多层住宅
#1-#25
10
楼道照明
1-25
别墅区
40322440（5座）
101110010停车场
照明
1512915公共电力
负荷
总
记
注：上表中高层住宅用户按6kW一户计算。
2（栋）*18（层/每栋）*4（户/每层）*6（千瓦/每户）=864千瓦多层用户按6kW一户计算。
25（栋）*7（层/每栋）*6（户/每层）*6（千瓦/每户）=6300千瓦别墅用户按8kW一户计算。
5（栋）*8（千瓦/每户）=40千瓦
客运电梯和消防电梯一般为15---20kW每座，本设计按17kW每座计算。
4（座）*17（千瓦）=68千瓦
生活水泵一般为10---20kW每台，本设计按15KW每台计算。
2（台）*15（千瓦/每台）=30千瓦
排污水泵一般为3---15kW每台，本设计按6KW每台计算。
2（台）*6（千瓦/每台）=12千瓦
高层住宅的楼道照明采用25W的白炽灯，每层左右各一只。
2（栋）*18（层/每栋）*2（个/每层）*25（瓦/每只）=千瓦多层住宅的楼道照明采用15W的白炽灯，每单元每层一只。
25（栋）*3（单元/每栋）*7（层/每单元）*1（个/每层）*15（瓦/每只）=千瓦
停车场设计为地下大型停车场加地上零散停车位组成，地下停车场面积大约按1000平方米计算，每平方米的负荷密度一般为8---15W，本设计取负荷密度为10W进行计算。
1000（平方米）*10（瓦/每平方米）=10千瓦
公用电力负荷如路灯、物业公司办公室、值班岗亭等，公用电力负荷按15kW 计算。（住宅的公用照明及公用电力负荷需要系数一般按取）
综上总结得出补偿前负荷总和为，有功功率为,无功功率为，视在计算负荷为。
根据计算公式：cosф=Pc/Sc，可以得出总功率因数大概为。
需要进行下一步无功功率补偿来提高系统总功率因数达到目标功率因数，以使变压器高压侧的功率因数达到从而达到供电部门的要求。
第三章无功补偿及变压器的选择
无功补偿的目的
无功功率
许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。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，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
供电部门对平均功率因数的要求
供电部门一般要求用户的平均功率因数达到以上。
当用户的自然功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以进一步提高用户的功率因数以达到要求。
无功补偿方法
无功补偿装置的选择
电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。
1、同步电机：
同步电机中有同步发电机、同步电动机及同步调相机三种。
（1）同步发电机：
同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：
发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的“进相运行”，以吸收系统多余的无功。
（2）同步调相机：
同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。
2、并联电容器：
并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发送无功功率。
并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。
3、静止无功补偿器：
静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿，对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。
4、静止无功发生器：
静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过
电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。
与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。
无功补偿初步计算
根据第二章总结得出：
补偿前负荷总和为，有功功率为,无功功率为，视在计算负荷为。
根据计算公式：cosф=Pc/Sc
得出总功率因数大概为
根据计算公式：=Pc(tanф-tanф`)
可以得出初步计算无功补偿容量大概为
补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压侧的功率因数达到。
初步计算如下表所示
有功计算负荷排Pc/kW 无功计算负荷
Qc/kvar
视在计算负荷
Sc/kVA
功率因数
cosф
无功补偿前
无功补偿后
综上可总结出无功补偿后视在计算负荷为，推算出无功补偿后的功率因数为，满足补偿后目标功率因数。
变压器的选择
电力变压器的台数和容量选择
35KV主变压器台数和容量选择
1、变压器的台数和容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量、运行方式和企业发展等因数综合考虑确定。
一般采用三相变压器，其容量可按投入运行后5---10年的预期负荷选择，至少留有15%---25%的裕量。
2、有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器。当在技术经济上比较理想时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。
3、装有两台及以上主变压器的变电所中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户的一、二级负荷，且不应小于60%的全部负荷。
6、变电所两台或多台主变压器应经济运行。
变压器台数应根据负荷特点和经济运行选择，当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：
（1）有大量一级或二级负荷；
（2）季节性负荷变化较大；
（3）集中负荷较大。
3、变压器容量应根据计算负荷选择。对昼夜或季节性波动较大的负荷，供电变压器经技术经济比较，可采用容量不一致的变压器。
4、在一般情况下，动力和照明宜共用变压器，属下列情况之一时，可设专用变压器；
（1）照明负荷较大，或动力和照明共用变压器由于负荷变化引起的电压闪变或电压升高，严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。
（5）当季节性的负荷容量较大时（如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷），可设专用变压器。
电力变压器的过负荷能力
1、正常过负荷
电力变压器在运行中，其负荷总是变化的，不均匀的。就一昼夜来说，大部分时间的负荷都低于最大负荷，而变压器容量又是按最大负荷选择的，因此，从维持变压器使用年限不变条件来考虑，变压器在必要时完全可以过负荷运行。
2、事故过负荷
电力变压器在事故情况下（例如并列运行的两台变压器因故障切除一台时），允许短时间较大幅度地过负荷运行，而不论故障前负荷情况如何，但运行时间不得超过规定的时间。
变压器的选择
配电房方案选择
本设计中无功补偿后的视在计算负荷为，考虑到节能和留有余量，变压器的负载率一般取70%---85%，本设计中拟取负载率80%，则变压器的总容量大概应为。
可有两个方案：
1、在小区负荷中心的空地或建筑中建立专门的配电房，将所有变压器统一放置在配电房中，集中变配电。
2、在小区中设置多个箱式变电站，分区供配电。
由于本设计中的小区负荷面积比较大，采用小区配电房进行统一变配电将会造成较大的线路损耗，且这样会增加比较高昂的线材预算，而且在空地上建立专门的配电房还需国土部门审核才能建立；在已规划建筑内建立配电房，固定的空间使变压设备之间符合安全电气间隔比较难。
所以本设计拟采取使用五个内含变压器容量为1000kVA的箱式变电站或八台内含变压器容量为630kVA的箱式变电站。
箱式变电站
箱式变电站是一种将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备，即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站
之后崛起的一种崭新的变电站。
变压器的选择
户外型预装式变电站一般采用S9或S7油浸式电力变压器；户内型预装式变电站按设计规范一般配树脂绝缘干式电力变压器，而紧凑节能小型预装式变电站配用的是S9型派生系列产品。波纹壁油箱，无油枕，带有空气层的全密封低损耗的专用变压器，高低压进出线在箱体的一侧与高低压设备连接，其余三面外露，这种配合方式散热条件好，结构紧凑造价低。组合式箱变配用的变压器是按原装结构装于箱内，再与高低压设备连接拼装组合。
根据本设计中的各种条件，考虑到安全、经济、寿命等方面，选择S9-M型全密封电力变压器作为本设计中箱变的变压器部分。
变压器方案的确定
压器方案选定过程
由于采用箱式变电站（预装式变电站）来解决配电，无功补偿决定采用并联电容器低压集中补偿方案，根据每座箱式变电站具体所带负荷来确定最终投放并联电容器的容量及组数。
1#变压器负责多层住宅1---5栋的配电:
具体负荷有：1---5栋的住户用电，楼道照明用电，及各自的排污泵用电，按照第二章负荷统计中的数据，直接引入各自的有功计算负荷如下：
1---5栋的住户：126KW*5=630kW
1---5栋楼道照明：*5=
1---5栋排污泵：*5=21kW
总有功计算负荷为：630kW++21kW=
各自的无功计算负荷如下：
1---5栋的住户：*5=
1---5栋排污泵：*5=
总无功计算负荷为：+0kvar+=
各自的视在计算负荷如下：
1---5栋的住户：*5=
1---5栋楼道照明：*5=
1---5栋排污泵：*5=
总视在计算负荷为++=
根据计算公式：cosф=Pc/Sc，可以得出总功率因数大概为。
根据计算公式：=Pc(tanф-tanф`)，可以得出1#变压器需要无功补偿容量约为。
根据查找一系列资料，对比各种并联电容器及无功补偿柜，最终决定选用PGJ2型无功功率自动补偿屏，该型产品可根据系统感性无功量的多少自动以循环工作方式投切电容器，使系统的无功消耗保持到最低状态，从而提高电网电压质量、减少系统和变压器的损耗。
1#变压器所选定的PGJ2-143型无功功率自动补偿屏使用的电容器为自愈式低压并联电力电容器，型号为，额定容量为14kvar，总电容量为279uF，额定电流为20A。
型号是否带
控制器总容量
（kvar）
单台电容器
容量（kvar）
路数屏宽
PGJ2-143带224148*21000经过无功补偿后的1#变压器所带负荷的参数为
有功计算负荷排Pc/kW 无功计算负荷
Qc/kvar
视在计算负荷
Sc/kVA
功率因数
cosф
无功补偿前
无功补偿后
按照拟采用800kVA的电压器，按负荷率80%算，可负担640kVA的负荷，显
然不够用。最后确定1#变压器容量为1000kVA，按负荷率80%算,可负担800kVA 的负荷，而1---5栋总视在计算负荷只有，留下了充足的裕量，为以后增加负荷提供了基础。变压器具体型号为S9-M-1000/10型变压器。
2#变压器负责多层住宅6---10栋的配电，3#变压器负责多层住宅11---15栋的配电，4#变压器负责多层住宅16---20栋的配电，5#变压器负责多层住宅21---25栋的配电。
如1#变压器箱变的无功补偿计算和变压器容量选定一样，可以确定2#3#4#5#箱变的无功补偿采用PGJ2-143型无功功率自动补偿屏，补偿容量224kvar，2#3#4#5#箱变选用容量为1000kVA的S9-M-1000/10型变压器。
6#变压器负责高层住宅AB栋的配电、别墅区的配电、停车场及公共用电的配电。
具体负荷有：AB栋的住户用电，楼道照明用电，排污泵生活水泵用电，各自客梯及消防电梯的用电，别墅区住户用电，停车场用电及公共用电，按照第二章负荷统计中的数据，直接引入各自的有功计算负荷如下：
AB栋的住户：216kW*2=432kW
AB栋楼道照明：*2=
AB栋生活水泵：*2=21kW
AB栋排污泵：*2=
AB栋客运电梯：*2=
AB栋消防电梯：*2=
别墅区的住户：*5=32kW
停车场用电：10kW
公共用电：12kW
总有功计算负荷为：432kW++21kW++++32kW+10kW
+12kW=
各自的无功计算负荷如下：
AB栋的住户：*2=
AB栋楼道照明：0kvar
AB栋生活水泵：*2=
AB栋排污泵：*2=
AB栋客运电梯：*2=
AB栋消防电梯：*2=
别墅区的住户：*5=24kvar
停车场用电：0kvar
公共用电：9kvar
总无功计算负荷为：+0kvar++++
+24kvar+0kvar+9kvar=
各自的视在计算负荷如下：
AB栋的住户：270kVA*2=540kVA
AB栋楼道照明：*2= kVA
AB栋生活水泵：*2=
AB栋排污泵：*2=
AB栋客运电梯：*2=
AB栋消防电梯：*2=
别墅区的住户：8kVA*5=40kVA
停车场用电：10kVA
公共用电：15kVA
总视在计算负荷为: 540kVA+++++
+40kVA+10kVA+15kVA=
根据计算公式：cosф=Pc/Sc，可以得出总功率因数大概为。
根据计算公式：=Pc(tanф-tanф`)，可以得出6#变压器需要无功补偿容量约为。
根据查找的资料，对比各种并联电容器及无功补偿柜，最终决定选用和1#2#3#4#5#箱变一样的PGJ2型无功功率自动补偿屏。
6#变压器所选定的PGJ2-137型无功功率自动补偿屏使用的电容器为自愈式低压并联电力电容器，型号为，额定容量为20kvar，总电容量为398uF，额定电流为29A。
型号是否带
控制器总容量
（kvar）
单台电容器
容量（kvar）
路数屏宽
PGJ2-137带2002010800经过无功补偿后的6#变压器所带负荷的参数为
有功计算负荷排Pc/kW 无功计算负荷
Qc/kvar
视在计算负荷
Sc/kVA
功率因数
cosф
无功补偿前
无功补偿后
按照拟采用800kVA的电压器，按负荷率80%算，可负担640kVA的负荷，实际上6#变压器所带的总视在计算负荷只有，留下了充足的裕量，为以后增加公共耗电设施，物业管理用电负荷都提供了基础。变压器具体型号为S9-M-800/10型变压器。
电能计量方式
本设计住宅用电计费，采用一户一表制的分户计量方式。公共用电按电能分配的形式分配至各户的计量表上，为便于查表每户的电能计量采用将户电表统一集中在首层电表箱内，表箱安装便于查表易于操作的地方。每户户内可以安装终端配电箱。为防止电气线路发生故障时零线可能带电，一般情况下每户电表后的入户线的保护电器，应安装单向双极断路器，进入户内的单相交流电源线的相线和零线从断路器的下端分至户内配电箱。从集中电表箱至各户采用放射式配电，为以后实现采用自动检查、计量、收费方式创造条件。在线路敷设方面，应重视
管线的一次到位问题，特别是暗敷线路，应考虑发展的需要，留有余量，线径适当选大些。各户电能表选用DD862-4-10型，最大电流为40A，楼梯用电选用DD862-4-5型，最大电流为20A，均符合本设计要求。
备用电源
备用柴油发电机组：
10kV专用架空线路为主电源，快速自起动型柴油发电机组做备用电源。
用于附近只能提供一个电源，若得到第二个电源需要大量投资时，经技术经济比较，可采用此方式供电。宜注意：
1与外网电源间应设机械与电气连锁，不得并网运行。
2避免与外网电源的计费混淆。
3在接线上要具有一定灵活性，以满足在正常停电（或限电）情况下能供给部分重要负荷用电。
链式：
特点与树干式相似，适用于距配电屏较远而彼此相距又较近的不重要小容量用电设备。
链接的设备一般不超过5台、总容量不超过10kW。供电给容量较小用电设备的插座，采用链式配电时，每一条环链回路的数量可适当增加。
第五章主线路线型及主要柜体的选择
主线路线型选择
导体材料的选择
用作电线电缆的导电材料，通常有铜和铝两种。铜材的导电率较高，20℃时的电阻率ρ为*10-6Ω.cm，铝线芯20℃时的电阻率为铜的倍；载流量相同时，铝线芯截面约为铜的倍。采用铜线芯损耗比较低，铜材的机械性能优于铝材，延展
性好，便于加工和安装。抗疲劳强度约为铝材的倍。但铝材比重小，在电阻值相同时，铝线芯的质量仅为铜的一半。
1、导体材料应根据负荷性质、环境条件、市场货源等实际情况选择铜芯或
铝芯。
2、下列场合不应采用铝芯线缆：
(1)需要确保长期运行中连接可靠的回路，如重要电源、重要的操作回路及二次回路、电机的励磁回路等；
(2)移动设备的线路及震动场所的线路；
(3)对铝有腐蚀的环境；
(4)高温环境、潮湿环境、爆炸及火灾危险环境；
(5)应急系统及消防设施的线路；
(6)工业及市政工程、户外工程的布电线（分支配电线）。
3、下列场合不宜采用铝芯线缆：
(1)非熟练人员容易接触的线路，如公共建筑与居住建筑；
(2)线芯截面6mm2及以下的电缆。
4、下列场合应采用铝导体：
(1)对铜有腐蚀而对铝腐蚀相对较轻的环境；
(2)氨压缩机房。
5、下列场合宜采用铝导体：
(1)架空输电线路；
(2)较大截面的中频线路。
普通电缆绝缘材料及护套选择
1、聚氯乙烯（PVC）绝缘电线、电缆。线芯长期准许工作温度70℃，短路热稳定允许温度300 mm2及以下截面为160℃，300 mm2以上为140℃。
1）聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆有1KV及6KV两级，与油浸纸绝缘电缆相比主要优点是制造工艺简便，没有敷设高差限制，重量轻，弯曲性能好，接头制