某市商住小区10kV配变电所电气设计.doc

1、扬州大学水利与能源动力工程学院本科生课程设计题 目：某市商住小区 10kV 配变电所电气设计课 程： 供配电工程 专 业： 建筑电气与智能化 班 级： 学 号: 姓 名： 指导教师： 完成日期： 13总 目 录第一部分：任务书第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸14第 一 部 分任务书151题 目某市商住小区 10kV 配变电所电气设计2原始资料2.1 工程概况某住宅小区占地 15 万平方米。建有 3 单元 6 层住宅楼（底层为车库）12 幢，每幢 30户；建有 2 单元 12 层住宅楼（底层为泵房车库，顶层为电梯间）6 幢，每幢 80 户。沿街门面 3000m2 及小区管理用房 500m

2、2。2.2 负荷资料居民生活负荷：每 户 负 荷 容 量 4kW。 Kd=0.65（ 30 户 ） 、 0.50（ 60 户 ） 、 0.45（ 80 160 户 ） ，cos =0.85。小高层每幢 4 部电梯，每部容量 12kW。K d=0.7， cos =0.7。每单元楼道应急照明负荷 1.63.2 kW（小高层） 。K d=0.8，cos =0.9。小高层每幢水泵房设备：消火栓泵 2 台（一用一备） ，每台容量 22kW。生活水泵 2 台（一用一备） ，每台容量 7.5kW。排水泵 2 台，每台容量 1.5kW。K-d=0.8，cos =0.8。营业照明负荷： 沿街门面正常照明及分体空

3、调负荷按 50W/m2 计。cos =0.85。 小区管理用房正常照明及分体空调负荷按 40W/m2 计。cos =0.85。注：备用设备容量不计，发生火灾时才用的消防用电设备容量不计入总负荷。考虑变电所用电 15kW，cos =0.85。各用电设备的负荷等级及其配电要求根据规范确定。2.3 供电条件（1）供电部门可提供双回路 10kV 电源，一用一备。（2）电源 1 进线处三相短路容量 110MVA，进线电缆长约 100 米。电源 2 进线处三相短路容量 120MVA，进线电缆长约 110 米。（3）采用高供低计，居民生活计量一户一表，安装于楼道处。其他负荷计量点设于变电所低压侧。第一柜为进

4、线隔离柜。（4）考虑二期工程，预留一路 10kV 电源出线备用，负荷容量 400kVA。（5）配变电所采用独立式，位于小区中心位置，无人值班。低压最大供电距离250m。2. 4 其他资料。当地年最高气温为 38，年平均气温为 25，年最低气温6，年最热月平均最高气温为 33，年最热月平均气温为 27，年最热月地下 0.8m 处平均温度为 25。当地年雷暴日数为 26 天。当地海拔高度为 120m，土壤电阻率 100m 。3具体任务及技术要求本次课程设计共 1.5 周时间，具体任务与日程安排如下：第 1 周周一：布置设计任务，熟悉有关资料，负荷计算、主变压器选择。周二：供电一次接线方案确定，短路

5、计算。周三：进出线电缆及开关设备选择计算。周四：设计绘制变电所高压电气系统图。周五：设计绘制变电所低压电气系统图。16第 2 周周一：设计绘制变电所电气平面布置图及变电所接地平面布置图。周二：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。周三：整理打印设计报告，交设计成果。要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成 10kV 变配电所的电气设计。设计深度应达到扩大初步设计要求，制图应符合国家规范要求。4实物内容及要求课程设计报告由设计任务书、设计报告正文、设计图纸三部分组成，并有封面、目录，装订成册。4.1 设计报告正文内容包括：（1）负荷等级确定与供电电

6、源（2）负荷计算与无功补偿（3）配变电所所址选择与结构型式（4）变压器类型、台数及容量选择（5）配变电所电气主接线设计（6）短路计算与电气设备选择校验（7）进出线电缆选择校验（8）配变电所电气装置布置（9）配变电所接地装置布置（10）参考文献设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。设计报告正文采用 A4 纸打印。4.2 设计图纸包括：（1）配变电所高压电气系统图（1 张 A3）（2）变电所低压电气系统图（1 张 A3 加长）（3）配变电所电气平面布置图（1 张 A3）（4）配变电所接地平面布置图（1 张 A3）设计图纸绘制的一般

7、要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。设计图纸采用 A3 图纸 CAD 出图。5参考文献1 中国计划出版社编注册建筑电气工程师必备规范汇编北京：中国计划出版社，中国建筑工业出版社，20032 易立成编 注册电气工程师(供配电) 执业资格考试强制性标准摘编北京：中国电力出版社，20043 翁双安主编.供电工程. 北京：机械工业出版社，20044 中国航空工业规划设计研究院等编工业与民用配电设计手册（第 2、3 版） 北京：中国电力出版社，1994、20055 北京照明学会设计委员编建筑电气设计实例图册北京：中国建筑工业出版社，1998，2000，20

8、02176 孙成群主编民用建筑电气设计资料集办公住宅北京：知识产权出版社，20027 朱林根主编21 世纪建筑电气设计手册北京：中国建筑工业出版社， 20018 戴瑜兴等编民用建筑电气设计数据手册北京：中国建筑工业出版社，20039 中元国际工程设计研究院编电气设计 50北京：机械工业出版社 ，200510 本书编委会编建筑电气设备选型（2001 版，2002 版，20032004 版） ，北京：中国建筑工业出版社，2001，2002，200311 刘江主编建筑电气设备选型北京：中国建筑工业出版社，200312 朱林根主编现代住宅建筑电气设计北京：中国建筑工业出版社 ，200413 全国电气文

9、件编制和图形符号标准化委员会编电气简图用图形符号标准汇编北京：中国标准出版社，200114 全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编电气制图及相关标准汇编北京：中国标准出版社，200115 高低压电器最新产品技术样本等6任务书写于 2014 年 5 月 26 日7完成期限 2014 年 5 月 27 日至 6 月 5 日8学生任务分配9指导教师：李世博18第 二 部 分课程设计报告19目 录1 负荷等级确定与供电电源.（20）1.1 负荷等级确定.（20）1.2 供电电源.（20）2 负荷计算与无功补偿.（22）2.1 负荷计算.（22）2.2 无功补偿（24）2.3 总计算负荷（25）3 变

10、（配）电所所址选择与结构型式.（27）3.1 所址选择（27）3.2 结构型式.（27）4 变压器类型、台数及容量选择.（28）4.1 变压器类型选择.（31）4.2 变压器台数选择.（34）4.3 变压器容量选择.（35）5 变（配）电所电气主接线设计.（35）5.1 高压系统电气主接线设计.（36）5.2 低压系统电气主接线设计.（36）5.3 低压配电网的接线形式.（37）6 短路计算与电气设备选择校验.（38）6.1 短路电流计算.（39）6.2 高压电气设备选择校验.（39）6.3 低压电气设备选择校验.（40） 7 进出线电缆选择校验.（41）7.1 高压进线电缆选择校验.（42）

11、7.2 高压出线电缆选择校验.（43）7.3 低压出线电缆选择校验.（44）参考文献.（45）201 负荷等级确定与供电电源1.1 负荷等级确定本工程电梯，应急照明，泵房负荷为二级负荷，其余为三级负荷。本工程用电设备负荷等级确定见下表。负荷等级确定序号 用电设备名称 负荷等级1 用户负荷 32 电梯负荷 23 应急照明 24 消火栓泵 25 生活水泵 26 排水泵 27 沿街门面 38 小区管理用房 31.2 供电电源（内容：说明根据设计规范，本用户采用的供电电源与电压等级；各级负荷用电设备采用的供电措施。 ）本工程两路电源供电，一用一备，两台变压器供电。低压配电电压为220/380V,电源引

12、自变配电室，变配电室电气参见当地有关部门施工图纸。低压配电柜进线采用 YJV 电力电缆埋地引入，埋深为室外地坪下-0.7m，穿钢管保护，同时做好防水处理。电力变压器的型号：SC（B）10 型树脂绝缘干式电力变压器(SCB101600/10)技术参数：电压等级：10KV容量范围：302000KVA21调压方式：无励磁调压或有载调压（配真空或空气有载开关）分接范围：5%或2X2.5% 频率：50Hz 或 60Hz相数：三相联接组别：Yyn0；Dyn11；Yd11 或其它短路阻抗：标准阻抗或用户要求使用环境：相对湿度 100%，环境温度不高于 40温升限值：100K冷却方式：自冷（AN）或风冷（AF

13、）防护等级：IP00；IP20（户内） ；IP23（户外）绝缘等级：F 级绝缘水平：10KV 级工频耐压 35KV、冲击耐压 75KV；（另起一页）222 负荷计算与无功补偿2.1 负荷计算（内容：说明负荷计算方法及公式，列表计算各低压配电干线的计算负荷、无功补偿前低压母线计算负荷。 ）按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式如下:有功计算负荷(kw) Pc = Kd Pe无功计算负荷(kvar) Qc= Pc tan视在计算负荷(kVA) Sc= Pc / cos计算电流(A) ncUI3配电系统简图各低压配电干线的计算负荷23242.2 无功补偿（内容：说明无功补偿方式，计算无功补

14、偿容量，选择无功补偿装置。 ）变电所负荷计算25无功补偿 )tan(. PQcr变压器 T1 无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器 T1 Pc/kW Qc/kvar Sc/kVA Ic/A cos补偿前低压母线计算负荷 812 838.9 1167.5 1823.5 0.70补偿容量 QN.C/kvarQN.C=1155tan(arccos0.84)tan(arccos 0.92 ) 254实际取 20 组25 kvar=500kvar-250补偿后低压母线计算负荷 812 338.9 879.9 1336.8 0.92变压器 T1 无功补偿后低压母线计算负荷计算点变压器 T2 Pc/kW

15、Qc/kvar Sc/kVA Ic/A cos补偿前低压母线计算负荷 700.2 544.7 887.1 1348.4 0.70补偿容量 QN.C/kvarQN.C=995tan(arccos0.83)tan(arccos 0.92 ) 243.1实际取 10 组25 kvar=245kvar-250补偿后低压母线计算负荷 700.2 294.7 759.7 1154.2 0.92本工程采用补偿方法为低压集中补偿，补偿装置为并联电容器。2.3 总计算负荷（内容：计算无功补偿后低压母线计算负荷，计算变压器功率损耗，计算高压进线计算负荷。 ）26（另起一页）273 变（配）电所所址选择与结构型式3

16、.1 所址选择电力变压器是供电系统的关键设备，并影响电气主接线的基本形式和变电所总体布置形式。供配电系统设计时，应经济合理地选择变压器的形式、台数及容量，并使所选择变压器的总费用最小。本工程为商住小区设计，配电室位于小区中心位置，故采用 SCB10 型三相双绕组干式变压器，联结组标号 Dyn11，无励磁调压，电压比 10（1 5%）/0.4kV。考虑到与开关柜布置在同一房间内，变压器防护外壳等级选用 IP2X。SCB10 型干式变压器符合 GB20052-2006三相变压器能有效限定值及节能评价值的要求。3.2 结构型式变压器型式选择是指确定变压器的相数、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组标号、

17、调压方式等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。对干式变压器，通常还根据其布置形式相应选择其外壳防护等级。变压器的台数和容量一般根据负荷等级、用电设备和经济运行等条件综合考虑确定。（另起一页）284 变压器类型、台数及容量选择4.1 变压器类型选择变压器类型选择见表 4-1。表 4-1 变压器类型选择序号 类 型选择结果 依 据1 变压器相数 三相 用户变电所一般采用三相变压器2 变比及调压方式 无励磁调压 由较高电压降至最末级配电电压，采用无励磁调压3 绕组型式 双绕组 用户配电系统大多采用双绕组4 绝缘及冷却方式 带风机冷却并配置温控仪自动控制 干式变压器防火，风冷可提高干式变

18、压器的过载能力5 外壳防护等级 IP23 阻止异物兼具防止与垂直线成 60 度以内的水进入，适合户外6 联结组 Dyn11 有利于接地故障切除7 型 号 SCB104.2 变压器台数选择选择两台变压器，因为有较多的三级负荷和二级负荷。4.3 变压器容量选择总的视在功率为 1845.2Kvar，所以选择两台功率为 1250Kvar 的变压器所选变压器其他技术参数见表 4-3。4-3 变压器技术参数变压器全型号原边额定电压/kV副边额定电压/kV原边额定电流/A副边额定电流/A空载损耗/kW负载损耗/kW空载电流阻抗电压外形尺寸长宽高/mmT1 SCB10-1250/10 10 0.4 72.2

19、1804.2 2.03 11.00 0.9 6 1760*1120*1940T2 SCB10-1600/10 10 0.4 72.2 1804.2 2.03 11.00 0.9 6 1760*1120*1940295 变（配）电所电气主接线设计5.1 高压系统电气主接线设计（内容：通过多个方案比较，确定本工程高压系统电气主接线形式。绘制简图比较，并说明选择的高压开关柜类型及其用途，考虑电能计量方式、所用电与操作电源的取得。 ）5.2 低压系统电气主接线设计（内容：通过多个方案比较，确定本工程低压系统电气主接线形式。绘制简图比较，并说明选择的低压开关柜类型及其用途，考虑不同电价负荷的电能分计量方

20、式。注意开关柜的排列，一定要与平面布置图相对应。 ）5.3 低压配电网的接线形式（内容：根据规范中的设计原则，确定本工程设计的低压配电网的接线形式。绘制简图。 ）306 短路电流计算与高低压电器选择6.1 变电所高压侧短路电流计算（1）确定基准值取 Sd=100MVA, Uc1=10.5Kv Uc2=0.4KV而 Id1=Sd/ Uc1=100MVA/( *10.5KV)=5.50KA33Id2=Sd/ Uc2=100MVA/( *0.4KV)=144.34KA 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统X1*=Sd/Sk=100MVA/110 MVA=0.909 电缆线路X2*=X0LS

21、d/Uc2 =0.10/KM *0.1KM*100MVA/(10.5KV)2=0.001电力变压器X3*= UkS d/100SNT=4.5*100x103KVA/100X1250KVA=3.6 求 K1 点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值X*（K-1） = X1*+ X2*=0.909*0.001=0.919 三相短路电流周期分量有效值I（3） k-1= Id1/ X*（K-1） =5.50KA/0.919=5.98KA 其他三相短路电流I“（3） k-1= I（3） k-1=5.98KA31i（3） sh=2.55x5.98KA=15.25KAI（3） sh=1

22、.51x5.98KA=9.03KA 三相短路容量S（3） k-1= Sd1/ X*（K-1） =100 MVA/0.919=108.8 MVA两相短路电流Ik2=0.866x I（3） k-1=0.866x5.98KA=5.196KA表 6-1 变电所高压侧短路计算过程及结果6.2 低压电网短路电流计算计算有关电路元件的阻抗高压系统电抗（归算到 400V 侧）每相阻抗:Zs= Uc2x10-3/Sk=(400V)2 x10-3/110MVA=1.469MXs=0.995 Zs=0.995x1.469 M=0.1.462 M相零阻抗:XL-PE=2 Xs/3=0.975 MRL-PE=2 Rs/

23、3=0.097 M变压器的阻抗（由附录表查得 SCB10-1600/10 变压器 Dyn11 联接，Pk=13.5KW Uk=6每相阻抗:RT=P kUC2/ SNT2 =13.5KWx(400V)2/(1250 KVA)2=1.382 MZT= UkU C2/100SNT=6x (400V)2/100x1250KVA=7.6MXT= =7.55 M -相零阻抗：32RL-PE = RT=1.382 MXL-PE = XT=7.56 M 母线和电缆的阻抗每相阻抗:Rwb=R*L=0.011x4=0.186 MXwb=X*L=0.116x4=0.774 M相零阻抗:RL-PE =rL-PE L=

24、0.033x4=0.336 MXL-PE =xL-PE L=0.260x4=1.204 M计算 K-2 点的三相和单相短路电流三相短路回路总阻抗：R = Rs+ RT+ RWB=0.461+1.382+0.126=1.715 MX = Xs+ XT+ XWB=1.462+7.55+0.774=9.79M三相短路电流:I（3） k= Uc/ R 2+ X 2=23.24KA短路电流冲击系数:Kp=1+ e(-R / X )2=1.57三相短路冲击电流：i（3） p3= Kp I（3） K= *1.72*32.4=51.81KAI（3） p3= =23.33KA2)1(kp单相短路回路总相零阻抗：

25、R=0.0436+0.638+0.132=1.136 MX=0.436+5.97+1.040=9.446 M两相短路电流：I（2） k2=0.866x I（2） k=0.866x32.4=20.12A单相短路电流：I（1） k=U/ R2+ X2=16.26KA336.3 高压电器选择（一）高压断路器的选择本工程高压断路器作为变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段联络用电器。选用 VD12630A/20kA 型户内高压真空断路器，选用弹簧操动机构，二次设备为电压为 DC1110V。高压断路器的选择校验见下表，由表可知，所选断路器合格。表 64 高压断路器的选择校验序号 选择项目 装置地

26、点技术数据 断路器技术数据结论1 额定电压及最高工作电压Un=10k，Um=101.15kV=11.5kV Ur=12kVUrUm，合格2 额定电流 AH1 柜： Imax=I1r.T=165A Ir=630A IrImax,合格3 额定频率 50Hz 50Hz 合格4 额定短路开断电流Ib3=6.0kA(最大运行方式) Ib=20kA Ib Ib3,合格5 额定峰值耐受电流Ip3=9.03kA(最大运行方式) Imax=50kA Imaxip3,合格346额定短时(4s)耐受电流AH4 柜：Qt=11.510.5(0.1+0.5+0.0.05)=64.0kAkAsAH1 柜：Qt=11.51

27、0.5(0.1+0.8+0.0.05)=110.6 kAkAsItItt=20204=1600kAkAsItItt Qt合格7 额定短路关合电流Ip3=9.03kA(最大运行方式) I=50kA I Qt,合格8 承受过电压能力及绝缘水平10kV 系统中性点经消弧线圈接地雷电冲击耐受点啊 75kV1min 工作耐受电压 42kV满足条件9 环境条件 华东地区建筑物地下室高压开关柜内 正常使用环境满足条件10 其他条件 无特殊要求 额定操作顺序：分-180s-合分-180s-合分满足条件（二）高压条熔断器的选择本工程高压熔断器作为电压互感器回路的短路保护电器。选用 XRNP1-12-0.5A/K

28、A 型电压互感器用户内高压限流熔断器。高压熔断器的选择校验见下表，所选熔断器合格。表 65 高压熔断器的选择校验序号 选择项目 装置地点技术数据 熔断器技术数据结论1 额定电压与最高工作电压Un=10kV，Um=101.15=11.5 Ur=12kV UrUm,合格2 额定频率 50Hz 50Hz 合格3 熔断器额定电流Ir=0.5A Ir Ir.f,合格4 熔体额定电流电压互感器回路 Ir.f=0.5A 合格5 额定开断电流Ib3=6kA（最大运行方式） Ib=50kA IbIb3,合格6 环境条件 华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境满足条件356.4 高压互感器选择（一）高压电流

29、互感器的选择本工程高压电流互感器有的安装于电能计量柜 AH2 内作计量专用，有的安装与电源进线柜 AH1、变压器保护柜 AH4。选用 LZZBJ12-10A 型户内高压电流互感器。1、 高压电流互感器一般项目的选择校验表 66 高压电流互感器一般项目的选择校验序号选择项目 装置地点技术数据 互感器技术数据 结论1 额定电压 Un=10kV Ur=10kV Ur=Um合格2 额定频率 50Hz 50Hz 合格AH2(计量)：Imax=176.22A AH2：I1r=200A IrImax合格3额定一次电流AH(测量/保护)Imax=176.22AAH3：I1r=200AIrImax合格4 额定二

30、次电流 I2r=5A 合格AH2 (计量) 0.2s（10VA） 合格5 准确级及容量AH3 (测量/保护) 0.5/10P（20VA/15VA）合格6 额定动稳定电流 Ip3=9.03kA（最大运行方式） Imax=112.5kA(最小) ImaxIp3合格7 额定短路时（1s）热稳定电流Qt=11.511.5(0.1+0.5+0.05)=80.6AAs(后备保护延时时间取 0.5s)ItItt=45451=2025AAsItItt Qt合格8 环境条件 华东地区建筑物地下室高压开关柜内正常使用环境 满足条件9 其他条件 电能计量接线 继电保护接线两相不完全星型联接三相星型联接满足条件2、供

31、电电源、负荷等级及计量方式（1）本工程低压配电电压为220/380V,电源引自一层变配电室，变配电室电气参见当地有关部门施工图纸。低压总配电柜进线采用 YJV 电力电缆埋地引入，埋深为室外地坪下-0.7m，穿钢管保护，同时做好防水处理。（2）本工程排烟风机、疏散指示和应急照明为二级负荷，其余照明、空调用电等均为三级负荷。应急照明灯自带蓄电池，应急时间大于 90 分钟；36（3）电能计量采用按楼层分宿舍计量方式，电表在楼层配电间内集中布置。电能表采用带远传功能的表具，自动抄数将数据传至一层弱电间。（4）消防设备电源在变配电室低压出线处设剩余电流保护装置，只作用于向消防控制室发送报警信号，不切断电

32、源，额定报警动作电流为 100mA。3、计量、测量电流互感器的实际二次负荷及其准确级校验电能计量专用电流互感器二次侧为两相不完全星形联接，电能表为多功能电子式仪表，电流回路负荷 SiS2，满足准确级要求。测量用电流互感器二次侧为三相星形连接，SiS2，满足准确级要求。4、保护电流互感器稳态性能校验（1）查表 LZZBJ1210 型互感器准确限值系数为 15，则额定准确限值一次电流I1al=KalI1r=152*150A=2.25kA。保护校验故障电流 Ipc 取保护区内末端故障时流过的最大短路电流，即 Ipc=1,37kA。I1alIpc，满足要求。保护出口短路时，流过互感器的短路最小为 5.

33、9kA，大于互感器额定准确限值一次的电流 2.25kA，互感器可能出现局部饱和，误差增大，互感器测量的短路电流比实际值小，但远大于速断保护动作电流 1.8KA,仍在电流速断保护动作区内。（2）保护用电流互感器二次侧为三相星形连接，继电器为型无源静态电流继电器，继电器最大功耗为，阻抗 i=0.28，二路回路铜线截面为 4mm2 电流互感器二次端子道仪表接线端子的单向长度为 3cm。则电流互感器的实际二次负荷为S2=Zi+KwRw+Rtoh=0.34电流互感器额定二次负荷为 15KV，额定二次负荷电阻 Z2r=0.6，Z2Ip3合格三相短路电流热效应Ik3”=6.0kAtk =tp +tb=0.6

34、sQt =65 kA2s3 短路热稳定额定短时（4s）耐受电流KYN44A12 型高压开关柜设计值：It=20kA, t=-4s满足条件IttQt合格（二）低压开关柜母线选择本工程采用 MNS（BWL3）04 型低压开关柜，柜内主母线选用每相 2 片硬裸铜母线。截面选择先按允许温升条件选择，然后校验短路热稳定和动稳定。由于主母线长度较短，电压损失较小，不需校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，见表 5-4。表 7-4 变压器低压母线桥及低压开关柜主母线截面选择选择校验项目 具 体 内 容 结 论母线计算电流Ic= I2rT=1710 A允许变压器 1.2 倍过载时 Imax= 1.2I2rT=2052A 初选主母线截面相母线 S=2（100 mm X10 mm）,N及 PE 母线截面为 100 mm X10 mm或载流量相当的其他规格母线1 允许温升按敷设方式与环境条件确定的母线载流量Ial=2924A（已知环境温度 40）满足条件Icip3合格