1、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 张国伟二一四年 六 目 录第一章 概述 .71.1 工程概述 .71.2 供配电设计一般原则 .71.3 供配电系统设计要则 .81.4 本设计设计内容 .9第二章 负荷统计 .102.1 负荷分级及供电要求 .102.1.1 电力负荷的分级 .102.1.2 各级电力负荷对电源的要求 .102.1.2 本设计负荷分级 .112.2 负荷统计 .11第三章 无功补偿及变压器的选择 .143.1 无功补偿的目的 .143.1.1 无功功率 .143.1.2 影响功率因数的主要因素 .143
2、.1.3 供电部门对平均功率因数的要求 .143.1.4 提高自然功率因数的方法 .153.2 无功补偿方法 .153.2.1 无功补偿装置的选择 .153.2.2 无功补偿装置的安装方法 .163.3 无功补偿初步计算 .173.4 变压器的选择 .183.4.1 电力变压器的类型选择 .183.4.2 电力变压器的台数和容量选择 .183.4.3 电力变压器的过负荷能力 .193.5 本设计变压器的选择 .203.5.1 配电房方案选择 .203.5.2 箱式变电站 .203.5.3 变压器的选择 .213.6 无功补偿及变压器方案的确定 .223.6.1 无功补偿及变压器方案选定过程 .
3、223.6.2 本设计无功补偿及变压器方案总结 .25第四章 供配电系统接线方案 .274.1 电力配电系统基本原则 .274.2 常用高压电力配电方式 .284.3 变配电所主接线 .294.3.1 变配电所主接线的基本形式 .294.3.2 变配电所主接线的一般要求 .304.4 常用低压电力配电方式 .314.5 本设计中所采用的供配电系统方案 .324.6 电能计量方式 .32第五章 主线路线型及主要柜体的选择 .335.1 主线路线型选择 .335.1.1 导体材料的选择 .335.1.2 普通电缆绝缘材料及护套选择 .335.1.3 各主线路的计算电流 .355.1.4 个主线路线
4、型选择 .365.2 主要高压开关柜的选择 .385.2.1 高压成套装置 .385.2.2 预装式变电站高压单元常用成套装置 .385.2.3 交流高压负荷开关 .385.2.4 高压断路器 .395.2.5 本设计负荷开关柜的选择 .395.3 主要低压成套开关设备和控制设备柜体选择 .395.3.1 低压成套开关设备和控制设备 .395.3.2 低压成套开关设备和控制设备的分类 .405.3.3 低压断路器 .415.3.4 开关、隔离开关及熔断器组合电器 .41第六章 短路电流及保护电器的选择 .436.1 短路电流计算概述 .436.1.1 短路的类型 .436.1.2 短路计算的目
5、的 .436.1.3 短路计算的假定条件 .436.1.4 典型的短路电流波形曲线 .446.2 主电路短路电流的计算 .44第七章 Matlab 仿真 .457.1 Matlab 简介 .457.2 仿真对象介绍 .457.3 仿真电路与结果 .46第八章 防雷接地系统设计 .478.1 接地系统选择 .478.1.1 接地的基本概念 .478.1.2 接地的分类 .478.1.3 低压系统接地种类 .488.1.4 本设计接地系统选择 .498.2 等电位联结 .498.2.1 等电位联结的作用 .498.2.2 等电位联结的分类 .498.2.3 等电位联结的安装与设计方案 .508.3
6、 建筑物的防雷分类 .518.4 建筑物的防雷措施 .52第九章 继电保护 .559.1 继电保护和自动装置一般要求 .55致 谢 .57参考文献 .58附 录 .59第一章 概述1.1 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 0.48-0.56，自然功率因数为 0.66-0.72。各类负荷的需用系数为 0.58-0.66，自然功率因数为 0.66-0.72。10KV 系统在变压器端子的短路
7、容量为 100MVA。在小区中设置 10/0.4（0.22）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。1.2 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
8、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。1.4 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
9、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2.1.2 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。2.2 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
10、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 2.5KW-3KW，所以考虑住户需用系数最低不低于 0.5。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cos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 864 0.5 0.8 432 249.7 540生活水泵 #A #B30 0.7 0.8 21 15.8 26.25排污水泵
11、#A #B12 0.7 0.8 8.4 6.3 10.5客运电梯 A B34 0.22 0.5 7.48 12.94 14.96消防电梯 A B34 0.22 0.5 7.48 12.94 14.96楼道照明 A B1.8 0.8 1 1.44 0 1.44多层住宅#1-#256300 0.5 0.8 3150 2362.5 3937.5楼道照明1-257.875 0.8 1 6.3 0 6.3别墅区 （5 座）40 0.8 0.8 32 24 40停 车 场照明10 1 1 10 0 10公共电力负荷15 0.8 0.8 12 9 15总 记7468.68 3688.1 2692.93 46
12、16.91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（
13、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）=1.8 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）=7.875 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15k
14、W 计算。 （住宅的公用照明及公用电力负荷需要系数一般按 0.8 取）综上总结得出补偿前负荷总和为 7468.68kW，有功功率为 3688.1kW,无功功率为 2692.93kvar，视在计算负荷为 4616.91kVA。根据计算公式：cos=Pc/Sc，可以得出总功率因数大概为 0.799。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0.92，以使变压器高压侧的功率因数达到 0.9 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3.1 无功补偿的目的3.1.1 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
15、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。3.1.3 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 0.9 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
16、偿设备，以进一步提高用户的功率因数以达到要求。3.2 无功补偿方法3.2.1 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
17、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
18、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
19、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。3.3 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 7468.68kW，有功功率为 3688.1kW,无功功率为2692.93kvar，视在计算负荷为 4616.91kVA。根据计算公式：cos=Pc/Sc得出总功率因数大概为 0.799根据计算公式：Qn.c=Pc(tan-tan)可以得出初步计算无功补偿容量大概为 1206.01kvar补偿后的目标功率因数一般取 0.92，以使变压器高压侧的功率因数达到0.9。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
20、 数cos无功补偿前 3688.1 2692.93 4758.16 0.799无功补偿后 3688.1 1486.92 3976.56 0.927综上可总结出无功补偿后视在计算负荷为 3976.56kVA，推算出无功补偿后的功率因数为 0.927，满足补偿后目标功率因数 0.92。3.4 变压器的选择3.4.2 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
21、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
