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供电工程课程设计报告

扬州大学广陵学院

本科生课程设计

题目：

江阴华联百货大楼变电所设计

课程：

供电工程

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气80902

学号:

090010309

姓名：

贺昊鹏

指导教师：

李世博

完成日期：

2012年1月7日

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

第一部分

任

务

书

（根据所分配的设计题目，将设计任务书重写，内容要求格式不变。

）

第二部分

课

程

设

计

报

告

目录

1负荷等级确定与供电电源…………………………………………….….….（7）

1.1负荷等级确定………………………………………..…………………（7）

1.2供电电源…………………………………………………..……………………….（7）

2负荷计算与无功补偿………………………………………….…………….（8）

2.1负荷计算…………………………………………………..………..……….….…（8）

2.2无功补偿…………………………………………………..………..…………..…（9）

2.3总计算负荷………………………………………………..………..…………..…（10）

3变（配）电所所址选择与结构型式……………………………………...…（11）

3.1所址选择…………………………………………………..………..……………..（11）

3.2结构型式…………………………………….………………………………..（11）

4变压器类型、台数及容量选择………….…..……………………….…….（12）

4.1变压器类型选择…………………….……………………………….…….（12）

4.2变压器台数选择…………………….……………………………….…….（12）

4.3变压器容量选择…………………….……………………………….…….（12）

5变（配）电所电气主接线设计………………………………………….….（13）

5.1高压系统电气主接线设计………………………..………………….…….（13）

5.2低压系统电气主接线设计………………………..………………….…….（13）

5.3低压配电网的接线形式....………………………..………………….…….（13）

6短路计算与电气设备选择校验…………………………………….……….（14）

6.1短路电流计算….…………………………….……………………………..…（15）

6.2高压电气设备选择校验…………………………………….……………….（16）

6.3低压电气设备选择校验…………………………………….………………（18）

7进出线电缆选择校验………………………………………………….…….（19）

7.1高压进线电缆选择校验…………………………………………….….….（20）

7.2低压进线电缆选择校验…………………………………………….…..….（21）

7.3低压出线电缆选择校验…………………………………………….…..….（22）

参考文献……………………………………….……………………………….（23）

1负荷等级确定与供电电源

1.1负荷等级确定

本工程中的用电设备属于二级负荷；本工程整体属于二级负荷用户。

1.2供电电源

工作电源采用城市环网供电。

供电部门要求在工厂高压进线侧进行用电计量，要求高压侧功率因数不得低于0.9。

不同电价，计量分开。

已知电源出口处短路容量为300MVA。

2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。

）

负荷计算方法为需要系数法。

照明负荷

Pc.1=（90+140+150+120+50+31+40+70+10+38+100+70+70+38）*0.9=888.3kw

Qc.1=1.02*888.3=906.066kvar

消防负荷

Pc.2=（170+150+180+200）*0.5=350kw

Qc.2=350*0.75=262.5kvar

动力负荷

Pc.3=210*0.22=46.2kw

Qc.3=46.2*1.73=79.926kvar

Pc2=0.9（888.3+350+46.2）=1156.05kw

Qc2=0.9（906.066+262.5+79.926）=1123.64kvar

Sc2=

=1612.15KV.A

Ic=2449.41A

cosφ=Pc/Sc=0.72

各低压配电干线，无功补偿前低压母线总计算负荷见表2-1,2-2

表2-1变压器T1无功补偿前计算负荷

序号

用电设备组及配电柜号码

设备容量Pe（KW）

需要系数（Kd）

COSφ

tgφ

Pc/KW

Qc/Kvar

Sc/KVA

Ic/A

1

百货1区照明

90

0.9

0.7

1.02

81

82.62

115.70

175.79

2

百货2区照明

140

0.9

0.7

1.02

126

128.52

179.98

273.45

3

百货3区照明

150

0.9

0.7

1.02

135

137.7

192.84

292.99

4

百货4区照明

120

0.9

0.7

1.02

108

110.16

154.27

234.39

5

泵房照明

20

0.9

0.7

1.02

18

18.36

25.71

39.06

6

百货4区照明

31

0.9

0.7

1.02

27.9

28.458

39.85

60.55

7

银行照明1

40

0.9

0.7

1.02

36

36.72

51.42

78.13

8

二楼照明

70

0.9

0.7

1.02

63

64.26

89.99

136.73

9

所用电

10

0.9

0.7

1.02

9

9.18

12.86

19.53

总计算负荷

∑

671

...

...

...

603.9

615.98

...

...

K∑=0.9

...

...

...

...

543.51

554.38

776.36

1179.60

表2-2变压器T2无功补偿前计算负荷

序号

用电设备组及配电柜号码

设备容量Pe（KW）

需要系数（Kd）

COSφ

tgφ

Pc/KW

Qc/Kvar

Sc/KVA

Ic/A

1

1~4区动力

210

0.22

0.5

1.73

46.2

79.926

92.32

140.26

2

百货2区消防

170

0.5

0.8

0.75

85

63.75

106.25

161.43

3

百货3区消防

150

0.5

0.8

0.75

75

56.25

93.75

142.44

4

百货4区消防

180

0.5

0.8

0.75

90

67.5

112.50

170.93

5

消防泵房

200

0.5

0.8

0.75

100

75

125.00

189.92

6

1区灯箱

38

0.9

0.7

1.02

34.2

34.884

48.85

74.22

7

2区灯箱

100

0.9

0.7

1.02

90

91.8

128.56

195.32

8

3区灯箱

70

0.9

0.7

1.02

63

64.26

89.99

136.73

9

4区灯箱

70

0.9

0.7

1.02

63

64.26

89.99

136.73

10

81区灯箱柜

38

0.9

0.7

1.02

34.2

34.884

48.85

74.22

总计算负荷

∑

1226

...

...

...

680.6

632.51

...

...

K∑=0.9

...

...

...

...

612.54

569.26

836.22

1270.54

2.2无功补偿

无功补偿方式为并联电容补偿。

装置类型为低压集中补偿，自动投切。

cosφ’=0.92

Qnc=Pc*（tan（arccos0.72）-tan（arccos0.92））=621.79kvar

2.3总计算负荷

变压器T1补偿后计算负荷

计算点变压器T1

Pc/KW

Qc/Kvar

Sc/KVA

Ic/A

cosφ

补偿前功率

543.51

554.38

776.36

1179.60

0.70

Qnc

---

322.96

---

---

---

补偿后功率

543.51

231.42

590.73

897.52

0.92

变压器T2补偿后计算负荷

计算点变压器T2

Pc/KW

Qc/Kvar

Sc/KVA

Ic/A

cosφ

补偿前功率

612.54

569.26

836.22

1270.54

0.73

Qnc

---

312.54

---

---

---

补偿后功率

612.54

256.72

664.16

1009.09

0.92

变电所总负荷计算

计算点

有功功率/kW

无功功率/kvar

视在功率/kVA

计算电流/A

功率因数cosφ

变压器T1低压侧负荷

543.51

231.42

590.73

897.52

0.92

T1功率损耗

5.91

29.54

变压器T1高压侧负荷

549.42

260.96

608.25

35.12

0.903

变压器T2低压侧负荷

612.54

256.72

664.16

1009.09

0.92

T2功率损耗

6.64

33.21

变压器T2高压侧负荷

619.18

289.93

683.7

39.47

0.906

变电所高压进线总负荷（K∑=0.9）

1051.74

495.8

1162.74

67.13

0.905

3变（配）电所所址选择与结构型式

3.1所址选择

本工程中变电所的位置为地下一层.

配变电所位置选择，应根据下列要求综合考虑确定：

（1）接近负荷中心。

（2）进出线方便。

（3）接近电源侧。

（4）设备吊装、运输方便。

（5）不应设在有剧烈振动的场所。

（6）不宜设在多尘、水雾（如大型冷却塔）或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污源的下风侧。

（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。

（8）不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时，应符合现行的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

（9）配变电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。

（10）高层建筑地下层配变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。

（11）配变电所位于高层建筑（或其他地下建筑）的地下室时，不宜设在最底层。

当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。

并应避免洪水或积水从其他渠道淹渍配变电所的可能性。

3.2结构型式

本工程中因采用室内变电所。

高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或户内成套变电所。

大中城市的居民区，宜设独立变电所或内外附变电所，有条件时也可设户外成套变电所。

环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，其变压器容量在315kV·A及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。

4变压器类型、台数及容量选择

4.1变压器类型选择

考虑到变压器在建筑内部，故选用低损耗的SCB10型10/0.4kv三相干式电力变压器。

变压器采用无励磁调压方式，分接头为±5%，联接组别为Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP2x防护外壳。

4.2变压器台数选择

因有较多的二级负荷，故选择两台主变压器。

4.3变压器容量选择

序号

项目

计算负荷

容量/KVA

1

视在计算负荷Sc/KVA

1162.74

1250

2

（0.6~0.7）Sc/KVA

813.92

3

一二级负荷Sc（Ｉ+ＩＩ）

1162.74

5变（配）电所电气主接线设计

5.1高压系统电气主接线设计

﹙1﹚电气主接线形式及运行方式

本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。

因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。

方案一：

采用分段单母线形式，运行方式如下：

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器（简称母联断路器）断开，两个电源各承担一半负荷。

当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，闭合母联断路器，由电源B承担一半负荷。

此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。

方案二：

采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，两个电源各承担一半负荷。

当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。

由于采用线路变压器组接线，电源A受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。

若需电源A承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承担全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。

此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案一。

综上分析，本工程变电所高压侧电气主接线采用方案一，即分段单母线形式。

﹙2﹚开关柜型式及配置

因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A—12型金属铠装中置式手车柜。

根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。

两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。

﹙3﹚所用电设计

〈1〉变电所操作电源

根据本工程的特点，变电所操作电源可采用高频开关电源充电的免维护阀控式密封铅酸蓄电池直流操作系统，一组蓄电池、单母线接线，直流系统标称电压Un为110V。

﹙1﹚蓄电池个数确定

选用12V阀控式密封铅酸蓄电池组合，电池个数为8+1（6V）。

浮充电压为13.50V，浮充时母线电压为114.75V；均充电压为14.10V，均充时母线电压为1.09Un；放电终止电压为11.22V，母线最低电压为0.867Un。

﹙2﹚蓄电池组容量选择

本工程变电所有人值班，110V直流负荷统计见下表。

110V直流负荷统计表（按1h事故放电）

序号

负荷名称

装置

容量

/kW

负荷

系数

负荷

电流

/A

经常负

荷电流

/A

事故放电时间及电流/A

备注

初

期

持续/h

随机

1min

0.5

1.0

5s

1

信号灯、位置指示器和位置继电器

0.3

0.6

1.6

1.6

1.6

1.6

2

控制、保护电源

0.5

0.6

2.72

2.72

2.72

2.72

3

断路器跳闸

0.5

1

4.54

两台同时跳闸

4

恢复供电合闸

0.25

1

2.27

一台跳闸

5

电流统计/A

Ijc=4.32

Ich=

8.86

Is0.5=

4.32

Is1=

4.72

Ir=

2.27

蓄电池10h放电率所需容量为

Cc=（3.5~4.0）Is=（3.5~4.0）×4.72A·h=（16.52~18.88）A·h

选用标称容量为20A·h的蓄电池组。

﹙3﹚充电装置型式选择

选用一套高频开关充电装置。

充电装置的交流电源输入采用三相制，额定频率为50Hz,额定电压为380（1±10%）V。

充电装置的交流电源设两个回路（一用一备）。

﹙4﹚充电装置容量选择

充电装置的额定电流

Ic=（1～1.25）×2.4A+4.32A=6.72～7.32A

选用HD11005系列高频开关充电模块，充电模块额定电流为5A。

故选用基本模块2只，备用模块1只，数量共3只。

﹙5﹚直流馈电

对断路器储能回路、断路器控制回路、信号回路与微机保护装置电源单独馈线，馈线电缆型号采用YJV—0.6/1—2×4。

﹙6﹚装置组成

由于蓄电池容量较小，故采用小型一体化柜。

〈2〉交流所用电设计

变电所交流所用电有：

直流操作电流屏的交流充电装置、变压器温控湿显装置、高压开关柜除湿装置和柜内照明、低压柜数字仪表辅助电源、变电所照明与检修用电、本工程设置交流所用电屏，交流所用电屏分别由主变压器低压侧（220/380V）两段母线采用双回路电源配电并实现自动切换。

5.2低压系统电气主接线设计

﹙1﹚电气主接线形式及运行方式

变压器设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。

运行方式如下：

正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。

当任一台变压器故障或检修时，闭合母联变压器，承担全部负荷。

﹙2﹚开关柜型式及配置

低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器（ACB），低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS（BWL3）—0.4型抽出式开关柜。

MNS（BWL3）—0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E、24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。

需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统，并与之相一致。

根据当地供电部门的规定，照明负荷与电力负荷电价不同，分开计量。

根据消防规范要求，消防用电设备配电回路集中设置于低压配电屏内，并设有明显标志。

为防止两台变压器并联运行，变压器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。

联络柜的母线分段处设置阻火隔断，以确保供电可靠性。

5.3低压配电网的接线形式

﹙1﹚低压带电导体系统型式与低压系统接地形式选择

低压带电导体系统型式：

对三相用电设备组和单相用电设备组混合配电的线路以及对单相用电设备组采用三相配电的干线线路，采用三相四线制；对单相用电设备配电的直支线线路，采用单相三线制，将单相负荷均匀分配在三相系统中。

低压系统接地型式：

本工程为设有变电所的商用建筑，故采用TN-S系统。

所有受电设备的外露可导电部分用PE线与系统接地点相连接。

﹙2﹚低压配电干线系统接线方式设计

照明负荷与电力负荷分成不同的配电系统，以便于计量和管理；消防用电设施的配电则自成系统。

由于本工程为二级负荷用户，容量较大。

因此每一用电负荷按防火分区设置两台照明配电箱，从配电室以双回路树干式配电，在末端配电箱进行双电源自动切换，如有需要，可采用预分支电缆。

6短路计算与电气设备选择校验

6.1短路电流计算

（内容：

说明短路计算方法及公式，列表计算本工程变配电所高压母线、低压母线的三相/两相短路电流及主要配电干线首端和末端的三相/单相短路电流。

）

高压短路电流计算

采用标幺值计算三相短路电流和两相短路电流。

高压侧短路计算

基准值Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，Ud2=0.4KV,Id1=5.5kA,Id2=144.34KA

序号

元件

短路点

运行参数

X*

Ik3"/kA

Ib3/kA

Ik3/kA

ip3/kA

Ip3/KA

Sk3"/MVA

Ik2/kA

1

电力系统

Sk3"=300MVA

0.33

2

电力线路

x/Ω/km

l/km

　0.95

0.35

3

3

1+2

k-1

Un=10KV

1.28

4.30

4.30

4.30

10.97

6.49

78.13

3.72

Id1=5.5kA,

4

变压器

Sr.T=1250KVA

4.8

Uk%=6.0

5

3+4

k-2

并联

Un=0.38KV

3.68

39.22

39.22

39.22

88.64

51.38

27.17

33.96

分列

Id2=144.34KA

6.08

23.74

23.74

23.74

53.65

31.10

16.45

20.56

变压器低压侧短路电流计算

变压器T1低压侧短路计算

Un=380V

序号

元件

短路点

运行参数

R/mΩ

X/mΩ

Z/mΩ

RL-PE/mΩ

XL-PE/mΩ

ZL-PE/mΩ

Ik3"/kA

kp

ip3/kA

Ip3/kA

Ik1E/kA

1

电力系统S

Skmax/MVA

0.05

0.53

0.53

0.03

0.35

0.35

2

变压器T1

SrT/kVA

△Pk/kW

Uk％

1.13

7.60

7.68

1.13

7.60

7.68

1250

11.00

6

3

1＋2

k-1

1.18

8.13

8.21

1.16

7.95

8.03

28.13

1.62

64.45

37.41

27.40

4

母线WB

r/mΩ/m

x/mΩ/m

l/m

0.11

0.63

0.64

0.27

1.56

1.58

0.019

0.105

6

rL-PE/mΩ/m

xL-PE/mΩ/m

l/m

0.045

0.260

6

5

3＋4

k-2

1.29

8.76

8.85

1.43

9.51

9.61

26.09

1.62

59.77

34.70

22.89

6

干线WP

r/mΩ/m

x/mΩ/m

l/m

0.185

0.077

100

rL-PE/mΩ/m

xL-PE/mΩ/m

l/m

0.804

0.186

100

7

5+6

k-3

18.50

7.70

20.04

80.40

18.60