某学校生活区配电系统的设计任务书.docx

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某学校生活区配电系统的设计任务书

某学校生活区配电系统的设计任务书

1.1原始资料

1.1.1设计题目

某学校生活区配电系统的设计

1.1.2设计目的

（1）通过该校生活区配电系统设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。

（2）培养学生独立获取新知识、新技术和新消息的能力,使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。

（3）掌握供配电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。

（4）掌握供配电设计的基本原则和方法,深刻理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术工作奠定一定的基础。

1.1.3设计要求

（1）要求根据本校所能取得的电源及本校用电负荷的实际情况，并适当考虑到学校的发展，按照学好全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，

（2）确定变电所主变压器的台数与容量、类型。

（3）选择变电所主结线方案及高低设备和进出线。

（4）确定二次回路方案。

（5）选择整定继电保护装置。

（6）确定防雷和接地装置。

（7）最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.1.4设计依据

1）学校生活区平面图

2）学校宿舍楼标准层建筑平面图

建筑平面图如图所示

3）电源的南侧1000m处,有一座10kv的配电所,其出口断路器是SN10-10II型,此断路器配电备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过流整定的动作

时间1.3s.为满足学校二级负荷的要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得电源。

4）学校生活区负荷表

编号

名称

P3o/kw

Qo/kw

1

学校食堂

308

210

2

锅炉

100

100

3

教师楼

270

120

4

校医室

130

9

5

户外照明

25

20

6

本所用电

10

0

7

学生宿舍

由学生设计计算

5）气象资料

本所在地区的年最高温度为350C,年平均气温为25C,年最热月平均最高气温为300C,年最热月平均气温为28°C,年最热月地下0.8m处平均温度为25C。

6）地质水文资料

本校所在地区平均海拔1000m,地层一砂粘土为主,地下水位为2m

7）其他

在高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。

发电厂最大负荷时的功率因数不得低于0.85。

1.2设计任务

1）负荷计算和无功功率补偿.

2）变电所位置和型式的选择.

3）变电所主变压器的台数与容量，类型的选择.

4）学生宿舍楼配电系统的确定.

5）变电所主结线方案的设计.

6）短路电流的计算.

7）变电所一次设备的选择与校验.

8）变电所进出线的选择与校验.

9）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定.

10）防雷保护和接地装置的设计.

1.3应完成的技术资料

1开题报告（2000字左右）

2毕业设计说明书（10000字左右）

3技术资料

（1）变电所主接线图一。

（2）学校用电接线图一。

（3）学校变电所平面图、剖面图各一，

（4）若时间允许，绘制高低压开关柜配置图、接地及照明图各一

第二章负荷分析计算和无功补偿

2.1、负荷计算的目的及方法

2.1.1、目的

负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。

负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。

负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。

为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

2.1.2、方法

目前，我国设计部门在进行企业供电设计时，经常采用的电力负荷计算方法有：

需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等•需要系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果上符合实际，因此,这种计算方法采用最广泛•尤其对各用电设备容量相差较小，且用电设备数量较多的用电设备组，这种计算最适宜•二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所，如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。

利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。

这种计算方法虽理论依据较充分，但由于目前积累的实用数据不多，且计算步骤较繁琐，精确度也并不比前两种方法强多少，所以，目前以逐渐不被采用•最后两种方法常用于方案估算。

2.1.3、学生宿舍的负荷分析和计算

整个生活区的计算负荷表如下

编号

名称

计算负荷

P30/kw

Q30/kw

1

学校食堂

308

210

2

锅炉

100

100

3

教师楼

270

120

4

校医室

130

9

5

户外照明

25

20

6

本所用电

10

0

7

学生宿舍

380

280

2.1.4按需要系数法确定计算负荷

根据本工程的设计要求及给定的供电电源的分配，并对学校生活区的负荷情况

如表1-3所示进行计

采用需要系数法比较简便，适用于用电设备台数比较多，而单台设备容量相差不大的情况，因而广泛使用，应用此法计算时，首先要正确判明用电设备的类别和工作状态。

当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要系数法计算结果往往偏小，故不适用于低压配电线路的计算，而适用于计算变、配电所的负荷。

确定拥有变电所低压母线上的计算负荷，应结合学校生活区情况其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）。

Kp和Kq对于低压母线用电设备组计算负荷直接相加来计算时取：

Kp0.80~0.90,Kq0.85~0.95在计

算时用电设备组从供电系统中取用的半个小时最大负荷P30，用电设备组的设备容量

0.80（308100270

130

2510

380）

0.801223978.4KW

Q30Kq（Q30

（1）Q30

（2）Q30（3）

Q30（4）

Q30（5）

Q30（6）Q30（7））

0.85（2101001209

20

0280）

0.85739628.15Kvar

S30P；。

Q；978.42628.1521162.686Kv.a

2.1.5按二项式法确定计算负荷

二项式法德基本公式是式中，bPe表示用电设备组的平均功率，其中Pe是用电设备组的总容量，计算方法同需要系数法；CPe表示用电设备组中X台容量最大的设备投入运行时增加的附加负

荷，其中Px是X台最大容量的设备总容量；b、c二项式系数。

如果用电设备组只有1〜2台设备时，则可认为P30Pe。

对于单台电动机，则

P3oPn,这里Pn为电动机额定容量，为其额定效率。

在设备台数较少时，cos

也宜适当取大。

本工程计算为：

P30Pe978.4KW

Q30P30tan628.15Kvar

S30P30tan1162.686KV.A

cosp30So978.41162.6860.84

2.2无功功率补偿

2.2.1由于受感性负荷的影响使功率因数降低，负荷电流也减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，有提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。

贝嚅考虑增设无功功率补偿装置，其容量为

QcP30（tantan/）

或QCqcl~30

式中，qctantan'，称为无功补偿率或比补偿容量。

这无功补偿率，是表示

使1kW的有功功率由cos提高到cos/所需要的无功补偿容量kvar值。

在负荷计算中，S9型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

有功损耗Pt0.015S30

无功损耗Qt0.06S30

配电所装设了无功补偿装置以后，贝恠确定补偿地点以前的总计算负荷时，应

扣除无功补偿容量，即总的无功计算负荷q3。

Q30Qc

补偿后总的视在计算负荷S3。

7P0（Q30Qc）2

2.2.2

（1）无功补偿容量

按规定，变电所高压侧的cos0.9，而目前只有0.84，因此，需进行无功功率的补偿。

提高功率因数的方法分为改善自然功率因数和安装人工补偿装置两种。

安装人

工补偿装置的方法既简单又快，因此，这里采用在低压母线装设电容屏的方法来提

高功率因数

。

考虑到变压器无功功率补偿损耗远大于有功功率损耗。

一般

而补偿前低压侧的功率因数只有0.84，由此可得低压侧电容屏的容量

为：

!

QCP30（tantan）978.4[tan（arccos0.84）tan（arccos0.92）]

978.4[0.650.43]

=215.248Kvar

取QC=220Kvar

（2）补偿后变压器容量和功率因数:

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷:

'22

978.4（628.15220）1060.12

变压器高压侧的计算负荷：

由此例可以看出，采用无功补偿来提高功率因数能使本工程取得可观的

经济效果。

第三章变电所及主变压器的选择

3.1变电所所址选择的一般原则

选择生活区变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：

（1）接近负荷中心。

（2）进出线方便。

（3）接近电源侧。

（4）设备运输方便。

（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所。

（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。

（7）不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。

（8）不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB5005—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规》的规定。

（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。

显然，变配电所

是整个学校生活区供电系统的枢纽，在学校生活区占有特殊而重要的地位。

在本设计中，考虑到学校生活区对电能需要的重要性，联系本学校生活区的实际地理位置情况，将本变电所设计为独立式变电所，位置设在教室楼旁（见图3-1）

图3-1

即在教师楼旁的空地上另建一幢建筑，用于放置变压器，隔离开关等设备。

3.2、主变压器台数的确定

一般学校变电所宜采用一台变压器。

但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。

对于只采用一台变压器，必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有自备电源。

在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地

根据以本校负荷情况得知，本校大部分负荷为三级负荷，要求供电性能的可靠，根据上述原则至少应设一台或一台以上变压器，考虑到节约投资，本校选用一台变压器作为主变压器。

3.3主变压器容量的确定

3.3.1变电所主变压器容量的选择：

因为本所只装一台变压器，所以主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，

Sn.tAS30

适当考虑负荷的发展，应适当考虑今后5〜10年电力负荷的增长，留有一定的余地。

变压器的

过负荷能力较小，更宜留有较大的裕量。

3.3.2本所主变压器容量的确定

由于本校选用了一台主变压器，根据上述原则，即：

SNS301163KV.A

考虑今后5〜10年的负荷发展，留20%裕量，得：

SN1163（116320%）1395.6KV.A

根据以上计算结果，本所选用容量为1600KVA勺变压器。

3.4变电所主变压器和主结线方案的选择

3.4.1变电所主变压器的选择根据生活区的负荷和电源情况，生活区的主变压器可有下列两种方案：

（1）装设一台主变压器变电所，型式采用S9,主变压器容量Snt应不小于总计算负荷S30，而容量根据所得出来的数据，选Snt=16°°KVA>S30=1163KVA,即选一台S9-1600/10型的低损耗配电变压器。

至于生活区的二次负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

（注：

由于二次负荷达到335.1KVA380V侧电流达到509A,距离又较长，因此不能采用低压联络线作备用电源。

）

（2）装设两台主变压器、型号采用S9,而每台容量的选择，即

SNT（0.6:

0.7）1163KVA（697.8:

814.1）KVA

同时每台主变压器容量SNT不应小于全部一、二负荷之和即

SNTS30（III）

因此选两抬S9-1000/10型的低损耗配电变压器。

本所二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

3.5本所主变压器其他指标的确定

1相数、绕组数和连接组别

由于供电电压为10KV高压，采用三相供电，并且本变电所只有两个电压等级，故本变电所主变压器应当选择三相双绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，10KV采用丫形连接，400V采用形连接。

2调压方式

普通型的变压器调压围小，仅为5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。

另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。

它的调压围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定围时，有载调压可解决。

因此本所选用有载调压变压器。

3冷却方式变压器一般采用的冷却方式有：

自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。

考虑到冷却系统的供电可靠性、要求及维护工作量，

本所选择自然风冷冷却方式。

3.6学生宿舍楼配电系统的确定

2*A层楼

三、四层楼

第四章配电系统的确定

由于学校变电所仅能提供10KV电压等级供电，所以本工程拟定了两套供电方案，并经过各项指标的对比，选择其中较为合适的一套作为本工程的供电方案。

一、采用400V电压供电

1、400V电压供电的特点及电压损失计算

1）400V电压供电的特点：

1）不需投资建设工厂总降压变电所，并且少占土地面积；

4）线路的故障率比10KV的咼，即供电可靠性不如

2、电压损耗计算

全厂计算负荷

有功功率:

P30

Pjs978.4KW

无功功率:

Q30

Qs628.15Kvar

视在功率:

S30

Sjs1162.686KV.A

功率因素:

COS

P30S300.84

负荷电流:

I30

S301162.686

3U2N、30.4

减轻了维护工作量，较少了管理人员;

3）

1678A

10KV。

方案一采用400V电压供电，厂不设总降压变电所，即不装设主变

压器，故无变压器损耗问题。

考虑到本校负荷增长是逐渐的，为了节约有色金属消耗量，按允许

发热条件选择导线截面。

查看有关手册或产品样本，选择钢芯铝绞线

LGJ-35，其允许载流量为179A>101.8A满足要求。

该导线单位长度电阻R0=/km，单位长度电抗为X）=/km。

二、采用10KV电压供电及变压器的选择

1、10KV电压供电的特点

1）对功率因素要求较低，可用减少提高功率因数补偿设备的投资；

2）电压损失小，调压问题容易解决；

3）需要建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，但要

多占一定的土地面积；

4）根据运行统计数据，10KV架空线路的故障率比400V架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；

2、根据本所主变压器容量、类型的确定，可知其主要技术参数如下

型号

额定

容量

KVA

电压组合（KV

连接组标号

空载损耗

KW

负载损耗

KW

空载

电流

（%

短路

阻抗

（%

重量（kg）

高

压

分

接

（%

）

低压

油

重

器身

重

总重

S9-160

0/10

1600

10.

5

1X

2.5

0.4

Dyn

11

2

11

2.5

5

825

1827

3618

3、本所主变压器容量确定后的计算负荷及电压损失计算

（1）变压器损耗计算:

有功损耗：

无功损耗:

Qt2

Sn[

|0%

100

UK%（S302

25

1600[^―

100

（2）10KV侧计算负荷：

100）]

Sn

2

2（581.343

100（1600

s^0,（P30Pt）（Q30

）]102.4Kvar

2

Qt）

22

（978.45.5）（628.15102.4）

1225.45KVA

功率因素：

cos

负荷电流：

130

565236.90.92（符合要求）

6171.36

S30'6171.36

~.101.8A

.3U1N.335

4、输电线路电压损耗计算

为使两个方案比较在同一基础上进行，也按允许发热条件选择导线截面。

查看

有关手册或产品样本，选择LGJ-35型钢芯铝绞线，其允许载流量为179A

>101.8A满足要求。

该导线单位长度电阻Ro=0.89/km，单位长度电抗为X0=0.39/km。

本章小结：

经过综合对比，方案二比方案一适合于本校配电系统要求，而且方案一以400V电压供电，电压损失到达了极为严重的程度，无法满足皿类负荷长期正常运行的要求。

因此，选用方案二，即采用10KV电压供电，建设校总降压变电所，不论从经济性上还是从技术性上来看，都是合理的。

第五章变电所主接线方案的设计

4.1对电气主接线的基本要求

变配电所的电气主接线，是按照一定的工作顺序和规程要求连接变电所一次设备的一种电路形式。

主电路图又称一次接线图、主接线图、一次接线图。

由于电力系统为三相对称系统，所以电器主接线图通常以单线图来表示，使其简单清晰。

它直观地表示了变配电所结构特点、运行性能、使用电气设备的多少及前后安排等，对边配电所的安全运行电气设备的选择配电装置布置和电能质量等都起着决定性作

用。

变配电所主接线方案的确定必须综合考虑安全性、可靠性、灵活性、经济性等

多方面的要求。

（1）安全性：

符合国家标准和有关技术规的要求，能充分保证人生和设备的安

全

（2）可靠性：

应根据负荷的等级，满足符合在各种运行方式下对负荷供电可靠

性的要求。

（3）灵活性和方便性：

能适应系统所需的各种运行方式，操作维护简便。

在系统故障和设备检修时，应保证非故障和非检修回路继续供电。

能适应符合发展，要求考虑最终接线的实现以及在场地和施工等方面的可靠性。

（4）经济性：

在满足以上要求的前提下尽量使主接线简单，投资少，运行费用低。

此外，对主接线的选择，还应考虑受电容量地点短路容量的大小、用电负荷的重要程度、对电能计量（如高压侧还是低压侧计量动力及照明分别计量等）及运行操作技术的需要等因数。

如需要高压侧计量电能的，则应配置高压侧电压互感器和电流互感器（或计量柜）；受用电大小和用电负荷得重要得或对运行操作快速的用户，则应配置自动开关及相应的电气操作系统装置；手电容量虽小，但受电地点短路容量大的，则应考虑保护设备开断短路电流的能力，如采用真空断路器等；一般容量小且不重要的用电负荷，可以配置跌落式熔断器控制和保护。

4.2本次变电所设计的主接线方案方案：

单母线主接线原理图如下:

单母线接线

从性质和负荷等级来看，属于二级负荷。

不属于对供电可靠性要求较高的用户。

本设计中为了节省经济开支，故采用单母线主接线。

第六章短路电流计算及设备的选择

6.1短路故障的原因、种类、及危害

短路是指不同相之间，相对中性线或地线之间的直接金属性连接和经小阻抗连接。

短路时不同电位的导电体之间通过电弧和其他小阻抗非正常连接在一起。

一、短路的原因

造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。

1工作人员由于没有遵守操作规程而发生的误操作，如带负荷拉、合隔离开关，检

修后忘拆地线合闸，也可能造成短路。

2电力线路发生短线和倒干事故导致短路，或者误将高压设备接入较高电压。

3鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间或者咬坏设备的绝缘也时导致短路的一个原因。

二、短路的种类

在两相短路中，可能发生的短路类型有两相接地短路和单相短路。

三相交流系统的短路主要有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路几种。

三相短

一3

路是指供配电系统三相导体间的短路，用k表示。

如图a所示；两相短路是指三相供配电系统中任意两相导体间的短路，用k⑵表示。

如图b所示；单相短路是指供配电系统中任意一相经与中性点或与中性线发生的短路，用k⑴表示，如图c所示；两相接地短路是指中性点不接地系统中任意两相发生了单相接地而产生的短路，用k（1.1）表示，如图d所示。

上述各种短路中，三相短路属于对称短路，短路回路的三相阻抗相等，所以三相短路的电流和电压也是对称的，只是电流值比正常值增大，电压比额定电压降低其他短路属于不对称短路。

因此，三相短路可以用对称三相电路分析，不对称短路可以采用对称分量法分析，即把一组不对称的三相量分解成三组对称的正序、负序

和零序分量来分析研究。

在电力系统中发生单相短路的可能性最大，发生概率约在10%--15%左右。

发生三相断路可能性佷小，只有5%左右。

但通常三相短路的短路电流最大，危害最严重，所以短路电流的计算重点三相短路电流的计算。

三、短路危害发生短路时，由于短路回路的阻抗很小，产生的短路电流较正常电流大数十倍，可能高达数万甚至数十万安。

同时，系数电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降低到零，短路将造成严重危害。

因此，在配电系统设计和运行中应采取有效措施设法消去可能引起短路的一切原因，使系统安全可靠运行。

6.2、短路电流计算的目的：

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其目的是：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。

（2）在选择载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全，可靠地工作，同时又力为节约资金，这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。

（3）为选择继电保护方式和进行整定计算提供依据。

（4）接地装置的设计，也需用短路电流。

6.3、短路电流计算的一般规定：

按照《高压配电装置设计技术规程SDJ5-85》和《导体和电器选择设计技术规

定SDGJ14-86》的有关条文，对于验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规

1）

a、

b、

计算的基本情况：

电力系统中所有电源均在额定负荷下