扬州大学供配电工程课程设计报告.docx

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扬州大学供配电工程课程设计报告

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：

建电1102

学号:

姓名：

指导教师：

李世博

完成日期：

2014年6月5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

1．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500m2。

2.2负荷资料

居民生活负荷：

①每户负荷容量4kW。

Kd=0.65（30户）、0.50（60户）、0.45（80～160户），cos

=0.85。

②小高层每幢4部电梯，每部容量12kW。

Kd=0.7，cos

=0.7。

③每单元楼道应急照明负荷1.6～3.2kW（小高层）。

Kd=0.8，cos

=0.9。

④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。

Kd=0.8，cos

=0.8。

营业照明负荷：

1沿街门面正常照明及分体空调负荷按50W/m2计。

cos

=0.85。

2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100Ω•m。

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。

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，2003

[2]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，2004

[3]翁双安主编.供电工程.北京：

机械工业出版社，2004

[4]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、2005

[5]北京照明学会设计委员编．建筑电气设计实例图册①②③④．北京：

中国建筑工业出版社，1998，2000，2002

[6]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，2002

[7]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，2001

[8]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，2003

[9]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，2005

[10]本书编委会编．建筑电气设备选型（2001版，2002版，2003～2004版），北京：

中国建筑工业出版社，2001，2002，2003

[11]刘江主编．建筑电气设备选型．北京：

中国建筑工业出版社，2003

[12]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，2004

[13]全国电气文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，2001

[14]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，2001

[15]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

第二部分

课

程

设

计

报

告

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（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）

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）

1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

3

2

电梯负荷

2

3

应急照明

2

4

消火栓泵

2

5

生活水泵

2

6

排水泵

2

7

沿街门面

3

8

小区管理用房

3

1.2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（SCB10—1600/10）

技术参数：

　　电压等级：

10KV

　　容量范围：

30～2000KVA

　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）

　　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）

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。

）

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=KdPe

无功计算负荷（kvar）Qc=Pctanφ

视在计算负荷（kVA）Sc=Pc/cosφ

计算电流（A）

配电系统简图

各低压配电干线的计算负荷

2.2无功补偿

（内容：

说明无功补偿方式，计算无功补偿容量，选择无功补偿装置。

）

变电所负荷计算

无功补偿

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

cosφ

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/kvar

QN.C=1155×[tan（arccos0.84）－tan（arccos0.92）]＝254

实际取20组×25kvar=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

Qc/kvar

Sc/kVA

Ic/A

cosφ

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/kvar

QN.C=995×[tan（arccos0.83）－tan（arccos0.92）]＝243.1

实际取10组×25kvar=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。

）

（另起一页）

3变（配）电所所址选择与结构型式

3.1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、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）

4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

SCB10

4.2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

/mm

T1

SCB10-1250/10

10

0.4

72.2

1804.2

2.03

11.00

0.9

6

1760*1120*1940

T2

SCB10-1600/10

10

0.4

72.2

1804.2

2.03

11.00

0.9

6

1760*1120*1940

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

（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。

）

6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=100MV·A,Uc1=10.5KvUc2=0.4KV

而Id1=Sd/

Uc1=100MV·A/（

*10.5KV）=5.50KA

Id2=Sd/

Uc2=100MV·A/（

*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=100MV·A/110MV·A=0.909

电缆线路

X2*=X0LSd/Uc2=0.10Ω/KM*0.1KM*100MV·A/（10.5KV）2=0.001

电力变压器

X3*=Uk％Sd/100SNT=4.5*100x103KV·A/100X1250KV·A=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=5.98KA

i（3）sh=2.55x5.98KA=15.25KA

I（3）sh=1.51x5.98KA=9.03KA

三相短路容量

S（3）k-1=Sd1/X*∑（K-1）=100MV·A/0.919=108.8MV·A

两相短路电流

Ik2=0.866xI（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）2x10-3/110MV·A=1.469MΩ

Xs=0.995Zs=0.995x1.469MΩ=0.1.462MΩ

相零阻抗:

XL-PE=2Xs/3=0.975MΩ

RL-PE=2Rs/3=0.097MΩ

变压器的阻抗（由附录表查得SCB10-1600/10变压器Dyn11联接，△Pk=13.5KWUk％=6

每相阻抗:

RT=△PkUC2/SNT2=13.5KWx（400V）2/（1250KV·A）2=1.382MΩ

ZT=Uk％UC2/100SNT=6x（400V）2/100x1250KV·A=7.6MΩ

XT=

=7.55MΩ

相零阻抗：

RL-PE=RT=1.382MΩ

XL-PE=XT=7.56MΩ

母线和电缆的阻抗

每相阻抗:

Rwb=R*L=0.011x4=0.186MΩ

Xwb=X*L=0.116x4=0.774MΩ

相零阻抗:

RL-PE=rL-PEL=0.033x4=0.336MΩ

XL-PE=xL-PEL=0.260x4=1.204MΩ

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=1.715MΩ

X∑=Xs+XT+XWB=1.462+7.55+0.774=9.79MΩ

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=

KpI（3）K=

*1.72*32.4=51.81KA

I（3）p3=

=23.33KA

单相短路回路总相零阻抗：

R=0.0436+0.638+0.132=1.136MΩ

X=0.436+5.97+1.040=9.446MΩ

两相短路电流：

I

（2）k2=0.866xI

（2）k=0.866x32.4=20.12A

单相短路电流：

I

（1）k=U/

R2+X2=16.26KA

6.3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VD—12—630A/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6—4高压断路器的选择校验

序号

选择项目

装置地点技术数据

断路器技术数据

结论

1

额定电压及最高工作电压

Un=10k，Um=10×1.15kV=11.5kV

Ur=12kV

Ur>Um，合格

2

额定电流

AH1柜：

Imax=I1r.T=165A

Ir=630A

Ir>Imax,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

Imax>ip3,合格

6

额定短时（4s）耐受电流

AH4柜：

Qt=11.5×10.5×（0.1+0.5+0.0.05）

=64.0kA·kA·s

AH1柜：

Qt=11.5×10.5×（0.1+0.8+0.0.05）

=110.6kA·kA·s

It·It·t=

20×20×4

=1600kA·kA·s

It·It·t>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75kV

1min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/KA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6—5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=10×1.15=11.5

Ur=12kV

Ur>Um,