高层建筑变电所1.docx
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高层建筑变电所1
设计内容与设计要求
一、设计内容
（一）原始数据
1•工程概况：
本工程为15层的办公楼，属一级高层建筑，地下一层，地上15
层。
地下一层为设备用房，1〜15层为办公层。
建筑高度为56.1m，建筑面积为
22736m2。
1•负荷情况：
本高层建筑总负荷为1000kVA,COS^为0.7，其中照明负荷为
300kVA，动力负荷为700kVA。
消防设备、重要设备、主通道一般照明等重要负荷为400kVA。
2.电源情况：
从城市电网引一路10kV电源，短路容量为200MVA。
另安装一台400kW自备柴油发电机。
3.环境与气象条件：
年最高温度：
40C;年最低温度-5C;年平均温度25C;海拔高度：
150m；土质：
粘土；雷暴日30日/年。
（二）技术要求
1•双电源采用一用一备，自备柴油发电机要求在30s之内供电。
2•要求补偿后低压侧CO砂达到0.95。
（三）设计内容
1•负荷计算与无功功率补偿
2•主变压器选择
3•电气主接线设计
4•短路电流计算
5.电气设备的选择与校验（包括保护动作值的整定计算）
6•母线及进出线的选择
7•变电所布置设计
、设计要求
1•在规定时间内完成以上设计内容；
2•用计算机画出电气主接线图和变电所布置平面图；
3.编写设计说明书（计算书），设备选择要列出表格。
主要设计条件
计算机与博超电气电力设计软件。
说明书格式
正文内容：
一、设计要求及概述
二、负荷计算与无功补偿
三、主变压器选择
四、电气主接线设计
五、短路电流计算
六、电气设备选择与校验
七、母线及进出线的选择
八、结语
参考文献
装订格式：
全部采用16K打印纸或课程设计专用纸，竖装。
装订顺序：
课程设
计报告书封面；任务书；说明书目录；正文；附件（图纸等）。
参考文献
1.徐晓宁•建筑电气设计基础[M].广州：
华南理工大学出版社，2007.
2.马誌溪•建筑电气工程-基础、设计、实施、实践[M].北京：
化学工业出版社,
20053•刘介才•《供配电设计手册》
设计要求及概述
此设计的题目是针对综合楼10kV变电所进行的扩大初步设计,在设计伊始，在工程技术人员的陪同下对变电所进行了参观学习，并把所设计的有关内容做了整体的记录，参观过程中通过技术人员的指导和结合自身的实际情况，选择变电所的高低压部分设计，这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助。
本设计按照以下的步骤进行：
首先：
依照主接线的特点，选择各个电压等级的接线方式，进行综合比较，选择最佳接线方式。
其次：
进行短路电流计算，根据短路点计算三相短路稳态电流和冲击电流。
再次：
根据所选电气元件，结合实际绘制设计图纸，包括主接线图、二次回路图等。
最后进行校验。
以上是理论知识的体现而更中要的一点是在设计中培养自己运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观，在设计过程中主要立足于应用所学基本理论和专业知识，大胆地运用新理论、新技术去分析解决实际问题，以便更好地适应工作的需要。
二、负荷计算与无功补偿
2.1负荷和无功补偿的概述
设计变电所为综合楼提供可靠的电源，负荷的确定是为了正确、合理地选择电气设备和线路，并为无功补偿提高功率因数提供依据，由此再合理选择变压器开关电器等元件。
电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护等关系重大，在本设计中采用需要系数法来确定计算负荷。
根据设计，主变压器分别供有不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷，根据工程技术的要求选取以下负荷：
所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量在相互转化，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。
根据高层建筑的具体情况，及其无功补偿方法的技术、经济比较选用电力电容器补偿中的并联补偿方法。
并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的电路上，以提高功率因数，这种方法称为并联电容器补偿，这种方法适用于用电单位。
2.2具体计算
照明负荷：
Sc=300KVA
300KVA
c期
-1.7320.38KV
动力负荷：
Sc=300KVA
ScIc
400KVA
=455.8A
3Ur
1.7320.38KV
重要负荷Sc=300KVA
Sc300KVA
、3Ur-1.7320.38KV
607.75A
=455A
总负荷为Sc-1000KVA；Pc二ScCos：
：
」二700KVA
Sc1000KVA
C一3Ur-1.7320.38KV
=1519A
总的无功功率补偿为
Qnc=P[（tgGi-tg「2）=684（0.69）-484KVA
选择可安装的电容器组数为12组
选择型号为BSMJ0.4-40.3型号并联
补偿后视在功率Sc=738kvar
茁Pc700kva
cos
Sc738kva
=0.948〜0.95
Sc
3Ur
726.84KVA
1.7320.38KV
-1120A
三、主变压器选择
主变压器的型号选择主要考虑以下因素：
1）.变电所的所址选择；
2）.建筑物的防火等级；
3）.建筑物的使用功能；
4）.主要用电设备对供电的要求；
5）.当地供电部门对变电所的管理体制等。
设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。
主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。
表4-1SCB9-1000/10变压器技术参数
型号
额定
容量
（KVA
额定电压（kV）
空载
损耗
（W
负载
损耗
（W
短路
阻抗
（%
空载
电流
（%
变压器连接组
高压
低压
SCB9-1000/10
1000
10.5
0.4
1660
8550
6
1.0
D,yn11
四、电气主接线设计
主接线设计
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种形式，分为两大类：
有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。
变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。
各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。
在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。
但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。
无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。
有汇流母线的接线形式主要有：
单母线接线和双母线接线。
单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。
供电电源是变压器或高压进线回路。
母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源I或2获得电能。
每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关（在实际变电所中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸）。
由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或切断电路的控制电器。
隔离开关没有灭弧装置•其开合电流能力极低，只能于设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。
所以，同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。
若馈线的用户侧没有电源时，断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关。
但如果费用不大，为了防止过电压的侵入。
也可以装设。
同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守操作顺序。
1.单母线接线的优缺点
优点：
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成
套配电装置。
缺点：
灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作。
此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。
2•单母线接线的适用范围
一般适用于一台主变压器的以下两种情况：
（1）6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。
（2）35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。
3.单母线分段接线
为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，可以把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。
每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线。
优点：
①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。
缺点：
①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；③扩建时需向两个方向均衡扩建。
2•适用范围
（1）6一10kV配电装置出线回路数为6回及以上时。
（2）35—66kV配电装置出线回路数为4—8回时。
因为高层建筑主要有消防通道等重要设备其中重要设备为
二级负荷，照明动力设备为三级负荷故采用分段双母线供电。
五、短路电流计算
设高层建筑变电所高压进线端与电力系统的发电机输出端的
距离为3km为电缆线路。
电力系统变电所高压馈电线出口处短路
确定基准值
取Sd=100MVA，Udi=Uwvi=10.5KV，Ud2=Uwv2=0・4KV，而
ld1=Sd/（.3Udi）=100MVA/（...310.5）KV=5.5KAld2二Sd/（..3Ud2）=100MVA/（.30.4）KV=144KA
计算短路回路中主要元件的电抗标幺值
电力系统根据有关资料，Ioc=31.5KA，则
Soc=£3UnIoc=31031.5=550MVA
X；=XS^SD/SOC=100MVA/550MVA=0.18
架空线路
由资料可知：
X。
=0.4"/KM，贝y
X2-XwLD
2
=X°Lsd/U
2
=（04」/m）5Km100MVA/（10.5KV）=1.81
电力变压器
由资料得：
Uk%=5则
X；=X；d=（Uk%100）SD/Sn=（5/100）100MVA/1MVA=5
求出高压侧点及其低压侧短路回路阻抗标幺值
x]k」）=x；=X；x2=0.181.81=1.99
X邓工）=X6=X!
X2X3=0.181.815二6.99
求出高压侧三相短路电流和短路容量
ikld=1/X®=1/1.99=0.5
Ik?
=ld1/X卫=5.5KA/1.99=2.76KA
I；号=£=£=2.76KA
ish=2.571"=2.572.76KA=7.09KA
lsh=1.531"=1.532.76KA=4.22KA
S；2=£/X^z=100MVA/1.99=50.25MVA
求出低压侧三相短路电流和短路容量
1；铁=Id2/X©=144KA/6.99=20.6KA
l（"k；）=l（3）=1兀=20.6KA
ish=1.81Z"=1.8420.6KA=37.9KA
Ish=1.09l''=1.0932.07KA=22.45KA
S；铁=100MVA/0.49=16.16MVA
在工程设计中，往往还要列短路计算表，如下图所示。
短路计算表
短路计
算点
三相短路电流（KV）
三相短路容量
（MVA
|⑶
1k
I"（3）
I（3）
1oO
i（3）
ish
I（3）
1sh
Sk3）
ki点
2.76
2.76
2.76
7.09
4.22
50.25
k2点
20.26
20.6
20.6
37.9
22.45
16.16
六、电气设备选择与校验
1、高压断路器的选择
高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两方面，其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。
高压断路器的主要作用是：
在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。
断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。
为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。
根据高压断路器的QF的型号规格。
在短路计算中我们得知10kV侧母线上短
路电流为5.3kA，控制QF的线路继电保护装置实际最大的动作时间为1.0s
变压器高压侧实际最大工作电流按变压器额定电流计算。
I~i
l30=I1NT=SN/3Un=1000/（10）=57.7A
线路首端短路时，流过短路电流最大，而线路首端（k1）点短路和母线
（k2）点短路，其短路电流相等，即：
短路电流冲击值：
ish=2.551''=2.552.76=7.038KA
短路容量：
SK二3UJk=310.52.76=50.2MVA
拟定选用高压真空断路器，断路时间：
toe=0.1s
短路假想时间：
tima=t1c二toptoC=1.00.1=1.1s
根据拟定条件和相关数据，选用ZN12-10I型高压真空断路器。
表7-2ZN12-10I型高压真空断路器
序号
安装电气条件
ZN12-10I
校验结论
项目
数据
项目
技术数据
1
Un
10KV
Un
10KV
合格
2
130
57.7A
1N
1250A
合格
3
|（3）
1K
2.76KA
1OC
31.5KA
合格
4
i（3）
ish
7.038KA
.mas
25KA
合格
5
I（3）2t.
1oq5ma
7.84
It2t
126
合格
7.4隔离开关选择与校验
7.4.1隔离开关原理与类型
隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器，用于隔离电源，以保证
对其它电器设备和线路运行安全检修。
隔离开关是应用于断路器的配套装置使用的，但是隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流。
隔离开关的类型较多，按装接地点不同分：
屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目分：
单柱式、双柱式和三柱式；此外还有v型隔离开关。
隔离开关的型式对配电装置的分布和占地面积有很大的影响，隔离开关选型时应根据实际情况选择，辽宁工学院选择型号为：
GN30-10D/630,这种型号隔离开关系列为高压10kV,三相电流频率50HZ
的户内装置，安装于高压开关柜内，使高压开关柜结构紧密占地面积小，安全性高。
如下表所示7-3为GN30-10D/630的技术数据。
表7-3GN30-10D/630技术数据
型号
型式
序号
额定电压
KV
额定电流
A
结构标志
GN30-10D/630
户内
30
10
630
带接地刀
闸
742隔离开关运行与维护
隔离开关运行与维护的注意事项：
（1）.载流回路及引线端子无过热。
（2）.瓷瓶无裂痕，瓷瓶与法兰接触处无松散及起层现象。
（3）.传动机构外露的金属无明显锈蚀痕迹。
（4）.触头罩无异物堵塞。
（5）.接地良好。
（6）.分合闸过程应无卡劲，触头中心要标准，三相是否同时接触。
（7）.隔离开关严禁带负荷分、合闸，维修时检查它与断路器的连锁。
7.4.3隔离开关的校验
根据型号拟选GN30-10D/630。
ca
S1N
3Un
1000
310
=57.73A
短路电流的冲击值：
ish=2.552.76=7.038KA
短路容量：
Sk=s"=S二102.78=48.15MVA
短路电流假想时间：
iimar-tac^tr=10.1=1.1S
校验情况如下表
表7-4GN30-10D/630校验数据
计算数据
GN30-10D/630
工作电压（KV）
10
Un=10
最大工作电流（A）
57.73
IN=630
短路电流（KA）
2.76
短路冲击电流（KA）
7.038
imar=50
热稳定性校验
=2.762X1.1=8.38A2S
=142汉5=980A2S
根据以上数据可得满足热稳定校验条件。
7.5互感器选择与校验
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次
回路信息的传感器。
互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、
100/.3V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。
为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二
次部分长期存在高电压。
互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，主要是电磁式的。
此
外，电容式电压互感器在超高压系统中也被广泛应用。
非电磁式的新型互
感器，如电子式、光电式互感器，尚未进入广泛的工业实用阶段。
7.5.3电流互感器选择校验。
Kes
对于大多数电流互感器，给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数和热稳定倍数Kt，因此其动、热稳定度应按下式校验。
动稳定倍数：
KesFmas/（-21in）
则动稳定校验的条件为：
Kes-2300_ish
拟定型号为：
LZZBJ9-10型电流互感器，查表得Kes=220,Ki=150/5
Kes、21讪=2202150=933240一ish=30070
热稳定倍数：
Kt=lt/l1N，则热稳定度校验条件为：
（KtI1N）2t-I（3^tima，一般Kt为1S热稳定倍数，即电流互感器试
验时间t=1s，因此上式可改写为：
1（3）0=2800.31
3000-2800.31
通过计算结果可知满足热稳定校验。
电压互感器选择校验。
1.电压互感器的结构
一次绕组被分为匝数相等的两部分，分别绕在上下铁芯柱上并且并联起来，其连接点于铁芯相连，二次绕组绕在铁芯上，此外还有一个平衡线圈，也有匝数相等的两部分组成，分别绕在上下两个铁芯上，并且串起
来，连接点与铁芯相连。
2.电压互感器校验
为了保证电压互感器的安全运行和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压互感器应满足下列条件：
1.1Ue1U1-0.9Ue1
其中式中U1为电网电压；
Ue1为电压互感器一次绕组额定电压；
其电压互感器参数如下表所示
表7-5电压互感器参数
型号
额定电压（KV）
一次绕组额定容量
（VA）
二次绕组额定
容量（VA）
最大容
量（VA）
JDZ18-10
一次
二次
0.5
1
3
3P
6P
400
10
0.1
50
80
200
综合公式：
S2二C.cos：
：
」）2（3sin：
：
」）2=]（3P）2（3Q）2
校验后满足要求。
七、母线及进出线的选择
实际工程应用10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条
件选择截面，再校验，其电压损耗和机械强度。
对于一般建筑物的10kV线
路距离短，电流不太大，按经济电流密度确定经济截面的意义并不大。
1.选择
根据负荷计算电流：
IC-1120A
折算到10kV
IJG
Ij
0.4
10
得到高压侧电流：
lc=0.041120=44.8A
根据变压器SCB9-1000/10型空载电流为0.8%，其有名值:
1000
.310
=58.14A
SjBE
1JEG-
03"0
空载电流;
IJGO=0.8%58.14=46.51A
Ijg=Ij-Ijgo=144.846.51=91.31A
根据实际情况：
Tmas=5000（h），电流经济密度2.0A/mm2
I15202
10kV侧：
Sjnis45.65（mm2）
Jh2
Igz11202
0.4kV侧：
SJN560（mm）
JN2
故选用10kV侧：
TMY-32040
0.4kV侧：
TMY—36020
经过与短路电流的比较满足条件
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