住宅小区供电毕业设计.docx

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住宅小区供电毕业设计

1绪论

1.1选题的现状及背景意义

为适应我国全面建设小康社会，住宅建筑电气工程的设计，首先是要满足建设小康社会的需求，随着人们生活水平的提高，对供配电系统的可靠性和安全性的要求越来越高，这就促使供配电系统不断向前发展，以满足社会和人们生活的需要。

但是，住宅小区配套电力设施建设由于标准不统一、供电方案不规范等原因，使小区用电可靠性不高、设备运行损耗偏大等问题，在全国各地均有不同程度体现，这影响和谐、节约型社会的构建。

1.2设计要求及内容

小区有（无功补偿）230户，其中小户型应为150户（每户为80mm2）,大户型80户（每户120mm2）。

商铺30间300kW（含生产，照明），室内外照明85kW，小区排污35kW，酒店150kW（空调照明等），小区生活变频泵35kW（一用一备用共70kW），电梯12台共132kW。

该小区内包含有：

住宅楼、商铺、酒店、配电所、地下停车场等。

其中住宅楼为5栋，每栋楼上有30小户，16大户，总共46户，每层有2大户，3小户，最后一层全为小户（即为6小户），总共有9层，每栋楼有2台电梯，一上一下，每栋楼还有2个安全出口。

5栋楼总共用了10台电梯，并且设在中间，2安全出口设在两边。

另外2台电梯用在酒店里，这样总共12台电梯就用完了。

30间商铺建在小区的四周，有大门的那一面建6间，其余三面各建8间，酒店建在离大门近的地方，地下停车场也建在离大门近的地方，和大酒店建的方向相反，并且地下停车场的上面再建一个公共性的体育活动及娱乐场所，配电所原则上本应该建在负荷中心，但是考虑到安全性，所以不应该建在人口密集，或者公共场所的附近，所以这里考虑建在负荷大且集中的地方的附近就行了，这样大致的平面图就设计出来了。

具体的平面图如下面所示（共两个图，一个为整个住宅小区的平面图，另一个为一幢楼的图）：

图1-1整个住宅小区平面图

注：

四周的方框代表商铺，最下面的大矩形代表小区的大门。

图1-2单个楼房的平面图

注：

最下面的几个矩形中，中间的为楼房入口，两边的代表楼梯，即上下楼的安全出口；中间贯穿上下的矩形代表两台电梯；其它方框代表住户，下面四层为大户型，上面五层全为小户型，总共46户。

这就要求先按照大小户及负荷安排出总体布局，使住宅小区优美、舒适，并且使小区供电可靠性性高、能效利用水平高，以实现和谐、节约型社会的构建，并且满足社会进步和人们生活的需要。

本文从提高小区供电可靠性、提高能效利用水平的思路出发，对住宅小区电力建设供电方案进行优化设计。

2主接线方案设计

2.1概述

（1）供配电系统主接线

主接线是指有种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等的电路。

主接线可分为有母线结线和无母线结线两大类。

有母线结线又可分为单母线结线和双母线结线；无母线结线可分为单元式结线、桥式结线和多角形结线。

中、低压系统中主超级大要采用单母线结线、单元式结线和桥式结线。

主接线的基本要求：

①安全性，②可靠性，③灵活性，④经济性。

单母线不分段结线通常有两种情况：

①单进线回路，②双进线回路。

双进线回路有三种运行方式：

即双电源并列运行、双电源一用一备运行、电源一进一出运行。

单母线分段结线通常有三种运行方式，即：

双电源并列运行、双电源分列运行和双电源一用一备运行。

单母线带旁路结线主接线中有两条母线，一条为主母线，一条为旁路母线。

主要用于出线回路较重要，不允许停电检修断路的场合。

利用旁路母线每次只能不停电检修一条出线回路。

无母线的主接线常见的有两种，即：

单元式结线和桥式结线。

（2）供配系统网络

供配电网络是指由电源端向负荷端输送电能时采用的网络形式。

供配网络的分类主要的类别有放射式、树干式和环式以及由上述三种形式派生出来的其它形式。

放射式网络结构：

单回路放射式、双回路放射式、带公共备用线的放射式。

树干式网络结构：

单回路树干式、双回路树干式。

环式网络结构：

单环式网络结构、双环式网络结构。

各种网络结构的供电可靠性及适用对象：

中压系统常见网络结构形式有环式结构、放射式结构和树干式结构；低压系统常见的网络结构有放射式结构和树干式结构。

2.2主接线方案的设计

技术经济比较包括三方面的内容：

技术指标、经济计算、有色金属消耗量。

技术指标：

供电电能质量、运行管理、维护检修条件；交通运输及施工条件；分期建设的可能性与灵活性；可发展性；其他方面的有利与不利条件。

经济计算包括以下几项：

基建投资费用、年运行费用、有色金属的消耗量、技术方案与方案确定。

对于配电系统，由于总降压变电所位置不同或配电电路的路径和结构不同，可以提出很多设计方案，当拟定的各方案按同等的条件经计算得出各项指标后，应尽可能选择投资少，技术性能较好的方案。

如果两个方案在技术上相当，则一般应优先采用投资和年运行费用均较小的方案。

由于住宅小区供电范围小，供电距离短，除电梯、生活变频泵及排污泵为一级负荷外，其余都是三级负荷。

本设计采用的是单母线分段式。

单母线分段式接线所用设备少，经济，并且系统接线简单，操作安全。

图2-1单母线分段式接线

根据前面供电主接线的设计，按照小区的负荷类型就可以设计出住宅小区的主接线。

因为有一级负荷所以采用双回路供电，一路为正常供电方式，另一种为备用电源自动投入方式。

设计出的主接线方案接法如下图：

图2-2主接线方案图

3负荷计算及变压器选择

3.1概述

为了满足电力用户对供电可靠性的要求，同时又考虑到供电的经济性，根据用电设备在应用中所处地位的重要性不同，用电设备可以分为下述三类：

1、一类负荷

凡因突然中断供电，可能造成人生伤亡事故或重大设备损坏，长期才能恢复的用电设备，均属一类负荷。

对一类负荷应有两个独立电源供电，对特殊要求的一类负荷，两个独立电源应来自不同地点，以保证电的绝对可靠。

2、二类负荷

凡突然停电会造成大量废品、产量显著下降或企业内运输停顿，在经济上造成较大损失者为二类负荷。

对这类负荷一般采用双回路供电。

3、三类负荷

三类负荷是指除一类、二类负荷外的其他负荷。

这类负荷停电不直接影响生产，对三类负荷一般供电采用单一回路供电方式，不考虑备用电源。

因某种原因需要停电时，三类负荷是首先限电的对象。

对电力负荷进行分类的目的是为了便于合理的管理。

对重要负荷，保证供电可靠为第一位；对次要负荷，应更多考虑供电的经济性。

在电力系统运行中，一旦出现故障，需要停止部分负荷供电时，应根据具体情况，先切除三类负荷，有必要时切除二类负荷，以确保一类负荷的供电可靠性。

3.3变压器的选择

主变压器向着整个小区的所有用电设备供电，正确的选择主变压器的台数和容量对供电的可靠性和经济性都有重要意义，应根据负荷类别、总的计算符合选择其台数和容量，并考虑留有发展余地。

1、主变压器台数的确定

具有一类负荷的变电所，应满足用电负荷可靠性的要求，主变压器一般选用两台，当一台变压器发生故障或停止运行时时，另一台变压器要投入运行并承担起它的负荷。

本住宅小区的设计中有一类负荷，所以选用两台变压器。

2、主变压器容量的确定

采用两台变压器一用一备用时运行方式时，变压器的容量应该按照下式计算：

其中

为变压器的额定容量（每台都应满足全部用电负荷的需要，一般还要考虑的富裕容量），单位为KVA，主变压器的型号应尽量考虑采用低损耗、高效率的变压器；

为变电所人工补偿后的视在容量，单位为kVA。

本设计所选的两台变压器型号为：

S9-2000/10

采用并列运行方式。

3.4配电所所址及型式的选择

配电所宜靠近用电负荷中心设置，或负荷比较集中的地方。

从小区物业管理方面考虑，小区变配电所应设置在小区会所或专用管理用房内。

从小区的建筑特点方面考虑，即住宅群、楼栋之间间距较大，分布分散，可在小区中心会所设高压总配电房，分区、分片设低压配电房；当条件不允许时亦可设置户外箱式变电站，但应注意对小区整体环境的影响和电力变压器噪声对小区住户的影响。

结合本住宅小区的实际情况，配电所应该与其它的建筑等保持一定的间距，所以本设计的配电所选择设在负荷比较集中的地方。

具体位置见1-1图所示。

小区采用两级变电，第1级由35kV变为10kV，第2级由10kV变为0.4kV。

住宅小区外部10kV配电线路应根据当地城市规划或配网规划选用电缆或架空方式供电；对住宅小区内具有高层建筑电梯等一级负荷的，应用双电源方式供电；小区内部使用电缆线路，宜采用开闭所（环网柜）和配电所方式实行环网供电。

在具有一二级负荷或400户以上的小区，采用两路10kV电源引入设计；400户以下、规模较小且无一二级用电负荷的小区，可采用一路10kV电源进线设计。

所以本小区设计采用两路10kV电源引入设计。

4功率因数的改善和无功功率补偿

4.1功率因数的改善

1、提高功率因数的方法

（1）提高用电设备的自然功率因数。

①正确选择与合理的使用电动机，使其经常在满载或接近满载的情况下运行，因为在这种情况下电动机的功率因数较高。

②合理的调节负荷，避免变压器空载和轻载运行。

③使同步电动机在过励磁条件下运行，利用其容性电流来补偿电网中的感性电流。

④尽量选用鼠笼型电动机，因为它比绕线型电动机的功率因数高。

⑤使绕线型电动机同步化。

（2）采用人工补偿的方法使总功率因数得以提高。

2、人工补偿提高功率的方法

（1）采用同步电动机补偿。

（2）采用并联电容补偿。

4.2无功功率补偿及电容器的选型

4.2.1无功功率补偿

功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：

使变配电的容量增加；使供配电系统的损耗增加；使电压损失增加，线路电流越大，电压损失也就越大；使发电机的效率降低。

这就需要进行无功补偿。

通常采用并联电容器的方法来进行无功补偿。

补偿原理：

如果在补偿有功计算功率为P∑，无功计算功率为Q∑。

由于补偿后的有功计算功率不变，因此功率因数得到了提高，总的视在功率

得到显著降低，即：

（式中：

为电容器的总无功容量，kvar；Q∑为补偿前无功功率，kvar；P∑为系统的有功计算负荷，kW；Sa.c为补偿后总的视在功率，kVA；S∑为补偿前总的视在功率，kVA。

）

4.2.2电容器的选型

1、电容器无功容量的计算

由式

得：

电容器的无功容量为：

（式中：

为补偿前功率因数角的正切值；

为补偿后功率因数角的正切值。

）

2、电容器台数的确定

在提高电力系统的功率因数时，应选择并联电容器。

电容器的额定电压与其接入电网的工作电压相适应。

由于电容器的实际补偿容量与其端电压的平方成正比，所以电容器的台数N应按下式计算：

式中：

为单台电容器的额定容量，kvar；

为电容器的实际工作电压，kV；UN.C为电容器的额定电压，kV。

电容器一般分成两组，分别接在变电所4（10）kV的两段母线上，所以，N应取与计算值相等或稍大的偶数。

3、电容器的补偿方式和联接方式

（1）电容器的补偿方式

电容器的补偿方式有三种，即单独接地补偿方式、分散补偿方式和集中补偿方式。

因为集中补偿方式优点是电容器的利用率较高，管理方便，能够减少电源线路和变电所主变压器的无功负荷。

所以多数情况下都采用集中补偿方式。

本设计中就采用集中补偿方式。

（2）电容器的接线方式

电容器的接线方式分为：

三角形接线、中性点不接地的星形接线和双星形接线。

一般相间短路容量不超过50MVA，容量不大于300kvar的电容器组，可采用三角形接线。

本设计采用三角形接线。

5低压保护电器设备的选择

5.1断路器的选择

对电气设计人员来说，低压断路器是直接面向广大电力用户的重要设备。

根据负载选用断路器最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用照明等三大类。

以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。

这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。

对配电型断路器而言，有选择型与非选择型之分。

所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。

国内万能式断路器中的DW17（ME）系列和DW40系列中大部分是选择型，甚至CW1、HSW1等智能型万能式断路器还带有接地故障保护功能。

对于电动机保护型断路器，它只要有过载长延时和短路瞬时的二段保护性能就够了，也就是说它可选用非选择型断路器（包括塑壳式和万能式），DZ25、YLM50、HSM1及DW15等系列除有配电保护的性能外，它们的800A及以下规格均有保护电动机的功能。

家用和类似场所的保护也是一种额定电流在63A以下的小型非选择型断路器。

根据短路电流选择断路器，断路器的选用原则是：

断路器的短路分断能力≥线路的预期短路电流。

断路器的短路分断能力通常是指它的极限短路分断能力。

断路器有三个重要的短路电流分段能力指标，分别为：

极限短路分断能力（Icu）、运行短路分断能力（Ics）和短时耐受电流（Icw）。

国内低压断路器的运行短路分断能力Ics绝大多数是小于它的极限短路分断能力Icu的。

我国国家标准GB140482规定，Ics可以是Icu数值的25%、50%、75%和100%。

设计人员在设计选用时只要符合断路器的极限短路分断能力≥线路预期短路电流就能满足要求了。

当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关（或单台变压器母线的联络线开关）采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关（或联络线开关）的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

当低压母线断路器采用自投方式时，应符合下列要求：

（1）应装设“自投自复”、“自投手复”、“自投停用”三种状态的位置选择开关；

（2）低压母联断路器自投应有一定的延时（0～1s），当低压侧主断路器因过载及短路故障分闸时，不允许自动关合母联断路器；

（3）低压侧主断路器与母联断路器应有电气联锁。

断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。

断路器选择的具体技术条件简述如下：

（1）电压：

Ug（电网工作电压）≤Un。

（2）电流：

Ig.max（最大持续工作电流）≤In。

由于高压开断电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能的运行方式下回路持续工作电流的要求，即最大持续工作电流Ig.max。

（3）开断电流（或开断容量）：

Idt≤Ibr（或Sdt≤Skd）

式中Idt：

断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；

Sdt：

断路器t秒的开断容量；

Ibr：

断路器的额定开断电流；

Skd：

断路器额定开断容量。

断路器的实际开断时间t，为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。

（4）动稳定：

ich≤imax

式中：

imax：

断路器极限通过电流峰值；

ich：

三相短路电流峰值。

（5）热稳定：

I∞2tdz≤It2t

式中：

I∞：

稳态三相短路电流；

tdz：

短路电流发热等值时间（又称假象时间）；

It：

断路器t秒热稳定电流。

（6）过电压：

当断路器用于切、合架空输电线时，若220kv线路超过200km，330kv线路长度超过250km时，应交验其过电压倍数。

根据实际情况和具体应用位置选择合适的断路器。

5.2负荷开关和隔离开关选择

5.2.1概述

负荷开关具有简单的灭弧装置，用来熄灭切断负载电流时所发生的电弧，但不能切断短路电流时所产生的电弧。

由于负荷开关灭弧装置较简单，所以不能切断短路。

为保证在使用权用负荷开关的线路上对短路故障也能起保护作用，采用带熔断器的负荷开关。

隔离开关的主要用途是保证高压装置中检修工作的安全。

用了隔离开关，可以将高压装置中需要修理的设备与其他带电部分可靠地分开，并构成明显的断开点，故隔离开关的触头是暴露在空气中的。

隔离开关并无灭火装置，所以不能切断负荷电流和短路电流，否则电弧不仅使隔离开关烧毁，而且右能发生严重的短路故障，同时电弧对工作人员也会造成伤亡事故。

负荷开关和隔离开关的选择，应根据额定电压，额定电流来选择，并作短路时动稳定和热稳定的校验。

负荷开关和隔离开关因不能切断短路电流，所以在选择进不需要校验切断电流或切断容量。

5.2.2负荷开关和隔离开关的选择

1、负荷开关的选择

负荷开关的分类：

H为刀开关和转换开关、HD为刀开关、HH为封闭式负荷开关、HK为开启式负荷开关、HR为熔断器式刀开关、HS为刀形转换开关、HY为其他、HZ为组合开关。

（1）满足电压工作的条件，即：

Ur≥UN；Um≥Uw；

式中Um——开关电器最高工作电压；UN——系统的标称电压；

Uw——开关电器装设处的最高工作电压；Ur——开关电器的额定电压；

（2）满足工作电流的要求，即：

Ir≥Ic；

式中Ir——开关电器的额定电流；Ic——开关装设处的计算电流；

（3）满足工作环境要求：

选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件的要求，如：

温度，湿度，污秽，海拔，地震烈度等。

（4）满足短路故障时的动热稳定条件：

①满足动稳定要求：

imax≥ish或Imax≥Ish；

式中imax——开关电器的极限通过电流峰值；

Imax——开关电器的极限通过电流有郊值；

ish——开关电器装设处的三相短路冲击电流；

Ish——开关电器安装处的三相短路冲击电流有郊值；

②满足热稳定要求:

开关电器自身可以承受的热脉冲应大于短路时最大可能出现的热脉冲；即：

I2t.t≥I2∞.tim

式中It——开关电器的t秒热稳定电流有郊值；

I∞——开关电器安装处的三相短路电流有郊值；tim——假想时间；

③满足开关电器分断能力的要求：

负荷开关应能分断最大负荷电流；

即：

Ibr≥Il.max式中Ibr——负荷开关的额定分断电流；

Il.max——负荷开关装设处最大负荷电流。

2、隔离开关的选择

隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离电源，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。

在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。

因它没有专门的灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。

因此，隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重的设备和人身事故。

只有电压互感器、避雷器、励磁电流不超过2A的空载变压器，电流不超过5A的空载线路，才能用隔离开关进行直接操作。

隔离开关的选择原则与负荷开关的选择原则相类似，根据上述的方法和原则来选择合适的隔离开关类型。

5.3电流互感器和电压互感器的选择

（1）电流互感器的选择

电流互感器的特点：

一次侧线圈串联在一次主电路中，匝数很少，而二次侧匝数很多。

二次侧所执接的仪表和继电器等到的线圈阻抗非常小，所以正常情况下电流互感器的二次侧是在接近短路状态下运行的；当电流互感器二次绕组开路时，Z2=∞，则二次侧I2=0，这时一次侧电流全部用于励磁，铁心过度饱和，铁心中的磁通为方波，此时二次绕组开路处的电压右能达到1000V以上，这对于工作台人员的安全与仪器的绝缘都是很大的威胁；电流互感器的接线方式有：

单相接线、三相星形接线、两相不完全星形接线。

电流互感器选择的条件：

（1）满足工会作电压的要求，即：

Ur=UNUm≥Uw。

式中Ur——电流互感器的额定电压；Um——电流互感器的最高工作电压；UN——系统的标称电压；Uw——电流互感器装设处的最高工作电压；

（2）满足工作电流的要求：

对一、二次分别考虑。

①一次侧额定电流Ir1：

Ir1≥Ie；式中Ie为线路的计算电流。

②二次侧额定电流Ir2：

Ir2=5A。

此外电流互感器有一个最大二次侧电流（额定二次负荷下）指标，当二次侧实际电流大于该指标时，电流互感器可能因为发热而损坏。

（2）电压互感器的选择

电压互感器的特点与电流互感器类似，并且选择方法也与电流互感器类似，所以这里就不再赘述，根据小区设计的实际情况，并参照上述电流互感器的选择方法来选择就行了。

5.4导线型号的选择

1、电力电缆的选择条件

电力电缆的选择应符合如下条件：

（1）线缆应满足正常负荷下的长期运行条件；

（2）能承受故障时故障电流，尤其是短路电流的短时作用；

（3）为保证电源质量，必须限制线路上的电压损失，以满足线路末端的电压偏差要求，即应该满足线路电压损失的要求；

（4）满足机械强度的要求；

（5）考虑线路的经济运行。

2、导线截面的估算及选择

该住宅小区有10kV电源进线,输出的最大负荷为1079.9kW，功率因数为0.8，年最大负荷利用小时数为3600h，线路允许电压损失为6.5%。

所以其导线截面积选择如下：

对10kV线路输电导线选择LGJ型钢芯铝绞线。

由于线路为该小区住宅的电源进线，其容量大、线路长、年运行时间长，所以应按经济电流密度选择导线截面。

按经济电流密度选择:

线路正常工作时的最大长时工作电流如下计算

查表得，钢芯铝绞线的经济电流密度

，所以，其经济截面为：

从经济方面考虑，为节省有色金属，减少初期投资，并且综合上面所计算的结果，多方面考虑，选择LGJ-70型钢芯铝绞线。

3、校验

由于线路为该小区住宅的电源进线，其容量大、线路长、年运行时间长，所以在按照经济电流密度选择导线截面之后，还要按长时间工作允许电流和机械强度来进行校验。

（1）按长时间允许电流校验：

查资料可知：

选择的LGJ-70型钢芯铝绞线的长时间允许电流为275A，大于线路的最大长时间工作电流

A。

所以：

校验合格。

（2）按机械强度校验：

查资料可知：

满足机械强度的最小截面是25

，而所选截面为

>25

，满足机械强度的要求。

所以：

校验合格。

通过以上计算，就把导线的型号选择出来了。

6防雷

1、民用建筑物的防雷分类

可以分为三类：

第一类防雷的民用建筑物，是具有特别重要用途的属于国家级的大型建筑物，如国家级会堂、办公建筑等；第二类防雷的民用建筑物，是重要的或人员密集的大型建筑物，如部省级办公楼等；第三类防雷的民用建筑物为建筑物年计算雷次数为0.01及以上的确定为第三类防雷建筑物，年计算雷击数N的经验公式为：

N＝0.05ｎｋ（ｌ＋5ｈ）（ｂ＋5ｈ）×10

；

式中ｎ——年平均雷暴次数，根据当地气象台、站资料确定：

ｌ、ｂ、ｈ——建筑物的长、宽、高，米。

ｋ——雷击次数校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下为1.5~2；位于旷野孤立的建筑物或金属屋面的砖木结构建筑物；位于河边湖边、山坡下或山地及特别潮湿的建筑物；建筑群中高于25米、旷野高于20米的建筑物。

建筑群边缘地带的高度为20米以上的建筑物，在雷击活动强烈地区高度可为15米以上，雷击活动较弱地区其高度可为25米以上。

2、防止直接雷的措施

（1）一般在建筑物易受雷击部位装设避雷针或避雷带。

（2）采用避雷带时，屋面上任何一点距避雷带应不大于10米。

当有3条及以上避雷带时，每隔30～40米处将平行的避雷带进行连接

（3）当采用避雷针时，单针的保护范围可按60度计算。

多支避雷针两针之间的距离不宜大于30米，并应符合下式要求：

D≤15ha

式中D——两针之间的距离，米；

ha——避雷针有效高度，即避雷针突出建筑物的高度，米。

（4）自30米以上，每3层沿建筑物四周设避雷带。

（6）周长超过40米的建筑物，引下线一般不少于2根，其间距不大于24米，在技术上处理有困难时，允许放宽到34米。

（7）接地装置围绕建筑物成闭合回路，冲击接地电阻应不小于5欧，小于5欧有困难时，可采用接地网均衡电位，网格尺寸不应大于24×24米。

（8）防侧击避雷带、均压环、引下线、闭合接地装置，可以利用建筑物钢筋混凝土中的钢筋。