住宅小区10kV供电系统设计-(河南理工大学毕业设计).doc
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摘要
本次所设计的课题是住宅小区10kV供电系统的初步设计，该供电系统是有两个配电室组成的住宅小区专用的降压变电系统，具有10kV和380V两个电压等级，10kV一侧接与110kV变电站的10kV母线，380V主要用于小区用户的用电。
本次所设计的供电系统是非常重要的，如果系统出故障了，将影响整个住宅小区的供电，所以可靠性要求很高。
所以这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性及经济性。
本说明书通过对变电站的主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，备用电源的自动投入设计，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计较为详细地完成了电力系统中变电站的设计。
关键词：
配电室；短路计算；无功补偿；备用电源投入
Abstract
Thedesignofthisresidentialareaisthesubjectofthepreliminarydesignof10kVpowersupplysystem,thepowerdistributionsystem,therearetworoomsandanopeningandclosingaresidentialareaconsistingofadedicatedstep-downtransformersystemwith10kVand380V2avoltage,10kVand110kVsubstationsideoftheaccessbus10kV,380Velectricitymainlyforresidentialusers.Thepowersupplysystemdesignedisveryimportant,ifthesystemisbroken,theentireresidentialareawillaffectthepowersupply,sothehighreliabilityrequirements.Therefore,thedesignmusttakeintoaccountthepowersystemsecurity,reliabilityandeconomy.Thismanualwiringthroughthemainsubstationdesign,shortcircuitcurrentcalculation,themainelectricalequipmenttodeterminethemodelandparameters,electricalequipment,thedynamicthermalstabilitytest,automaticbackuppowersupplydesign,reactivepowercompensationdesign,lightningprotectionandovervoltageprotectionDevicecompletedindetailthedesignofsubstationsinpowersystem.
Keywords:
Distributionroom;Short-circuitcalculation;Reactivepowercompensation;BackupPowerInput
目 录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2设计的目的和基本要求 1
1.3本次小区供配电设计的主要内容 2
2.住宅小区的负荷计算 3
2.1负荷的分类及供电要求 3
2.1.1电力负荷的含义 3
2.1.2按对供电可靠性要求的负荷分类 3
2.1.3按工作制的负荷分类 4
2.1.4本设计的负荷 4
2.2小区负荷计算 5
2.2.1本小区户型说明 5
2.2.2住宅小区住户照明用电负荷的计算方法 5
2.2.2其他负荷的计算方法 6
2.2.3详细负荷计算 7
3.小区变配电方案 10
3.1箱式变压站与环网柜的选择 11
3.1.1变压器的台数与容量的确定 11
3.1.2主变压器型号的确定 11
3.1.3环网柜的选择 12
4.短路电流计算 14
4.1短路计算的目的及步骤 14
4.1.1短路电流的原因与危害 14
4.1.2短路电流计算的目的 15
4.1.3短路电流计算的一般规定 16
4.1.4短路电流的计算步骤 16
4.2短路电流的计算 17
4.2.1短路计算过程 17
5.电气设备的选择 19
5.1电气设备选择的一般条件 19
5.1.1按正常工作条件选择 19
5.1.2按短路情况校验 20
5.2各电气设备选择的原则 21
5.2.1断路器的选择原则 21
5.2.2电流互感器的选择 22
5.2.3电压互感器的选择 24
5.3其它辅助设备选型 25
5.3.1高压负荷开关与熔断器的选择 25
5.3.2隔离开关的选择 26
5.3.3电容补偿装置的选择 27
6.高低压侧线路的选择 28
6.1主线路线型选择 28
6.1.1导体材料的选择 28
6.1.2普通电缆绝缘材料及护套选择 28
6.1.3高压电缆的选择 30
6.1.4低压电缆的选择 32
7.无功补偿 34
7.1无功补偿方案设计 34
7.1.1提高功率因数的意义 34
7.1.2补偿装置的确定 34
7.1.3无功补偿容量计算 34
8.防雷与接地 36
8.1防雷电过电压的保护 36
8.2避雷器的选择 36
8.2.1避雷器的分类及配置原则 36
8.2.2避雷器的要求 37
8.2.3避雷器的选择 37
8.3接地装置 38
8.3.1接地开关的选择 39
结论 40
参考文献 41
致谢 42
附录 43
II
1.绪论
1.1课题背景
随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑性、小型化、无人值守的方向发展。
其次随着社会发展和城市化的进程加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空线向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。
因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。
再次人们对供电质量尤其是供电的可靠性要求越来越高，因而采用高压环网、低压网自动投切等先进技术的预装式变电站成为首选的配电设备。
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是电力系统中电能传输必不可少的环节，起着桥梁的作用。
变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。
变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，就需要做到变电所整体的稳定、可靠并采取相应的措施提高供电可靠性和提高电能质量。
现在根据电力系统和城市住宅小区的发展规划，拟在某地区新建10kV的变电站。
1.2设计的目的和基本要求
随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常工作中。
因为电能可以方便的转化为其他形式的能源，例如：
机械能、热能、光能、磁能等等；并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的任何工作场所和生活场所；电能的应用规模也很灵活。
以电作为动力，可以促进工农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅提高劳动生产率。
同时提高电气化程度，以电能代替其他形式的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径。
在电力系统设计中，应贯彻国家个项方针政策，遵照有关的设计技术规定。
从整体出发，深入论证电源布置的合理性，论证其安全可靠性和经济性，并对此进行必要的计算。
尚需注意近期与远期的关系，发电、输电、变电工程的协调，并为电力系统继电保护、安全自动装置及以下一级电压的系统设计创造条件。
1.3本次小区供配电设计的主要内容
本次住宅小区供配电系统的设计是根据三门峡陕县嵩基小区的规划而设计的。
本小区总共有11栋楼。
该小区包含7栋6层楼房和2栋23层高层楼房，其中两栋高层楼1-2层为商铺，其余为住宅。
6层楼房每栋4个单元，每个单元有12家住户，高层楼房每栋三个单元，每个单元有42家住户。
住宅总户数为588户，此外小区有地下车库1座，1栋物业楼，1栋外承包大型超市。
小区用电分为生活用电（包含居民住宅用电，给排水用电，集中供暖用电）、公共用电和道路照明用电及景观用电（包括小区内主、次干道、广场花园草坪、音乐喷泉、建筑及雕塑等）。
本次设计的主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关的规程，主要完成由10KV供电线路至住宅小区各用电种类的供配这一部分的设计,采用10KV/0.4KV进线形式，接地形式采用TN-C-S系统（干线部分的前一部分保护零线是与工作零线共用的）进户处设重复接地，采用综合接地方式，接地利用建筑物基础作接地极，接地电阻不大于10Ω。
小区平面简图见附表1。
23
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
2.住宅小区的负荷计算
2.1负荷的分类及供电要求
2.1.1电力负荷的含义
电力负荷又称电力负载，有两种含义：
一是指耗用电能的用电设备或用户，比如说重要负荷、一般负荷、动力负荷、照明负荷，另一中是只用电设备或用户耗用的功率或电流大小，比如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。
电力负荷是随机变化的。
用电设备的启动和停止、负荷随工作的变化也是完全随机的，但却显示出某种程度的规律性。
例如在本设计中商用的一二层负荷便是随季节、昼夜变化的。
比如说在夏季会打开空调负荷便会增高，办公写字楼白天上班负荷增加，其变化的规律性可用负荷曲线来描述。
负荷曲线就是指在某一段时间内用电设备有功、无功负荷随时间变化的图形，分别构成有功负荷曲线（P）和无功负荷曲线（Q）。
常用的是有功负荷曲线。
每类负荷曲线按时间坐标长短的不同，可分为日负荷曲线、年负荷曲线等，按描述的负荷范围不同又可分为用户（变电所）负荷曲线、地区负荷曲线和电力系统、发电厂负荷曲线等等。
用户有各种用电设备，它们的工作特征和重要性各有不同，对供电的可靠性和供电的质量要求也不同。
因此，应对用电设备或负荷分类，以满足对供电可靠性的要求，保证供电质量，降低供电成本。
2.1.2按对供电可靠性要求的负荷分类
电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度进行分级，并应负荷下列规定：
符合下列情况之一时，应为一级负荷：
（1）中断供电将造成人身伤亡
（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如：
重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。
（3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
例如：
重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
符合下列情况之一时，应为二级负荷：
（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如：
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
（2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
例如：
交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
不属于一级和二级负荷则应为三级负荷。
三级负荷对供电电源没有特殊的要求，一般由单回电力线路供电。
2.1.3按工作制的负荷分类
电力负荷按其工作制可分为三类：
（1）连续工作制负荷
连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备，其特点是负荷比较稳定，连续工作发热使其达到热平衡状态，其温度达到稳定温度。
用电设备大都属于这类设备，如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。
（2）短时工作制负荷
短时工作制负荷是指工作时间短、时而停歇、反复运行的设备。
其运行特点是工作时温度达不到稳定温度，停歇时也达不到环境温度。
此负荷在用电设备中所在比例很小
（3）反复短时工作制负荷
反复短时工作制负荷是指时而工作、时而停歇、反复运行的设备。
其运行特点是工作时温度达不到稳定温度，停歇时也达不到环境温度，如起重机、电梯、电焊机等。
2.1.4本设计的负荷
按我国现有的有关规范规定，凡多层住宅用电均按三级负荷供电，而小区的配套设施如面积较大或带有空调系统的会所、商铺及地下停车库等则应根据《建筑防火设计规范》（GBJ16-87）、《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》（GB50057-97）设置相应的消防设施，且上述消防设备应按二级负荷供电。
当采用架空线时，可为一回路架空线供电。
对末端消防设备应采用单独的供电回路，并当发生火灾而切断生活用电时，应仍能保证消防用电，其配电设备应有明显标志。
本次住宅小区供配电系统的设计是根据三门峡陕县嵩基小区的规划而设计的，该小区包含8栋6层楼房和2栋23层高层楼房，其中两栋高层楼1-2层为商铺，其余为住宅。
6层楼房每栋4个单元，每个单元有12家住户，高层楼房每栋三个单元，每个单元有42家住户。
住宅总户数为588户，此外小区有地下车库1座，1栋物业楼，1栋外承包大型超市。
小区用电分为生活用电（包含居民住宅用电，给排水用电，集中供暖用电）、公共用电和道路照明用电及景观用电（包括小区内主、次干道、广场花园草坪、音乐喷泉、建筑及雕塑等）。
2.2小区负荷计算
2.2.1住宅小区住户照明用电负荷的计算方法
目前住宅小区基本上分两种类型：
一种是经济适用型，一种是小康型（豪华型），尽管这两种住宅小区用电水平不同，但选择配变容量的方法大致相同。
1.单位指标法
应用单位指标法确定计算负荷Pjs（适用于照明及家用电负荷），即：
Pjs=∑Pei×Ni÷1000（kW）（2-1）
式中Pei——单位用电指标，如：
W/户（不同户型的用电指标不同），由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用
Ni——单位数量，如户数（对应不同面积户型的户数）
三门峡市居民住宅负荷计算参考值见表2-1。
表2-1 居民住宅负荷表
户建筑面积（m2）
＜80
80～100
＞100
计算负荷（W）
3000～4000
4000～6000
7000～8000
计算电流（A）
14～18
18～27
32～36
电能表规格（A）
5（20）
5（20）
10（40）
应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷（PM）。
PM=Pjs×η（式中η——同时系数，不同的住户η值不同：
一般情况下，25～100户的小区取0.4；101～200户的小区取0.33；200户以上的小区取0.26。
）
2.单位面积法
按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：
PM=Ped×S×η（2-2）
式中 PM——实际最大负荷，kW
Ped——单位面积计算负荷，W/m2
S——小区总面积，m2
η——同时系数，取值范围同上
根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，看是否还有其它负荷，如有其它负荷则应考虑进去。
3.无功功率及总负荷大小计算
每栋楼的无功功率计算公式为：
=×（2-3）
每栋楼的总负荷大小为：
=（2-4）
2.2.2其他负荷的计算方法
一般的成规模的小区会有路灯、公用照明、物业楼（物业办公及商场联用）用电负荷；如果是小高层（9层以上）（小康型）还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷（供生活及消防用水），以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19：
00～22：
00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：
00～22：
00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。
（1） 电梯：
PD=∑PDi×ηD
式中 PD——电梯实际最大总负荷，kW
PDi——单部电梯负荷，kW
ηD——多部电梯运行时的同时系数（取值范围见表2）
表2 电梯同时系数一览表
电梯台数123456…12
同时系数10.910.850.80.760.72…0.48
（2） 二次加压水泵：
PMS=∑PSi×NSi
式中 PMS——二次加压水泵最大运行方式下（开泵最多的方式）的实际最大负荷
PSi——各类水泵的单台最大负荷
NSi——最大运行方式下各类水泵的台数
（3） 物业楼：
PWM=PWS×ηW
式中 PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷
PWS——物业楼设计最大负荷，kW
ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数
（4） 路灯及公用照明：
按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。
路灯负荷为PL（kW）。
2.2.3详细负荷计算
（1）居民用电负荷计算：
首先按照单位指标法计算每户居民最大用电负荷，其中单位面积计算负荷按平均用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从80m2到140m2左右不等，其中小户型居多，为计算方便，取平均值100m2，则每户负荷为：
单位指标法公式：
=h××=48×4×0.6=115.2（kW），取0.4
=×=38（kVar）取0.95
===121.3（kW）
1#楼的总用电负荷为121.3kw
同理可求出每座住宅楼的用电负荷如表2-2：
表2-2住宅小区住户用电负荷明细
楼号
户数
单位指标
负荷同时率
补偿后功率因数
有功功率P1（kW）
总负荷P（kW）
1#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
2#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
3#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
4#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
5#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
6#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
7#
48
4KW
0.6
0.95
115.2
121.3
8#
126
4KW
0.5
0.95
252
265.4
9#
126
4KW
0.5
0.95
252
265.4
（2）商业用电负荷计算：
根据河南省《城市电力规划规范》，商场负荷密度按有关设计规范取最大值120W/m2，小型商业用户取80W/m2，可按单位面积法求取商场及小型商铺的用电负荷：
PM=Ped×S×η÷1000（KW），同时系数按规定取0.7。
表2-3小区商业用电负荷明细
楼号
户数
面积
单位面积负荷
计算负荷
负荷同时率
补偿后功率因数
有功功率P1（kW）
总负荷P（kW）
8#
4
500m2
40KW/m2
40KW
0.7
0.95
28
18.6
9#
4
500m2
40KW/m2
40KW
0.7
0.95
28
18.6
10#商场
1200m2
120KW/m2
144KW
0.7
0.95
100.8
106.1
（3）其他用电负荷计算：
①电梯负荷：
每部电梯用电负荷为10kW，共12部电梯，同时系数为0.48，则：
PD=∑PDi×ηD=10×12×0.48=57.6（kW）
②物业管理中心：
物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、复印机等），还会有少量热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：
PM=Ped×S×η÷1000（KW）=40W/m2×540m2÷1000=21.6KW
③其他：
热力交换站、水泵房、车库、路灯及备用负荷
热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110KW。
二次加压水泵房负荷：
包括给水主泵3×5.5kW、补水泵1×2.2kW、潜水泵1×1.1kW、喷淋泵2×15kW（其中一个备用）、消防泵2×18.5kW（其中一个备用）。
所以最大运行方式下的负荷为：
PM=∑PSi×NSi=5.5×3+2.2+1.1×1+15×1+18.5×1=53.3（kW）。
路灯及公用照明负荷PL按30kW计算。
备用负荷（集中供热时利用冷冻循环泵通过热交换器供热）包括：
冷冻水循环泵3×30kW、空调水定压罐2×3kW（其中一台备用）、差压全自动过滤机2×0.33kW。
所以最大运行方式下的负荷为PM=30×3+2×0.33+3×1=93.66（kW）
地下车库的用电时间主要在早晨7：
00~8：
00、中午12：
00~12：
30、晚上5：
30~6：
00左右几个时间段，与住户用电高峰期并不重合，且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。
供电局10KV线路
高压电缆分接箱
箱变式
箱变式
低
分
箱
低分箱
生
活
用
电
公
共
用
电
道路照明用电
景观照明用
3.小区变配电方案
3.1电气一次供电方案设计
住宅小区供配电特点：
住宅小区楼房林立，各栋楼房之间空间较大，供电面积较大，负荷点的离散性大，每台箱变供电范围有限，因此需用多台箱变才能满足用户负荷要求。
首先把开发小区根据单体建筑的布局和负荷容量进行分块，形成以箱变为中心的配电区域。
每一台箱变置于区域的位置中心地带，向周边区采用电缆放射式配电。
再于各栋楼设置的低压电缆分支箱敷设低压分支线缆至各单元内配电箱。
供配电模式示意图如下图3-1所示：
3.1.1电气主接线设计的基本要求
电气主接线设计有以下基本要求：
（1）供电可靠性。
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线能可靠地工作
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