住宅小区10KV供电系统设计本科毕业设计.doc
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摘要
本次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和一个开闭所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。
本次设计论文是以我国现行的各有规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出。
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,10KVand110vKVsubstationsideoftheaccessbus10KV,380Velectricitymainlyforresidentialusers.
Thepowersupplysystemdesignedisveryimportant,ifthesystemisbroken,theentireresidentialareawillaffectthepowersupply,sothehighreliabilityrequirements.Therefore,thedesignmustmakeintoaccountthepowersystemsecurity,reliabilityandeconomy.Thismanualwiringthroughthemainsubstationdesign,shortcircuitcalculation,themainelectricalequipmenttodeterminethemodelandparameters,electricalequipment,thedynamicthermalstabilitytest,automaticbackuppowersupplydesign,reactivepowercompensationdesign,lightningprotectionandovervoltageprotectionDevicecompletedindetailthedesignofsubstationsinpowersystem.
Thisdesignthesisisbasedonourcurrentnormsoforderandotherrelevanttechnicalstandardsasthebasis,thedesignisapreliminarydesign,thedesignisapreliminarydesign,accordingtomandateoftheoriginalbooktoprovideinformation,referenceinformationandbooks,tocomparethevariousprogramswhichhavecome.
KeywordsDistributionroom;Short-circulation;
Reactivepowercompensation;
BackupPowerInput
20
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
绪论 1
1．课题背景 1
2．设计的目的和基本要求 1
第一章 电气主接线的设计 2
1.1电气主接线设计的重要性 2
1.1.1电气主接线设计的重要性 2
1.1.2电气主接线设计步骤 2
1.2开闭所及配电室位置和数量的设计 2
1.3变电站主变压器的选择 3
1.3.1主变压器的选择原则 3
1.3.2不变台数确定 3
1.3.3主变压器容量的确定 3
1.3.4主变压器型号的确定 4
1.4电气主接线方案的设计 5
1.4.1电气主接线的基本形式 5
1.4.2各接线的使用范围 5
1.5供电系统主接线方案的设计 5
1.5.11#配电室主接线的设计 5
1.5.22#配电室主接线的设计 6
1.5.3开闭所的设计 6
1.6本章小结 6
第二章 短路电流计算 7
2.1短路计算的目的及步骤 7
2.1.1短路电力计算的目的 7
2.1.2短路电流计算的一般规定 7
2.1.3短路电流的计算步骤 7
2.1.4短路电流的计算 8
2.2本章小结 8
第三章电气设备的选择 9
3.1电气设备选择的一般条件 9
3.1.1按正常工作条件选择 9
3.1.2按短路情况校验 9
3.2各电气设备选择的原则 10
3.2.1断路器的选择原则 10
3.2.2隔离开关的选择原则 11
3.2.3避雷器的配置原则 11
3.2.4互感器的选择原则 11
3.3380V侧设备的选择 12
3.4本章小结 14
第四章无功补偿 15
4.1无功补偿方案设计 15
4.1.1提高功率因数的意义 15
4.1.2补偿装置的确定 15
4.1.3无功补偿容量计算 15
4.1.4无功补偿的接线图 16
4.2本章小结 16
第五章备用电源自动投入 17
5.1自动投入装置 17
5.1.1自动投入装置的接线要求 17
5.1.2自动投入装置的运行 17
5.2本章小结 17
结论 18
参考文献 19
致谢 20
绪论
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。
国家提出了加快城网和农网建设及改造，拉动内需的发展计划，城网和农网变电所的建设迅速发展。
在城市人口集中、高楼大厦林立、用地紧张的情况下，城市的高低压线路走廊收到限制，给城市高低压网络的发展和变电所建设带来一定困难。
农村自身的特点也给农网和变电所建设带来了一定困难。
如何设计城网和农网变电所，是城网和农网建设、改造中需要研究和解决的一个重要课题。
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个提高电能质量。
变电所结构的改进、新型建材的采用、施工设备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、对我有素质的提高、使火电厂土建施工技术及组织水平也相应地随之不断提高。
变电站是电网建设电网改造中非常重要的技术环节，所以做好变电站的设计是我国电网建设的重要环节。
现在根据电力系统和城市住宅小区的发展规划，拟建某地区新建10KV的变电站。
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电能，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；电能的应用规范也很灵活。
以电作为动力，可以促进农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅度提高劳动生产率。
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，应贯彻国家各项方针政策，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。
尚需主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、安全自动装置及一下一级电压的系统设计创造条件
第一章电气主接线的设计
1.1电气主接线设计的重要性
1.1.1电气主接线设计的重要性
发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。
它表明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配装置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
1.1.2电气主接线设计步骤
1.根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，并依据主接线的设计原则从技术上论证各方案的优、缺点，选出2-3各较佳的方案。
2.对拟定的2-3个方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。
各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和发展。
3.对电气主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。
（1）可靠性：
为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。
主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显得尤为重要。
（2）灵活性：
电气主接线的设计，应挡在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。
在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等原件，合理调配电源和负荷。
在检修时可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其用户的供电。
（3）经济性：
方案的经济性体现在一下三个方面。
采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。
在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。
能缓装的设备，不提前采购装设；在设备型式和额定参数的选择行，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置的征地费用。
1.2开闭所及配电室位置和数量的设计
根据原始资料及小区的地理位置，确定设计两个配电室分布在小区的东西两侧。
考虑到电缆的长短会对经济利益造成影响，决定设计一处开闭所比且和一号配电室建立在一起。
这样可保证供电的可靠性，安全性，经济性。
1.3变电站主变压器的选择
1.3.1主变压器的选择原则
1、主变容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10-20年的负荷发展。
2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的I级和II级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的60%-80%。
3、为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。
1.3.2不变台数确定
根据原始资料，本变电室为住宅小区专用变电室，出线多，负荷轻，所以考虑每处配电所配置两台主变压器，总共需要四台主变压器。
可保证供电的可靠性，避免一处配电室或一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。
1.3.3主变压器容量的确定
首先对交大西苑住宅小区总电量进行计算：
1#总电量：
192+192+80+72=536（KW）
2#总电量：
338+282+127+143=890（KW）
3#总电量：
492+524+248+255=1519（KW）
4#总电量：
492+524+248+255=1519（KW）
5#总电量：
523+520+248+255=1546（KW）
6#总电量：
578+578+246+253=1655（KW）
7#总电量：
515+505+79+79=1178（KW）
8#总电量：
408+390+95+95=988（KW）
9#总电量：
408+390+95+95=988（KW）
10#总电量：
416+441+121+137=1115（KW）
11#总电量：
452+527+118+134=1231（KW）
12#总电量：
515+505+79+79=1178（KW）
考虑到住宅小区的地理位置问题及经济效益，于是设计为1#配电室控制1#楼至6#楼，2#配电室控制7#至12#楼。
所以接下来要计算两处配电室所承担的总负荷为多少。
1#楼至6#楼的总电量：
S2=1178+988+1115+1231+1178=6678（KW）
7#楼至12#楼的总电量：
S2=536+890+1519+1546+1655=7665（KW）
根据原始资料得知小区的同期系数为0.35
1#配电室两台变压器的总容量：
ST1+ST2=6678×0.35=2337（KW）
ST3+ST4=7665×0.35=2683（KW）
1.3.4主变压器型号的确定
1．相数的确定
变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
规程上规定，当不受运输条件限制时，容量为300MW及以下机组单元连接主变压器和330KV及以下的发电厂用变电站，一般选用三相变压器。
因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。
2.绕组数的确定
绕组的形式主要有双绕组、三绕组或更多绕组等型式。
根据本变电所的条件，主要是把10KV电压变为380V。
所以选择双绕组变压器。
3.绕组接线组的确定
变压器的三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。
对于10KV变电所，主变压器一般采用常规接线。
（1）调压方式的确定
为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。
通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压部分绕组匝数，从而改变变压器高压部分绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。
切换方式有两种：
不带电切换，称无励磁调压，调整范围通常在±2×2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。
其结构复杂，价格较贵，主要适用于出力变化大的发电厂的主变压器和接于时而为送端，时而为受端，要求母线电压恒定时。
本变电站选用有载调压。
（2）冷却方式
电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
自然风冷却及强迫风冷却适用于中、小型变压器；大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。
在水源充足的条件下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却方式。
根据上述对变压器选择的分析，在每个配电室中装设两台主变压器，采用常规接线。
由于此配电室为住宅小区的配电室，故当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%，查阅《电力工程电气设备手册》，选择变压器为：
SLZ7-2000/10。
1.4电气主接线方案的设计
1.4.1电气主接线的基本形式
有汇流母线的主接线形式包括单母和双母接线。
单母线分为单母线接线、单母线分段、单母线分段带旁路母线形式；双目线分为双母线接线、双母线分段、带旁路的双目线和二分之三接线的形式。
无汇流母线主要有单元接线、扩大单元接线、桥形接线、角形接线。
1.4.2各接线的使用范围
1.单母线接线：
适用范围：
一般只适用于一台发电机或一台主变压器，出线回路数少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中
2.单母线分段接线：
使用范围：
a.6～10KV配电装置出线回路数为6回及以上
b.35～63KV配电装置出线回路数为4～8回
c.110～220KV配电装置出线回路为3～4回
3.双目线接线
适用范围：
6～10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35～63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时；110～220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110～220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。
4.双目线分段接线：
分段原则：
当进出线回路数为10～14回时，在一组母线上用断路器分段；当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段。
5.增设旁路母线或旁路隔了开关的接线
为了保证采用单母线分段或双目线的配电装置在进出线断路器检修时，不中断对用户的供电时采用。
1.5供电系统主接线方案的设计
1.5.11#配电室主接线的设计
方案：
10KV侧目线采用单母线分段接线形式。
10KV母线I段接110KV变电站10KV母线I段，10KV母线II段接110KV变电站10KV母线II段。
380V侧目线采用单母线分段接线形式。
回路：
1#变压器的回路数：
22条，2#变压器的回路数：
22条。
1.5.22#配电室主接线的设计
方案：
10KV侧目线采用单母线分段接线形式。
10KV母线I段开闭所10KV母线I段，10KV母线II段接开闭所10KV母线II段。
380V侧目线采用单母线分段接线形式。
回路：
1#变压器的回路数：
12条2#变压器的回路数：
12条。
1.5.3开闭所的设计
考虑到住宅小区的地理分布和工程经济问题，把开闭所和1#配电室设计在一起。
1.6本章小结
设计主接线应因地制宜地综合分析各站的容量，负荷性质以及在系统中的地位等条件，依据国家有关政策及技术规范，正确确定主接线的形式，合理选择变压器的容量，和结构形式。
在设计过程中，对原始资料进行详尽分析，关注电力市场化改革，对草拟的主接线方案进行比较时，
始终围绕着可靠性和经济性之间的协调，使主接线方案保证供电可靠性和技术先进，且最终又尽可能的满足经济原则。
第二章短路电流计算
2.1短路计算的目的及步骤
2.1.1短路电力计算的目的
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。
其计算的目的主要有一下几个方面：
1.校验电气设备和载流导体时需要三相短路电流
2.整定供电系统的继电保护装置需要计算短路电流
3.在校验继电保护装置的灵敏度时计算不对称短路的电路电流值
4.校验电气设备及载流导体的力稳定就要用到短路冲击电流、稳态短路电流、短路容量
5.接地装置的设计，也需要短路电流
2.1.2短路电流计算的一般规定
1.计算的基本情况
（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）
（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
（4）所有电源的电动势相位角相同；
（5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大安全电流有效值时才予以考虑。
2.接线方式：
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能仅在切换过程中可能并可能并列运行的接线方式。
3.计算容量：
按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建设后5～10年）
4.短路种类：
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路，或直接接地系统以及自耦变压器回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。
5.短路计算点：
在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
2.1.3短路电流的计算步骤
在工程设计中，短路电流的计算通常采用使用曲线法。
步骤如下：
1.选择计算短路点
2.画等值网络（次暂态网络）图
（1）首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。
（2）选取基准容量和基准电压（一般取各级的平均电压）
（3）将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗。
（4）会出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。
3.化简等值网络：
为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。
4.求计算电抗。
（将各转移阻抗按各发电机额定功率归算）
5.查运算曲线查出各供给的短路电流周期分量。
6.计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。
7.计算短路电流周期分量有名值。
2.1.4短路电流的计算
＝
＝27.048MVA
＝（2.8＋3.27＋2.4＋2.4）1.050.92
＝10.5MVA
＝
2.2本章小结
本章介绍了短路电流的计算目的及计算的一般规定，并介绍了工程设计中常用的运算曲线法计算短路电流的一般步骤。
分别选取各母线上为短路点，计算各电流提供的短路电流，并以此考虑在各个短路情况下流过各断路器的短路电流，并以流过的最大短路电流来校验各个断路器，看是否满足动热稳定校验。
若不满足，则应提高设备档次或加限流电抗器。
第三章电气设备的选择
3.1电气设备选择的一般条件
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。
电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动，热稳定性。
3.1.1按正常工作条件选择
1.额定电压
电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选择的电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1-1.15倍，一般不超过电网额定电压的1.15倍。
因此，在选择电气设备时，可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即
≥（4-1）
2.额定电流
电气设备的额定电流是指额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。
应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即
≥（4-2）
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的应为发电机、调相机和变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有可能过负荷运行时，应按过负荷确定（1.3-2倍变压器额定电流）；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器应为母线上最大一台发电机跳闸时；
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