某高层建筑物供配电系统的设计.docx
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某高层建筑物供配电系统的设计
某高层建筑物供配电系统的设计
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郑州轻工业学院
题目:
某高层建筑物供配电系统设计
姓名:
闫广超院（系）:
电气信息工程学院专业班级:
电气工程2009级1班学号:
540901010247指导教师:
成绩:
时间:
2012年12月31日至2013年01月20日
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摘要
本设计是对26层商业办公建筑楼的供配电系统进行全面设计，为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
设计内容包括确定大楼的设备电气负荷等级，进行负荷计算;无功补偿的计算;选择电力变压器的容量、类型及台数;各个楼层供电线路中的短路电流的计算;变电所的电气主接线设计。
设计过程中需要绘图的部分使用AutoCAD绘图，最后将整个设计过程整理、总结设计文档报告。
关键词:
商业办公楼;供配电;负荷计算;设备选择;电气主接线
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ABSTRACT
Thedesignistoconductacomprehensivedesign,supplyanddistributionsystemofthe26-storeycommercialofficebuildingfloortoensurethepowersupplysystemissafe,reliable,high-quality,economicaltorun,youmustcomplywiththerelevantrequirementsandstandardsofthecountry,theimplementationoftherelevantprinciplesandpoliciesofthecountry,includingenergyconservation,savingnon-ferrousmetalsandothertechnicalandeconomicpolicies.
Designedtodeterminethebuilding'sequipmentelectricalloadlevel,loadcalculation;calculationofreactivepowercompensation;choosethepowertransformercapacity,typeandnumberofunits;calculationofshort-circuitcurrentinthesupplylinesofthevariousfloors;substation'smainelectricalwiringdesign.ThedrawingofthedesignprocessusingtheAutoCADdrawing,andfinallyfinishingtheentiredesignprocess,andsummarizethedesigndocumentationreports.
KEYWORDS:
Commercialofficebuildings;supplyanddistribution;calculatingthe
loads;equipmentselection;electricalwiring.
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摘要....................................................................................IABSTRACT..............................................................................II1.绪论........................................................................................12.负荷计算................................................................................12.1确定计算负荷....................................................................22.2无功补偿...........................................................................23.负荷分级及供电电源设计......................................................33.1负荷分级...........................................................................33.2供电电源设计....................................................................34.电力变压器选择.....................................................................44.1变压器型式及台数............................................................44.2变压器容量选择...............................................................54.3变压器负荷分配计算及补偿装置选择..............................55.计算短路电流.........................................................................85.1高压侧短路电流计算.........................................................85.2低压电网短路电流的计算.................................................9
5.2.1变压器低压侧短路电流的计算.......................................................9
5.2.2低压配电线路短路电流计算........................................................106.变电所电气主接线设计........................................................13.
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6.1变电所高压电气主接线设计............................................13
6.1.1电气主接线形式及运行方式.........................................................13
6.1.2开关柜型式及配置.........................................................................14
6.1.3变电所用电设计.............................................................................14
6.1.4电气主接线图绘制.........................................................................146.2变电所低压电气主接线设计............................................14
6.2.1电气主接线形式及运行方式.........................................................14
6.2.2开关柜型式及配置.........................................................................14
6.2.3电气主接线图绘制.........................................................................15参考文献..................................................................................16附录1.......................................................................................16附录2.......................................................................................19.
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1.绪论
本设计为某市一栋高层单位商业办公建筑，工程概况如下:
建筑面积:
37417平方米（其中地下:
3783.8平方米，地上:
33633.6平方米，不包括技术夹层）。
建筑层数:
地下一层，地上25层。
建筑高度90.1米（女儿墙顶高度，不包括电梯机房、水箱间等）。
主要结构类型:
框架，剪力墙结构。
建筑布局及功能:
地下1层为设备用房、汽车库，1—4层为商场，技术夹层为转换层，5—19层为公寓式写字间，20—25层为标准写字间，顶层为设备房、电梯机房及水箱间。
1—4层设有中央空调。
消防设计:
主体建筑为一类高层建筑，建筑耐火等级为一级。
地下1层及地上1—4层为每层2个防火分区，夹层及5—25层为每层1个防火分区。
设计思路与方法:
首先，根据设计要求和目的，按照最新的《供配电系统设计规范》对其中的建筑负荷进行分类统计，根据《高层民用建筑设计防火规范》，按照现行的国家标准工业与民用供配电系统设计要求进行设计，然后进行负荷等级与无功补偿计算，列出负荷计算表。
其次，根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，根据最后计算的总负荷选择变压器容量及台数、主接线方案以及是否需要柴油发电机，确定配电所主接线方式。
对其变电所基本要求，即要安全可靠又要灵活经济并且安装容易、维修方便。
最后进行大楼的高低压部分短路电流的计算，并列出计算表格，选择配电所的一次设备及其校验，包括高低压断路器、熔断器、隔离开关、避雷器、开关柜，电流、电压互感器等设备，并根据需要进行热稳定和力稳定性检验，列表表示。
2.负荷计算
计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用半小时的最大负荷作为选择变压器容量，确定备用电源的容量、无功补偿容量、季节性负荷容量的标准。
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种，本设计将采用需要系数法予以确定，需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。
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2.1确定计算负荷
进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率Pe。
在计算设备组单台设备的容量Pe后，可以根据所提供的需要系数Kx,得到设备组的有功计算负荷
jP,KxPe（2.1）,
式中，Kx为给出的需要系数，Pe为单台电气设备的设备容量（kW）。
设备组的无功计算负荷
Qj,Pjtan,（2.2）
k-1Sk电缆线4kmSCB10-1600电源A10kVk-2Sk式中，为给出的正切值，Pj为有功计算负荷（kW）。
电缆线0.1kmSCB10-1600电源B10kV10kV0.38kV
设备组的计算容量
22Sj,Pj，Qj（2.3）
设备组的计算电流
SjI,j
3UN（2.4）式中，UN为系统的额定电压（kV）。
设备组的功率因数
Pj,cos,
Sj（2.5）2.2无功补偿
用户供电系统在最大负荷时的功率因数应满足当地供电部门的要求，当无明确要求时:
高压用户的功率因数应满足在0.9以上;低压用户的功率因数应在0.85以上。
一般用户均采用并联电容器装置进行无功补偿，在确定变压器台数及容量后还应将所有负荷分配到每台变压器的低压母线上，进行负荷校验，以确定每台变压器的负荷率及具体选择无功补偿装置。
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3.负荷分级及供电电源设计
3.1负荷分级
本工程为一类高层民用建筑，根据相关设计规范规定，本工程负荷等级如下:
一级负荷有:
各层公共照明、乗客电梯、地下室排污泵、所有消防负荷包括应急照明、消防控制室用电、消防电梯、屋顶稳压泵、正压风机、送风机、排烟风机、喷淋泵、消火栓泵及泵房、消防电梯井坑排污泵等。
二级负荷有:
地下室及1-4层照明、商场自动扶梯、商场乘客电梯、生活泵等。
三级负荷有:
顶层设备房照明（含插座用电）、夹层及5?
25层照明（含插座用电）、屋顶节日照明、商场空调机组、商场空调水泵等。
根据负荷计算结果可知:
一级负荷合计304.0kW二级负荷合计1036.2kW，三级负荷合计1642.5kW。
考虑同时系数后的总有功负荷合计2237.0kW，其中一二级负荷合计1072.1kW。
3.2供电电源设计
本工程从供电部门的110/10kV变电站引来1路10kV专线电源A，可承担全部负荷，同时从供电部门的33/10kV变电站引来1路10kV环网电源B，仅作一、二级负荷的第二个电源。
两路10kV电源可同时供电，电源A可作为电源B的备用。
两路10kV电缆从建筑物南侧穿管埋地引人设在地下1层的10/0.38kV变电所。
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由于本工程的两个10kV供电电源相对独立可靠，因此，不再设置自备发电机组或其他集中式应急电源装置。
已知供电部门的110/10kV变电站与35/10kV变电站的两个10kV电源中性点均采用经消弧线圈接地。
本工程的总有功负荷只有2237.0kW，故采用10kV供电。
本工程为高层民用建筑，用电设备額定电压为220/380V，低压配电距离最长不大于150m。
所以，本工程只设置1座10/0.38kV变电所，对所有用电设备均采用低压220/380V三相四线制TN-S系统配电。
本工程将采取下列措施以使电能质量满足规范要求:
（1）选用Dyn11联结組别的三相配电变压器，采用?
5%无励磁调压分接头。
（2）采用铜芯电缆，选择合适导体截面，将电压损失限制在5%以内。
（3）气体放电灯采用低谐波电子镇流器或节能型电感镇流器，并就地无功功率
补偿使其功率数不小于0.9。
在变电所低压侧采取集中补偿，自动投切。
（4）将单相用电设备均匀分布于三相配电系统中。
（5）照明与电力配电回路分开。
对较大容量的电力设备如电梯、空调机组、水
泵等采用专线供电。
4.电力变压器选择
4.1变压器型式及台数
本工程为一般高层民用建筑，变电所位于主体建筑地下宰内，故采用SCB10型三.
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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，变压器外壳防护等级选用IP2X（有的地区要求选用IP4X）。
SCB10型干式变压器符合GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》的要求。
因本工程具有较大容量的一、二级负荷，故采用两台或两台以上变压器。
4.2变压器容量选择
本工程总视在计算负荷为2451.8kVA（cosφ=0.92），其中一、二级负荷为1168.6kVA（cosφ=0.92），接近总计算负荷的一半。
方案1:
选择两台等容量变压器，互为备用。
每台变压器容量按0.7×2451.8kVA左右且不小于1168.6kVA要求选择，为1600kVA。
正常运行时照明负荷与电力负荷共用变压器，通过合理分配负荷，可使两台变压器正常运行时负荷率相当。
10/0.38kV电所变压器T1、T2负荷分配计箅及无功功率补偿装置选择见表4-1、表4-2。
:
选择两台不同容量变压器。
照明负荷变压器容量按大于其计算负荷且不小方案2
于一、二级负荷要求选择，需2000kVA（变压器负荷率为0.85）;电力负荷变压器容量按大于其计算负荷且不小于一、二级负荷要求选择，需1250kVA（变压器负荷率为0.58）。
正常运行时照明负荷与电力负荷由不同变压器供电。
考虑到方案2有一台变压器的负荷率偏低.另一台变压器的负荷率又偏高（若为降低负荷率，又会使所选变压器容量达2500kVA），不尽合理。
且本工程照明负荷对电压质量无特殊要求，也没有必要对正常照明和电力负荷分设不同变压器供电。
因此，本工程采用方案1。
SCB10—1600/10型变压器技术数据:
Uk%=6，ΔPk=10.2kW,IP2X防护外壳尺寸:
长2200?
×宽1600?
×高2200?
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4.3变压器负荷分配计算及补偿装置选择
将电力负荷的配电主回路、消防用电设备配电回路及部分次要照明负荷配电回路（节日照明WL1，顶层设备房及15-25层照明WL2）集中于一台变压器低压母线上，主要照明负荷的配电主回路则集中于另一台变压器低压母线上，以使两台变压器正常运行时负荷率相当。
同时，将给一、二级负荷（包括照明、电力和消防用电设备）配电的主回路与备用回路分别接于不同变压器的低压母线上，以保证供屯可靠性。
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变压器负荷分配计算及补偿装置选择见表4-1、表4-2。
表4-110/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择
设备有功计无功计视在计计算需要功率容量算负荷算负荷算负荷电流负荷名称系数因数/kW/kW/kvar/kVA/A无功功率补偿前低
压母线出线回路
WL3、WL4M、
22030.690.851522.9928.31783.52711.0WL5M、WL6M、
WL7M、WL8M、
WL9M、WL10M的
计算负荷合计
计入同时系数
22030.520.841142.2742.71362.42070.8K=0.75，Σp
K=0.80Σq
无功功率补偿装
置（并联电容器）
-240实际取12组，每
组20kvar，共
240kvar
无功功率补偿后
22030.520.921142.2502.71247.91896.8低压母线的计算
负荷
变压器额定容量1600
0.78变压器负荷率
注:
变压器T1低压母线上还接有电力、消防等重要负荷的备用回路WP6S、WP7S、WP8S、WP9S、WP10S、WP11S、WLE1S、WLE2S、WLE3S、WLE4S、WPE1S、WPE2S、WPE3S、WPE4S、WPE5S、WPE6S、WPE7S、WPE8S、WPE9S、WPE10S，不计入总负荷。
表4-210/0.38kV变电所变压器T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择
有功计无功计视在计计算设备容需要功率算负荷算负荷算负荷电流负荷名称量/kW系数因数/kW/kvar/kVA/A.
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无功功率补偿前低压母线出线回路WL1、WL2、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6M、WP7M、WP8M、
WP9M、
1943.20.760.811485.81070.21831.12783.2WP10M、WP11M、WLE4M、WPE1M、WPE2M、WPE3M、WPE7M、WPE8M、WPE10M的计算负荷合计计入同时系数
1943.20.570.791114.3856.21405.32136.0K=0.75，Σp
K=0.80Σq
无功功率补偿装置（并联电容器）实际取-4002×10组，每组20kvar，共
400kvar无功功率补偿
1943.20.570.931114.3456.21204.11830.2后低压母线的计算负荷变压器额定容1600量
0.75变压器负荷率
注:
变压器T2低压母线上还接重要照明负荷的备用回路及火灾时消防负荷总回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、
WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不计入总负荷。
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5.计算短路电流
5.1高压侧短路电流计算
根据供配电系统一次接线图，本工程变电所高压侧短路电流计算电路如图5-1所示。
短路点k-1、k-2点选在变电所两段10kV母线上。
k-1Sk
电缆线4km
SCB10-1600电源A10kV
k-2Sk
电缆线0.1km
SCB10-1600电源B10kV10kV0.38kV图5-1
变电所高压测短路电流计算电路
采用标幺值法计算。
计算公式参见表。
由于本工程可能由两个独立电源供电，但不并联运行，因此需分别计算变电所10kV母线上的三相和两相短路电流，从中找出其最大值和最小值。
计算过程及结果见表1。
表5-1变电所高压侧短路计算过程及结果
电技术参数三相短路电流短路两项序路电抗标三相短计算Sd=100MVA短路,,IIi号元幺值路容量Ib3k3p3k3点Ud=10.5kV,Id1=5.5kV电流件
系最大运行方式0.2725.025.025.063.8454.721.71统最小运行方式0.36720.020.020.051.0363.717.3A
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线
2路x=0.095欧/km,l=3km0.259A
最大运行方式0.53311.511.511.529.3209.110.031+2K-1最小运行方式0.62510.310.310.326.3187.58.9系最大运行方式0.6878.08.08.020.4145.56.94统
最小运行方式0.9166.06.06.015.3109.15.2B
线
5路x=0.095/km,l=0.1km0.009B
最大运行方式0.6967.97.97.920.1143.76.864+5K-2最小运行方式0.9255.95.95.915.2108.15.1
从表5-1可知，变电所10kV母线上三相对称短路电流初始值最大为11.5kV（发生在由电源A供电时），两相对称短路电流初始值最小5.1kV（发生在由电源B供电时）。
5.2低压电网短路电流的计算
5.2.1变压器低压侧短路电流的计算
根据供配电系统一次接线及变电所平面布置，本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图5-2所示。
短路点选在两台变压器低压绕组出处k-3、k-4点和两台低压进线开关负荷侧k-5、k-6点（即低压柜AA1、
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