扬州大学供配电工程课程设计报告.docx
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扬州大学供配电工程课程设计报告
扬州大学
水利与能源动力工程学院
本科生课程设计
题目:
某市商住小区10kV配变电所电气设计
课程:
供配电工程
专业:
建筑电气与智能化
班级:
建电1102
学号:
姓名:
指导教师:
李世博
完成日期:
2014年6月5日
总目录
第一部分:
任务书
第二部分:
课程设计报告
第三部分:
设计图纸
第一部分
任
务
书
要求根据设计任务及工程实际情况,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,独立完成10kV变配电所的电气设计。
设计深度应达到扩大初步设计要求,制图应符合国家规范要求。
4.实物内容及要求
课程设计报告由设计任务书、设计报告正文、设计图纸三部分组成,并有封面、目录,装订成册。
4.1设计报告正文内容包括:
(1)负荷等级确定与供电电源
(2)负荷计算与无功补偿
(3)配变电所所址选择与结构型式
(4)变压器类型、台数及容量选择
(5)配变电所电气主接线设计
(6)短路计算与电气设备选择校验
(7)进出线电缆选择校验
(8)配变电所电气装置布置
(9)配变电所接地装置布置
(10)参考文献
设计报告正文编写的一般要求是:
必须阐明设计主题,突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明,条理清晰、层次分明。
设计报告正文采用A4纸打印。
4.2设计图纸包括:
(1)配变电所高压电气系统图(1张A3)
(2)变电所低压电气系统图(1张A3加长)
(3)配变电所电气平面布置图(1张A3)
(4)配变电所接地平面布置图(1张A3)
设计图纸绘制的一般要求是:
满足设计要求,遵循制图标准,依据设计规范,比例适当、布局合理,讲究绘图质量。
设计图纸采用A3图纸CAD出图。
5.参考文献
[1]中国计划出版社编.注册建筑电气工程师必备规范汇编.北京:
中国计划出版社,中国建筑工业出版社,2003
[2]易立成编.注册电气工程师(供配电)执业资格考试强制性标准摘编.北京:
中国电力出版社,2004
[3]翁双安主编.供电工程.北京:
机械工业出版社,2004
[4]中国航空工业规划设计研究院等编.工业与民用配电设计手册(第2、3版).北京:
中国电力出版社,1994、2005
[5]北京照明学会设计委员编.建筑电气设计实例图册①②③④.北京:
中国建筑工业出版社,1998,2000,2002
[6]孙成群主编.民用建筑电气设计资料集.办公住宅.北京:
知识产权出版社,2002
[7]朱林根主编.21世纪建筑电气设计手册.北京:
中国建筑工业出版社,2001
[8]戴瑜兴等编.民用建筑电气设计数据手册.北京:
中国建筑工业出版社,2003
[9]中元国际工程设计研究院编.电气设计50.北京:
机械工业出版社,2005
[10]本书编委会编.建筑电气设备选型(2001版,2002版,2003~2004版),北京:
中国建筑工业出版社,2001,2002,2003
[11]刘江主编.建筑电气设备选型.北京:
中国建筑工业出版社,2003
[12]朱林根主编.现代住宅建筑电气设计.北京:
中国建筑工业出版社,2004
[13]全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编.电气简图用图形符号标准汇编.北京:
中国标准出版社,2001
[14]全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编.电气制图及相关标准汇编.北京:
中国标准出版社,2001
[15]高低压电器最新产品技术样本等
6.任务书写于2014年5月26日
7.完成期限2014年5月27日至6月5日
8.学生任务分配
9.指导教师:
李世博
第二部分
课
程
设
计
报
告
1负荷等级确定与供电电源…………………………………………….….….(20)
1.1负荷等级确定………………………………………..…………………….(20)
1.2供电电源…………………………………………………..……………………….(20)
2负荷计算与无功补偿………………………………………….…………….(22)
2.1负荷计算…………………………………………………..………..……….….…(22)
2.2无功补偿…………………………………………………..………..…………..…(24)
2.3总计算负荷………………………………………………..………..…………..…(25)
3变(配)电所所址选择与结构型式……………………………………...…(27)
3.1所址选择…………………………………………………..………..……………..(27)
3.2结构型式…………………………………….………………………………..(27)
4变压器类型、台数及容量选择………….…..……………………….…….(28)
4.1变压器类型选择…………………….……………………………….…….(31)
4.2变压器台数选择…………………….……………………………….…….(34)
4.3变压器容量选择…………………….……………………………….…….(35)
5变(配)电所电气主接线设计………………………………………….….(35)
5.1高压系统电气主接线设计………………………..………………….…….(36)
5.2低压系统电气主接线设计………………………..………………….…….(36)
5.3低压配电网的接线形式....………………………..………………….…….(37)
6短路计算与电气设备选择校验…………………………………….……….(38)
6.1短路电流计算….…………………………….……………………………..…(39)
6.2高压电气设备选择校验…………………………………….……………….(39)
6.3低压电气设备选择校验…………………………………….………………(40)7进出线电缆选择校验………………………………………………….…….(41)
7.1高压进线电缆选择校验…………………………………………….….….(42)
7.2高压出线电缆选择校验…………………………………………….…..….(43)
7.3低压出线电缆选择校验…………………………………………….…..….(44)
参考文献……………………………………….……………………………….(45)
1负荷等级确定与供电电源
1.1负荷等级确定
本工程电梯,应急照明,泵房负荷为二级负荷,其余为三级负荷。
本工程用电设备负荷等级确定见下表。
负荷等级确定
序号
用电设备名称
负荷等级
1
用户负荷
3
2
电梯负荷
2
3
应急照明
2
4
消火栓泵
2
5
生活水泵
2
6
排水泵
2
7
沿街门面
3
8
小区管理用房
3
1.2供电电源
(内容:
说明根据设计规范,本用户采用的供电电源与电压等级;各级负荷用电设备采用的供电措施。
)
本工程两路电源供电,一用一备,两台变压器供电。
低压配电电压为~220/380V,电源引自变配电室,变配电室电气参见当地有关部门施工图纸。
低压配电柜进线采用YJV电力电缆埋地引入,埋深为室外地坪下-0.7m,穿钢管保护,同时做好防水处理。
电力变压器的型号:
SC(B)10型树脂绝缘干式电力变压器(SCB10—1600/10)
技术参数:
电压等级:
10KV
容量范围:
30~2000KVA
调压方式:
无励磁调压或有载调压(配真空或空气有载开关)
分接范围:
±5%或±2X2.5%
频率:
50Hz或60Hz
相数:
三相
联接组别:
Yyn0;Dyn11;Yd11或其它
短路阻抗:
标准阻抗或用户要求
使用环境:
相对湿度100%,环境温度不高于40℃
温升限值:
100K
冷却方式:
自冷(AN)或风冷(AF)
防护等级:
IP00;IP20(户内);IP23(户外)
绝缘等级:
F级
绝缘水平:
10KV级工频耐压35KV、冲击耐压75KV;
(另起一页)
2负荷计算与无功补偿
2.1负荷计算
(内容:
说明负荷计算方法及公式,列表计算各低压配电干线的计算负荷、无功补偿前低压母线计算负荷。
)
按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式如下:
有功计算负荷(kw)Pc=KdPe
无功计算负荷(kvar)Qc=Pctanφ
视在计算负荷(kVA)Sc=Pc/cosφ
计算电流(A)
配电系统简图
各低压配电干线的计算负荷
2.2无功补偿
(内容:
说明无功补偿方式,计算无功补偿容量,选择无功补偿装置。
)
变电所负荷计算
无功补偿
变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷
计算点变压器T1
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kVA
Ic/A
cosφ
补偿前低压母线计算负荷
812
838.9
1167.5
1823.5
0.70
补偿容量QN.C/kvar
QN.C=1155×[tan(arccos0.84)-tan(arccos0.92)]=254
实际取20组×25kvar=500kvar
-250
补偿后低压母线计算负荷
812
338.9
879.9
1336.8
0.92
变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷
计算点变压器T2
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kVA
Ic/A
cosφ
补偿前低压母线计算负荷
700.2
544.7
887.1
1348.4
0.70
补偿容量QN.C/kvar
QN.C=995×[tan(arccos0.83)-tan(arccos0.92)]=243.1
实际取10组×25kvar=245kvar
-250
补偿后低压母线计算负荷
700.2
294.7
759.7
1154.2
0.92
本工程采用补偿方法为低压集中补偿,补偿装置为并联电容器。
2.3总计算负荷
(内容:
计算无功补偿后低压母线计算负荷,计算变压器功率损耗,计算高压进线计算负荷。
)
(另起一页)
3变(配)电所所址选择与结构型式
3.1所址选择
电力变压器是供电系统的关键设备,并影响电气主接线的基本形式和变电所总体布置形式。
供配电系统设计时,应经济合理地选择变压器的形式、台数及容量,并使所选择变压器的总费用最小。
本工程为商住小区设计,配电室位于小区中心位置,故采用SCB10型三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,变压器防护外壳等级选用IP2X。
SCB10型干式变压器符合GB20052-2006《三相变压器能有效限定值及节能评价值》的要求。
3.2结构型式
变压器型式选择是指确定变压器的相数、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组标号、调压方式等,并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。
对干式变压器,通常还根据其布置形式相应选择其外壳防护等级。
变压器的台数和容量一般根据负荷等级、用电设备和经济运行等条件综合考虑确定。
(另起一页)
4变压器类型、台数及容量选择
4.1变压器类型选择
变压器类型选择见表4-1。
表4-1变压器类型选择
序号
类型
选择结果
依据
1
变压器相数
三相
用户变电所一般采用三相变压器
2
变比及调压方式
无励磁调压
由较高电压降至最末级配电电压,采用无励磁调压
3
绕组型式
双绕组
用户配电系统大多采用双绕组
4
绝缘及冷却方式
带风机冷却并配置温控仪自动控制
干式变压器防火,风冷可提高干式变压器的过载能力
5
外壳防护等级
IP23
阻止异物兼具防止与垂直线成60度以内的水进入,适合户外
6
联结组
Dyn11
有利于接地故障切除
7
型号
SCB10
4.2变压器台数选择
选择两台变压器,因为有较多的三级负荷和二级负荷。
4.3变压器容量选择
总的视在功率为1845.2Kvar,所以选择两台功率为1250Kvar的变压器
所选变压器其他技术参数见表4-3。
4-3变压器技术参数
变压
器
全型号
原边额定电压
/kV
副边额定电压
/kV
原边额定电流
/A
副边额定电流
/A
空载损耗
/kW
负载损耗
/kW
空载电流
%
阻抗电压
%
外形尺寸
长×宽×高
/mm
T1
SCB10-1250/10
10
0.4
72.2
1804.2
2.03
11.00
0.9
6
1760*1120*1940
T2
SCB10-1600/10
10
0.4
72.2
1804.2
2.03
11.00
0.9
6
1760*1120*1940
5变(配)电所电气主接线设计
5.1高压系统电气主接线设计
(内容:
通过多个方案比较,确定本工程高压系统电气主接线形式。
绘制简图比较,并说明选择的高压开关柜类型及其用途,考虑电能计量方式、所用电与操作电源的取得。
)
5.2低压系统电气主接线设计
(内容:
通过多个方案比较,确定本工程低压系统电气主接线形式。
绘制简图比较,并说明选择的低压开关柜类型及其用途,考虑不同电价负荷的电能分计量方式。
注意开关柜的排列,一定要与平面布置图相对应。
)
5.3低压配电网的接线形式
(内容:
根据规范中的设计原则,确定本工程设计的低压配电网的接线形式。
绘制简图。
)
6短路电流计算与高低压电器选择
6.1变电所高压侧短路电流计算
(1)确定基准值
取Sd=100MV·A,Uc1=10.5KvUc2=0.4KV
而Id1=Sd/
Uc1=100MV·A/(
*10.5KV)=5.50KA
Id2=Sd/
Uc2=100MV·A/(
*0.4KV)=144.34KA
计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
电力系统
X1*=Sd/Sk=100MV·A/110MV·A=0.909
电缆线路
X2*=X0LSd/Uc2=0.10Ω/KM*0.1KM*100MV·A/(10.5KV)2=0.001
电力变压器
X3*=Uk%Sd/100SNT=4.5*100x103KV·A/100X1250KV·A=3.6
求K1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值
X*∑(K-1)=X1*+X2*=0.909*0.001=0.919
三相短路电流周期分量有效值
I(3)k-1=Id1/X*∑(K-1)=5.50KA/0.919=5.98KA
其他三相短路电流
I"(3)k-1=I(3)k-1=5.98KA
i(3)sh=2.55x5.98KA=15.25KA
I(3)sh=1.51x5.98KA=9.03KA
三相短路容量
S(3)k-1=Sd1/X*∑(K-1)=100MV·A/0.919=108.8MV·A
两相短路电流
Ik2=0.866xI(3)k-1=0.866x5.98KA=5.196KA
表6-1变电所高压侧短路计算过程及结果
6.2低压电网短路电流计算
计算有关电路元件的阻抗
高压系统电抗(归算到400V侧)
每相阻抗:
Zs=Uc2x10-3/Sk=(400V)2x10-3/110MV·A=1.469MΩ
Xs=0.995Zs=0.995x1.469MΩ=0.1.462MΩ
相零阻抗:
XL-PE=2Xs/3=0.975MΩ
RL-PE=2Rs/3=0.097MΩ
变压器的阻抗(由附录表查得SCB10-1600/10变压器Dyn11联接,△Pk=13.5KWUk%=6
每相阻抗:
RT=△PkUC2/SNT2=13.5KWx(400V)2/(1250KV·A)2=1.382MΩ
ZT=Uk%UC2/100SNT=6x(400V)2/100x1250KV·A=7.6MΩ
XT=
=7.55MΩ
相零阻抗:
RL-PE=RT=1.382MΩ
XL-PE=XT=7.56MΩ
母线和电缆的阻抗
每相阻抗:
Rwb=R*L=0.011x4=0.186MΩ
Xwb=X*L=0.116x4=0.774MΩ
相零阻抗:
RL-PE=rL-PEL=0.033x4=0.336MΩ
XL-PE=xL-PEL=0.260x4=1.204MΩ
计算K-2点的三相和单相短路电流
三相短路回路总阻抗:
R∑=Rs+RT+RWB=0.461+1.382+0.126=1.715MΩ
X∑=Xs+XT+XWB=1.462+7.55+0.774=9.79MΩ
三相短路电流:
I(3)k=Uc/
R∑2+X∑2=23.24KA
短路电流冲击系数:
Kp=1+e(-∏R∑/X∑)2=1.57
三相短路冲击电流:
i(3)p3=
KpI(3)K=
*1.72*32.4=51.81KA
I(3)p3=
=23.33KA
单相短路回路总相零阻抗:
R=0.0436+0.638+0.132=1.136MΩ
X=0.436+5.97+1.040=9.446MΩ
两相短路电流:
I
(2)k2=0.866xI
(2)k=0.866x32.4=20.12A
单相短路电流:
I
(1)k=U/
R2+X2=16.26KA
6.3高压电器选择
(一)高压断路器的选择
本工程高压断路器作为变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段联络用电器。
选用VD—12—630A/20kA型户内高压真空断路器,选用弹簧操动机构,二次设备为电压为DC1110V。
高压断路器的选择校验见下表,由表可知,所选断路器合格。
表6—4高压断路器的选择校验
序号
选择项目
装置地点技术数据
断路器技术数据
结论
1
额定电压及最高工作电压
Un=10k,Um=10×1.15kV=11.5kV
Ur=12kV
Ur>Um,合格
2
额定电流
AH1柜:
Imax=I1r.T=165A
Ir=630A
Ir>Imax,合格
3
额定频率
50Hz
50Hz
合格
4
额定短路开断电流
Ib3=6.0kA(最大运行方式)
Ib=20kA
Ib>Ib3,合格
5
额定峰值耐受电流
Ip3=9.03kA(最大运行方式)
Imax=50kA
Imax>ip3,合格
6
额定短时(4s)耐受电流
AH4柜:
Qt=11.5×10.5×(0.1+0.5+0.0.05)
=64.0kA·kA·s
AH1柜:
Qt=11.5×10.5×(0.1+0.8+0.0.05)
=110.6kA·kA·s
It·It·t=
20×20×4
=1600kA·kA·s
It·It·t>Qt
合格
7
额定短路关合电流
Ip3=9.03kA(最大运行方式)
I=50kA
I>Qt,合格
8
承受过电压能力及绝缘水平
10kV系统中性点经消弧线圈接地
雷电冲击耐受点啊75kV
1min工作耐受电压42kV
满足条件
9
环境条件
华东地区建筑物地下室高压开关柜内
正常使用环境
满足条件
10
其他条件
无特殊要求
额定操作顺序:
分-180s-合分-180s-合分
满足条件
(二)高压条熔断器的选择
本工程高压熔断器作为电压互感器回路的短路保护电器。
选用XRNP1-12-0.5A/KA型电压互感器用户内高压限流熔断器。
高压熔断器的选择校验见下表,所选熔断器合格。
表6—5高压熔断器的选择校验
序号
选择项目
装置地点技术数据
熔断器技术数据
结论
1
额定电压与最高工作电压
Un=10kV,Um=10×1.15=11.5
Ur=12kV
Ur>Um,合格
2
额定频率
50Hz
50Hz
合格
3
熔断器额定电流
Ir=0.5A
Ir>Ir.f,合格
4
熔体额定电流
电压互感器回路
Ir.f=0.5A
合格
5
额定开断电流
Ib3=6kA(最大运行方式)
Ib=50kA
Ib>Ib3,合格
6
环境条件
华东地区建筑物地下室高压开关柜内
正常使用环境
满足条件
6.4高压互感器选择
(一)高压电流互感器的选择
本工程高压电流互感器有的安装于电能计量柜AH2内作计量专用,有的安装与电源进线柜AH1、变压器保护柜AH4。
选用LZZBJ12-10A型户内高压电流互感器。
1、高压电流互感器一般项目的选择校验
表6—6高压电流互感器一般项目的选择校验
序号
选择项目
装置地点技术数据
互感器技术数据
结论
1
额定电压
Un=10kV
Ur=10kV
Ur=Um
合格
2
额定频率
50Hz
50Hz
合格
3
额定一次电流
AH2(计量):
Imax=176.22A
AH2:
I1r=200A
Ir>Imax
合格
AH(测量/保护)Imax=176.22A
AH3:
I1r=200A
Ir>Imax
合格
4
额定二次电流
I2r=5A
合格
5
准确级及容量
AH2(计量)
0.2s(10VA)
合格
AH3(测量/保护)
0.5/10P(20VA/15VA)
合格
6
额定动稳定电流
Ip3=9.03kA(最大运行方式)
Imax=112.5kA(最小)
Imax>Ip3
合格
7
额定短路时(1s)热稳定电流
Qt=11.5×11.5×(0.1+0.5+0.05)=
80.6A·A·s
(后备保护延时时间取0.5s)
It×It×t=45×45×1
=2025A·A·s
It×It×t>Qt
合格
8
环境条件
华东地区建筑物地下室高压开关柜内
正常使用环境
满足条件
9
其他条件
电能计量接线
继电保护接线
两相不完全星型联接
三相星型联接
满足条件
2、供电电源、负荷等级及计量方式
(1)本工程低压配电电压为~220/380V,电源引自一层变配电室,变配电室电气参见当地有关部门施工图纸。
低压总配电柜进线采用YJV电力电缆埋地引入,埋深为室外地坪下-0.7m,穿钢管保护,同时做好防水处理。
(2)本工程排烟风机、疏散指示和应急照明为二级负荷,其余照明、空调用电等均为三级负荷。
应急照明灯自带蓄电池,应急时间大于90分钟;
(3)电能计量采用按楼层分宿舍计量方式,电表在楼层配电间内集中布置。
电能表采