10KV住宅小区供电系统设计

目录

摘要 (1)

绪论 (2)

第1章负荷计算及变压器的选择 (3)

1.1 负荷统计及计算 (3)

1.1.1 负荷计算 (3)

1.1.2 负荷统计表 (7)

1.2 变压器的选择 (9)

1.2.1变压器选址的确定 (9)

1.2.2 变电所位置的选择 (9)

1.2.3变压器型号的确定及参数表 (10)

第2章供电系统主接线方式的选择及设备选型 (12)

2.1 电气主接线设计的重要性 (12)

2.1.1 电气主接线设计的重要性 (12)

2.1.2 电气主接线设计的步骤 (12)

2.2 供电系统图 (13)

2.2.1 供电设备主接线方式的确定 (13)

2.2.2 供电系统图 (14)

2.3 高低压开关的选择 (14)

2.3.1 高压开关的选择 (14)

2.3.2 低压开关的选择 (16)

2.4 电缆截面的选择 (16)

2.4.1 选择导线截面的一般原则 (16)

2.4.2 电缆型号的选择 (17)

2.5 避雷器的选择 (18)

2.5.1避雷器的分类及配置原则 (18)

2.5.2对避雷器的基本要求 (18)

2.5.3避雷器的选择 (19)

第3章短路电流计算 (20)

3.1 短路计算的目的及方法步骤 (20)

3.1.1 出现短路电流的原因及危害 (20)

3.1.2 短路电流计算的目的 (21)

3.1.3 短路电流计算的一般规定 (21)

3.1.4 计算短路电流的方法 (22)

3.2 短路电流的计算 (22)

第4章主变压器保护 (25)

4.1变压器常见的故障类型及不正常运行状态 (25)

4.2主变压器的保护种类 (27)

第5章防雷与接地 (30)

5.1防雷电过电压的保护 (30)

5.2接地装置 (30)

致谢 (32)

参考文献 (33)

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，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，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关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；

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猛发展。在城市人口集中、高楼大厦林立、用地十分紧张的情况下，城市的高低压线路走廊受到限制，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。变电所结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，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，拟在某地区新建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。

第1章 负荷计算及变压器的选择

1.1 负荷统计及计算

1.1.1 负荷计算

⒈小区平面图如下：

图1—1 小区平面图

⒉负荷计算

1）用电设备组的计算负荷

用需用系数法统计负荷，经查相关资料可得，查出对应用电设备组的需用系数de K 、功率因数wm αcos ，并计算出wm αcos 对应的正切值wm αtan ，填于负荷统计表8、9、10栏内；然后按公式计算用电设备的计算负荷，分别填于表的11、12、13、14内。

（1）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的照明灯设备的de K =0.8，wm αcos =0.85，则

ca

P =de K ∑N P =0.8*246=196.8 KW

ca Q =ca P wm αtan =196.8*0.62=122 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=231 KV A N

ca ca U

I 3S =

=606A

（2）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的风扇设备的de K =0.8，wm αcos =0.85，则

ca P =de K ∑N P =0.8*100=80 KW

ca Q =ca P wm αtan =80*0.62=52 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=95 KV A N

ca ca U

I 3S =

=249 A

（3）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的电脑设备的de K =0.75，wm αcos =0.8，则

ca P =de K ∑N P =0.75*924=693 KW

ca Q =ca P wm αtan =693*0.75=519.75 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=865 KV A N

ca ca U

I 3S =

=2272 A

（4）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的空调设备的de K =0.75，wm αcos =0.8，则

ca P =de K ∑N P =0.75*312=234 KW

ca Q =ca P wm αtan =234*0.75=175.5 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=292.5 KV A N

ca ca U

I 3S =

=767 A

（5）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机一的de K =0.7，wm αcos =0.8，则

ca P =de K ∑N P =0.7*11=7.7 KW

ca Q =ca P wm αtan =7.7*0.75=5.8 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=9.6 KV A N

ca ca U

I 3S =

14.6A

（6经查资料可得：生活园区内澡堂电动机二的de K =0.7，wm αcos =0.8，则 ca P =de K ∑N P =0.7*11=7.7 KW

ca Q =ca P wm αtan =7.7*0.75=5.8 Kvar

ca

S =2

2ca ca Q P +=9.6 KV A

N

ca ca U

I 3S =

14.6A

（7）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机三的de K =0.7，wm αcos =0.8，则 ca P =de K ∑N P =0.7*5.5=3.85KW

ca Q =ca P wm αtan =0.75*3.85=2.9 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=4.8 KV A N

ca ca U

I 3S =

7.29A

（8）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机四的de K =0.7，wm αcos =0.8，则 ca P =de K ∑N P =0.7*2.2=1.54 KW

ca Q =ca P wm αtan =1.54*0.75=1.2 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=1.95 KV A N

ca ca U

I 3S =

2.96A

（9）经查资料可得：生活园区内餐厅的照明灯设备的de K =0.8，wm αcos =0.85，则 ca P =de K ∑N P =0.8*3=2.4 KW

ca Q =ca P wm αtan =2.4*0.62=1.5 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=2.83 KV A N

ca ca U

I 3S =

7.43A

（10）经查资料可得：生活园区内餐厅的电风扇设备的de K =0.8，wm αcos =0.85，则 ca P =de K ∑N P =0.8*5=4KW

ca Q =ca P wm αtan =4*0.62=2.48 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=4.7 KV A N

ca ca U

I 3S =

12.3A

（11）经查资料可得：生活园区内餐厅的电视机设备的de K =0.8，wm αcos =0.85，则 ca P =de K ∑N P =0.8*0.3=0.24KW

ca Q =ca P wm αtan =0.24*0.62=0.15 Kvar

ca

S =2

2ca ca

Q P +=0.28 KV A N

ca ca U

I 3S =

0.73A

（12）全小区的负荷统计

① 全小区负荷统计。犟全小区内所有设备的计算负荷相加，即

ca P ∑=196.8+80+693+234+7.7*2+3.85+1.54+2.4+4+0.24=1231.23 KW

ca Q ∑=122+52+519.25+175.5+5.8*2+2.9+1.2+1.5+2.48+0.15=888.58 Kvar

② 全小区的计算负荷。计算全小区0.4Kv 侧总的计算负荷时，应考虑各组间最大负荷

的

同时系数，取sp K =0.9，sq K =0.95。则

∑P =sp K ca P ∑=0.9*1231.23=1108.107 KW ∑

Q =sq K ca Q ∑=0.95*888.58=844.151 Kvar

∑S =

2

2

∑∑+Q P =1393 KV A

NAT

αcos =

∑

∑S P =0.795

将计算结果填入表中。

⒊提高功率因数的意义：

1）提高功率因数的意义 （1）提高电力系统的供电能力

（2）减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。 （3）降低供电网络中的功率损耗 （4）降低企业产品的成本

由上述原因可知，提高用户功率因数具有重大意义，提高功率因数，对充分利用现有的输电、配电及电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高功率因数，降低企业成本和减少费用。

2）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：

(1)使变配电的容量增加。 (2)使供配电系统的损耗增加。

(3)使电压损失增加，线路电流越大，电压损失也就越大。 (4)使发电机的效率降低。

3）提高功率因数的措施

(1)提高用电设备的自然功率因数。

(2)采用人工补偿的方法使总功率因数得以提高。 4）人工补偿提高功率的方法有两种：

(1)采用同步电动机补偿。 (2)采用并联电容补偿。

⒋电容器补偿容量的计算

1）电容器所需补偿容量。因全小区的俄自然功率因数NAT αcos =0.795，低于0.92，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.92以上，即ac αcos =0.92。则全小区所需补偿容量为

()ac

NAT c P Q ααtan tan -=∑=1108.107*（0.763-0.426）=373.4 Kvar

2）电容器柜数及型号的确定。补偿电容器拟采用双星型接线，接在变电所0.4KV 母线上，因此，选用14Kvar 的PGJ1型的电容器。装于电容器柜中，每柜装6只，每柜容量为84Kvar ，则电容器总柜数应为

2

..???

? ??=

C

N w

C N c

U

U q Q N =5

由于电容器柜要接在两段母线上，为了在每段母线上构成双星型接线，因此每段母线上的电容器也应分成相等的两组，每组的电容器柜数应为 =

=

4n N 1.25

取n=2,则电容器总柜数为N=2*3=6台

3）电容器的实际补偿容量：

2

..???

? ??=C

N w

C N c U

U N q Q =504 Kvar

4）人工补偿后的功率因数:

c ac Q Q Q -=∑844.151-504=340.151 Kvar

=+=

∑2

2

ac ac Q P S 1159KV A ac

ac S P ∑=

αcos =0.95

功率因数符合要求。

1.1.2 负荷统计表

表1—1 负荷统计表

1.2 变压器的选择

1.2.1变压器选址的确定

(1)集近负荷中心。变电站站址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽可能靠近负荷中心。这样，既减少了输配电线的投资和电能的损耗，也降低了造成事故的机率。

(2)节约用地。节约工程用地是我们的国策，我们需要遵循技术经济合理的原则，合理布局，尽可能提高土地的利用率，凡有荒地可以利用的，不得占用耕地，凡有差地可以利用的，不得占用良田。用地要紧凑，因地制宜。

(3)地质条件的要求。

(4)交通运输。

(5)线路走廊。

(6)避开污染地段。

(7)环境保护。

1.2.2 变电所位置的选择

变电所位置合适与否，将直接关系到供电的可靠性、经济性和安全性。因此变所的所址应符合以下几项要求：

(1) 接近负荷中心。

(2) 进出线方便。

(3) 接近电源侧。

(4) 设备吊装、运输方便。

(5) 不应设在有剧烈振动的场所。

(6) 不宜设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污源的下风侧。

(7) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。

(8) 不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时，应符合现行的《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

(9) 配变电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。

(10) 高层建筑地下层配变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。

(11) 配变电所位于高层建筑(或其他地下建筑)的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。并应避免洪水或积水从其他渠道淹

渍配变电所的可能性。

1.2.3变压器型号的确定及参数表

变电所选一台主变压器时，主变压器的容量还需考虑20%的余量，即

=

>=S S

ac T

N 2.1* 1.2*1159=1390.8 KV A

根据变压器容量的确定，可选型号为S11-1600/10型的变压器。

10KV S11系列变压器说明：S11系列30-1600KVA/10 KV 系列配电变压器节能效果显着，其主要特点是采用了新型铁芯材料。磁路分布均匀，大大降低了空载激磁电流和空载损耗。提高了功率因数，改善了供电质量，由于铁芯为全斜三接缝结构，故运行可靠、体积小、重量轻、噪声低、工艺性好，散热好、温升低、不吊芯结构、不污染环境、免维修、效率高。 S11-M-30～1600KVA 三相油浸式全密封电力变压器适用于在10KV ，50Hz 输配电系统中，可供居民区、商业街道、工矿企业和农村动力及照明之用。 1.特点：

(1)节能 S11型与原S9相比，空载损耗平均降低29.25%，空载电流降低37.9%，运行费用平均下降18.9%。

(2)使用寿命长 变压器油箱采用全密封结构，油箱与箱沿可用螺栓联接或焊死，变压器油不与空气接触延长上使用寿命。

(3)运行可靠性高 油箱密封有关零部件进行改进，增加了可靠性，提高工艺水平以保证密封的可靠性。

(4)占地面积小 S11-M 全密封变压器油箱采用波纹散热器，当油温发生变化时波纹板热胀冷缩可取代储油柜的作用，波纹板式油箱外形美观，占地面积小。 三相油浸式电力变压器，采用新型绝缘结构，提高了抗短路能力，铁芯由高质量冷轧晶粒取向硅钢片制成；高、低压绕组选用优质无氧铜线并采用多层圆筒式工艺结构；所有紧固件均采用特殊防松处理，机械强度高。波纹油箱壳体以自身弹性适应油的膨胀是永久性密封的油箱，已被广泛地应用在各配电设备中。 2.正常使用条件

(1)海拔高度不超过1000m ； (2)最高环境温度+40℃； (3)最高年平均温度+20℃； (4)最高日平均温度+30℃； (5)户外最低气温-45℃；

具体参数如表1—2所示：

表1—2 所选变压器的技术数据

第2章供电系统主接线方式的选择及设备选型

2.1 电气主接线设计的重要性

2.1.1 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、输配电的任务。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、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。

2.1.2 电气主接线设计的步骤

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.对拟订的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的尤为重要。

为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。

（2）灵活性：电气主接线的设计，应当在运行、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、变压器和线路等元件，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他用户的供电。

（3）经济性：方案的经济性体现在以下三个方面。

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上，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。

2.2 供电系统图

2.2.1 供电设备主接线方式的确定

变电所的主结线是指担负接受、变换、分配电能任务的各种电器设备之间的连接方式。主结线与供电的可靠性、操作运行的灵活性、安全性和经济性有着密切的关系。

1.单母线结线：

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.单母线分段结线：

适用范围：适用于出线回路不太多、母线故障可能性较少的变电所。大中型工矿企业变电所多采用这种结线方式。

3.线路变压器组结线

适用范围：这种结线结构简单、电气设备少、投资省，但供电可靠性差。适用于只有三类负荷的中、小企业变电所。若能在变压器低压侧去的备用电源时，也可对小容量的二类负荷供电。

4.单断路器双母线结线：

适用范围：这种结线供电可靠性高、操作灵活。但所用设备多，投资大，结线复杂。多用于对供电可靠性要求高的大型工矿企业变电所和电力网的区域变电所。

除此之外，还有桥式结线和变电所配出线的结线等等。

在本次设计中，供电设备主结线方式就选择进线开关为断路器的线路变压器组结线。其主结线方式如图2—1所示。

图

2—1 进线开关为断路器的线路变压器组结线

2.2.2 供电系统图

图2—2 供电系统图

2.3 高低压开关的选择

2.3.1 高压开关的选择

KYN28A-12型铠装移开式交流金属封闭开关设备

YN28A-12型铠装移开式交流金属封闭开关设备，系3.6-12千伏三相交流50HZ 单母线及母线分段系统的成套配电设备。主要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事

宿舍楼

宿舍楼

舍楼 舍楼 舍楼

宿舍楼 宿舍楼

宿舍楼 宿舍楼 宿舍楼

#宿舍楼 #宿舍楼

#宿舍楼

业配电以及电业系统的二次变电所的受点、送电及大型高压电动机起动等，实行控制保护、监测之用。

产品特点：

(1)本开关柜由固定的柜体和可抽出部件（简称手车）两大部分组成。开关柜的外壳

和各功能单元的隔板均采用敷铝锌钢板。

(2)柜壳密封度高，防止设备受杂物和虫害侵入，防护等级IP4X，断路器室门完全打开时的防护等级为IP2X。

(3)所有设备的操作均可在柜门关闭状态下进行。

(4)简单且有效的闭锁，可防止误操作，符合“五防”要求。

(5)开关柜可安装成双重柜并列，即安装成背靠背或面对面排列。由于开关柜的安装与调试均可在正面进行，所以可靠墙安装的结构，这样可满足不同的安装场合的需要。它的具体参数如表2—1所示：

表2—1 所选高压开关型号的技术数据

2.3.2 低压开关的选择

选用GHL型固定式配电屏

它适用于频率为50Hz，电压为380v及以下的低压三相四（五）线制得配电系统中，作为配电照明之用。

它的主要技术数据如下：

(1)配电系统主变压器容量：600KVA及以下。

(2)母排及主电路峰值承载额定电流：125KA

(3)母排及主电路额定短时1s 承载最大电流（有效值）：50KA

(4)绝缘电压：500v

(5)主电路工作电压：交流380v

(6)辅助电路工作电压：交流380v、220v、直流110v、220v

(7)主电路额定电流：150,175,200.225,250,300,350,400等

本配电柜为组合式结构，其柜架由薄钢板采用新工艺冲压成形的直柱、横档、特殊箱角、连接件、门和各种安装板，全部用螺钉紧固连接而成，整个框架挺直并具有较强的机械强度，框架分为母线室，继电器室。

柜体结构由骨架，面板，门，侧板及顶盖组。柜前上方设仪表盘，可向上掀起，组合拼装时，柜间有隔板，仪表板后面为主装母线，母线上为顶盖，木柜有可靠的保护系统，保护导体，直接安装于柜底的镀锌件上，中性母线安装于绝缘件上，柜底还可加装封板。

2.4 电缆截面的选择

2.4.1 选择导线截面的一般原则

输电导线的选择是供电设计的重要内容之一，为了保证供电安全、可靠、经济合理和供电质量的要求，必须正确合理地选择输电导线的型号和截面。输电导线型号的选择应根据其所处的电压等级和使用场所来选择，因此，输电导线截面的选择应按下列原则确定：

（1）按长时允许电流选择。为了使导线在正常运行时不超过其长时允许温度，并能够充分利用导线的带负荷能力，避免有色金属的浪费，应按导线的长时允许电流选择其截面。

（2）按允许电压损失选择。为了保证用电设备的用电质量，应按电网允许的电压损失选择导线的截面。

（3）按经济电流密度选择。为了使线路的年运行费用最低，保证供电的经济性，应按经济电流的密度选择导线的截面。

（4）按机械强度选择。为了避免导线在运行或者安装过程中断线，应按机械强度选择导线截面。

（5）按短时的热稳定条件选择。为了使导线在通过短路电流时不超过其短时允许温度，应按短路时的热稳定条件选择导线截面。

2.4.2 电缆型号的选择

电力电缆按绝缘材料分可分为纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆三种。电缆的规格也有三种，可以是铠装式，橡胶式和塑料式。电缆的芯线也有铜芯和铝芯之分。按允许载流量来选择导线的截面时，电缆的额定电流应大于前面的计算电流。

因为电缆的实际长度=电缆的弯曲系数（1.15）*距离

即L=1.15*180=207m

所以，应选择BV—500—70—207

因此，此住宅小区电缆选择如表2—2所示：

表2—2 电缆选择