某高层建筑物供配电系统设计

郑州轻工业学院

课程设计说明书题目：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

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

ABSTRACT

The design is to conduct a comprehensive design, supply and distribution system of the 26-storey commercial office building floor to ensure the power supply system is safe, reliable, high-quality, economical to run, you must comply with the relevant requirements and standards of the country, the implementation of the relevant principles and policies of the country, including energy conservation, saving non-ferrous metals and other technical and economic policies.

Designed to determine the building's equipment electrical load level, load calculation; calculation of reactive power compensation; choose the power transformer capacity, type and number of units; calculation of short-circuit current in the supply lines of the various floors; substation's main electrical wiring design. The drawing of the design process using the AutoCAD drawing, and finally finishing the entire design process, and summarize the design documentation reports.

KEY WORDS:Commercial office buildings；supply and distribution；calculating the loads；equipment selection；electrical wiring.

目录

摘要........................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................... II

1.绪论 (1)

2.负荷计算 (1)

2.1确定计算负荷 (2)

2.2无功补偿 (2)

3.负荷分级及供电电源设计 (3)

3.1负荷分级 (3)

3.2供电电源设计 (3)

4.电力变压器选择 (4)

4.1 变压器型式及台数 (4)

4.2 变压器容量选择 (5)

4.3 变压器负荷分配计算及补偿装置选择 (5)

5.计算短路电流 (8)

5.1高压侧短路电流计算 (8)

5.2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 (10)

6.变电所电气主接线设计 (13)

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 (14)

6.2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)

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。

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

∑=e x j P K P （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

?tan j j P Q = （2.2）

式中，

为给出的正切值，Pj 为有功计算负荷（kW ）。

设备组的计算容量 2

2j

j

j

Q P S += （2.3）

设备组的计算电流

N

j

U

Sj I 3=

（2.4）

式中，U N 为系统的额定电压（kV ）。

设备组的功率因数

j

j

S

P

=

?cos （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。

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。

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

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。

方案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㎜。

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。

变压器负荷分配计算及补偿装置选择见表4-1、表4-2。

表4-1 10/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择

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4-2 10/0.38kV变电所变压器T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择

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。

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-1

Sk

0.38kV

10kV

10kV

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

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、AA19处）和离低压进线开关最远端母线处k-7、k-8点（即低压柜AA9、AA10处）。

采用欧姆法计算。正常运行时。电源A、B同时供电，低压母线分段不联络。此时可分别计算出变压器T1低压侧k-3、k-5、k-7点和变压器T2低压侧k-4、k-6、k-8点的三相短路电流和单相短路电流。短路电流计算结果见表5-2。

计算时，变压器高压侧系统的短路容量按最大运行方式计。配电母线的型号规格先按发热条件初选。

电源

电源

图5-2变电

所低压侧短路电流计算电路

5.2.2 低压配电线路短路电流计算

根据低压配电干线系统图确定短路计算点，短路计算点取在配电干线首端分支处与末端分支处(即层配电箱处)、每层分支线末端(即末端配电箱处)。配电干线及分支线计算长度根据其敷设走向确定(以建筑平面图和剖面图为条件)。

以低压开关柜AA4配出的办公照明配电干线WL3及其分支线为例。其短路电流计算电路如图5-3所示。

图5-3 低压配电线路WL3及其分支短路电流计算电路

干线短路计算点取在密集绝缘母线槽始端（AA4柜出口）、5F插接箱处—14F插接箱处。分支线以5F(最近端)和14F(最远端)为例，短路点取在计量配电箱

5AW1—5AW2处及办公照明配电箱5AL1—5AL8处。

采用欧姆法计算。计算时，配电干线及其分支线的型号规格先按发热条件初选。再以低压开关柜AA6配出的地下室照明配电干线WL8M、AA13配出的自动扶梯配电干线WP6M及其分支线为例。

几点说明:

（1）本工程短路计算时，未计入低压开关柜内分支母线的阻抗、短路故障点电弧电阻、导线连接点及开关电器的接触电阻、电流互感器的电抗等。因此，计算结果比实际短路电流偏大。

（2）本工程短路点附近所接低压异步电动机的额定电流之和均不超过三相短路电流初始值的l%，可以忽略电动机反馈电流的影响。

（3）本工程短路计算点最远处为末端配电箱，作为低压配电系统的设计依据。

在进行常用设备配电设计时，一般还需计算出用电设备电源接线端子处或控制箱处的短路电流和接地故障电流。

6.变电所电气主接线设计

6.1变电所高压电气主接线设计

6.1.1电气主接线形式及运行方式

本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。

方案1：采用分段单母线形式，运行方式如下:

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器(简称母联断路

器）断开，两个电源各承担一半负荷。当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，母联断路器仍断幵，由电源B承担一半负荷。此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。

方案2：采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，两个电源各承担一半负荷。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。由于采用线路变压器组接线，电源A 受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。若需电源A承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承单全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案1。

综上分析，本工程变电所髙压侧电气主接线采用方案1，即分段单母线形式。

6.1.2开关柜型式及配置

因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A 一12型金属铠装中置式手车柜。根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。

6.1.3变电所用电设计

考虑到经济性，变电所不设所用变压器。

6.1.4电气主接线图绘制

本工程变电所施工阶段的高压侧电气主接线图见附录2。

6.2变电所低压电气主接线设计

6.2.1电气主接线形式及运行方式

变电所设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。运行方式如下：

正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由另一台变压器承担全部一、二级负荷及部分三级负荷。

6.2.2开关柜型式及配置

低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器(ACB),低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜。MNS(BWL3)-0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E，24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统（见下述）为基础的，并与之相一致。

根据当地供电部门规定，照明负荷与电力负荷电价不同，分开计量。根据消防规范要求，消防用电设备配电回路集中设置于低压配电屏内，并设有明显标志。为防止两台变压器并联运行，顿器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。联络柜的母钱分段处设置阻火隔断，以确保一级负荷的供电可靠性。

6.2.3电气主接线图绘制

本工程变电所施工阶段的低压侧电气主接线图见附录2。