某大学供电系统设计

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目录

第一章绪论 (1)

供配电设计的意义和要求 (1)

供配电设计必须遵循的一般原则 (1)

第二章供电系统分析 (3)

供电系统结构 (3)

供电系统要求 (3)

'

第三章 10kv变电站的相关计算 (4)

NO1变电站的相关计算 (4)

变电站负荷计算、功率补偿 (4)

变压器的相关计算 (5)

第四章 10KV线路相关计算 (8)

10KV电缆的选择及损耗 (8)

第五章 35KV变电站相关参数计算 (10)

35KV变电站负荷计算、功率补偿 (10)

·

变压器TA负荷计算、功率补偿 (10)

变压器的相关计算 (11)

35KV线路计算与损耗 (11)

线缆的选择 (12)

35KV电缆线路功率损耗 (12)

第六章短路计算及断路器选择 (13)

35KV站短路计算 (13)

10KV电源进线的短路计算 (14)

'

10KV站短路计算与断路器的选择 (15)

第七章总结 (17)

参考文献： (18)

第一章绪论

供配电设计的意义和要求

在日常生活、工厂中，电能虽然是生产生活的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。但是如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。从另一方面来说，电能不光给我们的日常生活带来许多便利，更重要的是它已经成为我们赖以生存的必需品。

因此，做好供配电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，促进人类文明具有十分重要的意义。由于能源节约是供配电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好供配电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

供配电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和日常生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

1、安全在电能的供应、传输、分配和使用中，应确保不发生人身事故和设备事故。

2、可靠在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足电能用户对供电可靠性的要求。

3、优质就是要满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

4、经济降低电力系统的投资和运行费用，并尽可能地节约有色金属的消耗量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。

此外，在供配电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

供配电设计必须遵循的一般原则

1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，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。

2）应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。

3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

4）应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

关于负荷性质，按GB50052-95《供配电系统设计规范》规定，根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三级：

1、一级负荷中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。

2、二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；中断供电将影响重要用电单位的正常工作者。

3、三级负荷不属于一级和二级负荷电力负荷。

对一级负荷，应由两个电源供电。当一个电源发生故障时，另一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除应由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接应急供电系统。

对二级负荷，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电。当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。

第二章供电系统分析

供电系统结构

中国大多数用电设备均为电压等级，从高电压降到低电压，考虑电能损耗及经济性，采用逐级降压供电方式。目前中国城市供电电压等级一般为220/110/10/6kv或220/35/10/6kv。在多级电压供电网络中，为了既保证供电系统可靠性与安全性，又避免变压器与线路形成电磁环网进而产生电磁环流即功率损耗，供电系统应采用“闭环结构，开环运行”结构。供电系统的设计与运行，要实现安全、可靠、优质、经济的特性。

供电系统要求

供电系统有正常、故障、事故三种运行状态，要根据三种状态设计系统的结构与控制体系。

1.保证正常供电。即可采用一主一备、互为备用、双电源供电结构模式及桥式、分段或不分段母线式供电；在变压器低压侧进行无功补偿及配置相应的调压措施；装设仪器仪表实现电量与参数的计量与测量。

2.进行系统保护。供电系统配置完整的保护系统，从而实现在系统发生故障、事故时能自动、迅速、准确地切除故障，发出报警信号。

3.满足异常要求。系统元件能切除相应故障，并且当故障切除后，变压器与线路有一定的备用容量保证系统正常运行。

根据设计要求该本课程设计针对某大学校区供电系统设计。根据设计要求其供电区域符合属于二级负荷，要求不间断符合，所以提供的是双电源供电，一个35KV电源和一个10KV电源构成双电源。根据附表要求分别设有四个10kv变电站，一个35kv变电站，本系统采用放射式结构。

第三章 10kv 变电站的相关计算

基本关系式包括： 计算负荷：∑∑=P K

P p

c ；∑∑=Q K

Q

C

q

；2

2c

c c Q P S

+=；N

c

c U S I 3=

变压器损耗：2

0???? ???+?=?N

C

K T S

S P P P ；N N C K

T S S

S U I Q ????

?

???

????

?

??+=?2

0100%100% 功率因数：C

C

S P =

?cos 电容补偿：(

)

1

11c tan -tan ??''=P Q cc NO1变电站的相关计算

消防负荷不计入正常工作状态。由于是2级负荷需要双电源供电，所以负载分配问题，由于变压器负荷曲线，所以平均分配负荷可以使变压器损耗最小，即对变压器负荷进行配比，使有功负荷两边基本相等（无功靠补偿电容找平）。

10kv 变电站NO1站内安装1T 、2T 两个变压器，1T 带第一教学楼、第二教学楼，2T 带第三教学楼和第四教学楼，其中一台变压器出现故障时，另一台可以带NO1站全站负荷。 变电站负荷计算、功率补偿

1.变压器1T 低压侧负荷计算

有功功率：()()kw P C 5.48432025085.01=+?=

无功功率：()()var 32320018085.01k Q C =+?=

视在功率：()VA Q P S C C C k 30.5822

1211=+=

2.无功功率补偿

补偿前低压侧功率因数：83.030

.5825

.484cos 1==

?

为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为，则需要补偿

容量为:

()1

11c tan -tan ??''=P Q cc =?需要的单组三相电容器容量为96.161249.203=(kvar),选取型号三相电容器，则实际补偿量为：2402012=?==N CC nQ Q (kvar),符合要求。

3.变压器2T 低压侧负荷计算

有功功率：()()kw P C 5.46734021085.01=+?=

无功功率：()()var 5.29720015085.01k Q C =+?=

视在功率：()VA Q P S C C C k 13.5542

12

11=+=

计算电流：N C c U S I 311==(A)

4.无功功率补偿

补偿前低压侧功率因数：84.013.5545.467cos 1==?

为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为，则需要补偿容量为:

()1

11c tan -tan ??''=P Q cc =?（）=（kvar ） 需要的单组三相电容器容量为05.9203.180=(kvar),选取

号三相电容器，则实际补偿量为：2002010=?==N CC nQ Q (kvar),符合要求。

变压器的相关计算

1.变压器的选择

安装两台变压器，任一台变压器的设计容量为任何一台变压器单独运行时，满足两个条件：

（1）满足全站总计算负荷的60%—70%的要求，即C N S S )7.0~6.0(=。 （2）满足全站一、二级负荷的要求，即)21(、C N S S ≥。 有功功率：=C P ?(250+320+210+340)=952(kw) 无功功率：=C Q ?(180+200+150+200)-440=(kvar) 视在功率：2

2

C C C Q P S +==(KVA)

查表选择变压器SC10-1250/10，变压器额定容量=N S 1250KVA,载损耗为

0P ?=1770W ，负载损耗为K P ?=8460W ，空载电流为%0I =，短路阻抗为 %K U =6。

变压器的实际容量为：

S T

=—100

20θav -)S N -T =?=。

变压器损耗计算及功率因数校验

变压器有功损耗：kw S S P P P N C K T 3.611250582.3046.81.772

2

101=??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

20.03kvar 10012501250582.3063.0100%100%221

01=???????????? ???+=????

????????? ??+=?N N C K T S S S U I Q

变压器高压侧有功功率：2c P =1c P +T P

?=+= 变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +T Q ?-cc Q =323+= 变压器高压侧视在功率：2

2222c c c Q P S +==

10kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的补偿电容器符合要求。 变压器损耗计算及功率因数校验

变压器有功损耗：kw S S P P P N C K T 3.431250544.1346.81.772

2

101=??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

kvar 49.1810012501250544.1363.0100%100%22101=???????????? ???+=????

????????? ??+=?N N C K

T S S S U I Q 变压器高压侧有功功率：2c P =1c P +T P

?=+= 变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +T Q ?-cc Q =297+= 变压器高压侧视在功率：2

22

22c c c Q P S +==

10kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的补偿电容器符合要求。 以同样的方法可以得到NO2、NO3、NO4变电站的相关数据。

表1 变电所计算数据

第四章 10KV 线路相关计算

10KV 电缆的选择及损耗

10KV 变电站所处的环境年平均气温15℃,导线额定负荷下最高允许的温度90℃，参考环境温度25℃。35KV 站至10KV 站间的距离取.

温度修正系数 θ

θθθθ0

al

0-K '

-=

al =

25

-9015

-90=

取土壤修正系数93.0e =K ；并列修正系数85.0=p K ；则敷设修正系

p e i K K ?=K =

计算实际载流量：al i C I K K I θ≤，al I 为电缆标准允许载流量。 1.NO1电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 81.5632.1795.983U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A

I al 91.66≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电

力电缆，缆芯截面25mm 2，允许载流量90A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：WL C WL R I P 2

3==12.081.565.132

???=

无功损耗：74.15.191.081.563322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。 电缆的选择

通过电缆的计算电流：A 89.5932.1729.1037U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 54.70≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面25mm 2，允许载流量90A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：WL

C WL R I P 2

3==91.05.189.5932

???= 无功损耗：94.189.5912.05.13322

=???==WL C WL X I Q kvar

3.NO3电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 32.1023.171880U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 52.120≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面70mm 2，允许载流量152A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：5.113.032.102332

2

???==WL C WL R I P =

无功损耗：76.45.109.032.1023322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。 4.NO4电缆的选择 通过电缆的计算电流：A 73.7732.171504U 3S I N

T

C ===

电缆标准允许载流量为：A I al 55.91≥

查表可知，选择10kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面35mm 2，允许载流量105A 的电缆，电缆阻抗+Ω/km 。

有功损耗：65.05.173.77332

2

???==WL C WL R I P =

无功损耗：83.3113.05.173.773322

=???==WL C WL X I Q kvar 可见电缆的有功损耗远大于无功损耗。

第五章 35KV 变电站相关参数计算

35KV 变电站安装一台变压器，TA 带各10kv 变电站1T 变压器的负荷，10KV 电源进线经开闭站后带2T 变压器负荷。

表2 各变电站负荷情况

35KV 变电站负荷计算、功率补偿

变压器TA 负荷计算、功率补偿

1.变压器TA 低压侧负荷计算 有功功率：=P （kw ） 无功功率：=Q （kvar ）

视在功率：=+=22Q P S 5045（KVA ） 计算电流：27.29110

34237.733=?=

=

N

U S I （A ）

2.无功功率补偿

低压侧功率因数：1cos ?=

确定补偿容量：为保证高压侧功率因数大于，试取低压侧补偿后的功率因数为

()

()36.0-65.04237.73tan -tan a 1

1?=''=“

??P Q cc =(kvar) 需要的单组三相电容器容量为6=,查附表一可知，选取BWF11-240-3三相电容器，则实际补偿量为：N cc Q Q n ==6?240=1440(kvar)，符合要求。

变压器的相关计算

1.变压器的选择

变电站内安装一台35KV 变压器。 有功功率：c P =P=， 无功功率：c Q ==

视在功率2

2

c c c Q P S +== ,SN>= Sc

查表选择变压器SC9-5000/35，变压器额定容量为N S =5000KVA ，空载损耗为0P ?=8430W ，负载损耗为K P ?=22170W ，空载电流为%0I =，短路阻抗为

%K U =8。

变压器的实际容量：S T =—

100

20

θav -)S N -T =?=4700 KVA 2. 变压器TA 损耗计算及功率因数校验

变压器有功损耗：kw S

S P P P N C

K T 1350004431.9122.178.432

2

0A =??? ???+=???

? ???+?=? 变压器无功损耗：

427.23kvar 1005000

50004431.9184.0100%100%22

0A

=?

??????????? ???+=????

????

????

?

??+=?N N C

K T S S S

U I Q 变压器高压侧有功功率：2c P =c P +TA P ?=+31=， 变压器高压侧无功功率：2c Q =1c Q +TA Q ?-cc Q =+= 变压器高压侧视在功率：2

'22

'2'

2c c c Q P S +==

35kv 高压侧功率因数：'cos ?==>，所以所选择的电容器符合要求。

35KV 线路计算与损耗

35KV 变电站所处的环境年平均气温15℃,参考环境温度25℃。

东北方向8KM 处一个35KV 电压等级线路提供一个电源A ，其出口短路容量Sd=150MVA 。

温度修正系数θK =，取土壤修正系数Ke=,并列修正系数Kp=,则敷设修正系数Ki=Ke ?Kp=

温度修正系数 θ

θθθθ0

al

0-K '

-=

al =

25

-9015

-90=，取土壤修正系数93.0e =K ，

并列修正系数85.0=p K ，则敷设修正系数p e i K K ?=K =

实际载流量：al i I K K θ≤I C 线缆的选择

通过电缆计算电流：A U S I N

T c 53.7735

347003=?=

?=

，

电缆标准允许载流量：A I al 32.91≥

查表可知，选择35kv 铜芯三芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，缆芯截面50mm 2，允许载流量128A ，电缆阻抗+Ω/km 。 35KV 电缆线路功率损耗

电源A 距离35KV 变电站8KM

有功损耗：WL

C WL R I P 2

3=36.6681046.053.7733

2=????=-(kw) 无功损耗：44.15810107.053.7733322

=????==-WL C WL X I Q (kvar)

第六章 短路计算及断路器选择

计算所需公式：

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*； 线路阻抗标幺值：20*

d

d

L

U S l X X =； 变压器阻抗标幺值：N

d

K T

S S U X 100%*

=

短路电流标幺值：**

1

K

K X I =

； 电压级的基准电流：d

d

d U S I 3=

； 短路电流：*

K d K I I I =，

冲击短路电流：()k K sh I i 84.1~55.2.=； 短路容量：*K

d

k X S S =

取基准容量d S =100MVA ，3个电压等级的基准电压分别为1d U =37kV ，2d U =，

3d U =。相应的基准电流为1d I 、2d I 。

35KV 站短路计算

A 路35KV 高压侧短路计算：

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*=100/150= 线路阻抗标幺值：063.037

1008107.022*

=??==d d wa wa

U S X X 短路阻抗标幺值：*

**

wa

SA KA X X X +==+= 短路电流标幺值：*

KA I =1/*KA X =

短路电流有名值：KA I =

*

1

3KA d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：1K S =*KA

d X S = 35KV 低压侧短路计算： 变压器阻抗标幺值：69.15000

1010010043.8100%3**=??===N d K TB

TA

S S U X

X

短路电阻抗标幺值：42.269.103.067.0*

***

=++=++=TA wa S K

X X X X 短路电流标幺值：*2K I =1/*

2K X = 短路电流有名值：2K I =

*

22

3K d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：2K S =

*2

K d

X S = 查表可知：35KV 高压侧断路器选择LN2-35I/1250-16，低压侧选择ZN3-10/630-8

10KV 电源进线的短路计算

系统阻抗标幺值：oc

d

S

S S X =*=100/75= 线路阻抗标幺值：29.05

.101005107.022b

*

b =??==d d w w U S X X 短路阻抗标幺值：*b **w SA KA X X X +==+= 短路电流标幺值：*

KA I =1/*KA X =

短路电流有名值：KA I =

*

1

3KA d d I U S = 冲击电流：kA sh i ?==KA I 55.2?短路点短路容量：1K S =*KA

d

X S = 查表可知：可选ZN3-10/断路器。

经比较35KV 和10KV 电源进线的短路电流有名值，得知10KV 进线短路电流较大，所以在选择35KV 出线处与10KV 进线的联络柜处的断路器应按照10KV 进

线处的短路电流选取，即选择ZN3-10/断路器。

10KV 站短路计算与断路器的选择

NO1站10kv 高压侧短路计算

线路1WL 的阻抗标幺值：*1WL X =2

21/d d WL U S X =?210.5=，

短路点阻抗标幺值：*

1

K X =*K X +*

1WL X =， 短路电流标幺值：*1K I =1/*1K X =， 短路阻抗有名值：1K I =

*

12

3K d d I U S =， 冲击电流：1k sh i ?=1K I =? kA 短路点短路容量：1K S =*1

K d

X S =

断路器的选择

表3 断路器的选择

以同样的方法可以确定NO2、NO3、NO4的短路计算数据以及断路器的选择。

表4 计算结果与断路器选型

第七章总结

本次课程设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在此次设计中，我综合运用所学知识，认真执行“供配电系统设计规范”、“10kV及以下变电所设计规范”等相关书籍，注重理论联系实际。在靖老师的耐心指导下，完成了某大学供配电系统设计，培养了综合运用基础知识和技能解决实际问题的能力，初步掌握了工程设计的方法，为将来的工作奠定了基础。

参考文献：

[1]靖大为城市供电技术北京：中国电力出版社，

[2]唐志平,杨胡萍. 供配电技术北京：电子工业出版社，2005

[3]刘增良,杨泽江. 输配电线路设计北京：中国水利水电出版社，2004 >