某大厦供配电系统设计毕业设计(论文)

某大厦供配电系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

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5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

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1）设计（论文）

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教研室（或答辩小组）及教学系意见

摘要

本课题是关于大厦供配电系统包含变电所的设计。该设计是大厦二类负荷对供电可靠性的要求和根据国家规范要求，制定的设计方案及供配电措施。在该设计中，根据给定的设计范围和基础资料，建立起适合自身生产及发展需要的供电系统。为确保负荷供电的可靠性，该大厦的供电系统由两条10kV高压架空进线提供电源。为了适应大厦自然功率因数低和用电负荷变化大的特点，本设计中采取并联电容器的方式进行无功功率补偿，从而减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时也提高了供电电压的质量。设计中充分体现了安全、可靠、灵活、经济等原则。该设计确定二次继电保护方案，选用先进的自动保护装置；确定变电所防雷过压保护与接地保护方案；根据设计要求，绘制大厦供配电系统图。

关键词：供配电系统；负荷计算；一次接线；二次接线；短路电流；防雷

分类号：TM727.5

The Distribution System

Design of A Building

Abstract

This topic is about building power supply system and substation design. The design ideas are based on national regulatory requirements and the building load to the power supply reliability of two types of requirements, develop design and supply measures. In this design, the design based on the scope and given basic information, and establish their own production and development needs for the power supply system. The building by two 10kV high voltage power supply systems into the line overhead to provide power supply, to ensure the reliability of the load. In order to meet building electricity load changes, the natural characteristics of low power factor, the design methods used to compensate for shunt capacitor reactive power, power supply system to reduce power loss and voltage loss, while improving the quality of supply voltage . Designed to reflect a safe, reliable, flexible and economic principles. Determine the location of substation, form, number and capacity of main transformer station, etc.; determine the secondary protection programs, use the advanced automatic protection devices; determine substation lightning over-voltage protection and grounding protection program; according to design requirements, draw Building supply and distribution system maps.

Keywords：Supply and distribution systems; load calculation; primary connection; secondary wiring; short-circuit current; lightning protection

目录

摘要 (2)

目录.......................................................................................................... IV 1 绪论 (1)

1.1 建筑供配电的意义 (1)

1.2 高层建筑对供配电系统的需求 (1)

1.2.1 供电的连续性 (1)

1.2.2 供电的可靠性 (2)

1.3 高层建筑供配电系统电气设计基本原则 (2)

1.4 高层建筑供配电系统设计 (2)

1.5 建筑供配电设计的一般原则 (3)

2 工程概况 (4)

3 负荷数据 (5)

3.1 用电设备负荷 (5)

3.2照明负荷计算 (5)

3.3 电力负荷及日常消防负荷 (5)

3.4火灾时消防负荷 (5)

3.5变电所负荷计算 (6)

4 负荷分级及供电电源 (7)

4.1 负荷等级及容量 (7)

4.2 供电电源 (7)

4.2.1 电压选择与电能质量 (7)

4.2.2 电力变压器选择 (8)

4.3 变电所电气主接线设计 (2)

5 变电所所址选择 (4)

6 短路电流计算与高低压电器选择 (5)

6.1 供电部门提供的系统短路数据如下 (5)

6.2 变电所高压侧短路电流计算 (5)

6.3 低压电网短路计算 (9)

6.4 高压电器的选择 (9)

6.4.1 高压断路器的选择 (9)

6.4.2 高压熔断器的选择 (11)

6.4.3 高压互感器的选择 (11)

6.5 低压电器的选择 (13)

7 继电保护与二次接线设计 (15)

7.1 变电所操作电源与交流所用电设计 (15)

7.1.1 蓄电池个数确定 (15)

7.1.2 蓄电池组容量选择 (15)

7.1.3 交流所用电设计 (15)

7.2继电保护设计 (16)

7.2.1保护装置 (16)

7.2.2整定计算 (16)

7.3 二次接线设计 (16)

7.3.1 电器测量与电能计量回路设计 (16)

7.3.2 高压断路器控制与信号回路设计 (16)

8 电线电缆选择及敷设 (18)

8.1 高压进出线电缆选择及敷设 (18)

8.1.1 类型选择及敷设 (18)

8.1.2 电缆截面选择 (18)

8.2 高压出现电缆选择及敷设 (18)

8.2.1 类型选择及敷设 (18)

8.2.2 电缆截面选择 (18)

9 防雷及过电压保护 (19)

9.1 建筑物防雷设计 (19)

9.1.1建筑物防雷类别确定 (19)

9.1.2 建筑物防雷措施 (19)

9.2 雷电过电压保护设计 (19)

结论 (21)

致谢 (22)

参考文献 (23)

附录 (24)

1 绪论

1.1 建筑供配电的意义

建筑电气是建筑供配电工程的重要组成部分，是连接电力系统与人们生产、生活的纽带，它完成全楼的照明、通讯、安防等功能，管理水泵、空调通风等建筑设备工作，火灾等紧急状态组织人员疏散和火灾扑救。建筑电气设计主要是依据建设单位提出的设计委托要求和国家设计规范，分析建筑布局与功能，以功能与安全为原则，同时兼顾工程造价、施工难易、管理与维护等因素，合理组织楼内供配电系统及各通讯等弱电系统，是建筑功能与安全设计的核心组成部分。

我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定l0层及1O层以上或房屋高度大于28米的住宅建筑，以及房屋高度大于24米的其他高层民用建筑混凝土结构为高层建筑。高层建筑的自动化水平一般较高，大多包含各种现代化的电气技术，具有完备的安全和服务系统，但这一切都是以供配电系统的可靠性为基础的，高层建筑供配电系统的设计不仅是建筑电气设计的主要组成部分，还是整个高层建筑设计的重要环节，其性能直接影响到整个建筑的使用功能和安全性能。高层建筑中，机电设备种类数量较多，负荷较重，这要求供配电系统的设计能满足更高的安全可靠性要求，只有设计合理、符合实际的供配电系统才能保障高层建筑的正常运转，保障人民的生命财产安全。

1.2 高层建筑对供配电系统的需求

高层建筑包含的设施具有用电负荷大、一级负荷多、全天候工作设备多等特点，如何保证供电的连续性和可靠性是高层建筑供配电系统设计时考虑的重点。一般情况下采用双电源互投的运行方式，树干式和放射式相结合的供电方式。1.2.1 供电的连续性

由于高层建筑中包含电梯、消防水泵、防排烟设施、照明和污水处理等一级、二级负荷，必须保证在非极端情况下设备在正常工作，断电等情况不被允许，故高层建筑一般采用两个独立电源供电，可以是从电网系统中不同变电站出线母线提供。但对于内部含有十分重要的负荷时，要考虑在一路电源系统故障或检修时，另一路也发生故障的情况，这时就需要采用后备应急电源，一般采用柴油发电机组作为应急电源，在电网无法提供电能时启动柴油机为重要设备提供能源。如果

高层建筑仅采用单电源供电，柴油发电机组就要承担起第二电源的任务，在火灾等特殊情况发生时，消防用电设施可以使用蓄电池等供电，保障人民的安全。1.2.2 供电的可靠性

由于高层建筑造价成本一般较高，且人员密集度大，供配电系统的供电可靠性直接影响高层建筑的正常运作以及人员设备的安全。当高层建筑出现火灾等事故时，首先依靠的是建筑中的消防设施进行灭火和人员的疏散，而消防设施一般使用电能才能工作，比如消防报警按钮和安全出口指示灯等设备，如果不采用可靠性高的电源，就可能在发生事故时拒动，不能及时报警和有效疏散群众，难以控制火势的蔓延，所以提高供电的可靠性非常重要。

1.3 高层建筑供配电系统电气设计基本原则

由于高层建筑相比普通建筑群具有一定特殊性，在对其供配电系统进行设计时要严格遵循一部分基本原则，主要包括可靠性原则、简洁性原则和保障安全性原则。(1)可靠性原则：高层建筑属于人员密集，用电设施种类繁多的类型，供配电系统的设计必须坚持安全性和可靠性原则，首先要对整栋建筑实际用电负荷进行估计，在留有一定裕量的情况下保证系统能在任何运行方式下持续地提供电能，保证电能的可靠供应 (2)简洁性原则：高层建筑建筑层数多，用电设备多，出现老化故障的概率也会相对较高，所以常需要日常的维护和保养，在设计供配电系统线路时要尽可能的简洁，尽量避免过多线路的交叉重叠，易于以后的检查操作。这样才能保证供配电系统的安全运行。(3)保障安全性原则：用电设备数量多，能耗也就更大。大容量、高电压等级变压器的危险程度也就越高，在日常的使用过程中，要多设置一些可靠的保障措施，确保工作人员或维修人员的生命安全。

1.4 高层建筑供配电系统设计

常见的高层建筑供配电系统包括双电源进线相互独立的系统、带备用发电机组的系统、带不间断电源装置的系统。供电系统包括两路电源进线互为备用，且装设低压备用发电机和不间断电源三种电源。但其结构复杂设计成本高，故只有在对十分重要负荷才采用备用发电机或不间断电源装置提供能量。双电源各自独立的系统一般是采用相互独立的两个电源进线，采用母线分段的方式进行供电，在正常工作时，负荷使用单一电源进线供电，当电源进线出现故障失电后联络开

关会迅速动作将该段母线上的负载并接到另一段母线上去，保证电能的持续可靠性。这要求负荷具有能满足允许中断供电时间大于电源切换时间的性能，同时要把消防及非消防负荷通过自动装置进行开断，在火灾发生的情况下，自动切断非消防负荷供电，来保证消防负荷供电的可靠性。应急备用发电机组一般采用柴油发电机组，具有较高的可靠性，不受外部电路，电网稳定与否的影响，即使当两路电源进线都出现故障时，重要负荷依旧有电源供电，快速自启动的应急发电机组在lOs左右便可以提供电能。

1.5 建筑供配电设计的一般原则

（1）建筑供配电设计必须遵守国家的有关法令、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）建筑供配电设计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，设计中采用的技术标准和装备水平，应与工程的性质、规模、功能要求相适应。

（3）建筑供配电设计应符合国家现行有关标准的高效节能、性能先进、绿色环保、安全可靠的电气产品。应选择具有国家权威机构认证的产品，严禁使用已被国家淘汰的和不符合国家技术标准，没有产品质量认证的设备。

（4）建筑供配电系统设计必须从全局出发，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。

（5）建筑供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近期结合，在满足近期使用要求的同时，兼顾未来发展的需要。

（6）建筑供配电设计应体现以人为本的设计理念。重视电磁污染及声、光污染对环境的影响，采取综合治理措施，确保人居环境安全。

（7）建筑供配电设计应采取实践证明行之有效的新技术、新理论，创造经济效益、社会效益和环境效益。

2 工程概况

本建筑为东北地区一栋高层单体商业办公建筑。建筑面积约50000m2（其中地下5000m2，地上45000m2，不含技术夹层）。该建筑高度100m。建筑层数为地上24层，地下1层。

表2.1建筑布局及功能

建筑耐火等级一级；地上1～6层和地下1层每层2个防火分区；7～24层和夹层每层一个防火分区。

3 负荷数据

本建筑有220V单相用电设备，也有380V三相用电设备；各类负荷中有平时需要运行的用电设备，也有在发生火灾时才需要运行的消防用电设备。地下1层的10/0.38kV变电所采用低压三相四线制系统向上述设备配电。

由于本建筑有写字间、商铺等部分用电需要二次设计，所以要先按照单位功率法预留负荷功率，其余用电设备负荷功率由照明设计计算得出。

3.1 用电设备负荷

本建筑工程各层用电设备负荷数据见附录A表A0。

3.2照明负荷计算

表3.1 照明负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算

详细数据整理计算见附录A表A1 。

3.3 电力负荷及日常消防负荷

表3.2电力负荷和平时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算

电力负荷和平时消防负0.38kV配电干线及支干线负荷整理计算见附录A表A2 3.4火灾时消防负荷

表3.3 火灾时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算

详细数据整理及计算见附录A表A3。

3.5变电所负荷计算

10/0.38kV变电所总负荷计算见附录A表A4。

4 负荷分级及供电电源

4.1 负荷等级及容量

本工程为一类高层民用建筑，本工程负荷等级如下：

一级负荷：各层公共照明、乘客电梯、所有消防负荷包括应急照明、消火栓泵等。二级负荷：地下室及1～6 层照明、商场自动扶梯、商场乘客扶梯和生活泵等。三级负荷：夹层及7～25 层照明、屋顶节日照明、商场空调机组等。依据之前负荷计算结果可知：一级负荷合计320.3kW，二级负荷合计1230.7kW，三级负荷合计2324.4 kW。考虑同时系数后的总有功负荷合计2906.6kW，其中一二级负荷合计1240.8 kW。

4.2 供电电源

本工程从供电部门的110/10kV变电站引来1路10kV专线电源A，从供电部门的35/10kV变电站引来1路10kV环网电源B。两路10kV电源可同时供电，电源A可作为电源B的备用。110/10kV和35/10kV电缆分别从建筑不同侧引入设在地下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。

4.2.1 电压选择与电能质量

本工程总有功负荷2906.6kW，选用10kV 供电。本工程为高层民用建筑，用电设备的额定电压为220/380V，本工程设立一座10/0.38kV变电所，对所有用电设备均采用低压220V/380V 的三相四线制TN-S 系统配电。为电能质量满足规范要求采取如下措施：

(1)选用Dynll 联结组别的三相配电变压器，采取±5% 的无励磁调压分接头。

(2)采用铜芯电缆，选择恰当的导体截面，将电压损失限制于5% 以下。

(3)气体放电灯采用节能型电感镇流器或低谐波电子镇流器，并使用无功功率补偿使其功率因数不小于0.9。在变电所低压侧采用集中补偿的方法，及自动投切错误！未找到引用源。。

(4)所有单相用电设备平均分在三相配电系统中。

(5)电力配电与照明配电回路分开。对于较大容量的电力设备如电梯、空调机组、水泵等采用专线来供电［2］。

4.2.2 电力变压器选择

(一)变压器型式及台数

采取SCB 10型三相双绕组干式变压器，联结组标号为Dyn11 ，电压比()kV

5

10±。考虑到与开关柜布置在同房间内，变压器外壳防护等级选用1

4.0

%

IP2X。SCB10 型干式变压器符合《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》的要求。由于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。

(二)变压器容量选择

总视在计算负荷为3195.4kVA，其中一、二级负荷为1459.2kVA，接近总计算负荷的一半。

由于本工程照明负荷对电压质量无特殊要求，无需对正常照明和电力负荷分设不同变压器供电，可选择两台等容量的变压器，互为备用。每台变压器容量按0.7×3195.4kVA 左右且不小于1459.2kVA 的要求选择，为1600kVA。正常运行时电力负荷与照明负荷共用变压器，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变电所变压器T1、T2符合分配计算及无功功率补偿装置。查厂家产品样本得SCB10-100/10 型变压器技术数据：6

=，

U

%

k

?

P10.2kW。IP2X 防护外壳尺寸：长2200mm×宽1600mm×高2200mm。

=

k

(三)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，以保证供电可靠性。无功功率补偿前低压母线出线回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M、WL11M、WL12M 的计算负荷合计为910+2×144×6+2×5+54+120=2822。变压器负荷分配计算及补偿装置选择见下表。

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

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