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

1．题目

某市商住小区10kV配变电所电气设计

2．原始资料

2.1 工程概况

某住宅小区占地15万平方米。建有3单元6层住宅楼（底层为车库）12幢，每幢30户；建有2单元12层住宅楼（底层为泵房车库，顶层为电梯间）6幢，每幢80户。沿街门面3000m2及小区管理用房500m2。

2.2 负荷资料

居民生活负荷：

①每户负荷容量4kW。K d=0.65（30户）、0.50（60户）、0.45（80～160户），cos?=0.85。

②小高层每幢4部电梯，每部容量12kW。K d=0.7，cos?=0.7。

③每单元楼道应急照明负荷1.6～3.2 kW（小高层）。K d=0.8，cos?=0.9。

④小高层每幢水泵房设备：消火栓泵2台（一用一备），每台容量22kW。生活水

泵2台（一用一备），每台容量7.5kW。排水泵2台，每台容量1.5kW。K d=0.8，cos?=0.8。

营业照明负荷：

①沿街门面正常照明及分体空调负荷按50W/m2计。cos?=0.85。

②小区管理用房正常照明及分体空调负荷按40W/m2计。cos?=0.85。

注：备用设备容量不计，发生火灾时才用的消防用电设备容量不计入总负荷。考虑变电所用电15kW，cos?=0.85。各用电设备的负荷等级及其配电要求根据规范确定。

2.3 供电条件

（1）供电部门可提供双回路10kV电源，一用一备。

（2）电源1进线处三相短路容量110MV A，进线电缆长约100米。电源2进线处三相短路容量120MV A，进线电缆长约110米。

（3）采用高供低计，居民生活计量一户一表，安装于楼道处。其他负荷计量点设于变电所低压侧。第一柜为进线隔离柜。

（4）考虑二期工程，预留一路10kV电源出线备用，负荷容量400kV A。

（5）配变电所采用独立式，位于小区中心位置，无人值班。低压最大供电距离250m。

2. 4 其他资料。

当地年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温－6℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为27℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。

当地年雷暴日数为26天。

当地海拔高度为120m，土壤电阻率100Ω?m。

3．具体任务及技术要求

本次课程设计共1.5周时间，具体任务与日程安排如下：

第1周周一：布置设计任务，熟悉有关资料，负荷计算、主变压器选择。

周二：供电一次接线方案确定，短路计算。

周三：进出线电缆及开关设备选择计算。

周四：设计绘制变电所高压电气系统图。

周五：设计绘制变电所低压电气系统图。

第2周周一：设计绘制变电所电气平面布置图及变电所接地平面布置图。

周二：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。

周三：整理打印设计报告，交设计成果。

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

目录

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。

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) P c = K d P e 无功计算负荷(kvar) Q c = P c tan φ 视在计算负荷(kV A) S c = P c / cos φ 计算电流(A) n

c

c U S I 3

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

)'tan (tan .??-=P Q

c c

r

变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷

变压器T1无功补偿后低压母线计算负荷

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

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

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S d=100MV·A, U c1=10.5Kv U c2=0.4KV

而I d1=Sd/3 U c1=100MV·A/(3*10.5KV)=5.50KA

I d2=Sd/3 U c2=100MV·A/(3*0.4KV)=144.34KA

⑵计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

①电力系统

X1*=S d/S k=100MV·A/110 MV·A=0.909

②电缆线路

X2*=X0LS d/Uc2 =0.10Ω/KM *0.1KM*100MV·A/(10.5KV)2=0.001

③电力变压器

X3*= U k％S d/100S NT=4.5*100x103KV·A/100X1250KV·A=3.6

⑶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

①总电抗标幺值

X*∑（K-1）= X1*+ X2*=0.909*0.001=0.919

②三相短路电流周期分量有效值

I（3）k-1= I d1/ X*∑（K-1）=5.50KA/0.919=5.98KA

③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

④ 三相短路容量

S

（3）

k-1

= S d1/ X *

∑（K-1）=100 MV ·A/0.919=108.8 MV ·A

⑤两相短路电流

I k2=0.866x I

（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

⑴高压系统电抗（归算到400V 侧） 每相阻抗:

Z s = Uc 2

x10-3

/Sk=(400V)2

x10-3

/110MV ·A=1.469M Ω X s =0.995 Z s =0.995x1.469 M Ω=0.1.462 M Ω 相零阻抗:

X L-PE =2 X s /3=0.975 M Ω R L-PE =2 R s /3=0.097 M Ω

⑵变压器的阻抗（由附录表查得SCB10-1600/10变压器Dyn11联接，△Pk=13.5KW U k ％=6 每相阻抗:

R T =△P k U C 2

/ S NT 2

=13.5KWx(400V)2

/(1250 KV ·A)2

=1.382 M Ω Z T = U k ％U C 2

/100S NT =6x (400V)2

/100x1250KV ·A=7.6M Ω X T =RT2 -ZT2=7.55 M Ω 相零阻抗：

R L-PE = R T =1.382 M Ω