毕业论文-10kV配电室设计.doc

兰州交通大学毕业设计（论文）摘 要在快速发展的当今世界，我们越来越离不开电，电作为所有能源中最重要的一种，它关系着整个国家乃至世界的发展与稳定。在整个电力系统中供配电能成为了电气设计的一个重要的环节。在满足其安全、可靠、优质、经济等基本条件的前提下才能更好地为国民经济服务，推动社会发展。只有好的供电配电环节，才能造就高效率的生产和高品质的生活。本论文设计的是XXXX职业技术学院10kV配电室。设计过程中，依据相关的供配电系统设计、建筑电气设计等规范和设计手册，完成对该校供配电系统的初步设计。配电室占地约120平方米，高压侧为10kV，低压侧为0.4kV，设有值班室和工具间。配电室主接线采用单母线分段接线方式，低压配电系统采用TN-S接线方式。本次设计任务包括：负荷统计、容量计算、无功补偿计算、短路电流计算、设备选型、防雷接地等。采用需要系数法进行负荷计算，并按发热条件进行导线截面的选择，以及热稳定条件校验。本设计按照国家相关设计标准规范要求，合理选择用电设备，能基本满足使用要求。关键词：10kV配电室；配电系统；负荷计算；电气设计- I -AbstractIn the fast developing world, without electricity we cannot do anything. Electricity is one of the most important of all the energy, which is related to the development and stability of the whole country and the world. The power supply system will become an important part of the electrical design. In order to meeting the basic conditions for its safety, reliability, quality, economy and better service for the national economy, promoting the development of society. Only good power supply and distribution sectors, to creating efficient production and high quality of life.This paper is designed the Zhiye Technical College 10kV power distribution room. In the design process, according to the relevant power supply and distribution system design, building electrical design and other specifications design manual, complete the 10kV power distribution room of this College. The distribution room covers an area of about 120 square meters, the high voltage side is 10kV, the low voltage side is 0.4kV, with the duty room and tool room. The main wiring distribution by a single bus section connection mode, low voltage power distribution system using TN-S connection mode. The design tasks include: load statistics, capacity calculation, reactive power compensation, short-circuit current calculation, equipment selection, lightning and grounding. The load calculation is carried out by using the method of coefficient calculation, and carries on the conductor cross section selection according to the heating conditions, and the thermal stability condition.The design in accordance with the relevant national design standard specifications, reasonable selection of electrical equipment, can meet the basic requirements.Key Words: 10kV Distribution room, Distribution system, Load calculation, Electricaldesign- IV -目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1设计概述11.2设计范围11.3设计依据11.4设计目标12 负荷计算22.1负荷统计22.2容量计算52.3无功补偿63 短路电流73.1短路电流简述73.2短路电流的计算74 主接线方式104.1主接线的基本概念104.2主接线方案类型104.3电气主接线确定115 设备选型125.1变压器的选择125.2导线的选择125.2.1按发热条件选择并校验导线和电缆的截面125.2.2高压进线的选择135.2.3低压出线的选择135.3电气设备选择145.3.1配电室高压侧设备的选择145.3.2配电室低压侧设备的选择146 防雷接地166.1配电室的防雷保护166.2配电室接地装置的设计166.3设计过程与结果16结 论18致 谢19参考文献20附 录21兰州交通大学毕业设计（论文）1 绪论1.1设计概述本论文为XXXX职业技术学院10kV配电室的设计。主要是完成对进线10kV电压的降压与分配任务。设计可大致分为两部分：参数计算和设备选型。参数计算包括负荷计算、容量计算、短路电流计算、无功补偿计算等。设备选型包括变压器选型、导线选型、互感器选型及避雷器的选型等等。在熟悉国家相关的10kV变电所设计规范的前提下，完成XXXX职业技术学院10kV配电室的设计和图纸的绘制。1.2设计范围设计的范围大体包括：负荷统计、容量计算、无功补偿、短路电流计算、主接线方式选择、变压器选择、高低压开关柜选择、防雷接地。最终完成对该配电室的设计和图纸的绘制。1.3设计依据(1) 国家标准和规范，包括：10KV及以下变电所设计规范(GB50052-94)供配电系统设计规范(GB 50052-2009)工业与民用配电设计手册(2) 由设计院提供的有关该工程的设计要求、建筑平面图。1.4设计目标按照国家规定及相关规范设计配电室，为学校提供较好的供电质量，同时要保证用电的安全性、可靠性、经济性、优质性等基本要求。(1) 10kV配电系统图设计依据学校内各建筑的特点进行负荷统计，利用需要系数法确定每个回路的计算负荷和总计算负荷，进而选择变压器的容量及进出线电缆的截面及其型号，并完成总配电系统设计。(2) 配电室平面布置图设计由配电系统图选择的高低压开关柜及变压器，根据它们的尺寸和型号来确定其安装位置以及导线的布线方式。最终完成配电室内的布局。(3) 撰写设计说明书2 负荷计算学校占地较大，建筑较多，故需要对每一幢建筑进行负荷统计。由于每一幢建筑的功能不同，用电需求也不一样，因为一幢建筑中的用电设备较多，故在功率因数以及需要系数的取值上会作相应的调整。还有就是学校用电会有季节性变化。在1、2月份和7、8月份用电会很低。冬季用电会较大。计算时一般会考虑其最大负荷的情况。2.1负荷统计负荷统计需要以计算负荷为基础。做设计时一般都是以计算负荷作为依据来按允许发热条件选择供配电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施等。本次设计采用需要系数法进行计算负荷的计算。需要系数法的计算公式如下 (1) 有功功率(2.1)(2) 无功功率(2.2)(3) 视在功率(2.3)(4) 负荷电流(2.4)(5) 负荷的计算电流(2.5)式2.1、2.4、2.5中： Kx：需要系数，需要系数参考见表2.1与表2.2；：功率因数。表2.1 民用动力负荷需要系数用电设备组名称需要系数木工机械0.200.300.500.601.731.33生产用通风机0.750.850.800.850.750.62卫生用通风机0.650.700.80.75泵、活塞型压缩机、空调设备送风机、电动发电机组0.750.850.80.75冷冻机组0.850.900.800.900.750.48表2.2 民用建筑照明负荷需要系数建筑物名称需要系数备注单身宿舍楼0.60.7一开间内12盏灯，23个插座旅游宾馆0.350.45一般办公楼0.70.8一开间内2盏灯，23个插座高级办公楼0.60.7科研楼0.80.9一开间内2盏灯，23个插座一般旅馆、招待所0.70.8教学楼0.80.9三开间内611灯，12个插座图书馆0.60.7毛儿所、幼儿园0.80.9小型商业务业用房0.850.9综合商业、服务楼0.750.85高级旅馆、招待所0.60.7带卫生间食堂、餐厅0.80.9高级餐厅0.70.8电影院、文化馆0.70.8剧场0.60.7礼堂0.50.7体育练习馆0.70.8体育馆0.650.75展览厅0.50.7门诊楼0.60.7一般病房楼0.650.75高级病房楼0.50.6锅炉房0.91 根据式2.1、2.2、2.4计算可得大礼堂： 负荷电流 Ie=105336/3800.88=315(A) 计算负荷 Pj=1053360.5=52.67(kW)无功负荷 Qj=526680.54=28.44(kVar)同理可计算活动中心、车队、医教区、实验楼、体育馆、图书馆等建筑的负荷参数。并进行整理，汇总于表2.3。表2.3 计算负荷统计表区块名称负荷电流(A)额定负荷(kW)功率因数计算负荷(kW)无功负荷(kVar)配电柜负荷(kW)备用12542.750.900.4825.6512.31配电室12542.750.900.4829.9214.36实验楼112543.700.920.4230.5912.84实验楼212543.700.920.4230.5912.84实验楼312543.700.920.4230.5912.84文科楼12542.750.900.4829.9214.36备用31595.760.800.7557.4543.09行政楼12543.700.920.4230.5912.84备用12542.750.900.4825.6512.31199.40车队12542.750.900.4825.6512.31路灯5017.100.900.4815.397.38医务室12543.700.920.4230.5912.84图书馆12543.700.920.4226.2211.01备用16054.720.900.4832.8315.75活动中心31595.760.800.7557.4543.091号家属楼12542.750.900.4825.6512.312号家属楼12542.750.900.4825.6512.31191.611号学生楼12542.750.900.4825.6512.312号学生楼12542.750.900.4825.6512.31备用22576.950.900.4861.5629.54礼堂315105.330.880.5452.6628.44四锅炉房22568.400.800.7547.8835.91新锅炉房315101.740.850.6271.2244.15220.243号家属楼15052.440.920.4231.4613.214号家属楼15052.440.920.4231.4613.212单元10034.200.900.4820.5209.843单元10034.200.900.4820.529.84备用10034.200.900.4820.529.84备用22576.950.900.4861.5629.543号学生公寓22576.950.900.4846.1722.16193.08续表2.3区块名称负荷电流(A)额定负荷(kW)功率因数tan计算负荷(kW)无功负荷(kVar)配电柜负荷(kW)4号学生公寓22576.950.900.4846.1722.16原教学楼22576.950.900.4861.5629.54新教学楼22576.950.900.4861.5629.54体育馆15051.300.900.4833.3416.005号学生公寓22576.950.900.4846.1722.16备用16054.720.900.4832.8315.75218.02备用12542.750.900.4825.6512.31备用12542.750.900.4825.6512.31备用16054.720.900.4832.8315.75备用16054.720.900.4832.8315.75备用22568.400.800.7554.7241.04备用16054.720.900.4832.8315.75186.39合计2038.91208.7664.81208.7总计算负荷1087.9631.61087.92.2容量计算总的有功： (2.7)总的无功： (2.8)总视在功率： (2.9)按需要系数法计算负荷进行视在功率计算为有功功率同时系数，取值范围0.80.9，无功功率同时系数，取值范围0.930.97。按照实际情况取0.9；取0.95。根据式2.7和式2.8计算总的有功和无功功率。总的有功：Pjs=0.9(25650+29925+30590+57456+30590+25650+54720+32832)=0.91208.77=1087.8(kW)总的无功：Qjs=0.95(12312+14364+12847+12312+7387+29548+9849+35910)=640.53kvar根据公式2.9计算视在功率，可得：总的视在功率：=1257. 9(kVA)2.3无功补偿一般来说容量在100kVA及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不能低于0.95。要提高功率因数，通常会选择装设人工补偿装置。在本次设计中补偿装置初步拟定安装于单母线分段的两侧，以方便进行均衡补偿。本次设计采用低压集中补偿方式进行无功补偿。最大负荷时的无功补偿容量应为(2.9)按式2.9计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量。用式2.9确定了总的补偿容量后，就可以根据选定的单个电容器容量来确定电容器组数 (2.10)Pc Qc Sc为低压母线侧的计算负荷，提高至0.95，那么=0.865=1087.9tan(arccos0.86)-tan(arccos0.95)=282.8kVar选择BSMJ0.4-30-3型自愈式并联电容器，=30kVar。利用公式2.10计算电容器组数。n=282.8kVar/30kVar=9.4 取9补偿后的视在计算负荷=1143.2kVA=0.953 短路电流3.1短路电流简述计算短路电流是为了得到下一步的导线选型所需要的参数来作为依据。由于短路电流都比较大，对线路设备容易造成破坏，所以这个参数数值对于设备选型有很重要的作用。本次短路计算方法采用的是标幺值法计算。标幺值的定义是实际值比上基准值，所以标幺值是个相对值，有利于减轻计算工作量。3.2短路电流的计算(1) 绘制计算电路图如图3.1图3.1 短路点示意图(2) 确定基准值。基准电流和线路电抗计算公式如下(3.1)(3.2)(3.3)(3.4)(3.5)(3.6)(3.7)设=100MVA，=10.5kV，高压侧，=10.5kV，低压侧=0.4kV，则根据式3.1计算得 (3) 计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统，根据式3.2计算得架空线路，LGJ-185的X0=0.35/km，而线长5km，根据式3.3计算得电力变压器Uk%=6，根据式3.5，故(4) 计算k1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值，由式3.6计算得其它短路电流三相短路容量，由式3.7得(5) 计算k2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量两台变压器并联运行时总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其它短路电流三相短路容量以上计算结果综合如表3.1所示：表3.1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk13.083.083.087.874.6656.18k222.0922.0922.0940.6524.0815.314 主接线方式4.1主接线的基本概念主接线是指由各种开关电器、保护设备、变压器、互感器、导线、电缆、电容器等电气设备按照一定顺序连接的用以接受和分配电能的电路 1。4.2主接线方案类型主接线的基本形式有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、内外桥接线等。(1) 单母线接线这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、同时也方便扩建；其缺点是不够灵活可靠。单母线接线方式如图4.1所示。图4.1 单母线主接线适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，如出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷2。(2) 单母线分段接线当出线回路数增多时，可用断路器将母线分段，使之成为单母线分段接线，母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性1。其接线方式如图4.2所示。图4.2 单母线分段主接线单母线分段接线既保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，比如缩小了母线故障的影响范围、比如分别从两段母线上引出两路出线可保证对负荷的供电可靠性等3。4.3电气主接线确定电源进线为一路，变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。故变压器一次侧采用单母线接线，而二次侧采用单母线分段接线。5 设备选型5.1变压器的选择本次10kV配电变压器采用的是Dyn11联结方式。因为Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强，高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点5。变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。依据10kV及以下变电所设计规范的要求和经济性考虑，宜装设两台变压器。考虑经济性与备用安全等因素，因此，选择SCB10-630kVA，Dyn11型干式电力变压器两台。变压器选择参数见表5.1。表5.1 主变压器的选择额定容量SN /kVA联结组别空载损耗PO /kW短路损耗PK /kW空载电流I O %阻抗电压U K %6302Dyn112.011.21.265.2导线的选择5.2.1按发热条件选择并校验导线和电缆的截面(1) 用电单位总计算电流进线电流的计算(5.1)根据式5.1计算10kV侧进线电流(2) 相线截面的选择需满足以下条件(3) 中性线（N线）截面的选择，当配电变压器为Dyn11联结时 (4) 电缆的短路热稳定度校验 (5.2)式中C为短路热稳定系数。短路热稳定系数参见表5.2。表5.2 电缆允许温度和热稳定系数导体种类导体材料长期允许工作温度短路允许最高温度短路热稳定系数610kV交联聚乙烯绝缘电缆铝9020077铜902501375.2.2高压进线的选择由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJV22-10型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。(1) 按发热条件选择。 由I30=I1N.T=36.4A及土壤温度25查表可知，初选缆芯为50mm2的交联电缆，其I30=159A，满足发热条件。(2) 校验短路热稳定。按式5.2计算满足短路热稳定的最小截面 式中的C值由表5.2 查得。因此YJL22-10-350 mm2电缆满足短路稳定要求。5.2.3低压出线的选择(1) 低压侧出线采用YJV型聚氯乙烯铜芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择由I30=1050.6A及地下0.8m土壤温度为25，初选500 mm2，其Ial=1110A满足发热条件。(2) 高低压母线的选择根据表5.3进行母线选择。表5.3 10kV变配电所高低压TMY型硬铜母线的常用尺寸(mm)变压器容量/KVA2002503154005006308001000高压母线606低压母线4040505505606606100812010中性母线606参照10kV变配电所高低压TMY型硬铜母线的常用尺寸，10kV母线选TMY-3(606)，即母线尺寸为60mm6mm；380V母线选TMY-3(606)+606，即相母线尺寸为60mm6mm，中性母线尺寸为60mm6mm。因为所选的母线尺寸一般均满足短路动稳定和热稳定要求，因此不必再进行短路校验。5.3电气设备选择5.3.1配电室高压侧设备的选择经过计算所得数据，可将配电室高压侧的设备选择出来，见表5.4。表5.4 高压侧主要电气设备序号设备名称型号和规格110kV真空断路器ZN63A12/630252隔离开关GN1910C/4003电流互感器LZZJ10Q 50/5 0.5/10P20LZZJ10Q 100/5 0.5/10P204电压互感器RZL10 10/0.1 0.2/0.2JDZ1010B 10/0.1 3级5熔断器XRNP10 0.5A6避雷器HY5WZ-17/507接地开关JN-10810kV开关柜KYN28A12(GZS1)5.3.2配电室低压侧设备的选择经过计算所得数据，可将配电室低压侧的设备选择出来，见表5.5。表5.5 低压侧主要电气设备序号设备名称型号和规格10.4kV真空断路器AH-40CAH-6BTG-400BD2隔离开关QSA-4003电流互感器SDH-300/5BH-30/404电压互感器JDG1-0.5JDZ15熔断器NT006避雷器HY1.5W7电容补偿BSMJ0.4-30-380.4kV开关柜GCS6 防雷接地6.1配电室的防雷保护由设计手册资料得知，学校所在地区的年雷暴雨日数为25天。需要对雷电过电压加以防护。根据GB50057-1994有关规定，在配电室屋顶可装设避雷带，避雷带采用直径8mm的圆钢敷设，并经引下线与配电室接地装置相连，引下线应沿建筑物外墙敷设5。在10kV高压配电室内装设有KYN28型开关柜，其中配有HY5WZ-17/50型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电波侵入危害。6.2配电室接地装置的设计(1) 单根纯直管形（或棒形）接地体的接地电阻 (6.1)(2) 用逐步渐进法确定垂直接地体根数n (6.2)式中为接地体利用系数。 6.3设计过程与结果(1) 接地电阻的要求根据电力装置和建筑物要求的接地电阻最大值的要求。此配电室的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件(2) 接地装置的设计采用长2.5m，50mm的钢管, 管间用40mm4mm的扁钢焊接相连。根据式6.1和式6.2来计算钢管根数 根据计算的结果，并考虑管间的屏蔽效应，实际值应该大于20。但考虑其自然接地体，则可减少钢管数量，因为城市中，一般的自然接地体就可以满足要求，四周埋入人工接地体可提高安全。具体情况以现场实际测量为准。故钢管数满足的接地电阻要求。结 论XXXX职业技术学院10kV配电室的设计以10kV变电所设计规范、供配电系统设计规范、民用建筑电气设计规范等相关设计资料为依据，结合任务书与部分土建知识，通过了解XXXX职业技术学院的概况，对配电室进行了相关的参数计算与设备选型，并绘制出平面图与系统图，最终完成了XXXX职业技术学院10kV配电室施工图的设计。在设计过程中，通过对XXXX职业技术学院土建的原始资料的分析，以及配电室设计方式的了解，对配电室进行负荷计算，选取了配电室所装变压器的容量、导线、开关柜等主要设备，并绘制出高低压电气系统图，最终完成满足供配电系统要求的10kV配电室电气施工图。本设计在选取导线、高低压设备及开关柜时，考虑了配电室的长远发展，在满足实际施工要求的情况下，留有一定的裕量。布线时以埋地和架设封闭母线桥为主。本设计符合国家相关设计标准规范要求，设备选型合理，使用功能满足要求，能较好地指导施工。致 谢本工程的设计及论文的撰写完成都离不开指导老师的悉心指导。特别是老师认真而细致的答疑，给我的设计工作带来了很大帮助。在设计过程中同学们相互帮助，共同克服工作中存在的困难，最终得以顺利完成毕业设计。在此特别衷心的感谢指导老师的关心和指导。在此次设计中，我运用所学的理论知识，认真按照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来作为设计依据进行设计，注重理论联系实际。在苏老师的耐心指导下，完成了XXXX职业技术学院10kV配电室的设计。毕业设计培养了我们综合运用基础知识和技能解决生产实际问题的能力，并能初步掌握工程设计的方法，为将来的工作奠定基础。再次感谢老师的悉心指导和同学们的热心帮助。由于是初次设计，对于很多规范的运用都不太熟练，设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师和同学批评指正。参考文献1 同济大学电气工程系编.工厂供电M.北京:中国建筑工业出版社,2008:1-166. 2 于永源,杨绮雯.电力系统分析M.北京:中国电力出版社,2007:13-54.3 徐滤非.供配电系统M.北京:机械工业出版社,2007:1-188.4 中国建筑学会建筑电气分会.电磁兼容与防雷接地M.中国建筑工业出版社, 2007:159-291.5 任元会,卞铠生,姚家袆.工业与民用配电设计手册M.中国电力出版社,2005:1-901.6 中华人民共和国机械工业部.低压配电设计规范M.中国计划出版社,2011:1-70.7 马斌.10kV配电室工程设计中常见的问题及分析J.甘肃电力技术,2014,(4):19-21.8 杨永龙,钱莉,王生元.防雷接地体性能改善及接地电阻分析计算J.气象科技,2008(4):485-490.附 录