大学供电系统设计

学 号 09750201 工业与民用供电课程设计 设计说明书某大学校区供电系统设计起止日期： 2013 年 1 月 7 日 至 2013 年 1 月 12 日学生姓名安从源班级09电气2班成绩指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2013年1月12日供电技术课程设计任务书（任务序号09750201）一、 基础材料 本课程设计针对某大学校区供电系统设计。 负荷的水平与类型 负荷水平：（见附表） 负荷类型：本供电区域负荷属于二级负荷，要求不间断供电。 该校最大负荷利用小时数为5600小时。 0.4kV负荷的同时系数为0.7，10kV负荷的同时系数为0.8。 电源情况 由该厂东北方向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。 由该厂西北方向5KM处一个10KV电压等级线路提供一个电源B，其出口短路容量Sd=75MVA。 功率因数：电源A要求功率因数大于0.92，电源B要求功率因数大于0.95。 供电电价为两部电价 基本电价：按变压器容量计算每月基本电价，15元/ KVA。电度电价：35KV供电电压时0.70元/kwh，10KV供电电压时0.75元/kwh。 环境情况 环境年平均气温15。 35kV变电站为独立建筑物，10kV变电站布置在相关建筑物的地下室或底层内。 各级变压器均为室内布置。二、 设计范围 确定全校计算负荷。 确定全校的供电系统结构形式。 确定35KV变电站、10KV变电站的主接线形式、变压器台数及容量。 计算35kV及10kV断路器出口处短路电流。 确定35kv断路器及隔离开关，确定35kv电缆及10kv电缆型号。 确定无功功率补偿装置。 确定总降压变电所及车间变电所的平、立面图。三、 设计成果 设计计算书。 供电系统结构示意图一张。 35KV变电所一次设备主接线图一张。 35KV变电所的平面图、剖面图一张。 母线电压测量及绝缘监视电路图一张。 定时限过流保护的原理图与展开图一张。指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 2010年 01月 12日1设计范围（1）确定全校计算负荷。（2）确定全校的供电系统结构形式。（3）确定35KV变电站、10KV变电站的主接线形式、变压器台数及容量。（4）计算35kV及10kV断路器出口处短路电流。（5）确定35kv断路器及隔离开关，确定35kv电缆及10kv电缆型号。（6）确定无功功率补偿装置。（7）确定总降压变电所及车间变电所的平、立面图。2. 负荷计算分析表1 10kV变电所参数04kV同时系数10kV同时系数短路容量A(MVA)短路容量B(MVA)10kV需要功率因数35kV需要功率因数0.70.8150759.59.2所需公式：，=0.015，=0.06，=+，=+，=， =，=2.1 NO1变电所负荷计算及变压器、电缆的选择No1 10kV变电所1第一教学楼2501802第二教学楼3202003第三教学楼2101504第四教学楼3402005一教消防泵20106二教消防泵20107三教消防泵20108一教消防梯25159二教消防梯251510三教消防梯2515根据变压器的有功经济调度一个变电站的两台变压器应该同时运行，需要对其负荷配平，是两台变压器的负荷相近，这样的经济效率更大，损耗更小。将序号为1,2,5,6,8,分配到一个变压器，将序号为3,4,7,9,10分配到另一个变压器。则如图1所示：图1 第一座变电站的负荷示意图1T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7（250+320）=399（kw），=0.7（180+200）=266（kvar）=479.54（kVA），=692.15（A）（2）高压母线侧的计算负荷 在未知变压器型号时=0.015 =0.06=0.015479.54=7.2（kw），=0.06479.54=28.8（kvar）=+=486.7（kw），=+=294.8（kvar）（3）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=399/479.54=0.832确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=399（0.670.33）=135.6(kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=135.6/14=9.6,取10实际补偿量为：=1014=140（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=423（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=6.34kw），=0.06=25.4（kvar）高压侧总计算负荷：=+=399+6.34=405.34（kw） =+=（284.4140）+25.4=169.4kvar） =439.3（kVA）高压侧功率因数：=405.34/439.3=0.922T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7（210+340）=385（kw），=0.7（150+200）=245（kvar）456.34（kVA），=658.68（A）（2）高压母线侧的计算负荷=0.015456.34=6.84（kw），=0.06347.6=27.38(kvar）=385+6.84=391.84（kw），=245+27.38=272.38（kvar）（3）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=385/456.34=0.84确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=385（0.650.33）=123.2(kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=123.2/14=8.8取10实际补偿量为：=1014=140（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=402.97（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=6.05（kw），=0.06=24.18（kvar）高压侧总计算负荷：=+=385+6.05=391.05（kw） =+=（245-140）+14.18 =109.18（kvar） =413.06kVA）高压侧功率因数：=391.05/413.06=0.946变压器选择： 总的负荷为： (3)变压器的选择:由于本设计中全部为二级负荷，变压器应能够带起全部的负荷，所以变压器的容量为：所以，1T和2T应选择 SGB10-1000/10型变压器，额定的容量为1000KVA。由 于此变电所安装于地下室内，且年平均气温为15摄氏度，故对变压器的容量有影响，1T和2T的变压器的实际容量为(4)线路电缆选择：=A由于本设计中的年最大负荷利用小时数为5600H，所以 根据电缆允许载流量选择的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套的铜芯电力电缆。其中，校验电压损失满足电压损失的要求。校验发热条件该电缆的在15摄式度地中直埋的允许载流量（）为1521.29=196A由于年平均气温为15摄氏度，故相应的系数为K=实际的允许载流量为196大于计算电流，所以满足发热条件。2.2 NO2变电所负荷计算及变压器、电缆的选择No2 10kV变电所1第五教学楼2201602第六教学楼3302203第七教学楼2501804第八教学楼3802305五教消防泵20106六教消防泵20107七教消防泵20108五教消防梯25159六教消防梯251510七教消防梯2515根据变压器的有功经济调度一个变电站的两台变压器应该同时运行，需要对其负荷配平，是两台变压器的负荷相近，这样的经济效率更大，损耗更小。将序号为1,2,5,6,8分配到一个变压器，将序号为3,4,7,9,10分配到另一个变压器。则如图2所示：图2第二座变电站的负荷示意图3T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7550=385（kw），=0.7380=266（kvar）=446（kVA），=643.75（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=385/466=0.83确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=385（0.670.33）=131（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=131/14=9.35,取10实际补偿量为：=1014=140（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=405.1（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=6.08（kw），=0.06=24.32（kvar）高压侧总计算负荷：=+=385+6.08=391.8（kw） =+=（266140）+24.32=150.32（kvar） =419.6（kVA）高压侧功率因数：=391.8/419.6=0.9334T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7630=441（kw），=0.7410=287（kvar）=526.2（kVA），=759.5（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=441/526.2=0.84确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=441（0.6450.33）=138.9（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=138.9/14=10,取10实际补偿量为：=1014=140（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=464.8（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=6.97（kw），=0.06=27.9（kvar）高压侧总计算负荷：=+=441+6.97=447.97（kw） =+=（287140）+27.9=174.9（kvar） =480.9（kVA）高压侧功率因数：=447.97/480.9=0.93变压器选择：总的负荷为： (3)变压器的选择:由于本设计中全部为二级负荷，变压器应能够带起全部的负荷。所以3T和4T应选择 SGB10-1000/10型变压器，额定的容量为1000KVA。由于此变电所安装于地下室内，且年平均气温为15摄氏度，故对变压器的容量有影响，3T和4T的变压器的实际容量为(4)线路电缆选择：=A由于本设计中的年最大负荷利用小时数为5600H，所以 根据电缆允许载流量选择的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套的铜芯电力电缆。其中，校验电压损失满足电压损失的要求。校验发热条件该电缆的在15摄式度地中直埋的允许载流量（）为A由于年平均气温为15摄氏度，故相应的系数为K=实际的允许载流量为大于计算电流，所以满足发热条件。2.3 NO3变电所负荷计算及变压器、电缆选择No3 10kV变电所1第一食堂5003202第二食堂4803203图书馆6001804实验楼4203005一食堂消防泵20106二食堂消防泵20107图书馆消防泵20108实验楼消防泵2010根据变压器的有功经济调度一个变电站的两台变压器应该同时运行，需要对其负荷配平，是两台变压器的负荷相近，这样的经济效率更大，损耗更小。将序号为1，2，5,6分配到一个变压器，将序号为3,4,7,8分配到另一个变压器。如图3所示：图3第三座变电站的负荷示意图5T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7（500+480）=686（kw），=0.7（320+320）=448（kvar）=819.3（kVA），=1182.6（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=686/819.3=0.84确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=686（0.650.33）=219.5（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=219.5/14=15.7,取16实际补偿量为：=1614=224（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=721.6（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=10.8（kw），=0.06=43.3（kvar）高压侧总计算负荷：=+=686+10.8=696.8（kw） =+=（448-224）+43.3=267.3（kvar） =746.3（kVA）高压侧功率因数：=401.03/412.95=0.976T：（1）低压母线侧负荷计算=0.7（600+420）=714（kw），=0.7（180+300）=336（kvar）=789.1（kVA），=1139.0（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=714/789.1=0.90确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=714（0.470.33）=99.96（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=99.96/14=7.14,取8实际补偿量为：=814=112（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=748.3kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=11.2（kw），=0.06=44.8（kvar）高压侧总计算负荷：=+=714+11.2=725.2（kw） =+=（336-112）+44.8=268.8（kvar） =773.4（kVA）高压侧功率因数：=725.2/773.4=0.94变压器选择：总的负荷为： (3)变压器选择:由于本设计中全部为二级负荷，变压器应能够带起全部的负荷。所以5T和6T应选择 SGB10-1600/10型变压器，额定的容量为1600KVA。由于此变电所安装于35KV变电站内，且年平均气温为15摄氏度，故对变压器的容量有影响，5T和6T的变压器的实际容量为(4)线路电缆选择：=A由于本设计中的年最大负荷利用小时数为5600H，所以 根据电缆允许载流量选择的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套的铜芯电力电缆。其中，校验电压损满足电压损失的要求。校验发热条件该电缆的在15摄式度地中直埋的允许载流量（）为196A由于年平均气温为15摄氏度，故相应的系数为K=实际的允许载流量为大于计算电流，所以满足发热条件。2.4 NO4变电所负荷计算及变压器、电缆选择No4 10kV变电所1第一宿舍3001802第二宿舍4402403第三宿舍2802004第四宿舍4602505一宿舍消防泵20106二宿舍消防泵20107三宿舍消防泵20108四宿舍消防泵2010根据变压器的有功经济调度一个变电站的两台变压器应该同时运行，需要对其负荷配平，是两台变压器的负荷相近，这样的经济效率更大，损耗更小。将序号为1,2,5,6分配到一个变压器，将序号为3,4,7,8分配到另一个变压器。如图4所示：图4 第四座变电站的负荷示意图7T：（1）低压母线侧负荷计算 =0.7（300+440）=518（kw），=0.7（180+240）=294（kvar）=595.6（kVA），=860.0（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=518/595.6=0.87确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=518（0.570.33）=124.3（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=124.3/14=8.88,取10实际补偿量为：=1014=140（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=544.6（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=8.2（kw），=0.06=32.7（kvar）高压侧总计算负荷：=+=518+8.2=526.2（kw） =+=（294-140）+32.7=187.5（kvar） =563.5（kVA）高压侧功率因数：=526.2/563.5=0.938T：=0.7（280+460）=518（kw），=0.7（200+250）=315（kvar）=606.3（kVA），=875.1（A）（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=518/606.3=0.85确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.95=518（0.61-0.33）=145.5（kvar）查表选BW0.4141型电容器，需要数量为n=145.05/14=10.36,取12实际补偿量为：=1214=168（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=542.4（kVA）此时变压器功率损耗：=0.015=8.1（kw），=0.06=32.5（kvar）高压侧总计算负荷：=+=518+8.1=526.1（kw） =+=（315-168）+32.5=179.5（kvar） =560.6（kVA）高压侧功率因数：=526.1/560.6=0.94变压器选择：总的负荷为： 由于本设计中全部为二级负荷，变压器应能够带起全部的负荷。所以7T和8T应选择 SGB10-1250/10型变压器，额定的容量为1250KVA。由于此变电所安装于35KV变电站内，且年平均气温为15摄氏度，故对变压器的容量有影响，7T和8T的变压器的实际容量为线路电缆选择：=A由于本设计中的年最大负荷利用小时数为5600H，所以 根据电缆允许载流量选择的交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套的铜芯电力电缆。其中，校验电压损失满足电压损失的要求。校验发热条件该电缆的在15摄式度地中直埋的允许载流量（）为386A由于年平均气温为15摄氏度，故相应的系数为K=实际的允许载流量为大于计算电流，所以满足发热条件。3. 35KV变压器负荷计算及功率补偿所需公式：，=0.015，=0.06，=+，=+，=， =，=,=，=，=，=0.76，=0.753.1 35KV变压器计算负荷及功率补偿 1T:（1）低压侧负荷计算 根据符合配平原则 =0.8（399+441+686+518）=1635.2（kw） =0.8（126+126+224+147）=498.4（kvar）=1709.5（kVA）（2）高压侧负荷计算=0.015=25.6（kw），=0.06=102.6(kvar）=+=1635.2+25.6=1660.8（kw），=+=498.4+102.6=601（kvar）=1766.2（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=1635.2/1709.5=0.96高压侧功率因数：=1660.8/1766.2=0.94确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.920.940.92所以不需要补偿2T: （1）低压侧负荷计算 根据符合配平原则 =0.8（385+385+714+518）=1601.6（kw） =0.8（105+147+224+154）=504（kvar）=1679.0（kVA）（2）高压侧负荷计算=0.015=25.2（kw），=0.06=100.7(kvar）=+=1601.6+25.2=1626.8（kw），=+=504+100.7=604.7（kvar）=1735.6（2）功率补偿补偿前计算负荷和功率因数低压侧功率因数：=1601.6/1679.0=0.95高压侧功率因数：=1626.8/1735.6=0.94确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.920.940.92所以不需要补偿 3.2 35KV变压器选择=1635.2+1601.6=3236.8（kw）=498.4+504=1002.4（kvar） =3388.5（kVA）选SC94000/35两台变压器工作环境为 15摄氏度 ，且工作在户内，对变压器有影响。利用公式=（0.92-）计算实际容量 。=（0.92-）4000=38323388.5（kVA）4. 全校负荷计算所需公式：， （1）10KV等级： =0.8（399+385+385+441+686+714+518+518）=3236.8（kw） =0.8（126+105+147+126+224+224+154+147）=1002.4（kvar） =3388.5（kVA），=195.6（A） （2）35KV等级：=0.015=50.8（kw），=0.06=203.2（kvar）=3236.8+50.8=3287.6（kw），=1002.4+203.2=1205.4（kvar）=3501.6（kVA），=57.8（A）5. 三相短路计算所需公式：系统=，线路=，变压器=，电压级的基准电流=，短路电流标幺值=，短路电流=，冲击短路电流=（2.551.84），短路容量=取基准容量=100MVA，3个电压等级的基准电压分别为=37kV，=10.5kV，相应的基准电流为、5.1路短路电流计算 K3 k5 QF1 8 km QF2 2WL K4 K1 1WL K2 =150MVA Yd11 4000KVA 35/10.5kV 图5 断路器出口短路示意图=100/150=0.6671WL线路选择截面为50的铜芯线缆，取电抗值为=0.107/km。=0.063=2=8(1)K1处短路=100/150=0.667基准电流： =1.56（kA）,=1.5，=1.561.5=2.34（kA） =2.55 （）(2)K2处短路=+=0.667+0.063=0.73基准电流： =1.56（kA）,=1.37，=1.561.37=2.14（kA） =2.552.14=5.45(kA) （）(3)35KV变压器断路器出口K3侧短路时，则：=+=0.667+0.063+2=2.73基准电流： =5.5（kA）,=0.37，=5.50.37=2.03（kA） =2.55 （）(4)K4短路电流(5)K5短路电流(以NO.1站为例)=+=0.667+0.063+2+8=10.73基准电流： =144.3（kA）,=0.093，=144.30.093=13.4（kA） =1.8413.4=24.74(kA) （）(2)B路短路电流计算(以NO.1站为例)当10KV变压器断路器出口短路时=1.332WL线路选择截面为25的铜芯线缆，取电抗值为=0.113/km。=0.51=8则：=+=1.33+0.51+8=8.84基准电流：=144.3（kA）,=0.113=144.30.113=16.3（kA）=1.8416.3=30.0（kA） =1000.113=11.3（MVA）6. 断路器和隔离开关的选择选择=62.4（A）QF1选择：LN235I型断路器断路器校验表：序号LN235I选择条件装设地点电气条件项目数据项目数据35kv35kv1250A62.4A16A2.34A40A5.97A1024隔离开关校验表：序号GW5-35G/1600选择条件装设地点电气条件项目数据项目数据35kv35kv600A62.4A72A5.97A1024由于在高压等级无电气距离，故10KV母线以下的断路器和隔离开关的选择均按此表所示。参考资料：1唐志平.供配电技术.北京:电子工业出版社,2006年10月2陈一才.高层建筑电气设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1993年5月3航空工业部第四规划设计研究院等.工厂配电设计手册.北京:水利电力出版社,1989年8月