学校供配电系统设计方案

学校供配电系统设计方案系 别：计算机与信息工程系专 业：班 级：学 号：学生姓名：摘要供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及 企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现 代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突 然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。故，作好供配电工作，对于保证正常 的工作、学习、生活将有十分重要的意义。关键词: 变压器 电气主接线 电气设备 继电保护目录摘要2目录31概 述42原始资料分析53 系统计算负荷及无功功率补偿 63.1 负荷计算73.1.1 负荷计算的内容和目的73.1.2 计负荷的确定73.1.3 按需要系数法确定计算负荷的公式73.1.4 负荷计算的结果 83.2 无功功率补偿及其计算123.2.1 无功补偿的目的 123.2.2无功功率的人工补偿装置123.2.3 并联电容器的选择计算方法143.2.4 无功功率补偿的计算144 变配电所主变压器及主接线方案的选择154.1 变配电所位置的选择164.1.1 变配电所型式的概述164.2 变电所主变压器的选择164.2.1 变电所主变压器选型的原则164.2.2 变电所主变压器台数的选择174.2.3 变电所主变压器容量的选择174.3变配电所主接线方案的选择184.3.1 变配电所主接线设计要求184.3.2 变配电所主接线方案的拟定205 短路电流计算235.1 计算短路电流的目的235.2 短路计算的方法 235.3 标么值法计算短路电流235.3.3 用标么值法进行短路计算的方法235.4 短路电流的计算过程与结果246 变电所电气设备的选择266.1 一次侧电气设备 266.1.1 10KV侧一次设备的选择校验266.1.2 380V侧一次设备的选择校验306.2 高低压母线的选择 311概述课程设计的论文题目是：高校供配电工程总体规划方案设计；作为高校，随着本科教育工 作的推进和未来几年的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战 因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。为未来发展提供足够的空间：这主要表现在 电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免 一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。总而言之，定位现实，着眼未来；以发展的眼光来设计此课题供配电系统设计应贯彻执行 国家的经济技术指标，做到保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理。在设计中，必须 从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点，以及地区供电特点，合理确定设 计方案。还应注意近远期结合，以近期为主。设计中尽量采用符合国家现行有关标准的效率高、 能耗低、性能先进的电气产品。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。2 原始资料分析供配电设计内容主要包括变配电设计、高压配电线路设计、低压配电线路设计和电气照明 设计等。其设计步骤一般如下：1收集原始资料在动手设计之前，应根据设计任务书的要求，收集用电设备的性质、特征、功率、布局、 环境及气象条件；各用电单位的平面图及断面图；用电设备平面布置图；电源的电压、容量及 可能提供的供电方式。2电力负荷的分析计算根据提供的各用电单位的电力负荷清单，分析那些电力设备属一级负荷，那些属二级负荷， 那些属三级负荷，然后按需要系数法分别计算出各用电单位及全部的计算负荷，在中学平面图 上画出各用电单位的负荷图。根据各用电单位的负荷性质及平面布局，确定在那些地方设变电所及各变电所中的变压器 台数。然后根据确定的变电所布局，拟出各用电单位变电所供电范围，并计算各变电所的计算 负荷。3配电系统设计配电系统设计应根据工艺设计所提供的设备平面布置图、拟出两种可行的配电系统方案进 行比较后，确定一种方案。4低压配电屏的选择5选择高压电器6变配电所平面布置设计：根据变电所应靠近负荷中心及进出线方便的原则，确定变电所的位置，然后根据环境条件 确定变压器是放在户外还是室内。3 系统计算负荷及无功功率补偿计算负荷是确定供配电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据， 也是整定继电保护的重要数据；计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否 经济合理。采用无功补偿，提高了系统的功率因数，不仅可以节能，减少线路压降，提高供电 质量，还可以提高系统供电的裕量。本章采用需要系数法对学校的各类用电负荷进行详细计算， 并采用并联电容器方法对低压进行集中补偿，以提高功率因数。3.1 负荷计算3.1.1 负荷计算的内容和目的（1）负荷计算的内容包括设备功率计算，计算负荷，尖峰电流，一、二级负荷和平均负荷 等内容。计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同 一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用 30分钟的最大平均 负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。（2）负荷计算的目的是为了合理的选择供电系统中的导线、开关电器、变压器等元件、整 定继电保护，使电气设备和材料得以充分利用和安全运行。3.1.2 计负荷的确定计算负荷的方法主要有需要系数法和二项式法。前一种方法比较简便，在设计单位的使用 最为普遍。当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，通常都采用需要系数法计算。 当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算，凡是民用建筑中的负荷， 一般都是用需要系数Kd进行计算的。它既简便又实用，因为民用建筑中单机负荷较大的各类设 备都是采用单机组或同类机群放射式供电，在计及供电线路、开关时，都是用单机的额定电流 或起动电流进行选型或校验的，所以普遍采用需要系数法。本设计则采用需要系数法来确定计算负荷。3.1.3 按需要系数法确定计算负荷的公式1）有功计算负荷（单位为 kw ）KPde（完整word版）学校供配电系统设计方案 式中Pe用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw ）Kd用电设备组的需要系数。（2） 无功计算负荷（单位为 kvar）Q30=P tan 申303） 视在计算负荷（单位为 KVA）S =30-30 cos 申（4）计算电流（单位为 A）SI 二30303U苛N（5）多组用电设备有功计算负荷基本公式： 同时系数：KSP = 0.8 0.9 KSq = 0.85 0.95 本次设计取 KS q = 0.95 KS q = 0.95P = KS P x P3030Q = KS q x Q3030I = S J SN.T 30若装设一台主变压器 型式采用SG10,而容量根据上式，选SN.T =630 KVA S30 =603,7KVA,即选一台SG10-630/10型空气自冷干式变压器。（2）装有两台主变压器的变电所每台主变压器容量SNT不应小于总的计算负荷S30的60%，最好为总的计算负荷S30的70%左右，即Sn.t 0.60.7） J同时每台主变压器容量SN.T不应小于全部一、二级负荷之和S30 （5），即SN.T A So（I+口）若装设两台主变压器 型号亦采用 SG10 ，而每台容量按以上两式选择，因此选择两台SG10-400/10 型空气自冷干式变压器。其联结组别采用 Yyn0。4.3 变配电所主接线方案的选择变（配）电所的主结线（一次接线）是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、 电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选 择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。 用图形符号表示主要电气设备在电路中连接的相互关系，称为电气主结线图。电气主结线图通 常以单线图形式表示。主结线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。4.3.1 变配电所主接线设计要求电气主接线设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。（1） 可靠性供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,是电力生产和分配的首要要求， 主接线的设计首先应满足这个要求。电气主接线不仅要保证在正常运行时 ,还要考虑到检修和事故时,都不能导致一类负荷停电, 一般负荷也要尽量减少停电时间。显然,这些都会导致费用的增加,与经济性的要求发生矛盾。因（完整word版）学校供配电系统设计方案此,应根据具体情况进行技术经济比较,保证必要的可靠性,而不可片面地追求高的可靠性。（2） 灵活性 满足调度时的灵活性要求。应能根据安全、优质、经济的目标，灵活地投入和切换电源、 变压器和线路，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应能方便地停运断路器、母线及其 继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电，并使该设备与带电运 行部分有可靠的安全隔离，保证检修人员检修时的方便和安全。 满足扩建时的灵活性要求。大的电力工程往往要分期建设。从初期的主接线到最终方案 的确定，每次过渡都应比较方便，对已运行部分影响小，不影响连续供电或停电时间最短的情 况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。（3）经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必 然要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计 应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。一般应当从以下几方面考虑。 节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采取限制短路电流的措施，以节省开关电 器的数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。 电能损耗少，经济合理地选择主变压器的形式、容量和台数，避免两次压降而增加电能 损失。 占地面小。主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少； 同时，要注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量电厂或变电站，在可能和允许的 条件下，应采取一次设计，分期投资建设，尽快发挥经济效益。4.3.2 变配电所主接线方案的拟定按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列按两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案 如图（4-1）所示（2）装设两台主变压器的主接线方案 如图（4-2）所示色丄K3T8图 4-1 装设一台主变的主接线方案（附高压柜列图）GG lAtri 9&一亍羊匚|.SG10-400100.4KV二丄士SS【TE氢goJUcN-iJUJ戯gTc屋8tCMs?s. 5亠过占.-I主变宝变剧魏（备用）图 4-2 装设两台比较结果见表 4-1。主变的主接线方案（附高压列柜图）两种主接线方案通过技术指标和经济指标两个方面的比较，表 4-1 两种主结线方案的比较比较项目装设台主变的方案装设两台主变的方案技供电安全性满足要求满足要求术供电可靠性基本满足要求满足要求指供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小标灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性好扩建适应性稍差一些好-些经电力变压器的综合投由网上杳得SG10-630单价为20.2万由网上杳得SG10-400单价为12.3万济资额兀，查表得其综合投资约为其单价的2兀，变压器的综合投资额约为单价的四指倍，因此其综合投资为2 x 20.2万兀倍，因此两台综合投资为标=40.4万兀4 x 12.3-49.2万兀，比一台主变方案多投资8.8力儿咼压开关柜（含计量柜）查表得GG-1A （ F ）型柜按每台4万兀计，本方案米用/台GG-1A （F）柜，其综合的综合投资额查表得其综合投资可按设备价的1.5倍计，投资额约为7x 1.5 x 4.5-47.25万兀，比因此咼压开关柜的综合投资约为台主变的方案多投资20.25 万兀4 x 1.5 x 4 万兀-24 万兀电力变压器和咼压开关按表4-2规定计算，主变的折旧费-40.4主变的折旧费-49.2万兀x0.05-2.46万柜的年运行费万兀X0.05-20.2万兀；咼压开关柜的折旧兀；咼压开关柜的折旧费-47.25x费-24万兀x0.06-1.44万兀；变配电设0.06-2.835万兀；变配电设备的维修管理备的维修管理费-（40.4+24 ）万兀x费(40.4+47.25 )万兀x0.06-5.235 万0.06-3.864。因此主变和咼压开关柜设备兀。因此主变和咼压开关柜设备的折旧和的折旧和维修管理费-维修管理费-（2.46+2.835 + 5.235 ）万兀(2.02 + 1.44+3.864 )万兀/.324 万兀-10.53万兀。比一台主变方案多耗资（其余项目从略）。3.206 万兀。父供电部门的一次性供按900兀/KVA计，贴费为630贴费为2x 400x 0.09-72，比一台主变的电贴费x0.09 元-56./方案的贴费多15.3从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线（图4-2）略优于装设一台主变的主 接线方案（图 4-1），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图 4-1）远优于装设两台主变的 方案（图4-2），因此决定采用装设一台主变的方案（图 4-1）。5 短路电流计算“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是电网中某一相导体未通过任何负荷而 直接与另一相导体或“地”相碰触。电网正常运行的破坏大多数是由短路故障引起的。因此， 正确计算短路电流尤为重要。5.1 计算短路电流的目的（1）为保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短 路电流进行热稳定和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电 动力的巨大冲击。（2）为尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动的使有关断路器跳闸，继电保护 装置的整定和断路器的选择，也需要准确的短路电流数据。5.2 短路计算的方法短路电流计算的方法常用的有欧姆法（有名单位制法）和标么值法。在电力系统计算短路电流时，如计算低压系统的短路电流，常采用有名单位制；但计算高 压系统短路电流，由于有多个电压等级，存在着电抗换算问题，为使计算简化常采用标么制。 因此，本设计采用的是标么值法来计算短路电流。5.3 标么值法计算短路电流5.3.3 用标么值法进行短路计算的方法短路电流中各主要元件的电抗标么值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计 算其总电抗标么值X*，由于各元件电抗均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无需进 行电压换算，这也是标么值法较之欧姆法优越之处。无限大容量系统三相短路周期分量有效值的标么值按下式计算为I (3)UI (3)* 二k-k Id由此可求得三相短路电流周期分量有效值/S_/d_3 X -3USdX y2c d 2U21c X *24-10)求得Ik(3)后，即可利用前面得公式求出I” (3)、三相短路容量得计算公式为I 二 I *I =d-k k d X * 2】8(3)、ish(3)和 Ish(3)等。4-11)S(k3)品UI (3)二ck X *4-12)5.4 短路电流的计算过程与结果1) 绘制计算电路图如图 4-1图 5-1 短路计算电路(2)确定基准值 设 s =100MVA,u =10.5KV,高压侧，U 二 10.5KV ,低压侧 U =0.4KV,ddd 1d 2则d1sd1说叫=5.5KA3 x10.5kvsd 2100MVA3 x 0.4kv=144 KA3) 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统x * 二 100MVA 二 0.2 架空线路1500 MVA查表 8-37，得 LGJ-185 的x =0.35q/ km，而线长 8km。故0X*2二（0.35 x 0.8）x100MVA（10.5KV 匕二 2.54 电力变压器 U %=4，故ZU%Sk d100 SN4x100x1000二 6.35100 x 630因此绘制等效电路，如图所示（4）计算k-1点（10.5KV侧）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Xg二 X * + X * 二 0.2 + 2.54 二 2.74乙（k_1）12 三相短路电流周期分量有效值I（3）二 I / Xg 二 5.5KA / 2.74 二 2.01KA k -1d 1乙（k-1） 其它短路电流I （3）= I（3）= I（3）= 2.01KAgk-1i（3）= 2.55I （3）= 2.55 x 2.01KA = 5.13KAshI（3）= 1.51I （3）= 1.51x 2.01KA = 3.04KAsh 三相短路容量S（3）= S / Xg 二 100MVA / 2.74 二 36.5MVA k-1d乙（k-1）（5）计算k-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值工（k- 2）=X * + X * + X *123二 0.2 + 2.54 + 6.35 二 9.09 三相短路电流周期分量有效值I（3）= I / X g= 144 KA /9.09 = 15.8 KAk - 2d 2乙（k-2） 其它短路电流I （3）= I（3）= I（3）= 15.8KAgk-1i（3）= 1.84I （3）= 1.84 x15.8KA = 29.07KA shI（3）= 1.09I （3）= 1.09 x15.8KA = 17.2KAsh 三相短路容量S（3）= S / X= 100MVA /9.09 = 11MVAk-2d乙（k - 2）以上计算结果综合如表 4-1 所示：表 5-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAI（3）kI ”（3）I（3）gi（3）shI（3）shS（3）kk-12.012.012.015.133.0436.5k-215.815.815.829.0717.2116 变电所电气设备的选择6.1 一次侧电气设备6.1.1 10KV 侧一次设备的选择校验1）高压断路器的选择校验I = 1.05= 1.05 x= 36.4A回路最大持续工作电流选择：max线路电压10KV。动稳定校验:imax=31.5KA/ish二5.13KA,则极限电流峰imAXk-1点最大冲击电流ish(3) maxmax符合要求。热稳定校验：It2t 二 8.72 x 4 二 302.6KA2 S因为tk二top +厂2 + 2二2以，参考供配电技术当tk 1S时，可认为t二tk二2.2Sk op ockima kI(3)21 二 2.012 x 2.2 二 8.89KA2 Sg imaI 2t I (3)21tg ima开断电流校验：开断电流Ioc=8.7KA三相短路电流=2.01KAI I(3)oc K经上述校验所选断路器满足设计选择需求。(2)户内高压隔离开关的选择校验根据隔离开关的选择原则INIgmax，所以选择GN6-10T/200的隔离开关，其参数如下：额定电流IN (A)动稳定电流峰imaxmax(KA)5S热稳定电流It(KA)20025.510校验：额定工作电压10KV线路计算电压10KV动稳定校验：imax=25.5KA ,ish=5.13KA,则动稳定电流峰值imaxk-1点最大冲击电流 maxmaxish 符合要求。热稳定校验：12t 二 102 x 5 二 500KA2 - Stt =t = 2.2Sima kI(3)21 二 2.012 x 2.2 二 8.89KA2 - Sg imaI 2t I (3)21tg ima经上述校验所选断路器满足设计选择需求。(3)户外高压隔离开关的选择校验选择：GW4-10/400型高压隔离开关，其参数如下：额定电流IN (A)动稳定电流峰imaxmax(KA)5S热稳定电流It(KA)4002510校验：额定工作电压12KV线路计算电压10KV动稳定校验：imax=25KA , ish=5.13KA，则动稳定电流峰值imaxk-1点最大冲击电流 maxmaxish符合要求。热稳定校验：12t 二 102 x 5 二 500KA2 - Stt =t = 2.2Sima kI(3)21 二 2.012 x 2.2 二 8.89KA2 - Sg imaI 2t I (3)2tt g ima经上述校验所选高压隔离开关满足设计选择需求。6乙VUll00 乙河62鸟=乙Nx乙【op二；2（）I彳VU11S = 2 =2 乙河7玄【=I x农 = /:卿辛斛 零歪吕谢VI10二（）qsil8-l阜康早竖曲舌專购舌邂：碗国舌專购V1/9 3M-RWIOl SWIOl刃曲北工舌邂：碗国S/OSl oi-rdi :對获 卿去鞘消互蜒（9 ） 。碗国翼舌專惭吐翼舌專购马率歪墨士聊冈母出器期轿早慕恤欧二、一器消互壬（曲 AIOl SWIOl刃曲北工舌邂：碗国 oi-rzar :螂 卿去鞘消互刃曲（S） 池螂誤囱舉删卿昼获场卿茁艺 宙剥男住母出星驻吐尉虽胡器消互竖曲电北巨VS-0竖曲北工舌邂 AIOl SWIOl刃曲北工舌邂VIIO乙二（）1-IIIOS竖曲壕|扛窖：碗国OS9001（Vl）jqi竖曲期扛窖（V） NI竖曲趣（心）Nn刃曲趣:丄皿诲藩茸WSWWBS 0乙N占去舉両自去舉胡器期总田昼郢酣 卿去鞘期卿昼（1/）0SWrVS-88 3M-RWV00Sl 竖曲北工舌邂A08E SWA08刃曲北工舌邂:碗国00乙-0乙ZG：螂 卿螂雋刪酗（1/ ） 零歪舌戟VW9 3SmWIO匚関期B舌邂VS-E88 3M-RWV000l 竖曲北工舌邂 A08E SWA08刃曲北工舌邂:碗国 oooi-si/va：卿螂雋刪酗（ ） 零歪舌舉VW9 3SmWIO匚関期B舌邂VS-E88 3M-RWV0Sl 竖曲北工舌邂A08E SWA08刃曲北工舌邂:碗国 yw o,乙o乙zci去舉 ；气：郢酣 碗国對获胡器尉期壬（划（乙）VS-88 3M-RWV000l 竖曲北工舌邂 A08E SWA08刃曲北工舌邂：碗国 yw o/oooi-iaH 去舉 ； ：郢酣卿螂孵曲划（i）。來歪舌舉瞬丁冶碗国JQ）V99普靑哥关扛壬（昼（L ）VU1100;2乙（）HI5)电流互感器的选择校验选择:LMZJ1-0.5 LMZ1-0.5 100/5 160/5校验：额定工作电压500V线路电压380V额定工作电流1000 A线路计算电流883.5A,满足要求。6.2 高低压母线的选择表6-1 610kv变配电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸(mm)变压器容量/KVA200250315400500630800100012501600咼压母线40x4低相母线40x4050608080100120x22压x5x 6x 6x8x810(10(1丄l丄Ul丄母中性母40 x40 x40 x40x40x4050x5线线40404040参照610kv变配电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸,10kv母线选LMY-3x(40x4), 即母线尺寸为40mmx4mm;380v母线选LMY-3(80x8) + 50x5,即相母线尺寸为80mmx8mm, 中性母线尺寸为50mmx5mm。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。