小区供电方案设计

※※※※※※※※ ※ ※ ※

2010级

供电技术课程设计

※※

姓 名 学 号 院、系、部 班 号 完成时间

xxx 2010xxxx 电气工程系 方xxxx 2013年7月4日

第1章 设计任务

设计内容

1.为住宅小区长期供电进行合理设计，同时为该住宅小区两栋楼房临时建筑施工选择变压器及其一次侧电气设备花园小区长期供电变电所设计。

2.设计两栋楼房的变电所，即选择变压器，确定主接线方案，绘出主接线图，选择变电所进出线和低压进线。

设计依据

该住宅小区临时施工现场用电情况如下： 混凝土搅拌机2台，每台10kw，380v 卷扬机2台，每台28kw，380v 塔式起重机2台，每台20kw，380v 振捣器10台，每台1kw，380v 施工照明，6000w，220v 生活照明，9000w，220v

动力设备平均功率因数，需要系数，照明需要系数. 小区有两栋高层楼房

1号楼24层分3个单元，2号楼18层，1个单元，各楼每个单元负一层均设有单元配电室，每个单元有15kw电梯两部，10kw风机和25kw高压水泵电动机2台，220kw热力泵电动机2台；

两栋楼各有30kw消防水泵电动机各两台；

1号楼每个单元住户用电设备容量为192kw，2号楼住户用电设备容量为144kw。 1号楼地下车库照明用电设备容量为2kw，2号楼为1kw。 路灯照明设备容量2kw。

设计要求

为两栋楼房临时建筑施工选配变压器，选择变压器一次侧电气设备； 设计两栋楼房变电所，即选择变压器，确定主接线方案，绘出主结构图； 选择变电所进线，低压进电线； 画出二次回路接线图；

第2章 负荷计算和无功功率补偿

负荷计算

单组用电设备计算负荷的计算公式

1.有功计算负荷（单位为KW）

P30=KdPe ， Kd为系数

2.无功计算负荷（单位为kvar）

Q30= P30tan

3.视在计算负荷（单位为kvA）

S30=

P30 cos4.计算电流（单位为A）

I30=

S30 3UNUN为用电设备的额定电压（单位为KV）

多组用电设备计算负荷的计算公式

1.有功计算负荷（单位为KW）

P30=KpP30i

式中P30之和，Kp是有功负荷同时系数，可取30i是所有设备组有功计算负荷P~。

2.无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=KqQ30i

Q30i是所有设备无功Q30之和；Kq是无功负荷同时系数，可取~。 3.视在计算负荷（单位为kvA）

22 Q30S30=P30

4.计算电流（单位为A）

I30=

5.总负荷计算（单位为KW）

S303UN

P30Kpq30i

Q30K30i经过计算，得到临时施工现场和小区长期供电的负荷计算表，如表2-1所示（额定电压取380V）

表2-1 临时施工现场和小区长期供电的负荷计算表

需要

编

名称

号

类别

设备容量

系数

cos tan

计算负荷

Pe/kW

Kd

P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A

混凝土

10

临时施1

工

一号楼2

每单元

3 二号楼 20 搅拌机

卷扬机 56 塔式起

40

重机

振捣器

10

施工照

6

明

生活照

9

明

风机 20 高压水

50

泵

热力泵

440

电动机

住户用

电设备192 容量

风机 20

0

0

0 28 20

5

0

0

16 12 40

30

352

264

0 16 12

20

50

440

续上表

20

111重要负4

荷

附加负5

荷

临时工地计算

负荷

一号楼1、2单

元计算负荷

高压水

50

泵

热力泵

440

电动机

住户用

电设备144 容量

电梯 120 消防水

泵电动120 机

地下车

3

库照明

路灯照

2

明 P30=

P30=

1

1

1

1

Q30=Q30

40

352

0 30 96 0

0

2

S30=

S30=

30

50

264

440

0

60

72 120

0

0

2

cos=

cos=

一号楼3单元

P30=

计算负荷

Q30= S30=

cos=

二号楼及各种

P30=

负荷计算负荷

Q30= S30=

cos=

临时工地中：单相总容量／三相总容量=%。因为施工照明和生活照明单项总容量没有超过三项设备总容量的15%，按三相负荷计算。

小区中，考虑到总负荷过大，若选用一个变压器工作需要很大的容量并不实际，若选用多台变压器并联使用，于施工与设计及日后的维护会产生诸多不便，因此，初定将小区分为：一号楼1、2单元；一号楼3单元；二号楼及各种负荷，三个部分。分别设立三个变电所对小区供电。同时，对此三部分进行负荷计算。

无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置：并联电容器。由计算可知，该供电要求的380V侧最大负荷时的功率因数只有，供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于，暂取来计算380V侧所需无功功率补偿容量 临时工地：

QC1=P30(tan1-tan2)= [tan - tan ] =

花园小区： 一号楼1、2单元：

QC2=P30(tan1- tan2)= [tan - tan ] =

一号楼3单元：

QC3=P30(tan1- tan2)= [tan - tan ] =

二号楼及各种负荷：

QC4=P30(tan1- tan2)= [tan - tan ] =

补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷：

''1=（）kvar= ；Q302=（）kvar= Q30

''3=（）kvar= kvar；Q304=（）kvar= Q30

视在功率：

'2'2'2'2S301P30Q302P30Q30= kVA；S30=

'2'2'2'2S303P30Q304P30Q30= ；S30= kVA

变压器的功率损耗为：

Pt1=×=；Pt2=×= Pt3=×=；Pt4=×= Qt1=×=; Qt2=×= Qt3=×=; Qt4=×=

变电所高压侧的计算负荷：

''P30(1)+=; P30(2)+1134= ''P30(3)+=; P30(4)+=

''Q30(1)+=; Q30(2)+= ''Q30(3)+=; Q30(4)+=

''S30(1)=69.6233.41277.20；S30(2)=1056.782499.0621168.69 (1)(1)''S30(3)=528.42249.562584.37；S30(4)=607.472290.872673.51 (1)(1)计算电流：

I1'30'S303UN'S30=；I2'30'S303UN'S30=

I3功率因数提高为：

'303UN=；I4'303UN=

''P30P30'cos1='=；cos2='=

S30S30'''P30P30'cos2='=； cos2='=

S30S30'在无功补偿前，临时工地的变电所主变压器T的容量为应选为100kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为80kVA的就足够了。根据实际情况，小区应初定选择三个变压器。而无功补偿前小区的变电所主变压器T的容量应分别选为1250kVA、630KVA、800KVA才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1250kVA、630kVA、800kVA的就足够了。

无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-2，表2-3，表2-4，表2-5。

表2-2

项目

cos

无功补偿后临时工地的计算负荷

计算负荷

P30/kW

Q30/kvar

22

S30/kVA

I30/A

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10kV侧负荷计算

S30=

S30=

表2-3

项目

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10kV侧负荷计算

无功补偿后花园小区1号楼1、2单元的计算负荷

cos

计算负荷

P30/kW

Q30/kvar

146

S30/kVA

I30/A

S30=

S30=

表2-4 无功补偿后花园小区1号楼3单元的计算负荷

cos

计算负荷

项目

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10kV侧负荷计算

P30/kW

Q30/kvar

S30/kVA

I30/A

S30=

S30=

表2-5 无功补偿后花园小区2号楼及各种负荷的计算负荷

项目

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10kV侧负荷计算

cos

计算负荷

P30/Kw

Q30/kvar

S30/kVA

I30/A

S30=

S30=

第三章 变电所主变压器及主接线方案的选择

变电所主变压器的选择

临时工地变压器选择

由于临时工地是临时性质的，在施工结束后需要拆除，故根据临时工地的负荷性质和电源情况，变电所装设一台主变压器，型号为S9型，就足以满足工地需要，而变压器容量根据式（3-1）选择，即：

SNTS30= 80KVA＞

（3-1）

因此选一台S9-80/10型低损耗配电变压器，联结组为Yyn0。

花园小区变压器选择

由于花园小区是长期性的，根据花园小区的负荷性质和电源情况，为保证小区居民生活用电不受影响，应装设三座变电所，分别为小区不同单元供电。每座变电所装

设一台主变压器，型号为SC（B）10型，以满足小区需要。具体安排如下：

变压器TM1为1号楼1、2单元提供；变压器TM2为1号楼3单元提供；变压器TM3为2号楼及各种负荷提供。

而变压器容量根据式（3-2）、（3-3）、（3-4）选择，即： TM1：SNTS30=1000KVA＞ （3-2） TM2：SNTS30=500KVA＞ （3-2） TM3：SNTS30=630KVA＞ （3-2）

因此选SC（B）10-1000、 SC（B）10 -500、SC（B）10-630共三台配电变压器。小区二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担，所以选主变压器的联结组为Yyn0 。

变电所主接线方案的选择 根据上面对主变压器的选择以及负荷的性质和施工条件，可以选择如下主接线方案：

临时工地主接线图

图3-1 临时工地主接线图

花园小区主接线图

由于本设计采取的是三个变电所分别为花园小区的住宅楼各单元和各种负荷供电，虽然三个变电所在小区不同的位置，但其主接线方式是相同的，在此，只简要画出一个变电所的主接线图。

图3-2 花园小区主接线图

第四章 短路电流的计算

临时施工短路电流计算

绘制计算电路

(1) K-1 (3) K-2 ～ 500MVA (2) ∞系统

5km

S9-80

图4-1 算电路

计算短路电路中个元件的电抗

1.电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA，故

XU2N11S(10.5kV)2500MVA0.22 (4-1oc2.架空线路

暂设线路长为5km，查表得6-10KV电缆线路电抗x00.35/km，故

X2x0l(0.355)1.75

3.电力变压器

查表得 变压器的短路电压百分值Uk%=4，故

XU%U2kN4(10.5kV)2 23100S55.13 N10080KVA式中，SN为变压器的额定容量

k-1点（侧）的相关计算

1.总电抗

X(k1)X1X20.221.751.97

短路计

）

4-2）

4-3）

4-4）

（（（2. 三相短路电流周期分量有效值

Ik1UN110.5kV3.08kA

3X(k1)31.97 （4-5）

3.三相短路次暂态电流和稳态电流

(3))I''(3)IIk(3 （4-6） 13.08kA4.三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

(3)2.55I''(3)2.553.08kA7.85kA ish

（4-7）

(3)1.51I''(3)1.513.08kA4.65kA （4-8） Ish5. 三相短路容量

(3)(3) Sk UN1Ik13156.0MVA

（4-9）

表4-1 短路计算结果

三相短路电流

短路计算点

k-1

三相短路容量/MVA

(3) ish(3) IshIk(3)

I''(3)

(3) ISk(3)

花园小区短路电流计算

绘制计算电路

(1) ～ ∞系统

500MVA (2) 5km

SC(B)10-1000

K-1 (3) K-2 图4-2 短路计算电路

计算短路电路中个元件的电抗

1.电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA，故

2XUN11S(10.5kV)2500MVA0.22

oc2.电缆线路

暂设线路长为5km，查表得6-10KV电缆线路电抗x00.08/km，故X2x0l(0.085)0.40

3.电力变压器

查表得 变压器的短路电压百分值Uk%=6，故

XU2k%UN26(10.5kV)23100S1001000KVA6.30

N式中，SN为变压器的额定容量

k-1点（侧）的相关计算

1.总电抗

X(k1)X1X20.220.40.62

2.三相短路电流周期分量有效值

IN1k1U3X10.5kV9.77kA

(k1)30.62 3.三相短路次暂态电流和稳态电流

I''(3)I(3))I(3k19.77kA 4.三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

i(3)'(3)sh2.55I'2.559.77kA24.93kA

4-10）4-11）4-12）4-13）4-14）4-15）4-16）（

（

（

（

（

（ （

(3)Ish1.51I''(3)1.519.77kA14.75kA （4-17）

5.三相短路容量

(3)(3) SkUN1IkMVA 131177.68 （4-18）

k-2点（侧）的相关计算

1.阻抗归算到侧

(UN2)2(0.4kV)2X13.2104 （4-19）

SOC500MVA0.4kV2X20.62()5.8104 （4-20）

10.5kV2Uk%UN6(0.4kV)22X39.6103 （4-21）

100SN1001000KVA2.三相短路电流周期分量有效值

Ik2UN20.4kV21.99kA 4433X(k2)3(3.2105.8109.610)（4-22）

3.其他短路电流

(3))I''(3)IIk(3 121.99kA

（4-23）

（4-24） （4-25）

(3)ish1.84I''(3)1.8421.99kA40.46kA

(3)Ish1.09I''(3)1.0921.99kA23.97kA

4.三相短路容量

(3)(3)SkUN2Ik23230.4kV21.99kA15.24MVA

（4-26）

以上为1号楼1、2单元（变压器为SC（B）10-1000）的短路计算结果，同理可得，1号楼3单元（变压器为SC（B）10-500）,2号楼及各种负荷（变压器为SC（B）10-630）的短路计算结果。详见表4-2。

表4-2 短路计算结果

三相短路电流

小区变压器

短路计算点

三相短路容量/MVA

(3) ish(3)

IshIk(3)

I''(3)

(3) ISk(3)

k-1

1号楼1、2单元

k-2 k-1

1号楼3单元

k-2 k-1

2号楼及各种负荷

k-2

第五章 变电所一次设备的选择校验

10kV侧一次设备的选择校验 按工作电压选则

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。 UN=10kV，

Umax=，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UNe=12kV，熔断器额定电压UNe=12kV。

按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即

INeI30

按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即

(3)Sk(3) IocIk(3)或Soc对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，IOLmax为最大负荷电流。

隔离开关和断路器的短路稳定度校验

1.动稳定校验条件

(3)(3)或ImaxIsh imaxish(3)(3)

、Ish分别为开关所处的imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish三相短路冲击电流瞬时值和有效值 2.热稳定校验条件

(3)2It2tItima

对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表5-1 临时施工变压器一次侧设备选择：

断流能

选择校验项目

电压

电流

力

参数

装置地点条

件

数据

动态定度

热稳定度

其它

UN

10kV

IN

(I(1NT))

Ik(3)

(3) Ish(3)2Itima

3.082

=

额定参数

一次设备型号规格

户外隔离开关

UNe

10kV

INe

100/5A

Ioc

-

imax

It2t

电流互感器LQJ-10

22520.1kA (900.1)21

二次负荷

= kA

12kV

GW4-12/400

400A

-

25kA

=81 1025500

表5-2 花园小区1号楼1、2单元（变压器SC（B）10-1000）10kV一次侧设备的选择校验

断流能

选择校验项目

电压

电流

力

参数

装置地点条

件

数据

动稳定度

热稳定度

它

(3) Ish

其

UN

10kV

IN

(I(1NT))

Ik(3)

(3)2Itima

kA

9.7721.3

=

额定参数

一次设备型号规格

高压少油断路器

UNe

10kV

INe

630A

Ioc

16kA

imax

40 kA

It2t

16241024

SN10-10I/630 高压隔离开关

10kV

GN-10/200

68200A - kA

1025500

电流互感器LQJ-10 10kV 100/5A -

22520.1kA

= kA

160

380V侧一次设备的选择校验

表5-3 花园小区1号楼1、2单元（变压器SC（B）10-1000）380V一次侧设备的选择校验

断流

选择校验项目

电压

电流

能力

参数

装置地点条件

数据

380V

kA 定度

(3)(3)2 Itima Ish

动态

热稳定度

其它

UN IN

Ik(3)

- -

42.7720.7

=

额定参数

UNe INe Ioc imax

It2t

-

一次设备型号规格 低压断路器DW15-2500

380V 2000A 60 kA - - -

电流互感器 500v 1500/5A - - - -

由于，此上的校验选用的是花园小区额定容量最大的变压器，且选用的一次设备都符合条件。故在另外两台变压器（其额定容量皆小于此变压器）处，也选用此处所选出的变压器一次设备亦可行。因此不必再重新选择一次设备。

第6章 变压所进出线的选择

花园小区10kV高压进线的选择

采用YJL22-10000-325交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋），接往10kV公用干线。

1.按发热条件选择 由I30=I1NT=及室外环境温度25°，选YJL22-10000-325,其25°C时的Ial=90A>I30,满足发热条件。

2.校验机械强度 满足要求，故选它。

由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

查表得，最小允许截面积Amin=25mm2，而YJL22-10000-325

第7章 设计总结

这次课程设计深刻的暴露了了自身所学的不足与问题，让我清楚的明白了课程设计的艰辛与不容易。这次课程设计很好的将所学与所用的结合在一起，是一次很好的实践机会。像负荷计算，短路计算，一次设备校验，主接线图的设计等。这些完全是课本里学的很好的补充。此外还深化了掌握的知识，并且弥补了不少上课的时候不能很好掌握的东西。例如本课程设计方案所用到的干式变压器的选择问题，一开始的设计中并没有考虑到小区供电变压器选择油式变压器不能超过630KVA，导致了课程设计的整个方向性严重失误。对此要特别感谢指导老师对我悉心的指导与建议，感谢老师们给我的帮助。如果没有老师的帮助我可能会把这个问题带到以后的工作生活中去，这个后果将是可怕的。这次课程设计对于我今后的学习和生活十分有启发意义。

虽然最后的结果不是十全十美，但是这个过程是十分宝贵的。

[1] 刘介才.

工厂供电 [M]. 5参考文献

版. 北京：机械工业出版社，2009.