亞威小區(qū)配電系統(tǒng)工程設計和實現(xiàn)電氣工程及其自動化專業(yè)

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1、亞威小區(qū)配電系統(tǒng)工程設計 摘要：在國家城鎮(zhèn)化的戰(zhàn)略上，許多地區(qū)開始進行住宅樓的開發(fā)和建設，住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)作為終端供電的基礎，關(guān)系到居民的日常生活。因此對住宅小區(qū)的供配電設計和建設必須要依靠國家規(guī)定的供配電安全性能、穩(wěn)定性能、可靠性能等標準進行設計。本設計主要對亞威小區(qū)進行供配電設計，按照國家規(guī)定的相關(guān)設計規(guī)范，對亞威小區(qū)的供配電負荷進行詳細分析，按照負荷等級進行劃分，準確計算各個住宅樓的負荷數(shù)據(jù)。本小區(qū)從外部電源供電，電壓等級為10kV，為小區(qū)供電電壓為0.4kV。通過計算的負荷數(shù)據(jù)完成變壓器的選型，對變壓器的容量和數(shù)量以及具體型號進行分析。按照具體亞威小區(qū)的布局，對電氣主接線進行選擇

2、，電氣主接線的合理選擇是后期短路電流計算和設備選擇的基本依據(jù)。通過CAD制圖完成電氣主接線的圖紙設計。在設備選型中，考慮基本選型計算方法以及校驗思路，保證設備選型達到亞威小區(qū)的供配電需求。在防雷接地保護設計中，考慮亞威小區(qū)的具體地理情況。亞威小區(qū)的供配電系統(tǒng)工程設計，滿足設計的經(jīng)濟合理性以及系統(tǒng)穩(wěn)定靈活的基本要求。 關(guān)鍵詞：小區(qū)供配電；負荷計算；短路電流；防雷接地 Abstract:In the national urbanization strategy, many areas began to develop and construct resi

3、dential buildings. As the basis of terminal power supply, the power supply and distribution system of residential quarters is related to the daily life of residents. Therefore, the design and construction of power supply and distribution in residential districts must rely on the national standards o

4、f power supply and distribution safety, stability and reliability. This design mainly carries on the power supply and distribution design of Yawei District. According to the relevant design specifications stipulated by the state, the power supply and distribution load of Yawei District is analyzed i

5、n detail, and the load data of each residential building is calculated accurately according to the load grade. The selection of transformer is completed by calculating load data, and the capacity and quantity of transformer and the specific model are analyzed. According to the specific layout of Yaw

6、ei District, the selection of main electrical wiring is the basic basis for the calculation of short circuit current and equipment selection in the later period. In the equipment selection, the basic selection calculation method and checking idea are considered to ensure that the equipment selection

7、 meets the demand of power supply and distribution in Yawei District. In the design of lightning protection grounding protection, the specific geographical conditions of Yawei District are considered. The design of power supply and distribution system in Yawei District meets the basic requirements o

8、f economic rationality and stability and flexibility of the system. Key words: district power supply and distribution; load calculation; short circuit current; lightning protection grounding 目錄 1 緒論 1 1.1 住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及研究意義 1 1.2 本工程供配電系統(tǒng)概述及相關(guān)原則 1 2 負荷的計算 3 2.1 負荷分級以及要求 3 2.1.1 負荷分

9、級和供電電源要求 3 2.1.2 本工程建筑的負荷類型 4 2.2 計算負荷的分析 6 2.2.1 概述 6 2.2.2 計算負荷的步驟 6 2.2.3 本工程負荷計算 9 3 無功補償 11 3.1 無功補償?shù)哪康?11 3.2 無功補償?shù)姆椒?12 3.3 無功補償容量 13 4 短路電流的計算 14 4.1 短路計算的概述 14 4.2 無限大容量電源條件下短路電流的計算 14 4.2.1 短路電流計算基本步驟 15 4.2.2 本小區(qū)供配電的短路電流計算 16 5 變壓器的選型和計算 19 5.1 供配電系統(tǒng)概述 19 5.2 變壓器的選擇和計算 19

10、 5.2.1 變壓器容量及數(shù)目的選擇 19 5.2.2 變壓器類型的選擇 24 5.2.3 本工程變電所的設計 24 6電氣主接線方式的設計 25 6.1 高壓電氣主接線 25 6.2 低壓電氣主接線 25 6.3 母線的選擇及校驗 26 6.4電纜的選擇 27 6.4.1 電纜型號的選擇 27 6.4.2 電纜截面積的選擇 27 6.5 本工程設計說明 28 6.6 電氣設備的選擇 29 6.6.1 斷路器的選擇 29 6.6.2隔離開關(guān)的選擇 31 6.6.3 電流互感器的選擇 32 6.6.4 電壓互感器的選擇 32 7 繼電保護基本內(nèi)容 33 7.1

11、 繼電保護的概念 33 7.2 繼電保護的作用 33 7.3 繼電保護的分類 33 8 防雷接地保護 34 8.1 防雷保護系統(tǒng) 34 8.2 接地保護系統(tǒng) 34 總結(jié) 36 參考文獻 37 致謝 38 1 緒論 1.1 住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及研究意義 高速發(fā)展的城市化進程導致電力能源成為人們生活中必備的要求，猶如空氣和糧食一樣同等重要?，F(xiàn)代人們對電能的依賴程度比較高，主要體現(xiàn)在家用電器使用、照明使用、出行交通以及工廠電能使用，電能影響到人們生活的方方面面。在過去年代，家用電器普及量比較小，人們對電能的使用主要體現(xiàn)在照明、電風扇之類的負荷使用。而對于現(xiàn)代社會

12、，人們對電能的使用體現(xiàn)在大量的家用電器，比如電視機、電冰箱、空調(diào)、油煙機、住宅電梯、住宅供水系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)等等。所以對居民住宅小區(qū)的供配電設計比以往任何時候受到越來越高的重視。小區(qū)居民的生活質(zhì)量的高低與小區(qū)配電供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定情況，對于復雜電路問題的應對能力有著極其密切的關(guān)系。特別是當發(fā)生某一支線故障時，住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)必須保證另一路備用負荷線路投入使用，否則將引起不必要的恐慌，比如必須保證電梯系統(tǒng)和供水系統(tǒng)的正常使用。對于供配電的節(jié)能減耗，成為現(xiàn)代小區(qū)供配電設計的必須考慮的部分，在滿足小區(qū)負荷供電的前提下，要考慮提高供電的能源利用情況，降低不必要的能源消耗。 對于住宅小區(qū)的供配電設

13、計，按照亞威小區(qū)的規(guī)模、實際負荷需求以及建筑模式等進行考慮，確定小區(qū)的建筑功能和各個負荷用電設備的負荷等級。按照考察情況，做到供配電工程系統(tǒng)布局合理，設備選型和主接線選擇達到小區(qū)的系統(tǒng)要求，給小區(qū)的用戶帶來方便的同時，也要保證小區(qū)的用電安全。對于未來小區(qū)建設情況，必須在供配電工程設計中，考慮發(fā)展或擴建的空間，設計中要近期規(guī)劃和遠期規(guī)劃結(jié)合起來，設計滿足亞威小區(qū)的整體供配電工程系統(tǒng)設計要求。 1.2 本工程供配電系統(tǒng)概述及相關(guān)原則 我們首先應該按照國家規(guī)定的供電配電統(tǒng)一劃配原則進行住宅小區(qū)的供電配電設計與建設。考慮后期發(fā)展規(guī)劃和電力的運行模式等，

14、需要按照具體情況和當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和供配電網(wǎng)的布局現(xiàn)狀進行結(jié)合。在供配電工程的設計中，要以人為本，考慮當?shù)氐木唧w情況，本著安全的原則進行布線和安裝。保證供配電的供電質(zhì)量達到要求，通過小區(qū)建設的長遠規(guī)劃和安全使用等進行供配電可靠性的設計，對小區(qū)的供配電設計達到穩(wěn)定、擴展性強等基本要求。在進行供配電控制方案設計時，要著力學習了解國家出臺的相關(guān)供配電設計標準和電網(wǎng)施工規(guī)范等進行設計。在設計中，要確保住宅小區(qū)的供配電設計簡單可靠、在維修和日常維護方面管理方便，保證維修人員的人身安全，減小不必要的電能消耗，提高供配電小區(qū)的電能利用最大化效率。還要按照當前的考慮發(fā)展或擴建的空間，設計中要近期規(guī)劃和遠期規(guī)劃結(jié)

15、合起來，設計滿足亞威小區(qū)的整體供配電工程系統(tǒng)設計要求。要按照用戶的負荷類型，確定小區(qū)的建筑功能和各個負荷用電設備的負荷等級。按照考察情況，做到供配電工程系統(tǒng)布局合理，設備選型和主接線選擇達到小區(qū)的系統(tǒng)要求，給小區(qū)的用戶帶來方便的同時，也要保證小區(qū)的用電安全。 對于本課題設計的亞威小區(qū)配電工程系統(tǒng)設計，要考慮到該小區(qū)的用電習慣和特點，以及該小區(qū)的負荷等級，進行相關(guān)原始數(shù)據(jù)的搜集和考察，進行亞威小區(qū)的負荷準確計算，按照計算的結(jié)果計算功率因數(shù)，確定無功補償?shù)娜萘亢蜔o功補償?shù)姆绞?。按照補償后的計算結(jié)果，對變壓器的數(shù)量以及變壓器的容量進行計算，并考慮變壓器的形式和具體型號選擇，滿足本亞威小區(qū)的用電需求

16、。按照亞威小區(qū)的負荷布局和形式，以及負荷等級和負荷用電的規(guī)律，考慮電氣主接線的設計，選擇更適合亞威小區(qū)的電氣主接線方案，對配電線路的布局和接線進行分析，并且按照當前的電氣主接線和其他數(shù)據(jù)，進行短路電流的計算，該計算結(jié)果為后期的電氣設備校驗提供基本標準數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設計根據(jù)配電房的特點，進行相關(guān)的防雷保護設計以及接地設計，按照設計思路對低壓配電系統(tǒng)的接地形式進行分析。 本工程基本概況： （1）總體概況：按照亞威小區(qū)的設計規(guī)劃，該小區(qū)的總建筑面積約為41728平方米，對于亞威小區(qū)的總體設計，需要建設兩棟主體建筑，并且按照實際需要，建設一棟地下停車庫。這兩棟主體建筑，第一棟主要用于商業(yè)使用，該建筑樓

17、層為6層，高23米。該建筑的第1層和第2層為商鋪規(guī)劃，第3層到第6層主要用于公寓式的辦公寫字樓規(guī)劃；第二個主體建筑主要為居民住宅樓，該樓層高31層，建筑高度為96米，該居民住宅樓屬于一類高層建筑，對耐火等級的設計等級為一級。該高層建筑的第1層和第2層為商鋪規(guī)劃，第3層到第31層為住宅樓，用于居民的日常起居。而該高層建筑的地下第一層和第二層為家用汽車車庫，該車庫含有輔助設備房。 （2）具體數(shù)據(jù)：對于亞威小區(qū)的高層居民建筑設計，每層含有15戶居民房屋，共具有三種戶型，第一個戶型為4戶，建筑面積約100平方米；第二個戶型為9戶，建筑面積約130平方米，第三個戶型為2戶，建筑面積約150平方米。所有

18、建筑用戶達到435戶，對于多層商業(yè)寫字樓建筑，建筑面積一共4160平方米，設計的容量為208kW，而商業(yè)商鋪的建筑面積一共5230平方米，設計的容量為261kW。 （3）設計范圍：本設計主要考慮對亞威小區(qū)的供配電工程進行設計，該供配電的高壓側(cè)電源來源于市區(qū)的變電所，10kV線路配電引至本小區(qū)，低壓側(cè)的全部引至本設計小區(qū)的各個建筑，并通過電度計量表進行用電量的檢測。 （4）自然環(huán)境：對于亞威小區(qū)的地理位置，建筑商業(yè)寫字樓每年預計雷擊次數(shù)為0.0359次,民用商用住宅每年預計會受到的雷擊次數(shù)0.0812次，亞威小區(qū)市區(qū)內(nèi)每年平均發(fā)生雷雨天氣24.8天。 2 負荷的計算 2.1 負荷分級以及

19、要求 在進行供配電設計時，對用戶的用電負荷進行等級分級，主要目的是為了準確設計供配電工程系統(tǒng)的可靠性，分析當前負荷的等級，對供配電的電氣主接線形式提供設計依據(jù)，并對后期的變壓器負荷容量選擇提供相關(guān)數(shù)據(jù)。負荷進行分級的基本方式，以此為后期供電配電的主要依托進行相關(guān)負荷計算，為供配電系統(tǒng)設計的成本進行控制，保證了供配電的穩(wěn)定性和安全性，也對經(jīng)濟合理的投資帶來基本的依據(jù)。 2.1.1 負荷分級和供電電源要求 為了保證變電所的供電系統(tǒng)能夠正常運行，必須保證各個電氣設備和元件的選擇滿足要求，對用戶的使用負荷，必須要滿足負荷的電流供應要求。對用戶的負荷進行準確的計算，是供配電系統(tǒng)最重要的步驟設計，對

20、于供配電的設計，通常情況下需要進行負荷等級的劃分，這樣做的目的是為了保證各個電氣設備和元件的選擇滿足要求，并且能夠經(jīng)濟合理的對供配電系統(tǒng)進行設計。按照國家的規(guī)定標準，對用戶負荷劃分分為一級負荷等級、二級負荷等級、三級負荷等級。通過負荷的劃分，可以對用戶的負荷具體了解，為后期的電氣主接線設計提供依據(jù)。 一級負荷：如果該負荷中斷供電，將造成重大的經(jīng)濟損失或人員傷亡，在政治上產(chǎn)生重大影響，或者如果中斷停電，將造成設備嚴重損壞或報廢，導致產(chǎn)品原料報廢等，這種負荷稱為一級負荷。一級負荷影響深遠，必須保證一級負荷持續(xù)供電，或者中斷供電后能夠快速供電。 二級負荷：如果該負荷中斷供電，將會在經(jīng)濟或政治上導

21、致較大損失或影響，主要導致設備損壞，生產(chǎn)秩序打亂，導致企業(yè)減產(chǎn)虧損。這種負荷稱為二級負荷。 三級負荷：不屬于以上一級負荷和二級負荷的，都歸結(jié)為三級負荷。 按照以上的負荷等級劃分，按照國家規(guī)定的負荷劃分和設計標準，一級負荷必須采用兩個電源，而且這兩個電源必須是獨立電源，于此之外可以考慮其他的輔助電源，保證一級負荷的使用，保證設備正常，不產(chǎn)生經(jīng)濟或政治方面的影響。如果某一電源發(fā)生故障導致供電中斷，另一電源將立即使用，保證一級負荷的供電要求，不產(chǎn)生重大事故。對于二級負荷，不間斷進行供電，考慮到實際的應用采用兩個變壓器，其中一臺變壓器或一路電源出現(xiàn)故障或者需要檢修，另一臺變壓器或另一路電源將能夠承

22、擔所有的二級負荷。三級負荷對供電要求沒有特殊要求，允許長時間停電，所以考慮使用單獨線路供電。 2.1.2 本工程建筑的負荷類型 本設計參與供電配電設計的亞威小區(qū)，是具有復式小高層住宅，全封閉地下停車庫和其他輔助設計泵房和熱交換站等，臨街道樓層一樓作為商鋪使用，商務區(qū)域內(nèi)具有多層辦公樓，是一個綜合性特大小區(qū)。亞威小區(qū)的高層住宅樓為一類高層建筑，該建筑內(nèi)含有消防控制使用房、火災報警裝置以及應急照明燈，該住宅樓還有消防水泵、消防電梯等公用設備等，這些設備均屬于一級負荷范疇。對于二級負荷范圍內(nèi)的消防設備、電梯設備、一樓商超消防通道設施，應該更好的保證供電穩(wěn)定性。小區(qū)室內(nèi)照明、商業(yè)照明、辦公樓照明等

23、，這些負荷屬于三級負荷范疇。按照以上負荷等級的劃分，對本亞威小區(qū)的用電設備進行容量統(tǒng)計和調(diào)查研究，將設備的條件匯總?cè)缦卤?-1所示的負荷等級劃分和設備容量以及設備電壓相數(shù)等。 表2-1 用電設備條件匯總表 名稱 臺 等級 設備 常用 備用 容量（kW） 電壓（V） 組送風兼機 組送風兼機 組送風兼機 組送風兼機 組送風兼機 組換熱機 栓水泵 噴淋水泵 組污水泵 組污水泵

24、 防火卷簾 組正壓風機 組正壓風機 組排煙機 組排煙機 組排煙機 組排煙機 組排煙機 組排煙機 換熱機組A 低層高度區(qū)生活泵 中層高度區(qū)生活泵 高層高度生活水泵 小區(qū)普通電梯設施 小區(qū)觀光電梯設施 小區(qū)消防電梯設施 小區(qū)景觀照明設

25、施 地下停車場照明設施 小區(qū)變電箱變電設施 2.2 計算負荷的分析 2.2.1 概述 隨著國家城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略的提出和實施，城鎮(zhèn)居民對于生活品質(zhì)與自我生活的小區(qū)質(zhì)量提出了更為嚴苛的要求，這些要求就對小區(qū)的供電設備與供電設施的安全高效提出了更大的挑戰(zhàn)。居民對基礎設施的要求越來越豐富，比如觀光彩燈、園景設計和車庫等，所以現(xiàn)代住宅小區(qū)的建設越來越多樣化。本次設計的亞威小區(qū)內(nèi)包含高層建筑、多層建筑、泵房和熱力交換站等設施。對于每戶居民，為了提高生活質(zhì)量，基本都在安裝空調(diào)、使用家用電器、上下樓考慮電梯，所以現(xiàn)代住宅小區(qū)的負荷用電比過去小

26、區(qū)設計成噴井式的增長。所以對這些負荷需要選取合適的負荷計算方法，才能更合理的進行小區(qū)供配電工程系統(tǒng)的設計。 負荷計算的意義很重大，為了確保小區(qū)能夠安全正常穩(wěn)定的運行，就要考慮對小區(qū)的所有負荷進行統(tǒng)計，按照負荷等級分類，并且選取合理的負荷計算方法，求解出合理的負載負荷容量數(shù)值。這樣在小區(qū)選取配電設備、電線選取、變壓器類型選擇等供配電設計中起到了數(shù)據(jù)支撐的作用，對后期的電氣設備選擇以及短路計算等產(chǎn)生很大的影響，更合理的選擇電氣設備和變壓器，對小區(qū)居民將來的用電需求進行充分考慮，以上的工作可以經(jīng)濟合理的降低工程造價，在保證小區(qū)配電工程系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎上，節(jié)省材料。 2.2.2 計算負荷的步驟

27、 我們將安裝容量稱之為負荷容量，我們在進行供配電設計過程中首要的內(nèi)容就是對小區(qū)負荷進行計算，得到負荷容量的大小。負荷容量是該用電對象的設備額定容量之和，通過計算負荷，對后期的電氣設備選擇以及短路計算等產(chǎn)生很大的影響，更合理的選擇電氣設備和變壓器，對小區(qū)居民將來的用電需求進行充分考慮。它標志著用電用戶的計算最大功率，該計算負荷的結(jié)果為后期的變壓器以及導體和電氣設備選擇計算提供了基本依據(jù)。并且對后期的無功功率補償計算提供原始數(shù)據(jù)。按照負荷計算的重要性，以及常用的負荷計算方法，進行介紹，具體介紹如下： （1）單位面積法 對于居明小區(qū)的建筑負荷計算，通常和該小區(qū)的建筑面積直接相關(guān)，當然要考慮該建

28、筑的具體用途和功能，以及該建筑內(nèi)的用電情況，所以按照經(jīng)驗考慮可知，單位建筑面積上的負荷密度以及負荷使用規(guī)律都有比較相似。所以按照這個規(guī)律進行單位面積法的計算，比如已知該建筑的面積為A(m2)，按照該建筑的具體用途和功能，以及該建筑內(nèi)的用電情況，確定該單位面積的負荷密度指標r （W/m2），通過以下公式進行該建筑的用電負荷計算，可以估算該建筑的用電量大小。 （2-1） （2） 需要系數(shù)法 需要系數(shù)法的計算，主要是當負荷用戶在實際用電過程中，該供電網(wǎng)絡的實際供電功率和該負荷用戶所有電氣設備的功率之和之間的比率，該比率一般小于1，該系

29、數(shù)主要和設備的負荷率、設備的工作效率以及設備的投入容量臺數(shù)等比較相關(guān)，而且還要考慮在供電過程匯總的傳輸電路電路損耗有一定的關(guān)聯(lián)，也與用戶用電等級和小區(qū)用電管理能力有莫大的相關(guān)。 （1）單臺設備的負荷計算 對于單臺用電設施的負荷計算按照下式進行考慮，所謂單臺用電設備的計算負荷，主要是按照設備的安裝功率容量進行考慮。該計算公式如下： （2-2） （2-3） （2-4）

30、（2-5） ——標定容量 (kW)； ——額定電壓 (kV)； ——有功負荷 (kW)； ——視在負荷(kVA)； ——功率因數(shù)正切值； ——按照負荷計算的用電設施電流(); ——用電設施無功負荷(kvar)； （2）用電設備組的計算負荷 對于干線配電網(wǎng)絡的功率負荷計算時，通過對用戶的負荷進行分類，按照分類的基本原則，對設備進行分組，通過分組進行計算，對安裝容量計算出，通過查詢國家規(guī)定的電氣規(guī)范表，對每組設備的需要系數(shù)進行確定，確定了需要系數(shù)，和功率因數(shù)，計算功率因數(shù)的正切值，可以進行用電設備組的負荷計算，達到計算的要求。按照以下的公式進行用電設備組的負荷計算考慮：

31、 （2-6） （2-7） （2-8） （3）建筑物總計算負荷 對于小區(qū)內(nèi)所有建筑物內(nèi)用電設備總共負荷量的計算，還是根據(jù)小區(qū)內(nèi)配電電路主干線的負荷和小區(qū)內(nèi)功率較大的用電設備負荷或者負荷組作為負荷計算的最重要的依據(jù)。該部分中從負荷端到供配電的變壓器輸出端的負荷計算，這種計算方法需要對各級的負荷計算點進行同時系數(shù)的計算和查詢，只有對同時系數(shù)的計算，才能進行建筑物的總負荷計算。按照以下計算方法進行： (

32、2-9) （2-10） （2-11） 對于需要系數(shù)和同時系數(shù)，要具體考慮到用電對象的用電性質(zhì)和規(guī)律，雖然通過查表可知得到需要系數(shù)和同時系統(tǒng)的經(jīng)驗值，但是還需要對用電對象進行考察，特別是現(xiàn)代社會對用電負荷的依賴程度越來越高，需要系數(shù)和同時系數(shù)必須要按照考察的結(jié)果進行修正，并且選擇出適合本設計需要的系數(shù)進行負荷計算。 2.2.3 本工程負荷計算 對于該小區(qū)配電設備工程主要采取需要系數(shù)法，對小區(qū)負荷進行運算和設計，具體過程如下所示： （1）住宅用電部分 對于住在用電的部分，按照實際用戶

33、的供電規(guī)律考察和計算，對于小戶型的用電用戶，每戶設計按照4kW的用電負荷進行設計；對于中戶型的用電用戶，每戶按照5kW的用電負荷進行計算；對于大戶型的用電用戶，每戶按照6kW的負荷用電進行計算，由此可知，對于住宅樓的每層，具有小戶型的為4戶，中戶型的為9戶，大戶型的為3戶，通過需要系數(shù)法進行計算，對于每層用戶，需要安裝一臺配電表箱進行分配電能和計量電能。按照設計分析，用6條配電干線從地下室進行引入，每個配電干線負責5個樓層的用戶用電。按照該思路考慮，如下計算： 對于樓層的配電箱，通過查表可知：=0.75，cosj=0.9，tanj=0.48，按照以上的公式對樓層的配電箱進行負荷計算可知：

34、 我們通過查找《電氣手冊》可知對于小區(qū)配電干線進行負荷負載數(shù)據(jù)計算，選取的系數(shù)為。 住宅負荷計算如表2-2所示。 表2-2 住宅負荷計算 設備 容量（kW） 有功功率(kW) 無功功率(kvar) 區(qū)干線 區(qū)干線 區(qū)干線 區(qū)干線 區(qū)干線 區(qū)干線 總計 對于該住宅樓，對于每家用戶的用電習慣不相同，對于用電高峰可能錯開使用，而且很少有家庭所有的用電設備全部使用，也很少有設備使用達到額定功率的情況，所以就需要進行同時系數(shù)的計算，按照住宅小區(qū)的用電情況分析以及當?shù)氐挠秒娝?/p>

35、平考察，對于本次設計的住宅小區(qū)實際用電水，選取表5中的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終決定＝0.9＝0.95，利用10,9公式運算后可以得到： 571.59kW為該小區(qū)的總共計算得到的負荷量 （2）公共用電部分 小區(qū)的公共部分主要包括消防設施、消防通道用電、消防電梯與備用電梯、樓道照明等。本次公共部分用電的計算，以寫字樓和商業(yè)區(qū)的負荷計算，按照住宅樓的負荷計算方法基本相似，通過負荷查表，對需要系數(shù)和同時系數(shù)進行確定，計算的結(jié)果按照如下分析： 我們通過相關(guān)數(shù)據(jù)查找與相關(guān)數(shù)據(jù)計算后得知，寫字樓區(qū)域安裝容量為208kW，商用區(qū)域安裝容量261kW，采用需要系數(shù)法計算過程如下所示： 需要系數(shù)查表關(guān)于商用區(qū)

36、域得：。 由公式計算可得： 需要系數(shù)查表在寫字樓區(qū)域得：。 可得： 3 無功補償 3.1 無功補償?shù)哪康? 對于無功補償?shù)挠嬎愫蛻?，主要是為了提高電網(wǎng)功率因數(shù)，達到減小設備的功率損耗，對電網(wǎng)的電壓起到穩(wěn)定作用，并且改善了電能的質(zhì)量。功率因數(shù)主要反映的是電源視在功率的有效利用率，為了改善電能質(zhì)量，提高有效利用率，需要對功率因數(shù)進行提高。如果功率因數(shù)太小，將會對發(fā)電機的有功功率造成影響，有功功率下降。在整個電網(wǎng)中，功率因數(shù)太小會使輸電線路在運行過程中損耗太大，電氣設備無法得到正常的發(fā)揮。對于用電設備來說，如果要保證設備運轉(zhuǎn)正常，不但要保證電源能夠提供有功功率，還能夠提供無功功率

37、。如果在電網(wǎng)中，無功功率無法達到使用要求，那么用電設備就無法建立磁場，使設備達到正常運轉(zhuǎn)，可能會導致用電設備的兩端電壓下降，最終影響到設備的使用。如果發(fā)電機到高壓輸電系統(tǒng)線路來對設備的無功功率進行補給，就會使設備的功率因數(shù)很小，而有功功率就無法滿足設備的使用需求，最終會導致供電質(zhì)量下降，所以必須通過專門的無功補償設備進行無功功率的補償計算，對有功功率和無功功率進行協(xié)調(diào)，提高用電效率，達到用電設備正常使用。 3.2 無功補償?shù)姆椒? 在整個電網(wǎng)中，功率因數(shù)太小會使輸電線路在運行過程中損耗太大，電氣設備無法得到正常的發(fā)揮。對于用電設備來說，如果要保證設備運轉(zhuǎn)正常，不但要保證電源能夠提供有功功率，

38、還能夠提供無功功率。對于無功補償計算，通常采用的辦法主要通過就近變壓器進行就地無功功率補償，或者是在發(fā)電設備一端的線電壓進行改變。按照本系統(tǒng)設計的亞威小區(qū)對于其供電配電系統(tǒng)的供電要求，擬采用并聯(lián)電容的方式進行小區(qū)供配電系統(tǒng)的就近無功功率補償。我們在對小區(qū)供電配電系統(tǒng)采取無功補償時，應該就其實際情況給予低壓集中補償，或者高壓集中補償，對于其采用后的補償需要重新計算小區(qū)的無功功率補償值。按照亞威小區(qū)的設計，主要采用的無功補償方式為低壓集中無功補償方式。 對于亞威小區(qū)配電工程系統(tǒng)設計，主要將并聯(lián)電容器安裝在0.4kV的低壓母線上，通過該方法的無功補償，可以有效地對配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)進行改善和提高，

39、從而達到改善電能質(zhì)量的目的。采用并聯(lián)電容器具有投資經(jīng)濟合理、功率損耗小、運行維護過程中比較方便等優(yōu)點，被大量使用。但是如果無功補償計算不合理，補償過量，將會導致容性負荷過大，使系統(tǒng)電網(wǎng)升高，帶來危險。在無功補償容量計算時，如果選擇電容器進行無功補償，就必須進行容量大小的計算。該并聯(lián)電容器的無功補償方式，接線比較簡單方便，管理方便，可以通過無功補償控制器觀察當前的功率因數(shù)以及投切的電容數(shù)量，對電容的當前工作狀態(tài)進行觀察。通過無功補償后的變壓器，視在功率由于無功補償?shù)淖饔米冃。β室驍?shù)在0.92以上，達到設計的工程要求?？梢詫x擇的變壓器容量進行減小，從而減小變壓器的投資。 亞威小區(qū)配電工程設計

40、，主要采用自動調(diào)節(jié)方式的并聯(lián)電容器，該并聯(lián)電容器也稱為無功補償裝置。在自動投切電容器時，按照當前的功率因數(shù)和設定功率因數(shù)進行比較，進行自動投切和自動解除并聯(lián)電容器。而根據(jù)投切并聯(lián)電容器的數(shù)量，自然功率因數(shù)會與變化，而且根據(jù)變化對并聯(lián)電容器的投切個數(shù)進行處理。低壓無功自動補償裝置示意圖，如圖3-1所示。 圖3-1 低壓無功自動補償裝置的原理電路 3.3 無功補償容量 按照以下的公式對小區(qū)對于功率因數(shù)進行計算： （3-1） 我們在實際對小區(qū)無功功率補償?shù)倪^程中，采取分組自動投切方法實現(xiàn)，其具體計算公式如公式3-2所示：

41、 （3-2） ——未補償?shù)墓β室驍?shù)所對應的正切值； ——期望補償?shù)墓β室驍?shù)所對應的正切值。 在對小區(qū)供電配電系統(tǒng)的過程設計中，我們專門針對T3的變壓器進行舉例說明，完成該變壓器低壓側(cè)的無功補償計算：按照負荷計算的數(shù)據(jù)可知：Pc∑=571.59kW，Qc∑=289.61kW 該負荷的視在功率計算： 按照上式的計算可知：功率因數(shù)為：cosj=Pc∑/Sc∑=571.59/640.77=0.89。 該功率因數(shù)小于期望補償?shù)墓β室驍?shù)0.97，所以要進行無功功率的補償計算，按照上式可知計算結(jié)果如下： 根據(jù)此計算結(jié)果可知，在T3變壓器側(cè)，需要補充

42、容量為150kvar，所以有30kvar的電容器3組，擁有15kvar4組。 4 短路電流的計算 4.1 短路計算的概述 對于配電網(wǎng)的正常運行中，經(jīng)常發(fā)生某區(qū)域短路，導致該區(qū)域停電，短路電流是供配電設計中，必須要進行的內(nèi)容，通過短路電流的計算，對設備的選型提供校驗的依據(jù)。所謂短路主要是指發(fā)生在相與相之間，通過電弧或者小阻抗的一種非正常連接。對于電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障的原因主要是絕緣被破壞。絕緣破壞的常見原因是設備發(fā)生過電壓現(xiàn)象，或者遭受雷擊現(xiàn)象，設備使用時間較長，絕緣老化等。在電力系統(tǒng)中，短路主要有單相短路、雙相短路、三相短路等。通過短路電流的計算，對配電系統(tǒng)的設備選擇提供校驗數(shù)據(jù)，從而選

43、擇適合系統(tǒng)設計的電氣設備，對于三相之間短路，屬于對稱短路，除過三相之間短路以外，其他的短路形式為非對稱短路。短路電流計算主要的目的是為電氣設備的選型和校驗提供依據(jù)，對在短路情況下，設備是否由于此故障原因?qū)е略O備損壞。以斷路器為例，如果斷路器的選型的熱穩(wěn)定電流以及動穩(wěn)定電流高于計算的短路沖擊電流，這斷路器在短路的情況下快速投切，而且還能正常使用。如果斷路器選擇的熱穩(wěn)定電流及動穩(wěn)定電流低于計算的短路沖擊電流，該設備在短路情況下?lián)p壞，不能正常工作，將極大危害供配電系統(tǒng)的安全運行。 4.2 無限大容量電源條件下短路電流的計算 國家總供電量對于個人用戶可以看做無窮大的電力容量。主要表現(xiàn)的特點：如果系

44、統(tǒng)母線上的電壓波動很小，說明該電壓可以維持不變，這種情況可以認為系統(tǒng)容量為無窮大。該系統(tǒng)容量相對于用戶供電系統(tǒng)來說，容量大的很多，在實際使用時，如果發(fā)生了短路現(xiàn)象，用戶負荷的母線系統(tǒng)電壓基本保持不變，也就是說由于電源系統(tǒng)為無窮大，用戶側(cè)短路對電源系統(tǒng)的電壓影響不大。對于電力系統(tǒng)中，如果電源的總阻抗很小，將電源系統(tǒng)視為無限大的容量系統(tǒng)。 4.2.1 短路電流計算基本步驟 小區(qū)采用的標幺值法計算短路電流。 （1） 確定基準值 按照設計要求，本系統(tǒng)考慮的基準容量：Sd=100mva。對于短路基準電流的計算方法，按照下式進行計算： （4-1）

45、 ——系統(tǒng)額定電壓（kV） （2）設備電抗標么值： 系統(tǒng)電抗： (4-2) ——高壓饋電線短路容量（）。 電力線路電抗： （4-3） l——電力線路長度（）；——單位長度電抗（）；。 變壓器電抗： （4-4） ——短路電壓百分值； ——變壓器容量（）； （3）根據(jù)4-1至4-4的公式，進行繪制小區(qū)配電電路短路等效電路，通過相關(guān)數(shù)學公式推導后，實現(xiàn)短路回路的簡化，并對簡化后的電路進行阻抗等參數(shù)的計算： （4）完成上述步

46、驟后，下一步主要工作就是對短路容量和三相短路電流進行計算。 對于三相短路電流進行該周期分量有效值計算： （4-5） 三相短路暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)電流： （4-6） 其他三相之間短路電流： （4-7） （4-8） 對于三相之間的短路容量： （4-9） 對于兩相之間短路的電流計算：

47、 （4-10） 4.2.2 本小區(qū)供配電的短路電流計算 按照小區(qū)的設計，本小區(qū)的電源側(cè)主要來源于兩條10kV的專用電源供電，通過電纜的方式將電源接入本小區(qū)配電系統(tǒng)的高壓側(cè)，根據(jù)上一級變電所的數(shù)據(jù)，該10kV電纜數(shù)據(jù)為：=200，其通過電流繼保裝置延時時長為1.5。 為了實現(xiàn)對小區(qū)的配電系統(tǒng)可靠性的提高，我們還需要計算小區(qū)系統(tǒng)的短路電流。我們首先計算小區(qū)變壓器d1位置d1短路電流計算的過程進行分析：計算的方法和步驟如下： （1） 確定基準值 按照設計要求，本系統(tǒng)考慮的基準容量：100；基準電壓為：==kV。 系統(tǒng)基準電流： （2） 短路回路各元件的電抗標幺值 按照小區(qū)設

48、計的方法，小區(qū)配電系統(tǒng)的標么值進行相關(guān)計算： 由公式15得： 我們對小區(qū)供電電抗標幺值取值為=0.093。 由公式16得： 對小區(qū)電抗標幺值進行計算： （3）三相短路電流與短路容量的計算： 計算其三相短路電流與該周期分量有效值： 計算其他三相之間短路電流： 計算三相之間短路容量： 對于兩相之間短路的電流計算如下： 按照上圖的思路，進行短路等效電路圖的設計，設計結(jié)果如下圖4-1和4-2所示。 圖4-1 電氣系統(tǒng)接線圖 圖4-2 標幺值法計算的等值電路圖 表4-1 高

49、壓側(cè)短路電流計算結(jié)果表 短路計算點 三相短路電流（KA） 兩相短路電流（） 三相短路容量（） 穩(wěn)態(tài)短路電流 次暫態(tài)電流 周期分量有效值 沖擊電流峰值 表4-2 低壓側(cè)短路電流計算結(jié)果表 短路計算點 三相短路電流（） 兩相短路電流（MV·A） 沖擊電流峰值 次暫態(tài)電流 周期分量有效值 5 變壓器的選型和計算 5.1 供配電系統(tǒng)概述 對于亞威小區(qū)的配電工程，由兩條電源進線組成，都從市區(qū)變電所引來，該變壓器為10kV變壓器，一次側(cè)電壓為10kV，二次側(cè)電壓為0.4kV，通

50、過變壓器輸出的饋線干線直接送往樓層的配電箱內(nèi)，供用戶使用。對于住宅建筑，采用的是三相五線制進行負荷配送。 5.2 變壓器的選擇和計算 5.2.1 變壓器容量及數(shù)目的選擇 對變壓器的容量計算，視在功率如下所示： (5-1) 對于變壓器的容量計算，需要對具體的負荷進行分析，考慮同時系數(shù)的計算分析，按照一般情況下，供配電正常使用的負荷占到變壓器容量的75%-85%，本系統(tǒng)取負荷率為β=0.85。同時系數(shù)按照國家規(guī)定的范圍為0.85～0.95，按照本系統(tǒng)的實際情況考慮，本設計的同時系數(shù)取值為=0.9。 按照以上對變壓器負荷率和同時

51、系數(shù)的確定，進行變壓器的容量計算，具體計算公式如下式所示。 （5-2） ——系統(tǒng)計算負荷；——系統(tǒng)功率因數(shù)； ——變壓器負荷率；——負荷同時系數(shù)。 （1）住宅用電部分變壓器容量計算 按照以上的無功補償可知，補償后的無功功率因數(shù)為cosj=0.97。通過負荷計算可知，PC∑=571.59，而該值在計算時，已經(jīng)將同時系數(shù)問題考慮在內(nèi)。變壓器容量計算不再考慮同時系數(shù)，可計算出變壓器的容量： 通過計算可知，住宅部分的變壓器選擇容量為800KVA的變壓器，選用臺數(shù)為一臺變壓器。計算數(shù)據(jù)所示。 表5-1 變壓器計算容量 名稱 容

52、量（kW） 需要容量 有功功率（kW） 無功功率（kvar） 容量 樓照明主要干線 樓照明主要干線 樓照明主要干線 樓照明主要干線 樓照明主要干線 樓照明主要干線 合計 系數(shù)

53、 補償線路容量 補償后的容量 小區(qū)變壓器 800kVA （2）部分小區(qū)變壓器容量計算方法 住宅部分的計算方法與部分公用變壓器方法一致，計算結(jié)果如下： T1： T2： 具體計算結(jié)果和無功補償計算如表所示。 表5-2 變壓器T1 名稱 臺數(shù) 容量（kW） Kd 需要容量 有功（kW） 無功(kvar) T1容量 辦公地區(qū)照明設施 0.48 小區(qū)物業(yè)照明設施 0.48 小區(qū)變電箱照明 0.48 小區(qū)停

54、車位照明 0.48 地下消防控制設施 0.75 小區(qū)客梯（備用電梯） 觀光電梯（備備用電梯） 小區(qū)低生活區(qū)域水泵 0.75 小區(qū)中生活區(qū)域水泵 小區(qū)高生活區(qū)域水泵 8.8 小區(qū)A組換熱機 0.75 小區(qū)B組換熱機 小區(qū)排污潛水A泵 0.75 小區(qū)排污潛水B泵 備用應急照明兼公共照明 0.

55、75 應急照明兼公共照明 1 A組排煙風機 0.75 B組排煙風機 1 C組排煙風機 D組排煙風機 F組排煙風機 A組消防補機 0.75 B組消防補機 2.2 C組消防補機 D組消防補機 E組消防補機 合計 系數(shù)

56、 補償線路容量 補償后的容量 355.1 小區(qū)變壓器 400kVA 表5-3 變壓器T2 名稱 臺數(shù) 容量（kw） 需要容量 有功（kW） 無功（kvar） T2容量 辦公地區(qū)照明設施 0.7 商業(yè)照明 小區(qū)物業(yè)照明設施 小區(qū)備用變電箱照明 備用消防控設施 小區(qū)客用電梯 小區(qū)觀光電梯

57、 小區(qū)低生活區(qū)域備用水泵 小區(qū)中生活區(qū)域備用水泵 小區(qū)高生活區(qū)域備用水泵 小區(qū)A組備用換熱機 小區(qū)A組備用換熱機 小區(qū)備用排污潛水A泵 1 小區(qū)備用排污潛水B泵 應急照明兼公共照明 備用應急照明兼公共照明 小區(qū)備用消防補機A 小區(qū)備用消防補機B 小區(qū)備用消防補機C

58、 小區(qū)備用消防補機D 小區(qū)備用消防補機E 備用A組排煙風機 備用B組排煙風機 1 備用C組排煙風機 備用D組排煙風機 備用E組排煙風機 合計 系數(shù) 補償線路容量 補償后的容量 小區(qū)變壓器 1 400kVA 由表可知公共用電部分需要兩臺400kVA的變壓器。 5.2.2 變

59、壓器類型的選擇 對于住宅小區(qū)來說，所有用戶都是用單相負荷，在正常運行工況下，三相電流很難達到平衡，所以要考慮單相負荷，平時使用時，單相負荷超出了變壓器規(guī)定的該項額定功率的百分之十五，對于該種場合的變壓器類型，要考慮其聯(lián)結(jié)方式為。額定電壓及分接頭開關(guān) 對于小區(qū)的供配電工程系統(tǒng)設計，變壓器的容量和臺數(shù)必須按照國家的規(guī)范進行配置，按照供配電行業(yè)的規(guī)范，小區(qū)容量需要在800kVA，所以需要兩臺及兩臺以上的變壓器設備來保持供電穩(wěn)定。在變壓器選擇過程張，如果計算得到的負荷少于800kVA，將采用油浸式變壓器，如果使用負荷不超過1250kVA，將采用干式變壓器。 按照小區(qū)的設計，負荷超過了800kVA

60、，并且小區(qū)的配電所設計在獨立的配電場所，考慮使用全密封油浸式變壓器。對于高壓斷路器考慮使用真空斷路器。 5.2.3 本工程變電所的設計 按照小區(qū)的規(guī)劃和設計，以及實際情況，亞威小區(qū)計劃設置兩座變電所，分別設置在地下二層，由單獨的房間進行供配電的設計，最終選擇干式變壓器運用于亞威小區(qū)變電所。配電系統(tǒng)中選擇樹脂澆注干式電力變壓器是10kV級的基于系列。在小區(qū)配電系統(tǒng)的使用過程中，我需要三臺變壓器設備同時進行工作才能滿足供電需求，在這些變壓器中有一臺容量較大為800kVA，有兩臺變壓器容量較小，容量值為400kVA，大容量變壓器型號為，該變壓器主要對住宅樓進行供電使用；而對于400kVA的變壓器

61、，選擇的型號為，將此變壓變壓器設備運用于小區(qū)共用設施。 6電氣主接線方式的設計 小區(qū)變電所配電安全、設計穩(wěn)定性能、靈活性能以及經(jīng)濟性能會受到主要電氣設備的接線方案的影響。電氣主接線按照該地區(qū)可以以原來存在的電氣配電設計材料作為依托，以《電氣手冊》中規(guī)定的國家法規(guī)作為實施準則，根據(jù)實際設計的情況，提升變電站穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、靈活性。在滿足以上條件的基礎上，做到投資經(jīng)濟合理，占用面積小，滿足設計的要求。 6.1 高壓電氣主接線 按照高壓側(cè)的電氣主接線設計要求，一般情況下，按照設計的實際情況有以下設計： （1）如果在小區(qū)采用單路電源供電時，找選取的電氣接線方案是單母線接線，由于該接線方式

62、可靠性比較差，靈活性不夠理想。那么該電源不能適用于高層建筑，只能適用于低層建筑。 （2）如果設計的電源為兩路電源供電時，采用一用一備的方式進行供電，這主要是針對那些供電設備等級較高的二級負荷的供電供電設備，但是對于供電等級更高的一級負荷將不能使用。 （3）如果設計電源為兩路電源，采用的接線方式為單母線分段，在進行設計考慮時，兩路電源形成一用一備，互為備用。通常采用斷路器進行切換或者通過自動控制進行切換。 （4））如果設計電源為兩路電源，采用的接線方式為單母線分段，帶有旁路聯(lián)絡，這種供電方式在高層建筑使用比較頻繁，兩路電源形成一用一備，互為備用。通常采用斷路器進行切換或者通過自動控制進行切

63、換。 按照本系統(tǒng)設計的場合，在10kV高壓側(cè)采用單母線分段的方式進行設計，用于高層建筑的供配電設計。 6.2 低壓電氣主接線 對于低壓側(cè)的電氣主接線設計，常用的接線設計方法為單母線設計和單母線分段設計，本設計的亞威小區(qū)的住宅樓低壓側(cè)負荷屬于三級負荷，公共部分的負荷為二級以上的負荷，按照國家相關(guān)規(guī)定，本系統(tǒng)設計的800kVA住宅變壓器低壓側(cè)使用單母線接線方式。采取單母線分段式接線，使得兩個400kVA，相互為對方的備用設備。 6.3 母線的選擇及校驗 母線主要的作用就是匯集電流和分配電流，所以母線通常稱之為匯流排。本變電所設計考慮按照最大的工作電流進行母線的選擇，采用母線材質(zhì)為銅質(zhì)母線

64、。對于母線的校驗來說，一般進行動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性校驗。 對于10KV側(cè)的母線，按照計算可知，該母線的最大持續(xù)工作電流值： 通過查詢資料手冊可知，選用的母線型號為TMY-30X5mm2，該母線為矩形銅母線，長期工作的允許電流值按照查詢可知為367A,母線相間的距離設計為0.7m，檔距為1.2m。通過以下進行母線的載流量、熱穩(wěn)定校驗。 （1） 載流量的校驗： 按照以上計算可知，系統(tǒng)的最大持續(xù)工作電流值為96.9A，而選用的母線允許長期工作電流值為367A，因此滿足設計的要求； （2） 熱穩(wěn)定性校驗： 對于母線的熱穩(wěn)定校驗，其校驗方法： 按照以上的計算可知，Ami

65、n=41.51mm2，本設計選型的截面積為150mm2，因此滿足熱穩(wěn)定性的要求。 對于0.4KV側(cè)的母線，按照計算可知，該母線的最大持續(xù)工作電流值： 通過查詢資料手冊可知，選用的母線型號為TMY-100X10mm2，該母線為矩形銅母線，長期工作的允許電流值按照查詢可知為2655A,母線相間的距離設計為0.7m，檔距為1.2m。通過以下進行母線的載流量、熱穩(wěn)定校驗。 （3） 載流量的校驗： 按照以上計算可知，系統(tǒng)的最大持續(xù)工作電流值為2422.5A，而選用的母線允許長期工作電流值為2655A，因此滿足設計的要求； （4） 熱穩(wěn)定性校驗： 對于母線的熱穩(wěn)定校驗，其校驗方法

66、： 按照以上的計算可知，Amin=875mm2，本設計選型的截面積為1000mm2，因此滿足熱穩(wěn)定性的要求。 6.4電纜的選擇 6.4.1 電纜型號的選擇 10kV電纜選取，電纜額定電壓8.7/15kV，電纜放在鋼管內(nèi)，電纜含有3個內(nèi)芯，電纜橫截面積大小為95mm2。在小區(qū)選取的0.4kV電纜上主要選取，該型號電纜耐壓較高為：1kV。 6.4.2 電纜截面積的選擇 本次設計中主要采取以高壓電纜設計為主要目的，為了讓大家更直觀的了解以800kVA變壓器連接到高壓柜一端的電纜作舉例說明。 （1）電纜選型及敷設方式 選擇型3芯電纜。 （2）按短路熱穩(wěn)定選擇截面 公式3.2.2中數(shù)據(jù)，接著查找表6可以知道三相短路電流：。 熱效時間： （6-1） 由公式28可得： 熱穩(wěn)定系數(shù)：。 熱穩(wěn)定最小允許截面： （6-2） 然后根據(jù)公式29得到：，電纜截面選擇為95。 （3）按允許溫升校驗截面 對變壓器額定電流進行計算：