某高层建筑物供配电系统设计

郑州轻工业学院

课程设计说明书

题目：某高层建筑物供配电系统设计

姓 名： 闫广超 院 （系）： 电气信息工程学院 专业班级： 电气工程2009级1班 学 号： 540901010247 指导教师： 成 绩：

时间：2012年12月31日至 2013年01月20日

摘 要

本设计是对26层商业办公建筑楼的供配电系统进行全面设计，为保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

设计内容包括确定大楼的设备电气负荷等级，进行负荷计算；无功补偿的计算；选择电力变压器的容量、类型及台数；各个楼层供电线路中的短路电流的计算；变电所的电气主接线设计。设计过程中需要绘图的部分使用AutoCAD绘图，最后将整个设计过程整理、总结设计文档报告。

关键词： 商业办公楼；供配电；负荷计算；设备选择；电气主接线

I

ABSTRACT

The design is to conduct a comprehensive design, supply and distribution system of the 26-storey commercial office building floor to ensure the power supply system is safe, reliable, high-quality, economical to run, you must comply with the relevant requirements and standards of the country, the implementation of the relevant principles and policies of the country, including energy conservation, saving non-ferrous metals and other technical and economic policies.

Designed to determine the building's equipment electrical load level, load calculation; calculation of reactive power compensation; choose the power transformer capacity, type and number of units; calculation of short-circuit current in the supply lines of the various floors; substation's main electrical wiring design. The drawing of the design process using the AutoCAD drawing, and finally finishing the entire design process, and summarize the design documentation reports.

KEY WORDS: Commercial office buildings；supply and distribution；calculating the loads；equipment selection；electrical wiring.

II

目 录

摘 要 ........................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................... II 1.绪论 .............................................................................................. 1 2.负荷计算 ...................................................................................... 1 2.1确定计算负荷 ....................................................................... 2 2.2无功补偿 .............................................................................. 2 3.负荷分级及供电电源设计 .......................................................... 3 3.1负荷分级 .............................................................................. 3 3.2供电电源设计 ....................................................................... 3 4.电力变压器选择 .......................................................................... 4 4.1 变压器型式及台数 .............................................................. 4 4.2 变压器容量选择 .................................................................. 5 4.3 变压器负荷分配计算及补偿装置选择 ............................... 5 5.计算短路电流 .............................................................................. 8 5.1高压侧短路电流计算 ........................................................... 8 5.2低压电网短路电流的计算 ................................................... 9

5.2.1变压器低压侧短路电流的计算 ....................................................... 9 5.2.2 低压配电线路短路电流计算 ........................................................ 10

6.变电所电气主接线设计 ............................................................ 13

6.1变电所高压电气主接线设计 ............................................. 13

6.1.1电气主接线形式及运行方式 ......................................................... 13 6.1.2开关柜型式及配置 ......................................................................... 14 6.1.3变电所用电设计 ............................................................................. 14 6.1.4电气主接线图绘制 ......................................................................... 14

6.2变电所低压电气主接线设计 ............................................. 14

6.2.1电气主接线形式及运行方式 ......................................................... 14 6.2.2开关柜型式及配置 ......................................................................... 14 6.2.3电气主接线图绘制 ......................................................................... 15

参考文献 ........................................................................................ 16 附录1 ............................................................................................. 16 附录2 ............................................................................................. 19

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变压器负荷分配计算及补偿装置选择见表4-1、表4-2。

表4-1 10/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择

负荷名称 无功功率补偿前低压母线出线回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M的计算负荷合计 设备有功计需要功率容量算负荷系数 因数 /kW /kW 无功计算负荷/kvar 视在计算负荷/kVA 计算电流/A 2203 0.69 0.85 1522.9 928.3 1783.5 2711.0 计入同时系数2203 0.52 0.84 1142.2 KΣp=0.75，KΣq=0.80 无功功率补偿装置（并联电容器） 实际取12组，每组20kvar，共240kvar 无功功率补偿后低压母线的计算2203 0.52 0.92 1142.2 负荷 变压器额定容量 变压器负荷率 742.7 1362.4 2070.8 -240 502.7 1247.9 1600 0.78 1896.8 注：变压器T1低压母线上还接有电力、消防等重要负荷的备用回路WP6S、WP7S、WP8S、WP9S、WP10S、WP11S、WLE1S、WLE2S、WLE3S、WLE4S、WPE1S、WPE2S、WPE3S、WPE4S、WPE5S、WPE6S、WPE7S、WPE8S、WPE9S、WPE10S，不计入总负荷。

表4-2 10/0.38kV变电所变压器T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择

负荷名称 有功计设备容需要功率算负荷量/kW 系数 因数 /kW 无功计算负荷/kvar 视在计算负荷/kVA 计算电流/A 6

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无功功率补偿前低压母线出线回路WL1、WL2、WP1、WP2、WP3、 WP4、WP5、WP6M、W P7M、WP8M、WP9M、WP10M、WP11M、WLE4M、WPE1M、WPE2M、WPE3M、WPE7M、WPE8M、WPE10M的计算负荷合计 1943.2 0.76 0.81 1485.8 1070.2 1831.1 2783.2 计入同时系数1943.2 KΣp=0.75，KΣq=0.80 无功功率补偿装置（并联电容器）实际取 2×10组，每组20kvar，共400kvar 无功功率补偿后低压母线的1943.2 计算负荷 变压器额定容 量 变压器负荷率 0.57 0.79 1114.3 856.2 1405.3 2136.0 -400 0.57 0.93 1114.3 456.2 1204.1 1600 0.75 1830.2 注：变压器T2低压母线上还接重要照明负荷的备用回路及火灾时消防负荷总回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不计入总负荷。

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5.计算短路电流

5.1高压侧短路电流计算

根据供配电系统一次接线图，本工程变电所高压侧短路电流计算电路如图5-1所示。短路点k-1、k-2点选在变电所两段10kV母线上。

Sk电缆线 4kmk-1电源ASCB10-160010kVSk电缆线 0.1kmSCB10-160010kV10kV0.38kVk-2电源B图 5-1

变电所高压测短路电流计算电路

采用标幺值法计算。计算公式参见表。由于本工程可能由两个独立电源供电，但不并联运行，因此需分别计算变电所10kV母线上的三相和两相短路电流，从中找出其最大值和最小值。计算过程及结果见表1。

表5-1 变电所高压侧短路计算过程及结果

电序路号 元件 系1 统A 短路计算点 技术参数 Sd=100MVA Ud=10.5kV,Id1=5.5kV 最大运行方式 最小运行方式 电抗标幺值 0.27 0.367 三相短路电流 两项三相短短路路容量 电流 454.7 363.7 21.7 17.3 I??k3 25.0 20.0 Ib3 25.0 20.0 Ik3 25.0 20.0 ip3 63.8 51.0 8

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2 线路A K-1 x=0.095欧/km,l=3km 最大运行方式 最小运行方式 最大运行方式 最小运行方式 K-2 x=0.095/km,l=0.1km 最大运行方式 最小运行方式 0.259 0.533 0.625 0.687 0.916 0.009 0.696 0.925 11.5 10.3 8.0 6.0 7.9 5.9 11.5 10.3 8.0 6.0 7.9 5.9 11.5 10.3 8.0 6.0 7.9 5.9 29.3 26.3 20.4 15.3 20.1 15.2 209.1 187.5 145.5 109.1 143.7 108.1 10.0 8.9 6.9 5.2 6.8 5.1 3 1+2 4 系统B 线路B 5 6 4+5 从表5-1可知，变电所10kV母线上三相对称短路电流初始值最大为11.5kV(发生在由电源A供电时)，两相对称短路电流初始值最小5.1kV(发生在由电源B供电时)。

5.2低压电网短路电流的计算

5.2.1变压器低压侧短路电流的计算

根据供配电系统一次接线及变电所平面布置，本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图5-2所示。短路点选在两台变压器低压绕组出处k-3、k-4点和两台低压进线开关负荷侧k-5、k-6点（即低压柜AA1、AA19处）和离低压进线开关最远端母线处k-7、k-8点（即低压柜AA9、AA10处）。

采用欧姆法计算。正常运行时。电源A、B同时供电，低压母线分段不联络。此时可分别计算出变压器T1低压侧k-3、k-5、k-7点和变压器T2低压侧k-4、k-6、k-8点的三相短路电流和单相短路电流。短路电流计算结果见表5-2。

计算时，变压器高压侧系统的短路容量按最大运行方式计。配电母线的型号规格先按发热条件初选。

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-712 =9.6【2（100×10）】+2（100×10）9-11电源10-1600-22电源10-1600-311 =4【2（100×10）】+2（100×10）-51-421 =4【2（100×10）】+2（100×10）-61922 =10.4【2（100×10）】+2（100×10）-810图5-2变电

所低压侧短路电流计算电路

5.2.2 低压配电线路短路电流计算

根据低压配电干线系统图确定短路计算点，短路计算点取在配电干线首端分支处与末端分支处(即层配电箱处)、每层分支线末端(即末端配电箱处)。配电干线及分支线计算长度根据其敷设走向确定(以建筑平面图和剖面图为条件)。

以低压开关柜AA4配出的办公照明配电干线WL3及其分支线为例。其短路电流计算电路如图5-3所示。

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...ZBYJN-3X35+2X16 L=2.5mZBYJN-3X10 L=8mZBYJN-3X10 L=24m5AWL1WL3-5-1WL3-5-25AW25AW1W1.... . .5AW9W95AWL10W10.... . .5AWL18W18ZBYJN-3X10 L=34mZBYJN-3X10 L=17mWL3(AA3至5F段) l=37.2mCCX6-1250/5T1WB L=96MSk1TMY-3[2(100X10)]+2(100X10)BF AA410KV电源ASCB10-16000.38KV

图5-3 低压配电线路WL3及其分支短路电流计算电路

干线短路计算点取在密集绝缘母线槽始端（AA4柜出口）、5F插接箱处—14F插接箱处。分支线以5F(最近端)和14F(最远端)为例，短路点取在计量配电箱5AW1—5AW2处及办公照明配电箱5AL1—5AL8处。

采用欧姆法计算。计算时，配电干线及其分支线的型号规格先按发热条件初选。再以低压开关柜AA6配出的地下室照明配电干线WL8M、AA13配出的自动扶梯配电干线WP6M及其分支线为例。

几点说明:

（1） 本工程短路计算时，未计入低压开关柜内分支母线的阻抗、短路故障点电

弧电阻、导线连接点及开关电器的接触电阻、电流互感器的电抗等。因此，计算结果比实际短路电流偏大。

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（2） 本工程短路点附近所接低压异步电动机的额定电流之和均不超过三相短路

电流初始值的l%，可以忽略电动机反馈电流的影响。

（3） 本工程短路计算点最远处为末端配电箱，作为低压配电系统的设计依据。

在进行常用设备配电设计时，一般还需计算出用电设备电源接线端子处或控制箱处的短路电流和接地故障电流。

6.变电所电气主接线设计

6.1变电所高压电气主接线设计

6.1.1电气主接线形式及运行方式

本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。

方案1：采用分段单母线形式，运行方式如下:

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器(简称母联断路

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器）断开，两个电源各承担一半负荷。当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，母联断路器仍断幵，由电源B承担一半负荷。此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。

方案2：采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，两个电源各承担一半负荷。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。由于采用线路变压器组接线，电源A受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。若需电源A承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承单全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案1。

综上分析，本工程变电所髙压侧电气主接线采用方案1，即分段单母线形式。

6.1.2开关柜型式及配置

因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A一12型金属铠装中置式手车柜。根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。

6.1.3变电所用电设计

考虑到经济性，变电所不设所用变压器。

6.1.4电气主接线图绘制

本工程变电所施工阶段的高压侧电气主接线图见附录2。

6.2变电所低压电气主接线设计

6.2.1电气主接线形式及运行方式

变电所设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。运行方式如下：

正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器， 由另一台变压器承担全部一、二级负荷及部分三级负荷。

6.2.2开关柜型式及配置

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低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器(ACB),低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜。MNS(BWL3)-0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E，24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统（见下述）为基础的，并与之相一致。

根据当地供电部门规定，照明负荷与电力负荷电价不同，分开计量。根据消防规范要求， 消防用电设备配电回路集中设置于低压配电屏内，并设有明显标志。为防止两台变压器并联运行，顿器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。联络柜的母钱分段处设置阻火隔断，以确保一级负荷的供电可靠性。

6.2.3电气主接线图绘制

本工程变电所施工阶段的低压侧电气主接线图见附录2。

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参考文献

[1]. 翁双安，《供配电系统设计指导》.机械工业出版社，2009年6月 [2]. 冯建勤，冯巧玲. 《电气工程基础》.电力工业出版社，2010年

附录1

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附录2

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2yg7.html