毕业论文(某小区供配电设计)

湖 南 科 技 大 学

毕 业 设 计（ 论 文 ）

题作学专学

目 者 院 业 号

某小区供配电设计

王一旭

信息与电气工程学院 电气工程及其自动化

0754010426 王志英

二〇〇一二 年 六 月 五 日

指导教师

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摘 要

要提高小区配电系统的可靠性，要正确选择各类配电设备的容量，就必须科学，合理的进行负荷计算。

本文对负荷计算中的相关问题进行了分析和探讨，就重要设备的容量选择做了详细的的论述，提出了一些进一步提高配电系统可靠性的措施，并结合工程实例进行负荷计算，计算结果证明本文所述方法是正确合理，可以在实际中应用。

另外，本文还利用MTALAB仿真软件对供电系统短路故障进行了仿真，并制作了相应的电路图以及对防雷措施进行了仔细的分析。

关键词：变压器,高压断路器,箱式变电站

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ABSTRACT

To improve the distribution system reliability, and correctly choose the capacity of power distribution device, it must be scientific, reasonable carries on the load computation.

In this paper, the load calculation and the related problems are analyzed and discussed, the important equipment capacity choice has made the detailed elaboration. It puts forward some suggestions to improve the distribution system reliability measures, combined with engineering example, load calculation.The calculation results prove that the method is correct and reasonable, and it can be applied in practice.

In addition, this paper also makes use of MTALAB simulation software for power system fault simulation, and made the corresponding circuit diagram and the lightning protection measures are analyzed in detail.

Keywords: Transformer, High voltage circuit breaker, Box-type transformer substation

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目 录

摘 要 ....................................................................................................................... 2 ABSTRACT ................................................................................................................... 3 第一章 概述 ................................................................................................................. 7

1.1工程概述.......................................................................................................... 7 1.2供配电设计一般原则...................................................................................... 7 1.3供配电系统设计要则...................................................................................... 8 1.4本设计设计内容.............................................................................................. 9 第二章 负荷统计 ....................................................................................................... 10

2.1负荷分级及供电要求.................................................................................... 10

2.1.1电力负荷的分级................................................................................. 10 2.1.2各级电力负荷对电源的要求............................................................. 10 2.1.2本设计负荷分级................................................................................. 11 2.2负荷统计........................................................................................................ 11 第三章 无功补偿及变压器的选择 ........................................................................... 14

3.1无功补偿的目的............................................................................................ 14

3.1.1无功功率............................................................................................. 14 3.1.2影响功率因数的主要因素................................................................. 14 3.1.3供电部门对平均功率因数的要求..................................................... 14 3.1.4提高自然功率因数的方法................................................................. 15 3.2无功补偿方法................................................................................................ 15

3.2.1无功补偿装置的选择......................................................................... 15 3.2.2无功补偿装置的安装方法................................................................. 16 3.3无功补偿初步计算........................................................................................ 17 3.4变压器的选择................................................................................................ 18

3.4.1电力变压器的类型选择....................................................................... 18 3.4.2电力变压器的台数和容量选择........................................................... 18 3.4.3电力变压器的过负荷能力................................................................. 19 3.5本设计变压器的选择.................................................................................... 20

3.5.1配电房方案选择................................................................................... 20 3.5.2箱式变电站........................................................................................... 20 3.5.3变压器的选择....................................................................................... 21 3.6无功补偿及变压器方案的确定.................................................................... 22

3.6.1无功补偿及变压器方案选定过程....................................................... 22 3.6.2本设计无功补偿及变压器方案总结................................................... 25

第四章 供配电系统接线方案 ................................................................................... 27

4.1电力配电系统基本原则................................................................................ 27 4.2常用高压电力配电方式................................................................................ 28 4.3变配电所主接线............................................................................................ 29

4.3.1变配电所主接线的基本形式............................................................... 29 4.3.2变配电所主接线的一般要求............................................................... 30 4.4常用低压电力配电方式................................................................................ 31 4.5本设计中所采用的供配电系统方案............................................................ 32

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4.6电能计量方式................................................................................................ 32 第五章 主线路线型及主要柜体的选择 ................................................................... 33

5.1主线路线型选择............................................................................................ 33

5.1.1导体材料的选择................................................................................... 33 5.1.2普通电缆绝缘材料及护套选择........................................................... 33 5.1.3各主线路的计算电流........................................................................... 35 5.1.4个主线路线型选择............................................................................... 36 5.2主要高压开关柜的选择................................................................................ 38

5.2.1高压成套装置....................................................................................... 38 5.2.2预装式变电站高压单元常用成套装置............................................... 38 5.2.3交流高压负荷开关............................................................................... 38 5.2.4高压断路器........................................................................................... 39 5.2.5本设计负荷开关柜的选择................................................................... 39 5.3主要低压成套开关设备和控制设备柜体选择............................................ 39

5.3.1低压成套开关设备和控制设备........................................................... 39 5.3.2低压成套开关设备和控制设备的分类.................................................... 40

5.3.3低压断路器........................................................................................... 41 5.3.4开关、隔离开关及熔断器组合电器................................................... 41

第六章 短路电流及保护电器的选择 ....................................................................... 43

6.1短路电流计算概述........................................................................................ 43

6.1.1短路的类型........................................................................................... 43 6.1.2短路计算的目的................................................................................... 43 6.1.3短路计算的假定条件........................................................................... 43 6.1.4典型的短路电流波形曲线................................................................... 44 6.2主电路短路电流的计算................................................................................ 44 第七章Matlab仿真 ................................................................................................... 45

7.1 Matlab简介.................................................................................................. 45 7.2仿真对象介绍................................................................................................ 45 7.3仿真电路与结果............................................................................................ 46 第八章 防雷接地系统设计 ....................................................................................... 47

8.1接地系统选择................................................................................................ 47

8.1.1接地的基本概念................................................................................. 47 8.1.2接地的分类........................................................................................... 47 8.1.3低压系统接地种类............................................................................... 48 8.1.4本设计接地系统选择........................................................................... 49 8.2等电位联结.................................................................................................... 49

8.2.1等电位联结的作用............................................................................... 49 8.2.2等电位联结的分类............................................................................... 49 8.2.3等电位联结的安装与设计方案........................................................... 50 8.3建筑物的防雷分类........................................................................................ 51 8.4建筑物的防雷措施........................................................................................ 52 第九章 继电保护 ....................................................................................................... 55

9.1继电保护和自动装置一般要求.................................................................... 55 致 谢 ........................................................................................................................... 57

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参考文献 ..................................................................................................................... 58 附 录 ..................................................................................................................... 59

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第一章 概述

1.1工程概述

某住宅小区共有32栋楼房，其中电梯房2座，18层高，每层4户；楼房25栋，7层高，每层6户；别墅5座，三层楼高；1个面积约为1000㎡的停车场。10KV电网供电，容量为8000KVA。设总负荷的需用系数为0.48~0.56，自然功率因数为0.66~0.72。各类负荷的需用系数为0.58~0.66，自然功率因数为0.66~0.72。10KV系统在变压器端子的短路容量为100MVA。在小区中设置10/0.4（0.22）KV的变电所，安装变压器和控制开关，要求每栋楼能分别控制，小区有保安系统，照明系统，消防系统。

1.2供配电设计一般原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行供配电设计必须遵循以下原则： （1） 遵守规程、执行政策；

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。 （2） 安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 （3） 近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。 （4） 全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

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1.3供配电系统设计要则

供配电系统设计应根据工程特点、规模和发展规划正确处理近期和远期发

展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当考虑发展的可能，按照负荷的性质、用电容量、地区供电条件，合理确定设计方案。

1、根据负荷分级、用电容量和地区条件，选择供电电源、确定供电回路数。除2.款所列情况外，供电电源应从地区电网取得。 2、符合下列情况之一时用电单位宜设置自备电源。

（1）需要设置自备电源作为一级负荷中特别重要符合的应急电源时，或第二电源不能满足一级负荷要求的条件时。

（2）设置自备电源较从电力系统取得第二电源经济合理时。 （3）常年稳定余热、压差、废气可供发电，技术经济合理时。 （4）所在地区偏僻或远离电力系统，设置自备电源经济合理时。

3.应急电源与正常电源之间必须采取防止并列运行措施（机械连锁、电气连锁）。目的在保证应急电源的专用性，更重要的是防止向系统反送电。 4、在设计供配电系统时，除一级负荷中特别重要负荷外，不应考虑电源系统检修或故障的同时，另一电源又发生故障。

5、需要两回电源线路的用电单位，宜采用同级电压供电。但根据各级负荷的不同需要及地区供电条件，亦可采用不同级电压供电。

6、有一级负荷的用电单位难以从地区电力网取得两个电源而有可能从临近单位取得第二电源时，宜从该单位取得第二电源。

7、同时供电的两回及以上供配电线路中，一回路中断供电时，其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷的用电需要。

8、总变电所和配变电所宜靠近负荷中心。当配电电压为35KV时，且用电负荷均为低压又较集中，亦可将35KV直降到220/380V配电电压。

9、为提高供电可靠性和符合节约用电、检修用电的需要，在用电单位内部临近的变电所之间宜设置低压联络线。

10、小负荷的一般用电单位宜纳入地区低压电网。

11、对冲击性负荷（电弧炉、弧焊机、电焊机组等）的供电需要降低冲击性负荷引起的电网电压波动和电压闪变（不包括电动机启动时允许的电压下降）时，宜采取下列措施： （1）采用专线供电。

（2）与对电压不敏感的其他负荷共用配电线路，以加大导体截面、降低线路阻抗。

（3）较大功率的冲击性负荷或冲击性负荷群与对电压波动、闪变敏感的负荷

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分别由不同的电压器供电。

（4）选择高一级电压或由专用电压器供电，将冲击负荷接入短路容量较大电网中。

12、控制各类非线性用电设备（整流器等）所产生的谐波引起的电网电压正弦波形畸变率，宜采取下列措施：

（1）各类大功率非线性用电设备变压器由短路容量较大的电网供电。 （2）对大功率静止整流器，应采取提高整流变压器二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲数的措施。多台相数相同的整流装置，应使整流变压器的二次侧有适当的向角差。

（3）按谐波次数装设分流滤波器。

（4）选用D,yn11接线组别的三项配电变压器。

1.4本设计设计内容

（1）系统概况说明；

（2）负荷统计； （3）功率因数补偿； （4）选择变压器；

（5）确定供配电系统接线方案； （6）选择主要配电线路线型；

（7）选择开关、电流互感器等主要供电设备； （8）计算低压母线和其他各点的短路电流； （9）整定低压总开关和其他开关的保护装置； （10）继电保护回路；

（11）完成供电系统图及继电保护回路图。

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第二章 负荷统计

2.1负荷分级及供电要求

2.1.1电力负荷的分级

电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度，电力负荷分为三级：

一级负荷：

1、中断供电将造成人身伤亡的负荷。

2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失的负荷。例如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、有害物质溢出严重污染环境、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

3、中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。例如重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。例如在工业生产中正常电源中断时处理安全生产所必须的应急照明、通信系统、保证安全停产的自动控制装置等；民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场（馆）的计分系统及监控系统等。

二级负荷：

1、中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

2、中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。

三级负荷：

不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

2.1.2各级电力负荷对电源的要求

一级负荷对供电电源的要求

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同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。

2、并联电容器：

并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发送无功功率。

并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。

3、静止无功补偿器：

静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿，对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

4、静止无功发生器：

静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。

与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。 3.2.2无功补偿装置的安装方法

无功补偿装置的安装一般采用的方法有三种： 1.低压个别补偿:

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

2.低压集中补偿：

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低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3.高压集中补偿：

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

3.3无功补偿初步计算

根据第二章总结得出：

补偿前负荷总和为7468.68kW，有功功率为3688.1kW,无功功率为2692.93kvar，视在计算负荷为4616.91kVA。 根据计算公式：cosф=Pc/Sc 得出总功率因数大概为0.799

根据计算公式：Qn.c=Pc(tanф-tanф`) 可以得出初步计算无功补偿容量大概为1206.01kvar

补偿后的目标功率因数一般取0.92，以使变压器高压侧的功率因数达到0.9。

初步计算如下表所示

有功计算负荷排Pc/kW

无功补偿前 无功补偿后

3688.1 3688.1

无功计算负荷Qc/kvar 2692.93 1486.92

视在计算负荷Sc/kVA 4758.16 3976.56

功 率 因 数 cosф 0.799 0.927

综上可总结出无功补偿后视在计算负荷为3976.56kVA，推算出无功补偿后的功率因数为0.927，满足补偿后目标功率因数0.92。

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3.4变压器的选择

3.4.1电力变压器的类型选择

电力变压器类型选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及

冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。 变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。 变压器按调压方式分，有无载调压（又称无励磁调压）和有载调压两种。10KV配电变压器一般采用无载调压方式；35KV总降压变电所的主变压器在电压偏差不能满足要求时应采用有载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。油浸式变压器冷却方式有自冷式、风冷式、水冷式和强迫油循环冷却式等。干式变压器冷却方式有自冷式和风冷式两种，采用风冷可提高干式变压器的过载能力。多层或高层建筑内变电所，考虑到防火要求，应采用干式变压器。当干式变压器与高低压配电装置设在同一房间内时，还应具有不低于IP2X的防护外壳。 10KV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单项不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。对于多雷地区及土壤电阻率较高的山区，考虑到防雷要求的提高，宜选用联结组别为Yzn11的防雷变压器。

3.4.2电力变压器的台数和容量选择

35KV主变压器台数和容量选择

1、变压器的台数和容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量、运行方式和企业发展等因数综合考虑确定。

一般采用三相变压器，其容量可按投入运行后5~10年的预期负荷选择，至少留有15%~25%的裕量。

2、有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器。当在技术经济上比较理想时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

3、装有两台及以上主变压器的变电所中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户的一、二级负荷，且不应小于60%的全部负荷。

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4、具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上时，主变压器宜采用三绕组变压器。

5、变压器过载能力应满足运行要求。 6、变电所两台或多台主变压器应经济运行。

10（6）KV配电变压器台数和容量的选择

1、变压器台数应根据负荷特点和经济运行选择，当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：

（1）有大量一级或二级负荷； （2）季节性负荷变化较大； （3）集中负荷较大。

2、装有两台及以上变压器的变电所，当其中任何一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电，并宜满足工厂主要生产用电。

3、变压器容量应根据计算负荷选择。对昼夜或季节性波动较大的负荷，供电变压器经技术经济比较，可采用容量不一致的变压器。

4、在一般情况下，动力和照明宜共用变压器，属下列情况之一时，可设专用变压器；

（1）照明负荷较大，或动力和照明共用变压器由于负荷变化引起的电压闪变或电压升高，严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。

（2）单台单相负荷很大时，可设单相变压器。

（3）冲击性负荷（试验设备、电焊机群及大型电焊设备等）较大，严重影响电能质量时，可设专用变压器。

（4）在IT系统的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。

（5）当季节性的负荷容量较大时（如大型民用建筑中的空调冷冻机等负荷），可设专用变压器。

（6）在民用建筑中出于某些特殊设备的功能需要（如容量较大的X射线机等），宜设专用变压器。 3.4.3电力变压器的过负荷能力

1、正常过负荷

电力变压器在运行中，其负荷总是变化的，不均匀的。就一昼夜来说，大部分时间的负荷都低于最大负荷，而变压器容量又是按最大负荷选择的，因此，从维持变压器使用年限不变条件来考虑，变压器在必要时完全可以过负荷运行。 2、事故过负荷

电力变压器在事故情况下（例如并列运行的两台变压器因故障切除一台时），

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允许短时间较大幅度地过负荷运行，而不论故障前负荷情况如何，但运行时间不得超过规定的时间。

3.5变压器的选择

3.5.1配电房方案选择

本设计中无功补偿后的视在计算负荷为3976.56kVA，考虑到节能和留有余

量，变压器的负载率一般取70%~85%，本设计中拟取负载率80%，则变压器的总容量大概应为4970.7kVA。 可有两个方案：

1、 在小区负荷中心的空地或建筑中建立专门的配电房，将所有变压器统一放置在配电房中，集中变配电。

2、在小区中设置多个箱式变电站，分区供配电。

由于本设计中的小区负荷面积比较大，采用小区配电房进行统一变配电将会造成较大的线路损耗，且这样会增加比较高昂的线材预算，而且在空地上建立专门的配电房还需国土部门审核才能建立；在已规划建筑内建立配电房，固定的空间使变压设备之间符合安全电气间隔比较难。

所以本设计拟采取使用五个内含变压器容量为1000kVA的箱式变电站或八台内含变压器容量为630kVA的箱式变电站。 3.5.2箱式变电站

箱式变电站是一种将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备，即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站。

另箱式变电站（简称箱变）是一种把高压开关设备配电变压器，低压开关设备，电能计量设备和无功补偿装置等按一定的接线方案组合在一个或几个箱体内的紧凑型成套配电装置。它适用于额定电压10/0.4kV三相交流系统中，作为线路和分配电能之用。适用于工厂、矿山、油田、港口、机场、城市公共建筑、居民小区、高速公路、地下设施等场所。 根据产品结构不同及采用元器件的不同，分为欧式箱变和美式箱变两种典型风格。

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6、向高压并联电容器组或频繁操作的高压用电设备供电的出线断路器兼作操作开关时，应采用具有高分断能力和频繁操作性能的断路器。

7、10（6）kV母线的分段处，宜装设断路器，但符合下列情况时，可装设隔离开关或隔离触头组：

1）事故时手动切换电源能满足要求。 2）不需要带负荷操作。 3）继电保护或自动装置无要求。 4）出线回路少。

8、10（6）kV两配电所之间的联络线宜在供电可能性大的一侧配电所装设断路器，另一侧装隔离开关或负荷开关，如两侧供电可能性相同，宜在两侧均装设断路器。

9、变电所、配电所每段高压母线上及架空线路末端必须装设避雷器。接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关。架空进出线上的避雷器回路中，可不装设隔离开关。

10、每段高压母线上应装设一组电压互感器。电压互感器应采用专用熔断器保护。

11、由地区电网供电的变配电所电源进线处，宜装设供计费用的专用电压及电流互感器或专用电能计量柜。

12、所用变压器宜采用高压熔断器保护。

4.4常用低压电力配电方式

放射式：

配电线故障互不影响，供电可靠性较高，配电设备集中，检修比较方便，但系统灵活性较差，有色金属消耗较多，一般在下列情况下采用：

1 容量大、负荷集中或重要的用电设备。

2需要集中连锁启动、停车的设备。

3有腐蚀性介质或爆炸危险等环境，不宜将用电及保护起动设备放在现场者。树干式：

配电设备及有色金属消耗较少，系统灵活性好，但干线故障时影响范围大。一般用于用电设备的布置比较均匀、容量不大，有无特殊要求的场合。

变压器干线式：

除了具有树干式系统的优点外，接线更简单，能大量减少低压配电设备。为了提高母干线的供电可靠性，应适当减少接出的分支回路数，一般不超过10个。

频繁起动、容量较大的冲击负荷，以及对电压质量要求严格的用电设备，不

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宜用此方式供电。

备用柴油发电机组：

10kV专用架空线路为主电源，快速自起动型柴油发电机组做备用电源。 用于附近只能提供一个电源，若得到第二个电源需要大量投资时，经技术经济比较，可采用此方式供电。宜注意：

1与外网电源间应设机械与电气连锁，不得并网运行。 2避免与外网电源的计费混淆。

3在接线上要具有一定灵活性，以满足在正常停电（或限电）情况下能供给部分重要负荷用电。

链式：

特点与树干式相似，适用于距配电屏较远而彼此相距又较近的不重要小容量用电设备。

链接的设备一般不超过5台、总容量不超过10kW。供电给容量较小用电设备的插座，采用链式配电时，每一条环链回路的数量可适当增加。

4.5本设计中所采用的供配电系统方案

本设计根据负荷等级、检修难易、安全方面、经济方面等因素计划采用双电

源单母线分段式供电，低压部分采用线路--变压器组单元接线，住户内插座采用链式接线。这样的接线方案既满足了安全的要求、负荷的需求又在一定程度上节省了投资。

具体方案见本设计配电系统图。

4.6电能计量方式

本设计住宅用电计费，采用一户一表制的分户计量方式。公共用电按电能分

配的形式分配至各户的计量表上，为便于查表每户的电能计量采用将户电表统一集中在首层电表箱内，表箱安装便于查表易于操作的地方。每户户内可以安装终端配电箱。为防止电气线路发生故障时零线可能带电，一般情况下每户电表后的入户线的保护电器，应安装单向双极断路器，进入户内的单相交流电源线的相线和零线从断路器的下端分至户内配电箱。从集中电表箱至各户采用放射式配电，为以后实现采用自动检查、计量、收费方式创造条件。在线路敷设方面，应重视管线的一次到位问题，特别是暗敷线路，应考虑发展的需要，留有余量，线径适 当选大些。各户电能表选用DD862-4-10型，最大电流为40A，楼梯用电选用DD862-4-5型，最大电流为20A，均符合本设计要求。

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第五章 主线路线型及主要柜体的选择

5.1主线路线型选择

5.1.1导体材料的选择

用作电线电缆的导电材料，通常有铜和铝两种。铜材的导电率较高，20℃时

的电阻率ρ为1.72*10-6Ω.cm，铝线芯20℃时的电阻率为铜的1.68倍；载流量相同时，铝线芯截面约为铜的1.5倍。采用铜线芯损耗比较低，铜材的机械性能优于铝材，延展性好，便于加工和安装。抗疲劳强度约为铝材的1.7倍。但铝材比重小，在电阻值相同时，铝线芯的质量仅为铜的一半。

1、导体材料应根据负荷性质、环境条件、市场货源等实际情况选择铜芯或

铝芯。

2、下列场合不应采用铝芯线缆：

(1)需要确保长期运行中连接可靠的回路，如重要电源、重要的操作回路及二次回路、电机的励磁回路等；

(2)移动设备的线路及震动场所的线路； (3)对铝有腐蚀的环境；

(4)高温环境、潮湿环境、爆炸及火灾危险环境； (5)应急系统及消防设施的线路；

(6)工业及市政工程、户外工程的布电线（分支配电线）。 3、下列场合不宜采用铝芯线缆：

(1)非熟练人员容易接触的线路，如公共建筑与居住建筑； (2)线芯截面6mm2及以下的电缆。 4、下列场合应采用铝导体：

(1)对铜有腐蚀而对铝腐蚀相对较轻的环境； (2)氨压缩机房。

5、下列场合宜采用铝导体： (1)架空输电线路； (2)较大截面的中频线路。 5.1.2普通电缆绝缘材料及护套选择

1、聚氯乙烯（PVC）绝缘电线、电缆。线芯长期准许工作温度70℃，短路热

稳定允许温度300 mm2及以下截面为160℃，300 mm2以上为140℃。

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1）聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆有1KV及6KV两级，与油浸纸绝缘电缆相比主要优点是制造工艺简便，没有敷设高差限制，重量轻，弯曲性能好，接头制作简便；耐油、耐酸碱腐蚀，不延燃；具有内铠装结构，使钢带或钢丝免受腐蚀；价格便宜。因此已经在很大范围内代替了油浸纸绝缘电缆、滴干绝缘和不滴流浸渍纸绝缘电缆。尤其适宜在线路高差较大或敷设在桥架、槽盒内以及含有酸、碱等化学性腐蚀土质中直埋。但其绝缘电阻较油浸纸绝缘电缆低，介质损耗较高，因此6KV较重要回路电缆，不宜用聚氯乙烯绝缘型。

2）聚氯乙烯的缺点是对气候适应性能差，低温时变硬发脆。普通型聚氯乙烯绝缘电缆的适用温度范围为+60℃~-15℃之间，不适宜在-15℃以下的环境中使用。它敷设时的温度更不能低于-5℃，当低于0℃时，宜先对电线、电缆加热。低于-15℃的严寒地区应选用耐寒聚氯乙烯电缆。高温或日光照射下，增塑剂易挥发而导致绝缘加速老化，因此，在未具备有效隔热措施的高温环境或日光经常强烈照射的场合，宜选用相应的特种电线、电缆，如耐热聚氯乙烯线缆。耐热聚氯乙烯的绝缘材料中添加了耐热增塑剂，线芯长期允许工作温度达90℃及105℃等，适应在环境温度50℃以上环境使用，但需求电线接头处或铰接处锡焊处理，防止接头处氧化。电线实际允许工作温度还取决于电线与电器接头处的允许温度。

3）随着经济发展和技术进步，聚氯乙烯绝缘电线还有许多新品种。如引进美国技术生产的BVN、BVN-90型及BVNVB型聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线等。这种电线表面耐磨而且比普通BV型导线外径小质量轻，特别适合穿管敷设。但在35 mm2 以上截面时价格比BV型导线贵得多而且比较硬，因此使用很少。 4）普通聚氯乙烯虽然有一定的阻燃性能，但在燃烧时散放有毒烟气，故对于需满足在一旦着火燃烧时的低烟、低毒要求场合，如地下客运设施，地下商业区、高层建筑和特殊重要公共设施等人流密集场所，或者重要性高的厂房，不宜采用聚氯乙烯绝缘或护套类电线、电缆，而应采用低烟、低卤或无卤的阻燃电线电缆。

聚氯乙烯电缆不适合用在含有苯及苯胺类、酮类、吡啶、甲醇、乙醇、乙醛等化学剂的土质中；在含有三氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、醋酸酐、冰醋酸的环境不宜采用。

2、交联聚乙烯绝缘（XLPE）电线、电缆。线芯长期允许工作温度为90℃，短路热稳定允许温度为250℃.

6~35KV交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电力电缆，介质损耗低，性能优良，结构简单，制造方便，外径小，质量轻，载流量大，敷设方便，不受高差限制，耐腐蚀，做终端和中间接头较简便而被广泛采用。由于交联聚乙烯材料轻，故1KV级的电缆价格与聚氯乙烯绝缘电缆相差有限，故低压交联聚乙烯电缆有较好的市

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场前景。

普通的交联聚乙烯材料不含卤素，不具备阻燃性能，但燃烧时不会产生大量毒气及毒雾，用它制造的电线、电缆称为“清洁电线、电缆”。若要兼备阻燃性能，须在绝缘材料中添加阻燃剂，但这样会使机械及电气性能下降。采用辐照工艺可提高机械及电气性能，又可使绝缘耐温提高至125℃~135℃。

线芯温度：90℃~135℃的导线的正确选择至关重要。通常在人可触及处，电缆或管线的表面温度不允许超过70℃，而线芯与绝缘表面的温差仅约5℃~10℃。因此90℃~135℃的导线主要适用于高温环境或人不能触及的部位。

在有“清洁”要求的工业与民用建筑内，选用交联聚乙烯类电线时，一般可按有关载流量表选择后放大一级截面，只有在人不可触及的部位方可按载流量表选用。交联聚乙烯材料对紫外线照射较敏感，通常采用聚氯乙烯作外护套材料。在露天环境下长期强烈阳光照射下的电缆应采用覆盖遮荫措施。

交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆还可敷设于水下，但应具有高密度聚乙烯护套及防水层的构造。

3、橡皮绝缘电力电缆。线芯长期允许工作温度60℃，短路热稳定允许温度

200℃。

1）橡皮绝缘电缆弯曲性能较好，能够在严寒气候下敷设，特别适用于水平高差大和垂直敷设的场合。它不仅适用于固定敷设线路，也可用于定期移动的固定敷设线路。移动式电气设备的供电回路应采用橡皮绝缘橡皮护套软电缆（简称橡套软电缆）；有屏蔽要求的回路，如煤矿采掘工作面供电电缆应具有分相屏蔽。普通橡胶遇到油类及其化合物时，很快就被损坏，因此在可能经常被油浸泡的场所，宜使用耐油型的橡胶护套电缆。普通橡胶耐热性能差，允许运行温度较低，故对于高温环境又有柔软性要求的回路，宜选用乙丙橡胶绝缘电缆。

2）乙丙橡胶（EPR）的全称是交联乙烯-丙烯橡胶，具有耐氧、耐臭氧的稳定性和局部放电的稳定性，也具有优异的耐寒特性，即使在-50℃时，仍保持良好的柔韧性。此外，他还有优良的抗风化和光照的稳定性。特别是它不含卤素，又有阻燃特性，采用氯磺化聚乙烯护套的乙丙橡胶绝缘电缆，适用于要求阻燃的场所。乙丙橡胶绝缘电缆在我国尚未广泛应用，但在国外特别是欧洲早已大量应用。它有较优异的电气、机械特性即使在潮湿环境下也具有良好的耐高温性能。线芯长期允许工作温度可达90℃，短路热稳定允许温度250℃。 5.1.3各主线路的计算电流

根据计算公式：Ic=Sc/（1.732*Un）得出：

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用电单位设备名称

多层住宅一个单元的住户供电线路

多层住宅一个单元的楼道照明主线路

多层住宅排污泵

一栋多层住宅的主供电线路 高层住宅1F~4F 高层住宅5F~8F 高层住宅9F~12F 高层住宅13F~16F 高层住宅17F~18F

高层住宅的楼道照明主线路 高层住宅生活水泵 高层住宅排污泵 客运电梯 消防电梯

一栋高层住宅的主供电线路 一栋别墅的主供电线路 停车场主供电线路 公共电力负荷 1#箱变的进线 2#箱变的进线 3#箱变的进线 4#箱变的进线 5#箱变的进线 6#箱变的进线

5.1.4个主线路线型选择

视在计算负荷Sc/KVA 计算电流Ic/A

52.5 0.084 5.25 163.002 60 60 60 60 30 7.2 12.125 5.25 7.48 7.48 309.535 8 10 15 703.76 703.76 703.76 703.76 703.76 547.62

75.78 0.12 7.58 235.28 86.61 86.61 86.61 86.61 43.30 10.39 17.50 7.58 10.80 10.80 446.79 11.55 14.43 21.65 40.63 40.63 40.63 40.63 40.63 31.62

根据本设计中的环境条件、负载情况等因素对比线型选择的要求，确定本设计主线路分别使用1KV级聚氯乙烯铜芯电力电缆VV型和交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆YJV型两种电力电缆。

（按直接埋地敷设，环境温度30℃查载流量表选择,并考虑一定裕度）

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用电单位设备名称

多层住宅一个单元的住户供电线路

多层住宅一个单元的楼道照明主线路

多层住宅排污泵

一栋多层住宅的主供电线路 高层住宅1F~4F 高层住宅5F~8F 高层住宅9F~12F 高层住宅13F~16F 高层住宅17F~18F

高层住宅的楼道照明主线路 高层住宅生活水泵 高层住宅排污泵 客运电梯 消防电梯

一栋高层住宅的1回线路（1F~12F）

一栋高层住宅的2回线路（其余） 一栋别墅的主供电线路 停车场主供电线路 公共电力负荷

停车场+公共电力+别墅区出线 1#箱变的进线 2#箱变的进线 3#箱变的进线 4#箱变的进线 5#箱变的进线 6#箱变的进线

计算电流线型选择 Ic/A

75.78 0.12 7.58 235.28 86.61 86.61 86.61 86.61 43.30 10.39 17.50 7.58 10.80 10.80 259.83 186.96 11.55 14.43 21.65 93.83 40.63 40.63 40.63 40.63 40.63 31.62

VV-3*25+2*16 BV-3*1.5+2*1.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*120+1*70 VV-3*25+2*16 VV-3*25+2*16 VV-3*25+2*16 VV-3*25+2*16 VV-3*10+2*6 BV-3*1.5+2*1.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*150+1*70 VV-3*95+1*50 VV-3*4+2*2.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*4+2*2.5 VV-3*35+1*16 YJV-3*50 YJV-3*50 YJV-3*50 YJV-3*50 YJV-3*50 YJV-3*50

允许载流量/A

103 17 35 249 103 103 103 103 61 17 35 35 35 35 287 221 35 35 35 127 182 182 182 182 182 182

(YJV线材8.7/10KV的三芯电缆截面选择范围为50 mm2-400 mm2）

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5.2主要高压开关柜的选择

5.2.1高压成套装置

高压成套装置是以开关为主体，将其他各种电器元件按一定主接线要求组装

为一体而构成的成套电气设备，可用于发电、输电、配电和电能转换等系统中。成套配电装置除一次电器元件外，还包括控制、测量、保护和调试等方面的装置和电气连接、辅件、外壳等有机地组合在一起；而组合电器仅限于两种或两种以上一次电器元件的组合，有些组合电器还是成套配电装置的一个组成部分。 5.2.2预装式变电站高压单元常用成套装置

环网柜

我国电网建设与改造在10KV系统中，多推行环网供电。所谓环网供电一般采用三个间隔，即两个进出线间隔即负荷开关柜和一个变压器间隔即负荷开关+熔断组合电器柜。统称环网柜。

环网负荷开关柜与金属封闭式开关柜比较，具有体积小结构相对简单，运行维护工作量少，成本较低等优点，适用于10KV环网供电、双电源供电和终端供电系统，亦可用于箱式变电站。由于环网负荷开关柜的保护功能简单，不适用于对保护和自动化要求较高的场所使用。

环网负荷开关柜中多采用限流熔断器保护变压器（环网负荷开关柜中的熔断器一般选择带有撞击器的熔断器），当变压器发生短路时，限流熔断器可在10ms内切除故障，其切断时间远远小于断路器的全开断时间，比用断路器保护油浸变压器更为有效，这也是环网负荷开关柜的一个突出的优点。随着我国电网建设和改造，环网供电单元的发展，环网柜日趋取代了以往装油断路器的固定式高压开关柜。

环网开关柜按其装负荷开关不同分空气环网柜（内装空气负荷开关或真空负荷开关）和SF6绝缘环网柜（内装SF6负荷开关）。

注：SF6六氟化硫是一种无毒惰性气体，因其绝缘和灭弧特性好，所以用来作为

高压开关的绝缘介质，可使开关柜的体积缩小，性能更佳。 5.2.3交流高压负荷开关

负荷开关是一种能开断负荷容量的开关电器，它结构简单，具有投资少、成

本低、安装维护方便等优点，在城乡电网中获得广泛应用，特别是需要环网供电的成套设备和预装式变电站中应用较多。

负荷开关的种类很多，结构形式各样。按其介质或灭弧方式分，有产气式、

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压气式、真空六氟化硫及油浸负荷开关；按操作方式可分为三相同时操作和逐项操作；按操作机构可分为电动操作和弹簧储能两大类。

由于负荷开关只要求通断一定的负荷电流，所以不能用它来开断短路电流。这时电路中的短路电流只能借助与它串联的高压熔断器来保护。因此负荷开关往往和高压熔断器组合成一整体，用负荷开关切断负荷电流，用高压熔断器切断短路电流及过载电流，这种组合的电器称之为“负荷开关+熔断器组合电器”。在功率不大或不甚重要的场所可用“负荷开关+熔断器组合电器”来代替价格昂贵的油断路器，这样既可使配电装置的成本降低，又能使操作和维护简单。 5.2.4高压断路器

目前使用的高压断路器主要有真空断路器和六氟化硫断路器等。

由于真空断路器具有体积小、可靠性高、可连续多次操作、开断性能好、灭弧迅速、灭弧室不需检修、运行维护简单、无爆炸危险及噪声低等技术性能，今年来在35kV及以下变电所中被广泛使用。

六氟化硫断路器具有体积小、可靠性高、开断性能好、燃弧时间短、不重燃、可开断异相接地故障、可满足失步开断要求等特点，多使用在35kV系统中。 由于真空断路器在各种不同类型电路中的操作，都会使电路产生过电压。不同性质的电路的不同工作状态，产生的操作过电压的原理不同，其波形和幅值也不同。为了限制操作过电压，真空断路器应根据电路性质和工作状态配置专用的R-C吸收装置或金属氧化物避雷器。 5.2.5本设计负荷开关柜的选择

考虑到本设计中的负荷条件和经济因素等选择条件，决定采用HXGN-10系列

空气绝缘环网柜。国产HXGN-10系列空气绝缘环网柜为国家经贸委推荐产品。 环网柜中配置高压断路器等设备。（具体型号参见设计图）

5.3主要低压成套开关设备和控制设备柜体选择

5.3.1低压成套开关设备和控制设备

低压成套开关设备和控制设备是在低压供电系统内负责完成电能的分配和

转换的各种设备的总称。它是将低压电器、控制电器、保护电器、计量仪表、一、二次接线器件及有关辅件按一定的电气系统组合成屏、箱、柜等设备，用以完成对指定的低压电气系统内全部负载的电能分配、控制、保护、测量、监视等作用。 随着工业生产规模的不断扩大，工业或民用低压配电系统的容量也越来越

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大，相应的性能也不断提出了新的要求。低压开关设备和控制设备的设计和制造技术涉及到供电系统的发展和要求，低压电器元件的正确选用，各级保护的协调，人身安全防护以及考虑在不同的环境条件下，事故情况下的可靠供电。涉及到国民经济的各个部门，是量大面广的基础工业产品，是发展能源建设的一个主要产品，也是预装式变电站的基本配套设备。 5.3.2低压成套开关设备和控制设备的分类

1、按功能分类

（1）负荷中心——一级配电设备。集中设于变电站，将电能分配于安装在不同地点的下一级配电设备（个别重要负荷亦可直接由一级配电设备供电）。该中心紧邻降压变压器，电气参数要求高，输出电路容量大，不得频繁操作，外壳防护等级高；

（2）马达控制中心——向负荷提供电能。由于马达控制中心是直接控制负载，故一般使用于工厂现场或车间，担负着对负载提供全面保护、监控； （3）低压计量柜；

（4）补偿柜——无功补偿装置； （4）直流柜（屏）； （6）其他成套控制装置。 2、按原件装配方式分类

（1）抽出式低压成套开关柜——亦称抽屉柜； （2）固定式低压开关柜——亦称固定面板式开关柜； （3）固定分隔式开关柜——亦称固定间隔式柜；

（4）混合式开关柜——抽屉柜固定分隔柜组合式开关柜；

（5）“三箱”类产品——即照明配电箱、动力配电箱、开关柜、插座箱、计量箱。

3、按柜架制作方式分类 （1）固定焊接式开关柜； （2）组装焊接式开关柜； （3）全拼装式开关柜。 4、按使用环境分类 （1）一般用开关柜； （2）化工防腐型开关柜； （3）高原型开关柜； （4）防核辐射型开关柜。 5、按产品加工难易程度分类

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