一個(gè)住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄摘要 摘要工業(yè)革命以來，電力得到了廣泛的開發(fā)，并逐漸滲透到各個(gè)行業(yè)，現(xiàn)代信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)在智能電氣化的技術(shù)基礎(chǔ)上得到了很好的確立。伴隨科學(xué)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷突破，我國人民的生活質(zhì)量得到了改善，所涉及的家用電器的數(shù)量增加了，家庭用電也大大增加了。因此,居民對于生活中所居住的小區(qū)內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的供電和可靠性提出了更高的要求,這就需要一種合理的住宅小區(qū)內(nèi)部配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和接線方法簡單、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠且經(jīng)濟(jì)合理顯得日趨重要。本研究課題是對于一個(gè)住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),是一個(gè)典型的案例,設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要應(yīng)該包含以下幾個(gè)重點(diǎn)方面的內(nèi)容,住宅小區(qū)的變壓器負(fù)荷計(jì)算,功率因數(shù)補(bǔ)償,小區(qū)變配電所內(nèi)主變壓器容量的大小如何選擇,短路容量的計(jì)算,供電系統(tǒng)設(shè)計(jì),防雷,接地等內(nèi)容。其中的每個(gè)組成部分內(nèi)容都是十分重要,需求滿足安全可靠、操作方便、經(jīng)濟(jì)合理、便于開發(fā)這四個(gè)基本要求,每個(gè)組成部分的設(shè)計(jì)都會(huì)直接影響到一個(gè)住宅樓房的整體效果與安全系統(tǒng)性能。關(guān)鍵詞：大型小區(qū)；供配電系統(tǒng)；負(fù)荷計(jì)算；設(shè)備選型；防雷接地第1章緒論1.1研究的背景、目的和意義隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展越來越快,越來越發(fā)達(dá),電能已經(jīng)與我們的日常生活、學(xué)習(xí)、工作密切相關(guān),人們對于電能的需求程度也得到了很大提高，人們對電能也越來越依賴。由于過去的社會(huì)發(fā)展緩慢，家用電器沒有現(xiàn)在這么廣泛,居民的用電極限很小,一戶人家可能只有一盞燈，甚至連燈都沒有。現(xiàn)如今,隨著社會(huì)的發(fā)展,居民家庭使用電器產(chǎn)品的數(shù)量也在增加,居民的家庭用電量也在增加,微波爐、洗衣機(jī)、電視機(jī)、冰箱等各類家電設(shè)備也已經(jīng)成為我們生活中常見的家電。停電會(huì)對我們的生活造成很多不便，電能的影響力和對社會(huì)的幫助可以說超過了任何媒介。同時(shí),我國總體的工業(yè)和用電結(jié)構(gòu)正在逐步的發(fā)生變化,居民和企業(yè)中的用電數(shù)量逐步增加,非工業(yè)和企業(yè)中用電的比重也逐步上漲。電能的正常使用和運(yùn)行將會(huì)直接地影響到人們的一切,對于人們?nèi)粘Ｉ疃季哂袠O為重要的影響。而且住宅小區(qū)內(nèi)的各個(gè)供配電系統(tǒng)能夠安全地正常運(yùn)行,是保證小區(qū)內(nèi)居民的日常生活秩序的根本,可以說沒有電能，就沒有現(xiàn)在的生活。但是必須由專門的技術(shù)人員合理的去分配電能到各個(gè)地方,才能更好地去使用電能來造福社會(huì)。當(dāng)前,電力的合理分配并不容易,所以在考慮到一種最恰當(dāng)?shù)墓┡潆娤到y(tǒng)形態(tài)并非很簡單。如果系統(tǒng)選取得不合理,很有可能就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的損失,有時(shí)甚至?xí)斐扇松戆踩膿p害。因此必須安全的運(yùn)行電力系統(tǒng),此外在節(jié)能方面也被認(rèn)為是今后我們探索和研究的一個(gè)主要方向。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀通常來說,小區(qū)的供配電系統(tǒng)就是給各個(gè)小區(qū)用戶合理的分配從國家電網(wǎng)上傳送到的電能。而所謂的供配電技術(shù),就是考慮如何將各個(gè)用戶所得到的電能合理分配的技術(shù)。電力是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)以及現(xiàn)代生活所不可或缺的能源。很難想象，如果當(dāng)初并沒有發(fā)現(xiàn)電,就注定沒有今天的生活和現(xiàn)代化的社會(huì)。自第二次工業(yè)革命以來電力早已滲透進(jìn)社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，因此,用電設(shè)備電力供給若突然出現(xiàn)停止,則將可能會(huì)對社會(huì)造成一定的影響。因此作好供配電的維護(hù)工作,對于我們確保正常的日常工作、學(xué)習(xí)、生活將來都具備十分重要的價(jià)值。供配電工作需要很好地服務(wù)于用電單位和全體人員，并且一定要做到以下基本條件:(1)安全,在對所有電力設(shè)備進(jìn)行安全供應(yīng)、分配和正常運(yùn)輸過程使用中,不能出現(xiàn)任何人身安全事故和電力裝置上的安全事故。(2)可靠,應(yīng)能夠滿足各種電力使用者對其供電的可靠性與連續(xù)度的要求。(3)優(yōu)質(zhì),應(yīng)能夠滿足廣大電力使用者對于電壓、頻率等質(zhì)量的需求。(4)經(jīng)濟(jì),應(yīng)該盡量使得整套供配電系統(tǒng)的設(shè)備投資相對較少,運(yùn)行中的成本相對較低,并且它還要盡可能的節(jié)省電能及減少對一些有色金屬的消耗。供配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：(1)供配電系統(tǒng)的規(guī)模越來越大(2)功率密度也越來越高(3)供配電系統(tǒng)可靠性要求越來越高(4)供配電系統(tǒng)的綠色節(jié)能(5)配電自動(dòng)化隨著現(xiàn)代信息科技的發(fā)展與進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,對于居民小區(qū)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行及其維護(hù)等安全性能的技術(shù)提出了更高的要求,并受到了政府及其相關(guān)部門的越來越多地重視。1.3研究內(nèi)容工程基本概況：建筑地下2層，地上28層，建筑高度為90米，為一類高層居住建筑。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土樓板。總建筑面積約14026.08平方米。地下2層至地下1層為戊類儲(chǔ)藏間和設(shè)備用房。地上一層至頂層為住宅，屋面層局部為設(shè)備用房。設(shè)計(jì)原則：智能小區(qū)每戶用電標(biāo)準(zhǔn)值(kW)一類二類三類普通住宅468中檔住宅679高檔住宅8810建筑面積在75以下的住宅為普通住宅，建筑面積120以上的豪華住宅為高檔住宅，介于75與120之間的為中檔住宅。而對于高層住宅，由于公用電荷如電梯、公用照明、應(yīng)急照明等智能化的管理，每戶應(yīng)增加0.6kW作為用電負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算，地上建筑面積約為13091.008平方米，每層面積約為467.536平方米。由于普通住宅相當(dāng)于建筑面積75平方米以下的住宅，故每層設(shè)6戶普通住宅。共計(jì)168戶普通住宅。第2章負(fù)荷計(jì)算與功率因數(shù)補(bǔ)償2.1負(fù)荷計(jì)算2.1.1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)根據(jù)JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用電負(fù)荷應(yīng)根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度，分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷及三級負(fù)荷。主要用電負(fù)荷的分級：圖1主要用電負(fù)荷的分級根據(jù)工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊對供配電系統(tǒng)負(fù)荷分級的要求[11][14]。負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表如表1所列。表1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表序號設(shè)備負(fù)荷等級電壓電動(dòng)機(jī)類型單機(jī)容量安裝/工作臺數(shù)工作設(shè)備總?cè)萘啃栌孟禂?shù)功率因數(shù)1風(fēng)機(jī)11380Y91/190.80.82風(fēng)機(jī)21380Y5.51/15.50.80.83風(fēng)機(jī)32380Y32/130.80.84低層生活水泵2380X5.51/15.50.80.85中層生活水泵1380X5.51/15.50.80.86高層生活水泵1380X5.51/15.50.80.87排污水泵1380X5.52/2110.80.88消防水泵1380X5.52/2110.80.89客用電梯1380Y132/2260.220.610消防電梯1380Y132/2260.220.611泛光照明2220100.80.712事故應(yīng)急照明122080.80.713走道照明122060.80.714網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)房322050.90.8515消防安保機(jī)房222080.90.8516用戶分布負(fù)荷3220168772.80.40.852.1.2負(fù)荷計(jì)算本論文主要使用需用系數(shù)法對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。采用需用系數(shù)法首先按照設(shè)備容量對所有用電負(fù)荷進(jìn)行分組。共分為6個(gè)用電負(fù)荷組，分別是風(fēng)機(jī)組、水泵組、電梯組、照明組、機(jī)房組、用戶分布負(fù)荷。各用電負(fù)荷的計(jì)算功率為：計(jì)算有功功率（2.1）計(jì)算無功功率（2.2）各用電負(fù)荷組的計(jì)算功率為：計(jì)算有功功率（2.3）計(jì)算無功功率（2.4）計(jì)算視在功率（2.5）各組計(jì)算如下：風(fēng)機(jī)組水泵組電梯組照明組機(jī)房組用戶分布負(fù)荷總計(jì)算視在功率總計(jì)算電流（2.6）功率因數(shù)（2.7）其中為需用系數(shù)。,即；對于短時(shí)工作的設(shè)備，如電梯、消防電梯。。同時(shí)對于客用電梯來說工作繁重取40%，消防電梯工作較輕取15%。同時(shí)系數(shù)為一般取0.8-0.9,一般取0.93-0.97。為配電干線額定電壓，380V供電電壓為400V綜上所述，如表2所列即為負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。表2負(fù)荷計(jì)算統(tǒng)計(jì)表序號設(shè)備名稱計(jì)算容量據(jù)變電所距離有功kW無功kvar視在kVAkm1風(fēng)機(jī)組12.610.1916.20.52水泵組27.7222.4135.6513電梯組5.257.539.20.84照明組17.281925.75機(jī)房組9.366.7511.51.56用戶分布負(fù)荷247.30178.34304.97總計(jì)319.51244.22403.152.2功率因數(shù)補(bǔ)償2.2.1無功補(bǔ)償?shù)哪康挠捎谠谡麄€(gè)供電過程中，在供電系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生很多無功損耗，從而直接導(dǎo)致功率因數(shù)的減小。而功率因數(shù)的減小會(huì)使得電能在傳遞的過程中產(chǎn)生很多損耗,降低設(shè)備的電能使用率，從而造成經(jīng)濟(jì)的損失。所以,根據(jù)國家供電管理部門的一些有關(guān)規(guī)定,在功率因數(shù)低于要求時(shí)需要對功率因數(shù)進(jìn)行功率補(bǔ)償。根據(jù)實(shí)際電氣設(shè)備工作情況，居民住宅小區(qū)的功率因數(shù)應(yīng)控制在0.7-0.75之間。但是，0.9以上。當(dāng)功率因數(shù)低于要求時(shí)就需要我們提高功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，我們可以選擇合適的變壓器容量，或者更換電動(dòng)機(jī)型號，防止電動(dòng)機(jī)長時(shí)間空載運(yùn)行。如果這樣還是達(dá)不到要求就需要我們對其進(jìn)行無功補(bǔ)償。2.2.2無功補(bǔ)償計(jì)算進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)霓k法主要有兩種：就地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償和改變發(fā)電機(jī)的兩端電壓。。本次設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償主要采用了并聯(lián)電容器補(bǔ)償。而且并聯(lián)電容器補(bǔ)償根據(jù)其在電路上的不同位置上可以分為低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償以及單獨(dú)裝置進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)热N方式。。低壓集中補(bǔ)償是指在10kV變電站0.4kV的低壓供電母線上安裝低壓補(bǔ)償電容器。低壓集中補(bǔ)償與其他的補(bǔ)償方式相比，使用的補(bǔ)償設(shè)備成本更低，投資也更小。而且方便管理，容易接線，對無功的平衡也比較有效。并且也能降低變壓器的實(shí)際功率，減小變壓器的容量，從而降低成本。根據(jù)JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中3.6.2條要求：“10(6)kV及以下無功補(bǔ)償宜在配電變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，且功率因數(shù)不宜低于0.9。高壓側(cè)的功率因數(shù)指標(biāo)，應(yīng)符合當(dāng)?shù)毓╇姴块T的規(guī)定”。由于不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。同時(shí)由于每臺變壓器仍具有無功的損耗，功率補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)該要大于0.9，取0.93。取,則。按照最大負(fù)荷計(jì)算的補(bǔ)償容量計(jì)算為：（2.8）選擇YY0.4-12-1型電容器，需要的電容器個(gè)數(shù)（2.9）考慮誤差等因素，多用一個(gè)電容，即n取11實(shí)際補(bǔ)償容量為補(bǔ)償后低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為變壓器功率損耗為補(bǔ)償后高壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為補(bǔ)償后高壓側(cè)功率因數(shù)為滿足要求。第3章主變壓器和應(yīng)急發(fā)電機(jī)的選擇主變壓器主要作為用戶用電的電源，主變壓器的各項(xiàng)選擇標(biāo)準(zhǔn)影響著用電的安全性能。主變壓器的容量需要根據(jù)負(fù)荷計(jì)算來選擇，還要根據(jù)實(shí)際情況選擇變壓器的數(shù)量和實(shí)際運(yùn)行方式。應(yīng)急發(fā)電機(jī)作為備用電源的主體，常見的形式是柴油發(fā)電機(jī)或者柴油發(fā)電機(jī)。它是為了在出現(xiàn)短路、火災(zāi)等事故時(shí)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以保證系統(tǒng)內(nèi)一、二級負(fù)荷或全部負(fù)荷正常供電。還需要注意的一點(diǎn)就是應(yīng)該對正常供電和應(yīng)急供電之間制定一個(gè)可靠的預(yù)防和減少并列運(yùn)行的措施。如機(jī)械連鎖、電氣連鎖等。目的主要是奧應(yīng)急供電的專業(yè)性和技術(shù)穩(wěn)定性，防止應(yīng)急電源與正常使用的電網(wǎng)并網(wǎng)，引發(fā)事故。3.1變壓器的選擇由負(fù)荷計(jì)算得，該項(xiàng)目總的計(jì)算負(fù)荷Sc為403.15kVA，一臺變壓器的負(fù)載率不應(yīng)大于0.85。由此可依據(jù)選擇主變壓器型號：（3.1）按此參數(shù)可以選擇容量為400kVA的兩臺主變壓器，并且為了對今后的發(fā)展留有空間，選用400kVA的主變壓器較為合適。因此次設(shè)計(jì)欲選用SL11-400型變壓器，其連接組別選用Yd11，。3.2應(yīng)急發(fā)電機(jī)的選擇根據(jù)JGJ16-2008民用建筑一級應(yīng)急電氣設(shè)計(jì)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用規(guī)范中6.1.1條的有關(guān)要求，為了有效保證一級電氣負(fù)荷中特別重要的一級電氣負(fù)荷在規(guī)定用電時(shí)間都需要分別安裝一級應(yīng)急保護(hù)電源。在本建筑工程中,客用動(dòng)力電梯、消防人員專用動(dòng)力電梯、消防人員應(yīng)急救災(zāi)電力電源供給等供電負(fù)荷均應(yīng)該屬于這一類,因此在工程施工運(yùn)行過程中相對來說應(yīng)該也需要配備有一定的消防應(yīng)急救災(zāi)供電動(dòng)力電源。根據(jù)本次工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況，應(yīng)急電源可以考慮采用小型柴油發(fā)電機(jī)組來實(shí)現(xiàn)。其中機(jī)組的總?cè)萘縎C.F（3.2）其中P∑為總負(fù)荷。這里取低壓配電母線側(cè)值，即Pα為負(fù)荷率。取0.2。ηΣ為總負(fù)荷的計(jì)算效率。取0.8第4章短路電流計(jì)算4.1短路計(jì)算的目的當(dāng)電路發(fā)生短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，此時(shí)的線路阻抗會(huì)很小。過大的短路電流可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路中的所有電氣設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞，使得電路的供電受到嚴(yán)重的影響或者被迫暫時(shí)停止。并且若在干線火力發(fā)電廠附近突然意外發(fā)生了干線短路，還會(huì)可能直接導(dǎo)致短路使全部的干線電力系統(tǒng)全部停止正常運(yùn)行而直接導(dǎo)致線路解列，引起非常嚴(yán)重的后果。短路故障可能造成產(chǎn)生的危險(xiǎn)和后果都極為嚴(yán)重，為了有效地消除和限短路電流的直接威脅和及時(shí)縮小對短路故障可能造成的直接影響，在高壓供電控制系統(tǒng)的基本電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際技術(shù)應(yīng)用中，必須對其電流進(jìn)行相應(yīng)的短路電流計(jì)算。短路計(jì)算有兩種方法：有名制法和標(biāo)幺制法。本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺制法進(jìn)行計(jì)算。4.2選取短路點(diǎn)并繪制等效計(jì)算圖 短路計(jì)算其主要目的之一是為了正確選擇設(shè)備。所以在需要安裝設(shè)備的地方，都應(yīng)設(shè)置短路點(diǎn)[12]。常見的電路短路點(diǎn)有高壓母線、低壓母線以及線路的末端等。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的短路點(diǎn)及等效計(jì)算圖如圖4所示。圖4短路等效電路圖4.3選擇計(jì)算各基準(zhǔn)值選取的基準(zhǔn)電壓為；選擇的基準(zhǔn)容量為。則各級基準(zhǔn)電流分別為：4.4進(jìn)行各元件的標(biāo)幺電抗值計(jì)算4.4.1線路電抗值計(jì)算取架空線單位長度電抗為0.38，其他線路電抗為0.06。10kV架空線電抗電梯組饋電線路電抗水泵組饋電線路電抗機(jī)房組饋電線路電抗風(fēng)機(jī)組饋電線路電抗4.4.2變壓器電抗值計(jì)算4.4.3系統(tǒng)電源電抗4.5各短路點(diǎn)短路參數(shù)計(jì)算（1）k11）最大運(yùn)行方式下的三相短路電流2）最小運(yùn)行方式下的三相短路電流（2）k21）最大運(yùn)行方式下的三相短路電流2）最小運(yùn)行方式下的三相短路電流（3）k31）最大運(yùn)行方式下的三相短路電流2）最小運(yùn)行方式下的三相短路電流對于、、這三個(gè)短路點(diǎn)，其計(jì)算方法與k3相同。只需要在計(jì)算短路系統(tǒng)電抗值時(shí)，將點(diǎn)的線路電抗換成其余各短路點(diǎn)對應(yīng)的線路阻抗標(biāo)幺值計(jì)算即可。這里不再進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，三點(diǎn)短路計(jì)算數(shù)據(jù)見表3短路電流計(jì)算匯總表。表3短路電流計(jì)算匯總表短路點(diǎn)最大運(yùn)行方式下短路參數(shù)最小運(yùn)行方式下短路參數(shù)0.641.630.970.640.40.3510.727.216.210.77.86.83.38.553.332.62.275.83.42.272.11.82.085.3112.081.91.74.4511.36.74.453.93.3第5章供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)建設(shè)是我們整個(gè)電力系統(tǒng)建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為本次小區(qū)供配電設(shè)計(jì)的總體框架。既要滿足設(shè)計(jì)所需的要求，也要做到安全可靠、操作方便、經(jīng)濟(jì)合理、便于發(fā)展，這四點(diǎn)要求對于供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，這是在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須要保證的四點(diǎn)。5.1供電系統(tǒng)的接線方式在本工程項(xiàng)目中，所需要涉及到的照明設(shè)施負(fù)荷主要有：消防應(yīng)急照明負(fù)荷、航空障礙物照明負(fù)荷、行人走道照明負(fù)荷、旅客扶梯照明負(fù)荷、建筑分布式照明負(fù)荷。重要負(fù)荷約占總負(fù)荷的百分之二十左右。若供電系統(tǒng)的接線方式只采用雙回線路放射式接線，如圖1所示。則會(huì)出現(xiàn)容量浪費(fèi)、有色資源消耗過大等缺點(diǎn)；若供電系統(tǒng)的接線方式只采用雙回線路樹干式接線，如圖2所示。則無法滿足重要負(fù)荷對可靠性的要求。圖1雙回線路放射式接線圖2雙回線路干式接線綜上所述，本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)擬采用雙回線路放射式與雙回線路干式相結(jié)合的供電系統(tǒng)接線方式。對其中一級負(fù)荷采取雙回線路放射式接線，保證其對供電可靠性的要求；對其中三級負(fù)荷采用雙回線路樹干式接線，以減少設(shè)備數(shù)量，增加經(jīng)濟(jì)性。達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性平衡的目的，滿足供電系統(tǒng)對系統(tǒng)接線方式的要求。5.2變電所的主接線形式變電所主接線形式主要有以下幾種：（1）線路-變壓器組接線優(yōu)點(diǎn)是接線簡單，使用的設(shè)備比較少，成本比較低；缺點(diǎn)在于它的供電可靠性較低。（2）橋式接線。（3）單母線分段式接線優(yōu)點(diǎn)是所需要使用的連接裝置元件數(shù)量較小，設(shè)計(jì)簡單、經(jīng)濟(jì)，操作安全；缺點(diǎn)之處是由于當(dāng)其中的任何一段的單母線都在需要進(jìn)行日常維護(hù)的檢修或者發(fā)生了重大故障時(shí)，接于這一段的單母線的整個(gè)進(jìn)、出線操作都會(huì)被停止。（4）雙母線接線優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、運(yùn)行靈活；缺點(diǎn)是不僅接線裝置維護(hù)投資大、接線較難和工藝復(fù)雜、而且在日常操作維護(hù)方面它的安全性也比較差。本項(xiàng)目中，來自地區(qū)電網(wǎng)的兩所上級變電站負(fù)責(zé)供電，共有兩回10kV進(jìn)線，以架空線路的方式供電，且具有多回0.4kV出線。當(dāng)某一回進(jìn)線需要停電檢修時(shí)，另一回進(jìn)線將承擔(dān)所有一、二級負(fù)荷。所以變電所的主接線擬采用可靠性高、運(yùn)行靈活的單母線分段式接線，如圖3所示。同時(shí)這種方式也具有系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、操作安全等優(yōu)勢。還需要特別注意的一點(diǎn)是，在該連接線路中的一、二級負(fù)荷必須采用雙回線路供電，以便相互作為備用。圖3單母線分段式接線一次配電線路及配電室模型見附錄。5.3供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式此次設(shè)計(jì)選擇分列運(yùn)行的方式，選用分列運(yùn)行的方式不僅變壓器獨(dú)立運(yùn)行，功率損耗??；而且母線之間相互獨(dú)立，運(yùn)行靈活。故采用分列運(yùn)行的運(yùn)行方式。5.4電網(wǎng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式對于380/220V的交流低壓供電系統(tǒng)，我國普遍采用了具有中性點(diǎn)直接接地的工作運(yùn)行方式。同時(shí)，還要做到的是要引出保護(hù)線PE和中性線N。保護(hù)線PE的是為了防止人為觸電發(fā)生事故。當(dāng)系統(tǒng)中一個(gè)設(shè)備在工作時(shí)發(fā)生了單相短路的故障時(shí)，保護(hù)線PE線會(huì)與接地中性點(diǎn)發(fā)生單相短路，從而啟動(dòng)了保護(hù)措施，斷開了斷路器，切除了故障裝置，從而保證了安全。這就是保護(hù)線PE的保護(hù)接零對線路的保護(hù)作用。而中性線N有三點(diǎn)的作用：第一，可以減少負(fù)荷中性點(diǎn)的電壓偏移；第二，對單相設(shè)備起零線的作用；第三，可以通過中性線N使三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流快速傳導(dǎo)至大地。第6章電氣設(shè)備的選型與校驗(yàn)在對供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，對于電氣設(shè)施的選型也是非常必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。所選設(shè)備是否合理，是否滿足系統(tǒng)要求，是否滿足規(guī)范手冊[13]要求將會(huì)對供電系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生影響。按照其功能不同，可以把所用到的電氣設(shè)備劃分為導(dǎo)體、開關(guān)器、絕緣裝置、互感器四類。在接下來的設(shè)計(jì)過程中，也將按著四個(gè)方面分別設(shè)計(jì)。同時(shí)，選擇和進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)所需要特別注意的基本原則是：按照正常的工作狀態(tài)條件下的參數(shù)來進(jìn)行選擇；按照短路的情況下來進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)。6.1導(dǎo)體的選擇和校驗(yàn)6.1.10.4kV側(cè)匯流母線的選擇與校驗(yàn)（1）選擇已知0.4kV母線上的最大長時(shí)負(fù)荷電流：其中K為分配系數(shù)，取0.8。地最熱月室內(nèi)最高溫度平均為32℃；母線采用GXL型配電箱尺寸為0.6m×0.8m×0.2m；母線中心距為0.2m；硬鋁材料允許彎曲應(yīng)力查表得為；熱穩(wěn)定系數(shù)C查表得為87；導(dǎo)體截面系數(shù)W為。擬選取截面積為50mm×5mm的矩形鋁母線，其額定電流為665A（25℃）按照最高長時(shí)的負(fù)荷電流來選定的母線，其值應(yīng)該滿足（6.1）（6.2）故滿足要求。（2）熱穩(wěn)定性校驗(yàn)最小熱穩(wěn)定截面（6.3）最小熱穩(wěn)定截面比所選的母線截面小，因此所選的母線滿足了對熱穩(wěn)定性要求。（3）動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)在發(fā)生三相短路時(shí)母線受到的電動(dòng)力最大，其數(shù)值為：（6.4）母線的最大彎矩為：（6.5）母線上所受到的最大電動(dòng)應(yīng)力為：（6.6）因此最大電應(yīng)力為，小于硬鋁材料所允許的彎曲應(yīng)力，所以其動(dòng)穩(wěn)定性能夠滿足要求。6.1.210kV架空線進(jìn)線和0.4kV饋電電纜出線選型和校驗(yàn)本次工程設(shè)計(jì)中電源進(jìn)線選擇上級35kV地區(qū)變電站，距負(fù)荷中心3km，一般采用兩回架空線路進(jìn)行供電。進(jìn)線擬采用LGJ型鋼芯鋁絞線；0.4kV供電電纜最長為1.5km，此處擬采用銅芯交聯(lián)聚氯乙烯鎧裝電纜。（1）選擇4500h，經(jīng)過查表可以得到其經(jīng)濟(jì)電流密度為。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面要滿足（6.7）為母線經(jīng)濟(jì)截面，單位；為經(jīng)濟(jì)電流密度，單位。1）：所以擬選用截面積為的LGJ型鋼芯鋁絞線作為進(jìn)線。2）：所以擬選用截面積為50mm2的（2）按照導(dǎo)體載流量校驗(yàn)1）10kV架空線在當(dāng)?shù)刈顭嵩率彝庾罡邷囟绕骄鶠?0℃情況下，查表得截面積為的LGJ型鋼芯鋁絞線的載流量為110A，大于正常運(yùn)行情況下計(jì)算的工作電流。所以符合要求。2）0.4kV饋電電纜線路在當(dāng)?shù)刈顭嵩率彝庾罡邷囟绕骄鶠?0℃情況下，查表得截面積為的銅芯交聯(lián)聚氯乙烯鎧裝電纜的載流量為197A，大于正常運(yùn)行情況下計(jì)算工作電流。所以符合要求。（3）按照線路允許電壓降校驗(yàn)1）10kV架空線路相電壓降及其相對值為查表得查表得10kV架空線路鋁絞線的允許電壓降相對值為1.029%大于0.37%。符合要求。2）0.4kV饋電電纜線路允許電壓降及其相對值為查表得0.4kV饋電電纜線路的允許電壓降相對值為0.4%大于0.37%。符合要求。（4）按照機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)截面10kV架空線路裸露的鋁導(dǎo)體由查表可得，機(jī)械強(qiáng)度所允許的最小截面為，小于所選的電纜的截面。所以滿足要求。6.2開關(guān)設(shè)備的選型與校驗(yàn)6.2.1斷路器的選擇與校驗(yàn)10kV側(cè)最大長時(shí)負(fù)荷電流為（6.8）按照室內(nèi)工作電壓為10kV和最大長時(shí)負(fù)荷電流為24A，可選擇DZ-10-63型斷路器。其參數(shù)如表4所列。表4DZ-10-63型斷路器參數(shù)表型號額定電壓額定電流動(dòng)穩(wěn)定電流4s額定短時(shí)耐受電流GD9-10/63106340166.2.2隔離開關(guān)的選擇與校驗(yàn)布置在室內(nèi)的10kV隔離控制開關(guān)通常選用GW9型。同時(shí)為了更加方便的進(jìn)行檢修和日常維護(hù)，10kV進(jìn)線隔離開關(guān)和電壓互感器回路要選用帶接地刀閘的GW9-10GD型。GW9型隔離開關(guān)參數(shù)如表5所列。表5GW9-10型隔離開關(guān)參數(shù)表型號額定電壓額定電流動(dòng)穩(wěn)定電流4s額定短時(shí)耐受電流GW9-10/630106305220（1）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。因本級最長短路時(shí)間，即假想時(shí)間為2.6s。所以4s熱穩(wěn)定電流為：符合要求。（2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)由于動(dòng)穩(wěn)定電流為52kA，短路沖擊電流為2.16kA。符合要求。6.2.3互感器的選擇和校驗(yàn)常見的保護(hù)用電流互感器的精確度有5P20、10P20等。5P20表示短路電流為正常電流的20倍時(shí)，測量誤差只有5%。保護(hù)用電流互感器擬用LCW-10型戶外支撐式電流互感器，并采用星型連接方式。其技術(shù)參數(shù)如表6所列。表6LCW-10型電流互感器參數(shù)表型號額定電流比額定電壓準(zhǔn)確度等級4s熱穩(wěn)定電流LCW-10600/5105P2020按照短路條件校驗(yàn)（1）熱穩(wěn)定性校驗(yàn)。因兩回10kV電源上級出線斷路器過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2.5s，斷路器的開斷時(shí)間為0.1s，則本級最長短路時(shí)間為t=0.1+2.5=2.6s，即假想時(shí)間為2.6s。所以4s熱穩(wěn)定電流為：符合要求。（2）動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)由于動(dòng)穩(wěn)定電流為44A，短路沖擊電流為2.16kA，則符合要求。計(jì)量用電流互感器擬采用G-40|400/5型電流互感器，其主要技術(shù)參數(shù)如下表7所列。表7G-40|400/5型電流互感器參數(shù)表型號額定電流比準(zhǔn)確度等級互感器內(nèi)徑G-40|400-5400/50.230校驗(yàn)的方式和保護(hù)使用的電流互感器一樣，經(jīng)過校驗(yàn)后符合規(guī)定的要求。6.3絕緣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)6.3.1高壓絕緣子的選擇與校驗(yàn)3kV-10kV架空電力線路常采用懸式絕緣子。高壓絕緣子的片數(shù)應(yīng)按系統(tǒng)最高電壓和爬電比距等條件選擇。（1）選擇高壓懸式絕緣子的片數(shù)即n取7。（2）絕緣子機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)應(yīng)滿足經(jīng)校驗(yàn)滿足要求。6.3.2穿墻套管的選擇與校驗(yàn)對于穿墻套管按照電壓及長時(shí)允許電流進(jìn)行選擇，并對其進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)。因?yàn)殚L時(shí)允許電流為，電壓10kV。選取了戶外式鋁合金導(dǎo)線作為穿墻板的絕緣子，型號為CLWB-10/1500，最大破壞力為7358N，4s熱穩(wěn)定電流為20kA。長時(shí)允許電流為滿足要求。為由于。滿足動(dòng)穩(wěn)定性要求。4s熱穩(wěn)定電流為符合要求。6.4設(shè)備選擇結(jié)果統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表8所列。 表8設(shè)備選擇結(jié)果 名稱截面積型號10.4kV母線250矩形硬鋁母線210kV架空線路25LGJ型鋁絞線30.4kV饋電出線50銅芯交聯(lián)聚氯乙烯鎧裝電纜410kV隔離開關(guān)GW9-10510kV斷路器DZ-10-636電流互感器LCW-10、G-40|400/57穿墻套管CLWB-10/1500第7章繼電保護(hù)和變電所二次回路7.1繼電保護(hù)繼電保護(hù)的作用和功能主要保證電力系統(tǒng)和用電設(shè)備在電網(wǎng)下安全的運(yùn)行，或者出現(xiàn)故障能快速切斷。其中整定計(jì)算過程一般是在正常工作情況下及短路故障發(fā)生時(shí)的情況下分別進(jìn)行計(jì)算并校驗(yàn)的，并且應(yīng)該充分地滿足其可靠性、選擇性、靈敏度和速動(dòng)性四項(xiàng)基本原則[8][15]。（1）10/0.4kV變壓器繼電保護(hù)的整定已知10/0.4kV變壓器的容量為400kVA，兩臺變壓器分列運(yùn)行。依照工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊要求以及參考GBT50062-2008《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)要求。經(jīng)查表可得，此次設(shè)計(jì)需要設(shè)置過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)來保證其安全。1）過電流保護(hù)的整定保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電流（應(yīng)當(dāng)按照躲過有可能發(fā)生的過負(fù)荷電流進(jìn)行整定）（7.1）保護(hù)設(shè)備的靈敏度系數(shù)（7.2）2）保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間3）電流速斷保護(hù)保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電流（7.3）保護(hù)設(shè)備的靈敏度系數(shù)（7.4）4）過負(fù)荷保護(hù)保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電流（7.5）保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間（應(yīng)按照允許的短時(shí)工作景況下的過負(fù)荷時(shí)間進(jìn)行整定）5）非電量保護(hù)在變壓器的運(yùn)行過程中，還有很多非電量對系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生影響。通常是通過影響變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行工況進(jìn)而影響供電系統(tǒng)。長見識的非電量有油浸式變壓器的溫度、瓦斯?jié)舛?、壓力值，干式變壓器的溫度等。在本?xiàng)目中選擇的是干式變壓器，所以要對溫度保護(hù)進(jìn)行整定。具體整定如下：當(dāng)變壓器溫度低于85℃時(shí)，停止冷卻系統(tǒng)。當(dāng)變壓器溫度大于90℃時(shí)，啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)。當(dāng)變壓器溫度大于110℃時(shí)，延時(shí)1s動(dòng)作與信號。當(dāng)變壓器溫度大于125℃時(shí)，0s動(dòng)作跳開各側(cè)斷路器。7.2變電所二次回路變電所的二次回路主要由直流操作電源系統(tǒng)、斷路器的控制、信號回路等部分組成。二次側(cè)原理圖見附錄。7.2.1直流操作電源系統(tǒng)在本次設(shè)計(jì)中直流操作電源系統(tǒng)電壓應(yīng)該采用110V，主要用于繼電保護(hù)的控制負(fù)荷。擬采用1組蓄電池，并配置一組高頻開關(guān)充電裝置。在此使用單母線的直流系統(tǒng)接線方式。7.2.2斷路器的控制、信號回路斷路器的控制、信號回路。其主要功能是是實(shí)現(xiàn)了在供電系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況下對斷路器的控制和操作人員的信號反饋。第8章防雷與接地建筑物的防雷設(shè)施和保護(hù)是非常重要的，尤其是類似本工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的大型高層建筑，若不及時(shí)采用有效的防雷設(shè)施和保護(hù)，雷擊后很有可能會(huì)對該建筑物內(nèi)部的供電系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，甚至可能造成嚴(yán)重的人員傷亡[3][4][10]。防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)要求如下：(1)根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行建筑物的防雷工程設(shè)計(jì)。(2)避免使用帶有放射性材料的接閃器。(3)由于新建的建筑物因根據(jù)其所在地區(qū)的建筑和結(jié)構(gòu)類型與國家相關(guān)的專業(yè)進(jìn)行配合,充分利用了建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體而制定的防雷措施。8.1防雷等級確定我國對于建筑物的防雷設(shè)施安全保護(hù)按照它的重要性、使用特點(diǎn)以及發(fā)生各種雷電災(zāi)害或者事故所造成的可能性和影響，分為三個(gè)層次[10]。第一級根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對各類大型建筑物防雷進(jìn)行的建筑防雷設(shè)計(jì)和維護(hù)分類管理規(guī)范，民用建筑中幾乎沒有第一類用于防雷的大型建筑物。要求應(yīng)當(dāng)確定各種危險(xiǎn)建筑物必須進(jìn)行安全防雷設(shè)施保護(hù)的危險(xiǎn)等級，必須進(jìn)行年雷擊次數(shù)計(jì)算。年雷擊次數(shù)N:（8.1）其中公式為：（8.2）公式為：（8.3）已知本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)所在地區(qū)的年平均雷暴日為21.4天/年，所以雷擊大地的年平均密度為2.14次/（年?km2）。本次工程設(shè)計(jì)的建筑物的長為23.75m，寬為20m，高度為90m。所以年雷擊次數(shù)N如下次因此本項(xiàng)目是按照第三級的防雷保護(hù)方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。8.2防雷措施對于第三級基層防雷保護(hù)建筑物的基層防雷保護(hù)工程項(xiàng)目主要用途有：防直擊雷、防側(cè)擊雷、防閃電的電涌侵入。為了有效預(yù)防自然直擊雷，利用其高出屋頂以及周邊建筑檐口內(nèi)的構(gòu)造鋼筋和建筑構(gòu)造裝飾材料涂層作為圓形接閃器，為安全起見也可選擇一條厚度直徑約10mm的涂層鍍鋅圓形型鋼(明敷)沿其高出屋面屋頂周邊和其他高出高層屋面的建筑構(gòu)架之間分別設(shè)置一個(gè)圓形接閃器鋼帶，并在其高出屋面上以一條直徑約10mm的涂層鍍鋅圓形型鋼(明敷利用建筑結(jié)構(gòu)裝飾材料和構(gòu)造鋼筋)涂層作為圓形接閃器鋼帶，設(shè)置一個(gè)不大于20mx20m的圓形接閃器鋼帶制作網(wǎng)格。凸出的貼在屋面上的各種金屬物都一定是硬的可以用來進(jìn)行各種防雷層的焊接。利用焊接建筑基礎(chǔ)支柱內(nèi)的防雷鋼筋（可以選擇一條直徑不小于10mm的鋼筋）導(dǎo)線當(dāng)作焊接防雷鋼筋引上導(dǎo)下線，選擇的鋼筋引上導(dǎo)下線之間的焊接間距一般不大于25m，利用建筑基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)絡(luò)線當(dāng)作防雷接地極，引上導(dǎo)下線的上端和下部接閃電導(dǎo)帶可靠進(jìn)行焊接，下端和接地系統(tǒng)可靠進(jìn)行焊接。為了有效預(yù)防側(cè)擊雷，本項(xiàng)目在60米以上的部位，每兩層利用結(jié)構(gòu)圈梁與水平鋼筋進(jìn)行連通，使用等電位均壓措施，形成一個(gè)等電均壓環(huán)，并與引下線進(jìn)行可靠焊接。外墻上的欄桿、門窗等金屬物均需要與避雷裝置進(jìn)行可靠焊接。對于露在屋頂建筑表面的各個(gè)尖點(diǎn)、墻角、邊緣、設(shè)備以及突出的地方，按建筑屋頂?shù)谋Ｗo(hù)措施要求進(jìn)行處理。為防閃電電涌侵入，主要方法是在斷路器后加裝電涌保護(hù)器（SPD），防止雷電電波對建筑內(nèi)用電設(shè)備造成損害。電涌保護(hù)器是一種適用于控制帶電系統(tǒng)內(nèi)瞬態(tài)過電壓及導(dǎo)引外部泄放電涌電流的一種非線性保護(hù)器件。常見的類型主要有：電壓啟動(dòng)式開關(guān)、限壓式、組合等。大致的工作原理為：將相線和地線通過SPD連接在一起，SPD具有隨著電壓的變化而改變自身電阻的功能。當(dāng)電壓低于某個(gè)特定值時(shí)，則在半導(dǎo)體原件中將產(chǎn)生極高