某高層建筑物供配電系統(tǒng)設計

精選文庫鄭州輕工業(yè)學院課程設計說明書題目：某高層建筑物供配電系統(tǒng)設計姓 名： 閆廣超 院 （系）： 電氣信息工程學院 專業(yè)班級： 電氣工程2009級1班 學 號： 540901010247 指導教師： 成 績： 時間：2012年12月31日至 2013年01月20日-精選文庫摘 要本設計是對26層商業(yè)辦公建筑樓的供配電系統(tǒng)進行全面設計，為保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。設計內(nèi)容包括確定大樓的設備電氣負荷等級，進行負荷計算；無功補償?shù)挠嬎?；選擇電力變壓器的容量、類型及臺數(shù)；各個樓層供電線路中的短路電流的計算；變電所的電氣主接線設計。設計過程中需要繪圖的部分使用AutoCAD繪圖，最后將整個設計過程整理、總結(jié)設計文檔報告。關(guān)鍵詞： 商業(yè)辦公樓；供配電；負荷計算；設備選擇；電氣主接線ABSTRACTThe 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 buildings 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; substations 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.-精選文庫目 錄摘 要IABSTRACTII1.緒論12.負荷計算22.1確定計算負荷22.2無功補償33.負荷分級及供電電源設計43.1負荷分級43.2供電電源設計44.電力變壓器選擇64.1 變壓器型式及臺數(shù)64.2 變壓器容量選擇64.3 變壓器負荷分配計算及補償裝置選擇75.計算短路電流105.1高壓側(cè)短路電流計算105.2低壓電網(wǎng)短路電流的計算115.2.1變壓器低壓側(cè)短路電流的計算115.2.2 低壓配電線路短路電流計算126.變電所電氣主接線設計166.1變電所高壓電氣主接線設計166.1.1電氣主接線形式及運行方式166.1.2開關(guān)柜型式及配置166.1.3變電所用電設計176.1.4電氣主接線圖繪制176.2變電所低壓電氣主接線設計176.2.1電氣主接線形式及運行方式176.2.2開關(guān)柜型式及配置176.2.3電氣主接線圖繪制18參考文獻19附錄120附錄224-精選文庫1.緒論本設計為某市一棟高層單位商業(yè)辦公建筑，工程概況如下：建筑面積：37417平方米（其中地下：3783.8平方米，地上：33633.6平方米，不包括技術(shù)夾層）。建筑層數(shù)：地下一層，地上25層。建筑高度90.1米（女兒墻頂高度，不包括電梯機房、水箱間等）。主要結(jié)構(gòu)類型：框架，剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑布局及功能：地下1層為設備用房、汽車庫，14層為商場，技術(shù)夾層為轉(zhuǎn)換層，519層為公寓式寫字間，2025層為標準寫字間，頂層為設備房、電梯機房及水箱間。14層設有中央空調(diào)。消防設計：主體建筑為一類高層建筑，建筑耐火等級為一級。地下1層及地上14層為每層2個防火分區(qū)，夾層及525層為每層1個防火分區(qū)。設計思路與方法：首先，根據(jù)設計要求和目的，按照最新的供配電系統(tǒng)設計規(guī)范對其中的建筑負荷進行分類統(tǒng)計，根據(jù)高層民用建筑設計防火規(guī)范，按照現(xiàn)行的國家標準工業(yè)與民用供配電系統(tǒng)設計要求進行設計，然后進行負荷等級與無功補償計算，列出負荷計算表。其次，根據(jù)負荷類別及對供電可靠性的要求進行負荷計算，根據(jù)最后計算的總負荷選擇變壓器容量及臺數(shù)、主接線方案以及是否需要柴油發(fā)電機，確定配電所主接線方式。對其變電所基本要求，即要安全可靠又要靈活經(jīng)濟并且安裝容易、維修方便。最后進行大樓的高低壓部分短路電流的計算，并列出計算表格，選擇配電所的一次設備及其校驗，包括高低壓斷路器、熔斷器、隔離開關(guān)、避雷器、開關(guān)柜，電流、電壓互感器等設備，并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定性檢驗，列表表示。2.負荷計算計算負荷是一個假想的持續(xù)負荷，其熱效應與某一段時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用半小時的最大負荷作為選擇變壓器容量，確定備用電源的容量、無功補償容量、季節(jié)性負荷容量的標準。負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種，本設計將采用需要系數(shù)法予以確定，需要系數(shù)法是用設備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù),直接求出計算負荷。2.1確定計算負荷進行負荷計算時，需將用電設備按其性質(zhì)分為不同的用電設備組，然后確定設備功率Pe。在計算設備組單臺設備的容量Pe后，可以根據(jù)所提供的需要系數(shù)Kx,得到設備組的有功計算負荷 （2.1）式中，Kx為給出的需要系數(shù)，Pe為單臺電氣設備的設備容量（kW）。設備組的無功計算負荷 （2.2）式中，為給出的正切值，Pj為有功計算負荷（kW）。設備組的計算容量 （2.3）設備組的計算電流 （2.4）式中，UN為系統(tǒng)的額定電壓（kV）。設備組的功率因數(shù) （2.5）2.2無功補償用戶供電系統(tǒng)在最大負荷時的功率因數(shù)應滿足當?shù)毓╇姴块T的要求，當無明確要求時：高壓用戶的功率因數(shù)應滿足在0.9以上；低壓用戶的功率因數(shù)應在0.85以上。一般用戶均采用并聯(lián)電容器裝置進行無功補償，在確定變壓器臺數(shù)及容量后還應將所有負荷分配到每臺變壓器的低壓母線上，進行負荷校驗，以確定每臺變壓器的負荷率及具體選擇無功補償裝置。3.負荷分級及供電電源設計3.1負荷分級本工程為一類高層民用建筑，根據(jù)相關(guān)設計規(guī)范規(guī)定，本工程負荷等級如下：一級負荷有：各層公共照明、乗客電梯、地下室排污泵、所有消防負荷包括應急照明、消防控制室用電、消防電梯、屋頂穩(wěn)壓泵、正壓風機、送風機、排煙風機、噴淋泵、消火栓泵及泵房、消防電梯井坑排污泵等。二級負荷有：地下室及1-4層照明、商場自動扶梯、商場乘客電梯、生活泵等。三級負荷有：頂層設備房照明（含插座用電）、夾層及525層照明（含插座用電）、屋頂節(jié)日照明、商場空調(diào)機組、商場空調(diào)水泵等。根據(jù)負荷計算結(jié)果可知：一級負荷合計304.0kW二級負荷合計1036.2kW，三級負荷合計1642.5kW?？紤]同時系數(shù)后的總有功負荷合計2237.0kW，其中一二級負荷合計1072.1kW。3.2供電電源設計本工程從供電部門的110/10kV變電站引來1路10kV專線電源A，可承擔全部負荷， 同時從供電部門的33/10kV變電站引來1路10kV環(huán)網(wǎng)電源B，僅作一、二級負荷的第二個電源。兩路10kV電源可同時供電，電源A可作為電源B的備用。兩路10kV電纜從建筑物南側(cè)穿管埋地引人設在地下1層的10/0.38kV變電所。由于本工程的兩個10kV供電電源相對獨立可靠，因此，不再設置自備發(fā)電機組或其他集中式應急電源裝置。已知供電部門的110/10kV變電站與35/10kV變電站的兩個10kV電源中性點均采用經(jīng)消弧線圈接地。本工程的總有功負荷只有2237.0kW，故采用10kV供電。本工程為高層民用建筑， 用電設備額定電壓為220/380V，低壓配電距離最長不大于150m。所以，本工程只設置1座10/0.38kV變電所，對所有用電設備均采用低壓220/380V三相四線制TN-S系統(tǒng)配電。本工程將采取下列措施以使電能質(zhì)量滿足規(guī)范要求：（1） 選用Dyn11聯(lián)結(jié)組別的三相配電變壓器，采用5%無勵磁調(diào)壓分接頭。（2） 采用銅芯電纜，選擇合適導體截面，將電壓損失限制在5%以內(nèi)。（3） 氣體放電燈采用低諧波電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，并就地無功功率補償使其功率數(shù)不小于0.9。在變電所低壓側(cè)采取集中補償，自動投切。（4） 將單相用電設備均勻分布于三相配電系統(tǒng)中。（5） 照明與電力配電回路分開。對較大容量的電力設備如電梯、空調(diào)機組、水泵等采用專線供電。4.電力變壓器選擇4.1 變壓器型式及臺數(shù)本工程為一般高層民用建筑，變電所位于主體建筑地下宰內(nèi)，故采用SCB10型三相雙繞組干式變壓器，聯(lián)結(jié)組標號Dyn11，無勵磁調(diào)壓，電壓比10（15%）/0.4kV?？紤]到與開關(guān)柜布置在同一房間內(nèi)，變壓器外殼防護等級選用IP2X (有的地區(qū)要求選用IP4X)。SCB10型干式變壓器符合GB200522006三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值的要求。因本工程具有較大容量的一、二級負荷，故采用兩臺或兩臺以上變壓器。4.2 變壓器容量選擇本工程總視在計算負荷為2451.8kVA（cos=0.92），其中一、二級負荷為1168.6kVA（cos=0.92），接近總計算負荷的一半。方案1：選擇兩臺等容量變壓器，互為備用。每臺變壓器容量按0.72451. 8kVA左右且不小于1168.6kVA要求選擇，為1600kVA。正常運行時照明負荷與電力負荷共用變壓器，通過合理分配負荷，可使兩臺變壓器正常運行時負荷率相當。10/0.38kV電所變壓器T1、T2負荷分配計箅及無功功率補償裝置選擇見表4-1、表4-2。方案2：選擇兩臺不同容量變壓器。照明負荷變壓器容量按大于其計算負荷且不小于一、二級負荷要求選擇，需2000kVA（變壓器負荷率為0.85）；電力負荷變壓器容量按大于其計算負荷且不小于一、二級負荷要求選擇，需1250kVA（變壓器負荷率為0.58）。正常運行時照明負荷與電力負荷由不同變壓器供電。考慮到方案2有一臺變壓器的負荷率偏低.另一臺變壓器的負荷率又偏高（若為降低負荷率，又會使所選變壓器容量達2500kVA），不盡合理。且本工程照明負荷對電壓質(zhì)量無特殊要求，也沒有必要對正常照明和電力負荷分設不同變壓器供電。因此，本工程采用方案1。SCB101600/10型變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)：Uk%=6，Pk=10.2kW,IP2X防護外殼尺寸：長2200寬1600高2200。4.3 變壓器負荷分配計算及補償裝置選擇將電力負荷的配電主回路、消防用電設備配電回路及部分次要照明負荷配電回路(節(jié)日照明WL1，頂層設備房及15-25層照明WL2)集中于一臺變壓器低壓母線上，主要照明負荷的配電主回路則集中于另一臺變壓器低壓母線上，以使兩臺變壓器正常運行時負荷率相當。同時，將給一、二級負荷（包括照明、電力和消防用電設備）配電的主回路與備用回路分別接于不同變壓器的低壓母線上，以保證供屯可靠性。變壓器負荷分配計算及補償裝置選擇見表4-1、表4-2。表4-1 10/0.38kV變電所變壓器T1負荷分配計算及無功功率補償裝置選擇負荷名稱設備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計算負荷/kW無功計算負荷/kvar視在計算負荷/kVA計算電流/A無功功率補償前低壓母線出線回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M的計算負荷合計22030.690.851522.9928.31783.52711.0計入同時系數(shù)Kp=0.75，Kq=0.8022030.520.841142.2742.71362.42070.8無功功率補償裝置（并聯(lián)電容器）實際取12組，每組20kvar，共240kvar-240無功功率補償后低壓母線的計算負荷22030.520.921142.2502.71247.91896.8變壓器額定容量1600變壓器負荷率0.78注：變壓器T1低壓母線上還接有電力、消防等重要負荷的備用回路WP6S、WP7S、WP8S、WP9S、WP10S、WP11S、WLE1S、WLE2S、WLE3S、WLE4S、WPE1S、WPE2S、WPE3S、WPE4S、WPE5S、WPE6S、WPE7S、WPE8S、WPE9S、WPE10S，不計入總負荷。表4-2 10/0.38kV變電所變壓器T2負荷分配計算及無功功率補償裝置選擇負荷名稱設備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計算負荷/kW無功計算負荷/kvar視在計算負荷/kVA計算電流/A無功功率補償前低壓母線出線回路WL1、WL2、WP1、WP2、WP3、 WP4、WP5、WP6M、W P7M、WP8M、WP9M、WP10M、WP11M、WLE4M、WPE1M、WPE2M、WPE3M、WPE7M、WPE8M、WPE10M的計算負荷合計1943.20.760.811485.81070.21831.12783.2計入同時系數(shù)Kp=0.75，Kq=0.801943.20.570.791114.3856.21405.32136.0無功功率補償裝置（并聯(lián)電容器）實際取210組，每組20kvar，共400kvar-400無功功率補償后低壓母線的計算負荷1943.20.570.931114.3456.21204.11830.2變壓器額定容量1600變壓器負荷率0.75注：變壓器T2低壓母線上還接重要照明負荷的備用回路及火災時消防負荷總回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不計入總負荷。5.計算短路電流5.1高壓側(cè)短路電流計算根據(jù)供配電系統(tǒng)一次接線圖，本工程變電所高壓側(cè)短路電流計算電路如圖5-1所示。短路點k-1、k-2點選在變電所兩段10kV母線上。圖 5-1 變電所高壓測短路電流計算電路采用標幺值法計算。計算公式參見表。由于本工程可能由兩個獨立電源供電，但不并聯(lián)運行，因此需分別計算變電所10kV母線上的三相和兩相短路電流，從中找出其最大值和最小值。計算過程及結(jié)果見表1。表5-1 變電所高壓側(cè)短路計算過程及結(jié)果序號電路元件短路計算點技術(shù)參數(shù)電抗標幺值三相短路電流三相短路容量兩項短路電流Sd=100MVAUd=10.5kV,Id1=5.5kV1系統(tǒng)A最大運行方式0.2725.025.025.063.8454.721.7最小運行方式0.36720.020.020.051.0363.717.32線路Ax=0.095歐/km,l=3km0.25931+2K-1最大運行方式0.53311.511.511.529.3209.110.0最小運行方式0.62510.310.310.326.3187.58.94系統(tǒng)B最大運行方式0.6878.08.08.020.4145.56.9最小運行方式0.9166.06.06.015.3109.15.25線路Bx=0.095/km,l=0.1km0.00964+5K-2最大運行方式0.6967.97.97.920.1143.76.8最小運行方式0.9255.95.95.915.2108.15.1從表5-1可知，變電所10kV母線上三相對稱短路電流初始值最大為11.5kV(發(fā)生在由電源A供電時)，兩相對稱短路電流初始值最小5.1kV(發(fā)生在由電源B供電時)。5.2低壓電網(wǎng)短路電流的計算5.2.1變壓器低壓側(cè)短路電流的計算根據(jù)供配電系統(tǒng)一次接線及變電所平面布置，本工程變電所低壓側(cè)短路電流計算電路如圖5-2所示。短路點選在兩臺變壓器低壓繞組出處k-3、k-4點和兩臺低壓進線開關(guān)負荷側(cè)k-5、k-6點（即低壓柜AA1、AA19處）和離低壓進線開關(guān)最遠端母線處k-7、k-8點（即低壓柜AA9、AA10處）。采用歐姆法計算。正常運行時。電源A、B同時供電，低壓母線分段不聯(lián)絡。此時可分別計算出變壓器T1低壓側(cè)k-3、k-5、k-7點和變壓器T2低壓側(cè)k-4、k-6、k-8點的三相短路電流和單相短路電流。短路電流計算結(jié)果見表5-2。計算時，變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)的短路容量按最大運行方式計。配電母線的型號規(guī)格先按發(fā)熱條件初選。圖5-2變電所低壓側(cè)短路電流計算電路5.2.2 低壓配電線路短路電流計算根據(jù)低壓配電干線系統(tǒng)圖確定短路計算點，短路計算點取在配電干線首端分支處與末端分支處(即層配電箱處)、每層分支線末端(即末端配電箱處)。配電干線及分支線計算長度根據(jù)其敷設走向確定(以建筑平面圖和剖面圖為條件)。以低壓開關(guān)柜AA4配出的辦公照明配電干線WL3及其分支線為例。其短路電流計算電路如圖5-3所示。 圖5-3 低壓配電線路WL3及其分支短路電流計算電路干線短路計算點取在密集絕緣母線槽始端（AA4柜出口）、5F插接箱處14F插接箱處。分支線以5F(最近端)和14F(最遠端)為例，短路點取在計量配電箱5AW15AW2處及辦公照明配電箱5AL15AL8處。采用歐姆法計算。計算時，配電干線及其分支線的型號規(guī)格先按發(fā)熱條件初選。再以低壓開關(guān)柜AA6配出的地下室照明配電干線WL8M、AA13配出的自動扶梯配電干線WP6M及其分支線為例。 幾點說明:（1） 本工程短路計算時，未計入低壓開關(guān)柜內(nèi)分支母線的阻抗、短路故障點電弧電阻、導線連接點及開關(guān)電器的接觸電阻、電流互感器的電抗等。因此，計算結(jié)果比實際短路電流偏大。（2） 本工程短路點附近所接低壓異步電動機的額定電流之和均不超過三相短路電流初始值的l%，可以忽略電動機反饋電流的影響。（3） 本工程短路計算點最遠處為末端配電箱，作為低壓配電系統(tǒng)的設計依據(jù)。在進行常用設備配電設計時，一般還需計算出用電設備電源接線端子處或控制箱處的短路電流和接地故障電流。6.變電所電氣主接線設計6.1變電所高壓電氣主接線設計6.1.1電氣主接線形式及運行方式本工程變電所的兩路10kV外供電源可同時供電，并設有兩臺變壓器。因此，高壓側(cè)電氣主接線有兩種方案供選。方案1：采用分段單母線形式，運行方式如下:正常運行時，由10kV電源A和電源B同時供電，母線聯(lián)絡斷路器(簡稱母聯(lián)斷路器）斷開，兩個電源各承擔一半負荷。當電源B故障或檢修時，閉合母聯(lián)斷路器，由電源A承擔全部負荷；當電源A故障或檢修時，母聯(lián)斷路器仍斷幵，由電源B承擔一半負荷。此方案的供電可靠性高、靈活性好，但經(jīng)濟性稍差。方案2：采用雙回路線路變壓器組接線形式，運行方式如下：正常運行時，由10kV電源A和電源B同時供電，兩個電源各承擔一半負荷。當任一電源故障或檢修時，由另一電源承擔一半負荷。由于采用線路變壓器組接線，電源A受變壓器容量限制也只能承擔一半負荷，其供電能力沒有得到發(fā)揮。若需電源A承擔全部負荷，則與其連接的變壓器容量也需按承單全部負荷選擇，單臺變壓器容量不能滿足要求。此方案經(jīng)濟性好，但靈活性和供電可靠性不如方案1。綜上分析，本工程變電所髙壓側(cè)電氣主接線采用方案1，即分段單母線形式。6.1.2開關(guān)柜型式