某小區(qū)供配電系統(tǒng)設計

1、南 陽 理 工 學 院 本科生畢業(yè)設計（論文）學院（系）：電子與電氣工程學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學 生： 指導教師： 完成日期 2014 年 5 月 南陽理工學院本科生畢業(yè)設計（論文）某小區(qū)供配電系統(tǒng)設計Design for the Power Supply and distribution systemof a residence community總 計： 36 頁表 格： 10 個插 圖： 9 幅南 陽 理 工 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）某小區(qū)供配電系統(tǒng)設計Design for the Power Supply and distribution systemof a

2、 residence community學 院： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師（職稱）： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 南陽理工學院 Nanyang Institute of Technology某小區(qū)供配電系統(tǒng)設計摘要住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接影響著人們的日常生活及秩序。因此研究小區(qū)供配電系統(tǒng)如何更好的實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟運行具有現(xiàn)實的意義。本課題初步對住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)進行設計，并根據(jù)國家相關標準對所設計的內(nèi)容進行規(guī)范化。分析小區(qū)的原始數(shù)據(jù)和供電特點，對小區(qū)各類負荷進行計算；通過計算負荷選擇變壓器的容量和數(shù)目完成

3、變電所的設計；合理選擇電氣主接線方式；根據(jù)短路電流選擇合適的電力電纜；確定建筑物防雷等級，做好小區(qū)的防雷接地保護。設計過程中不僅要保證供電的質(zhì)量和安全性，還應盡量滿足供電的經(jīng)濟性，節(jié)省能源和材料。關鍵詞計算負荷；短路電流；變壓器；供配電設計；防雷接地 Design for the Power Supply and Distribution Systemof a Residence CommunityElectrical Engineering and Automation Specialty MA Jun-yaoAbstract: Residence community for safe an

4、d reliable operation of the distribution system directly affects peoples daily lives.This project is initially designed for the power supply and distribution system of the residence community. And also the design is normalized in accordance with the relevant national regulations and standards. So th

5、e power supply and distribution system in residence community district how to realize the safe, reliable and economic operation has realistic meaning. Analysis the raw data for the residence community and load calculation of the residence community. Based on the calculated load the measures of power

6、 supply and distribution of the residence community is designed. It includes the electric main wiring design, transformer and distribution substation design. Meanwhile the appropriate electric power cable are selected according to the short-circuit current. And the protection design about grounding

7、for lightning is also essential. Not only must the quality and safety of power supply be ensured, but also the economical power supply, energy-saving and material-saving should be met as much as possible.Key words: Load calculation; Short-circuit current; Transformer; Power supply and distribution d

8、esign; Grounding for lightning目錄1 引言11.1 住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及研究意義11.2 本工程供配電系統(tǒng)概述及相關原則12 負荷的計算22.1 負荷分級以及要求22.1.1 負荷分級和供電電源要求22.1.2 本工程建筑的負荷類型32.2 計算負荷概述42.2.1 概述42.2.2 計算負荷的步驟52.2.3 本工程負荷計算82.3 無功補償102.3.1 無功補償?shù)哪康?02.3.2 無功補償?shù)姆椒?02.3.3 無功補償容量113 短路電流的計算123.1 短路計算的目的123.2 無限大容量電源條件下短路電流的計算123.2.1 短路電流計算基本步驟1

9、23.2.3 本工程短路電流計算144 本工程供配電措施設計方案164.1 供配電系統(tǒng)概述164.2 變電所的設計164.2.1 變電所位置及環(huán)境164.2.2 變壓器容量和數(shù)目的選取原則174.2.3 變壓器容量及數(shù)目的選擇174.2.4 變壓器類型的選擇214.2.5 本工程變電所的設計214.3 電氣主接線方式的設計224.3.1 高壓電氣主接線224.3.2 低壓電氣主接線224.4 配電系統(tǒng)線路的設計234.4.1 配電線路的接線方式234.4.2 本工程選用的接線方式244.5 電纜的選擇244.5.1 電纜型號選擇244.5.2 電纜的敷設254.5.3 電纜截面積的選用原則25

10、4.5.4 高壓側電纜截面積的選擇264.6 本工程設計說明275 防雷接地保護285.1 防雷保護系統(tǒng)285.1.1 建筑物的防雷分類285.1.2 本工程建筑物防雷保護285.2 接地保護系統(tǒng)295.2.1 接地方式295.2.2 本工程采用的接地方式305.3 等電位聯(lián)結30結束語32參考文獻33附錄34致謝361 引言1.1 住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及研究意義隨著社會的發(fā)展越來越快，越來越發(fā)達，電能也逐漸成為人們生活中最重要的能源之一，人們對電能的依賴程度越來越高，是生活中必不可少的一種能源。在過去，家用電器并未普及，居民用電量非常少，每家每戶可能只點一支電燈，或者一臺電扇?，F(xiàn)如今，人們

11、生活水平提高，家用電器的種類增多，居民用電量也在與日俱增，電視、冰箱、洗衣機、電腦等各種家電也是居民生活必不可少的。同時，我國整體的用電結構也在逐漸的發(fā)生著變化，居民用電量逐漸增多，非工業(yè)用電比重逐漸升高。電能的正常運行直接影響人們的一切，對人們的生活具有非常大的影響作用。住宅小區(qū)內(nèi)的供配電系統(tǒng)能否安全而又穩(wěn)定的運行，對于提高小區(qū)居民的生活質(zhì)量具有至關重要的作用,可以說現(xiàn)代人離不開電能。因此需要保證電能的穩(wěn)定并且安全的運行，不僅如此，當某些重要的設備發(fā)生故障時，則必須保證其不斷電，能夠繼續(xù)正常運行，保證電能可靠運行。此外節(jié)能減耗是我國基本的國策之一，在滿足供電需求的前提下，還應提高能源利用率，

12、降低能源消耗，這也是今后探索研究的一大方向。住宅小區(qū)供配電設計必須根據(jù)實際，結合其特點，根據(jù)小區(qū)建筑功能以及負荷等級對其采用合適的供配電形式和方法，滿足使用功能的要求。不僅要做到整體布局合理，滿足供電質(zhì)量，而且還要給每個用戶提供良好的用電環(huán)境。實現(xiàn)安全可靠配電的同時，還要做到環(huán)境的美化，使小區(qū)的供配電合理、經(jīng)濟。小區(qū)的供配電系統(tǒng)設計應根據(jù)實際情況，小區(qū)的未來發(fā)展和規(guī)模進行分析設計，不僅要做到滿足近期內(nèi)的要求，還要為將來的發(fā)展留有一定的空間，將遠期和近期結合起來，統(tǒng)籌規(guī)劃。1.2 本工程供配電系統(tǒng)概述及相關原則 住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)建設工程的應堅持統(tǒng)一規(guī)劃的原則，將電力網(wǎng)的運行狀況和建設規(guī)劃相結

13、合，并且使經(jīng)濟發(fā)展和配電網(wǎng)的現(xiàn)狀結合起來。本著以人為本的原則，保證供電品質(zhì)，建設經(jīng)濟、安全、適度超前、提高供電可靠性的原則，合理選擇小區(qū)供配電措施1。方案設計時應根據(jù)電力相關行相業(yè)的標準進行設計。使設計盡量簡單，便于維護和管理，盡量減少電能消耗，提高電能利用率。還需要將近期和遠期結合起來發(fā)展分析。建設近期的同時考慮到遠期的發(fā)展可能，并根據(jù)用戶用電負荷重要程度、用電需求、用電容量、用電性質(zhì)等，結合區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和當?shù)毓╇姉l件等因素，進行技術比較后制定出合理的供電方案。 本次的課題設計主要先對該小區(qū)的用電特點和相關資料進行分析。對小區(qū)進行負荷計算，無功補償。根據(jù)計算負荷得出的結果，對變壓器容量和數(shù)目

14、進行設計，并對配電所設計。設計出合適的電氣主接線方式和配電線路接線方式。并根據(jù)短路電流計算結果，選擇和校驗電纜設備。根據(jù)建筑的特點，確定各類建筑物的防雷等級，進行相關的防雷及接地設計和等電位聯(lián)結，并選擇低壓配電系統(tǒng)的接地形式。依據(jù)相關專業(yè)提供的原始資料和國家行業(yè)標準規(guī)范和圖集繪出電氣設計圖。本工程基本概況：（1）總體概況：本工程總建筑面積為41723.8平方米，由兩棟主體建筑及地下公共汽車庫、設備用房等組成。其中一個主體建筑為6層商業(yè)寫字樓建筑，高約23.75米，屬于多層辦公建筑。該多層建筑1、2層為臨街商鋪，3至6層為公寓式辦公寫字樓。另外一個主體建筑為31層高層住宅建筑，高約96.75米，

15、屬于一類高層住宅建筑，耐火等級為一級。該高層建筑1、2層為臨街商鋪，3至31層為居民住宅。地下1層和地下2層均為汽車庫、附屬設備用房等組成。（2）具體數(shù)據(jù)：高層建筑3-31層為住宅樓，每層15戶，共三種戶型。其中，一層里戶型1共4戶面積為80-100、戶型2共9戶面積為100-130、戶型3共2戶面積為130-150，全樓共435戶。多層建筑3-6層為寫字樓，共4160,安裝容量為208KW。商業(yè)面積共5230，安裝容量為261KW。（3）設計范圍：高壓側從市政開閉所10kV配電線路起，在接引10kV電源處設置明顯斷開點，低壓側至小區(qū)內(nèi)各建筑低壓用電計量裝置上表位。（4）自然環(huán)境：本地區(qū)年平均

16、雷暴日24.8d/a，通廊式住宅建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0812次/a；建筑商業(yè)寫字樓建筑年物預計雷擊次數(shù)為：0.0359次/a。2 負荷的計算2.1 負荷分級以及要求用電負荷分級，是為了能夠正確地反映出對于用電可靠性要求的界限，以便選出合適的、符合實際水平的供電方式，保護人員安全，并能有效地節(jié)約投資提高經(jīng)濟效益。負荷分級主要是從經(jīng)濟損失和安全這兩方面來確定的。2.1.1 負荷分級和供電電源要求（1）負荷分級2根據(jù)JGJ162008民用建筑電氣設計規(guī)范行業(yè)標準規(guī)定，用電負荷應根據(jù)供電可靠性及中斷供電所造成的損失或影響的程度，分為一級負荷、二級負荷及三級負荷。各級負荷應符合下列規(guī)定：l 符合

17、下列情況之一時，應為一級負荷：中斷供電將造成人身傷亡；中斷供電將造成重大影響或重大損失；中斷供電將破壞有重大影響的用電單位的正常工作，或造成公共場所秩序嚴重混亂。例如：重要通信樞紐、重要交通樞紐、重要的經(jīng)濟信息中心、特級或甲級體育建筑、國賓館、承擔重大國事活動的會堂、經(jīng)常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等的重要用電負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應為特別重要的負荷。l 符合下列情況之一時，應為二級負荷：中斷供電將造成較大影響或損失；中斷供電將影響重要用電單位的正常工作或造成公共場所秩序混亂。l 三級負荷屬于一般的

18、電力負荷，所有不屬于上述一、二級負荷的，均屬于三級負荷。 （2）各級電力負荷對供電電源的要求：一級負荷是重要負荷，要求由兩路電源供電，若其中一路電源發(fā)生故障停止工作時，則另一路電源不會同時損壞。同時，除兩路電源外，還必須增設應急電源。其中，常用的應急電源有：蓄電池；干電池；供電網(wǎng)絡中獨立于正常電源的專門供電線路；獨立于正常電源的發(fā)電機組。二級負荷也是重要負荷，也要由兩路電源供電，并有兩臺供電變壓器。在其中一臺或回路中發(fā)生故障時，二級負荷不會中斷供電，或中斷后迅速能恢復供電。三級負荷屬于一般負荷，所以對供電電源沒有特殊的要求。2.1.2 本工程建筑的負荷類型本工程為綜合性住宅小區(qū)，有高層住宅樓、

19、多層辦公樓、商鋪、泵房、熱力交換站、地下車庫等公共用電設施。本次設計的高層住宅樓屬于一類高層民用建筑，此類建筑內(nèi)的消防控制室、火災自動報警及聯(lián)動控制裝置、火災應急照明及疏散指示標志、防煙及排煙設施、自動滅火系統(tǒng)、消防水泵、消防電梯及其排水泵、電動的防火卷簾及門窗以及閥門等消防用電應為一級負荷。住宅小區(qū)內(nèi)的生活給水泵房以及熱力交換站的用電負應根據(jù)工程規(guī)模、重要性等因素合理確定負荷等級，且不應低于二級。商鋪內(nèi)的主要通道照明和應急照明以及和地下停車庫的消防設備被歸為二級負荷。其余的如居民、商業(yè)、辦公等用電為三級負荷。用電設備條件匯總如表1所示。表1 用電設備條件匯總表用電設備名稱用電設備臺數(shù)負荷等級

20、用電設備相數(shù)常用備用單臺容量（KW）電壓（V）低區(qū)生活泵1一級7380三相中區(qū)生活泵1一級8.6380三相高區(qū)生活泵11一級11380三相普通客梯2一級18.5380三相觀光電梯2一級10380三相消防電梯1一級18.5380三相正壓風機A4一級11380三相正壓風機B2一級7.50380三相排煙風機1一級5.50380三相換熱機組A2一級7.00380三相換熱機組B1一級4.10380三相消火栓泵11一級75.00380三相自動噴淋泵11一級90.00380三相潛水排污泵A11一級4.00380三相潛水排污泵B33一級2.20380三相防火卷簾6一級1.00380三相送風兼消防補機A1一級7

21、.50380三相送風兼消防補機B2一級1.10380三相送風兼消防補機C1一級3.00380三相送風兼消防補機D2一級2.20380三相送風兼消防補機E3一級5.50380三相雙速排風兼排煙風機A1一級17/12380三相雙速排風兼排煙風機B1一級11/9380三相雙速排風兼排煙風機C1一級8/6.5380三相雙速排風兼排煙風機D1一級16/13380三相雙速排風兼排煙風機E4一級3/2.4380三相景觀照明80車庫照明40變電所照明152.2 計算負荷概述2.2.1 概述現(xiàn)代社會發(fā)展迅速，人們對生活環(huán)境有了更高的追求。從大的方面來說，住宅小區(qū)內(nèi)的基本生活設施越來越豐富，住宅樓房越來越多樣化。

22、本次設計的小區(qū)內(nèi)就包含高層住宅樓、多層住宅樓、寫字樓、商鋪、泵房、熱力交換站和地下停車庫等設施，不同的建筑用電負荷也大不相同，對整個小區(qū)的電氣設計要求也有所提高。從小的方面來說，人們生活富裕了，每家每戶像是空調(diào)、彩電、洗衣機之類的家用電器也在逐漸增多，用電負荷與過去相比有了大幅度的增長。居民用電越來越多樣化，所以要根據(jù)不同的負荷選取合適的計算方法。小區(qū)的供電系統(tǒng)要能正常，安全可靠地運行，就需要對整個住宅小區(qū)的負荷容量和計算負荷進行可靠地計算，才能正確地選擇適合變壓器的類型、容量以及數(shù)目。只有這樣，才能滿足小區(qū)居民現(xiàn)在以及將來的用電需求，并且合理降低了工程造價，節(jié)省材料。2.2.2 計算負荷的步

23、驟負荷計算主要內(nèi)容有負荷容量，計算負荷。負荷容量也稱安裝容量，是住戶所使用的用電設備的額定容量或是額定功率的和，是配電系統(tǒng)設計和計算的基礎資料和依據(jù)。計算負荷也稱計算容量、需要負荷，它標志用戶的最大用電功率，是配電設計時選擇變壓器、確定可作為按發(fā)熱條件選擇變壓器、導體及電器的依據(jù)，并用來計算電壓損失和功率損耗，也可作為電能消耗及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。計算負荷需要采用的方法主要有需要系數(shù)法、二項式法、單位面積法。方案設計階段可采用單位指標法；初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數(shù)法。且根據(jù)住宅建筑電氣設計規(guī)范JGJ242-2011 3.4.1條：對于住宅建筑的負荷計算，方案設計階段可采用單位

24、指標法和單位面積法；初步設計及施工圖設計階段，宜采用需要系數(shù)法進行計算3。因此本論文主要使用需要系數(shù)法對有關內(nèi)容進行計算，并簡單介紹單位面積法的基本概念。（1）單位面積法建筑的用電負荷常與建筑面積直接相關。對于具有相同功能、用途和檔次的建筑，盡管建筑的規(guī)模不同，但單位建筑面積上的負荷密度具有統(tǒng)計規(guī)律上的相似性。表2列出了當前經(jīng)濟發(fā)展情況下各類建筑物的負荷密度。若已知建筑面積A(m)，并查表2得到同類建筑的負荷密度指標r （W/m），可根據(jù)下式估算出計算負荷的大?。?（1）各類建筑物用電指標如表2所示。表2 各類建筑物的用電指標建筑類別用電指標（W/m）建筑類別用電指標（W/m）公寓3050醫(yī)院

25、4070旅館4070高等學校2040辦公3070中小學1220商業(yè)一般：4080展覽館5080大中型60120體育4070演播室250500劇場5080汽車庫815（2） 需要系數(shù)法需要系數(shù)標志著用電設備組投入運行時，從供電網(wǎng)絡實際取用的功率與用電設備組設備功率之比。需要系數(shù)的值總小于1，它不僅與設備的負荷率、效率、臺數(shù)、工作情況及線路損耗有關，而且與維護管理水平等因素也有關系。l 單臺用電設備的計算負荷 考慮到設備可能在額定工況下運行，單臺用電設備的計算負荷就取設備的安裝容量。 （2） （3） （4） （5）PN用電設備的安裝容量(KW)；UN設備的額定電壓(KV)；tanj用電設備銘牌給出

26、的功率因數(shù)角的正切值；Pc有功計算負荷(KW)；Qc無功計算負荷(Kvar)； Sc視在計算負荷(kVA)；Ic計算電流(A)。 l 用電設備組的計算負荷 當計算配電干線（例如，第j條）上的計算負荷時，首先將用電設備分組，求出各組用電設備的總安裝容量PN.i，然后查表得到各組用電設備的需要系數(shù)Kd.i及對應的功率因數(shù)cosji和功率因數(shù)正切值tanji，則： （6） （7） （8）l 建筑物總計算負荷建筑物總的負荷計算以建筑內(nèi)用電設備組或配電干線的計算負荷為基礎，從負荷端逐級向電源端計算，而且需要在各級配電點乘以同時系數(shù)Kp，即： （9） （10） （11）需要系數(shù)和功率因數(shù)可根據(jù)表3、表4來

27、進行選擇，但并不能局限于此表。電器設備在不斷地更新?lián)Q代，其性能也不斷改善，還與它的使用場合有關。所以，需要系數(shù)不是一成不變的，不能隨便拿起一本書就套用系數(shù)，需要研究設備樣本里提供的相關數(shù)據(jù)，結合工程的供電特點和當?shù)氐纳顥l件等因素，從而確定比較合適的需要系數(shù)。需要系數(shù)選擇表如表3、表4所示。表3 住宅用電負荷需要系數(shù)選擇表按單相配電計算時所連接的基本戶數(shù)按三相配電計算時所連接的基本戶數(shù)需要系數(shù)3914120.956180.758240.6610300.5812360.5014420.4816480.4718540.4521630.4324720.4125100753000.4012520037

28、56000.332603007809000.26表4 需要系數(shù)及自然功率因數(shù)表負荷名稱規(guī)模（臺數(shù)）需要系數(shù)（Kd）功率因數(shù)（cosj）照明面積500m10.910.95003000m0.90.70.9300015000m0.750.5515000m0.60.4商場照明0.90.7冷凍機房鍋爐房13臺0.90.70.80.853臺0.70.6熱力站、水泵房、通風機15臺0.750.80.80.855臺0.80.6電梯0.180.220.50.6（交流電）0.8（直流電）洗衣機房、廚房100KW0.40.50.80.9100KW0.30.4窗式空調(diào)410臺0.80.60.81050臺0.60.45

29、0臺以上0.40.3舞臺照明200KW10.60.91200KW0.60.42.2.3 本工程負荷計算本工程采用需要系數(shù)法進行計算，計算過程如下。（1）住宅用電部分根據(jù)實際負荷估算，規(guī)定面積在100以下的每戶按4KW計算，120-150的每戶按5KW計算，150以上的每戶按6KW計算。由此可知，戶型1為4KW/戶的共4戶、戶型2為5KW/戶的共9戶、戶型3為6KW/戶的共2戶。使用需要系數(shù)法計算負荷，每層一個電表箱。用6條配電干線從地下室二層變電所引來,每條配電干線連接5個樓層電表箱，其中一條干線連接4個樓層。本次設計以住宅負荷計算為主，以其中一條配電干線為例，其余負荷按相同方法計算，結果如表

30、5所示。用戶配電箱部分，由公式2可得安裝容量：樓層電表箱,查表3、4得Kd=0.75，cosj=0.9，tanj=0.48，由公式6和公式7可得樓層電表箱的計算負荷：配電干線,查表3、4得Kd=0.4，cosj=0.9，tanj=0.48，由公式6和公式7可得配電干線的計算負荷：住宅負荷計算如表5所示。表5 住宅負荷計算用電設備安裝容量（KW）有功(KW)無功(Kvar)1#住宅干線29287.642.052#住宅干線365109.552.563#住宅干線365109.552.564#住宅干線365109.552.565#住宅干線365109.552.566#住宅干線365109.552.56

31、合計2117635.1304.85在計算負荷的過程中還會涉及到同時系數(shù)。同時系數(shù)主要用在計算小區(qū)總負荷或計算變電所容量，由于用電設備組的全部設備并不同時運行，存在同時運行系數(shù)，所以需要乘以同時系數(shù)來折算負荷。同時系數(shù)取值需要根據(jù)當?shù)氐挠秒娝骄唧w分析，本次設計同時系數(shù)取Kp=0.9，Kq=0.95。由表5中的數(shù)據(jù)和公式9和公式10可計算得：因此住宅部分總的計算負荷為571.59KW（2）公共用電部分本工程公共用電部分包括：多層辦公樓用電、電梯用電、消防用電、園林及建筑景觀用用電、生活水泵用電、路燈和公共照明用電、排污設備用電等照明負荷以及動力負荷。本次計算以商業(yè)區(qū)和寫字樓的計算負荷為主，其余負

32、荷可根據(jù)表4查找需要系數(shù)，并根據(jù)2.2.2中所介紹的公式對各個用電設備進行負荷計算，具體計算結果見附錄表。由所給資料可知商業(yè)區(qū)和寫字樓的安裝容量分別為261KW和208KW，根據(jù)需要系數(shù)法計算出其計算負荷。商業(yè)區(qū)需要系數(shù)查表4得：Kd=0.85，cosj=0.9，tanj=0.48。由公式6和公式7可得：寫字樓需要系數(shù)查表4得：Kd=0.7，cosj=0.9，tanj=0.48。由公式6和公式7可得：一般情況下，備用設備與消防設備都不考慮在計算負荷之內(nèi)，只有當消防用電的計算有功功率大于火災時可能同時切除的一般電力、照明負荷的計算有有功功率時，按未切除的一般電力、照明負荷加上消防負荷計算低壓總設

33、備功率。2.3 無功補償2.3.1 無功補償?shù)哪康挠捎诂F(xiàn)在的用電設備大都屬于阻性負載和阻-感性負載，所以整個供電系統(tǒng)通常是阻感性的，因此供電系統(tǒng)中會消耗大量的無功功率，從而導致功率因數(shù)的降低。功率因數(shù)的降低會使電能的傳輸產(chǎn)生大量的損耗，并且無功功率會影響電壓的損耗，同時也會使電力設備的利用率相應降低，造成較多的經(jīng)濟和能源的浪費。所以，根據(jù)供電部門的有關規(guī)定，需要對功率因數(shù)進行一定限制，在某些供電場所需要達到一定的數(shù)值，低于這一數(shù)值是就必須進行無功功率的補償，以免產(chǎn)生不必要的損失。根據(jù)實際情況，一般居民小區(qū)的自然功率因數(shù)范圍在0.70.75之間。但是，根據(jù)有關規(guī)定，居民用電的功率因數(shù)應當保持在0

34、.9以上，以滿足供電要求4。當功率因數(shù)不滿足要求時，首先應當想辦法提高自然功率因數(shù)。要想提高自然功率因數(shù)，可以選擇合適的電動機型號規(guī)格，防止電動機長時間空載運行或者合理選擇變壓器的容量等方法都可達到目的。若提高自然功率因數(shù)仍達不到要求，則需要對小區(qū)內(nèi)的供電系統(tǒng)進行無功補償。2.3.2 無功補償?shù)姆椒ㄒ话銇碚f，要想補償無功功率的方法有：改變發(fā)電機的端電壓，就地補償無功功率等。由于改變發(fā)電機端電壓這種補償方式補償距離較遠，損耗比較大，投資高，因此這種方法對于小區(qū)供電這種遠距離，補償?shù)攸c分散的場合并不適用。所以，小區(qū)供配電系統(tǒng)的無功功率補償一般采用就地補償?shù)姆椒?。本工程無功補償采用并聯(lián)電容器的方法。

35、并聯(lián)電容器裝設位置共有高壓集中補償、低壓集中補償和單獨就地補償是三種方法。本次設計采用低壓集中補償?shù)姆椒ā５蛪杭醒a償是指將低壓電容器裝設在10KV變電站0.4V的低壓母線上。該方法能夠有效的補償?shù)蛪簜扔秒娫O備所消耗的無功功率，雖然無法對低壓側配電系統(tǒng)起到無功補償?shù)淖饔?，但是能夠減少高壓側供電系統(tǒng)中的電能損耗。這種方法補償與其他方法比較，使用電容器設備較為便宜，投資較小。并且具有接線簡單，管理方便，電容器的利用率較高等優(yōu)點，能夠使無功就地平衡。不僅如此，補償無功后會使10KV變壓器的視在功率變小，從而能夠?qū)⑦x擇變壓器的容量減小，減小了變壓器的投資。并聯(lián)電容器采用自動調(diào)節(jié)的控制方式，俗稱無功自動

36、補償裝置。電容器在低壓母線進行補償時均為自動補償方式，即實際補償電容器容量隨自然功率因數(shù)的變化而調(diào)整。低壓無功自動補償裝置示意圖，如圖1所示。圖1 低壓無功自動補償裝置的原理電路2.3.3 無功補償容量自然功率因數(shù)的計算方法如下： （12）采用分組自動投切的補償裝置的無功補償容量應按下式確定： （13）tanj1補償前功率因數(shù)cosj1對應的正切值； tanj2補償后期望的功率因數(shù)cosj2對應的正切值。在這里以供住宅負荷的T3變壓器進行無功補償為例。根據(jù)2.2.3中計算出的數(shù)據(jù)Pc=571.59KW，Qc=289.61KW，由公式11可得出視在功率為：由公式12可算出自然功率因數(shù)，即：cos

37、j=Pc/Sc=571.59/640.77=0.89所以住宅部分負荷自然功率因數(shù)為0.89，補償后期望達到0.97，則由公式13可得：根據(jù)計算出來的結果，可選用4組額定容量為15Kvar的電容器和3組額定容量為30Kvar的電容器。因此，實際補償容量為150Kvar。公共部分負荷T1、T2變壓器無功補償可用此方法進行計算，結果見表9、表10。3 短路電流的計算3.1 短路計算的目的（1）為了選擇和校驗電氣設備。如斷路器、隔離開關、熔斷器、互感器、母線、瓷瓶、電纜、架空線等等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設備電動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設備及載流導

38、體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗斷路器的遮斷能力等。（2）為繼電保護裝置的整定計算。在考慮正確、合理地裝設保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其它支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應計算最小運行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據(jù)需要計算單相接地電流等。（3）在選擇與設計系統(tǒng)電氣之接成時，短路計算可為不同方案進行技術性比較以及確定是否采取限制短路電流措施等提供依據(jù)。3.2 無限大容量電源條件下短路電流的計算無限大容量電力系統(tǒng)，是指供電容量相對于用戶供電

39、系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)。其特點是：當用戶供電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓能基本維持不變。如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路電路總阻抗的510，或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)5。3.2.1 短路電流計算基本步驟本工程采用標幺值法計算短路電流，其基本步驟為：（1） 確定基準值基準容量：Sd=100MVA；基準電壓：Ud=Uc?；鶞孰娏鳎?（14）Uc元件所在處的短路計算電壓（KV）（2）計算短路回路各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)電抗： （15）電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處的短路容量（MVA）。電力線路電抗： （16）X

40、o電力線路單位長度的電抗（/km）；l電力線路的長度（km）。電力變壓器電抗： （17）電力變壓器的短路電壓百分值； 電力變壓器的容量（MVA）。（3）繪制出短路回路的等效電路,通過網(wǎng)絡變換簡化短路電路，計算短路回路的總電抗標幺值。若短路回路的總電阻值大于總電抗值的1/3，需計入電阻值。（4）計算三相短路電流與短路容量三相短路電流周期分量有效值： （18）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流： （19）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流的有效值： （20） （21）三相短路容量： （22）（5） 兩相短路電流 （23）3.2.3 本工程短路電流計算本工程由當?shù)毓╇姴块T提供兩路10KV專用電源，進線

41、以電纜方式引入，由當?shù)毓╇姴块T提供的開閉所10KV饋線處短路系統(tǒng)數(shù)據(jù)為：Soc=200MVA，開閉所饋線開關過電流保護延時時間1.5S。以變壓器高壓側(即圖3中d1點)短路電流的計算過程為例，步驟如下：（1） 確定基準值基準容量：Sd=100MVA；基準電壓：Ud=1.05Un=10.5KV?；鶞孰娏?，由公式14得：（2） 計算短路回路各元件的電抗標幺值l 電力系統(tǒng)電抗標幺值由公式15得：l 供電線路電抗標幺值查閱相關手冊及產(chǎn)品樣本，可取Xo=0.093/km。由公式16得：總的電抗標幺值為：（3）計算三相短路電流與短路容量：l 三相短路電流周其分量有效值由公式18得：l 其他三相短路電流由公

42、式19、20、21得：l 三相短路容量由公式22得：l 兩相短路電流由公式23得：根據(jù)圖2繪制出短路等效電路圖如圖3所示。 圖2 電氣系統(tǒng)接線圖 圖3 標幺值法計算的等值電路圖變壓器高壓側短路電流計算結果如表6所示，低壓側短路電流計算與高壓側計算方法相同，計算結果如表7所示。表6 高壓側短路電流計算結果表短路計算點三相短路電流（KA）三相短路容量（MVA）兩相短路電流（MVA）周期分量有效值次暫態(tài)電流穩(wěn)態(tài)短路電流沖擊電流峰值d17.37.37.318.6132.86.32表7 低壓側短路電流計算結果表短路計算點三相短路電流（KA）兩相短路電流（MVA）周期分量有效值次暫態(tài)電流沖擊電流峰值d21

43、7.5417.5432.2415.19d316.9416.9431.1414.67d40.80.81.470.694 本工程供配電措施設計方案4.1 供配電系統(tǒng)概述小區(qū)供配電系統(tǒng)的設計的合理性對于可靠供電來說是十分關鍵的。它是由發(fā)、輸、變、配用幾個部分組成起來的。本次設計的小區(qū)供配電系統(tǒng)大致過程是：從附近市政開閉所引來兩路10KV電源，將10KV電源接引至小區(qū)變電所中，變壓器將電壓由10KV變?yōu)?.4KV，通過配電干線輸送到樓層配電箱，最后進入到各用戶配電箱。住宅建筑使用380V/220V三相五線制供電。從配電所三相五線至小區(qū)每座樓的樓層配電箱。供配電系統(tǒng)中應使接線保證安全性的同時，盡量滿足靈

44、活性并且維修簡便。還應能夠達到使用和生產(chǎn)所需的電壓質(zhì)量和供電可靠性的要求。此外，還應當使電能損耗盡量降低，同時還要減少有色金屬的消耗。從實踐上看，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電負荷增長速度快。因此，住宅小區(qū)的供配電系統(tǒng)一定要將設計的眼光放長遠一些，從實際出發(fā)，為以后增長的負荷預留一定的空間與容量。 4.2 變電所的設計4.2.1 變電所位置及環(huán)境變電所的位置應盡量選擇靠近負荷中心的地方，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗，并能有效減少一次投入，提高電能質(zhì)量。住宅小區(qū)內(nèi)的變電所應遵循小容量、密布點、靠近負荷中心的原則進行配置。進出線方便，考慮電源的進線方向，偏向電源側。同時，應盡可能設置在環(huán)境干燥

45、，遠離有腐蝕性、塵埃多的環(huán)境中，最好能留有發(fā)展空間的場所。配電設備的布置必須遵循安全、可靠、適用和經(jīng)濟等原則，并應便于安裝、操作、搬運、檢修、試驗和監(jiān)測6。 當高層建筑樓層較高時，用電負荷較大而且分散，對供電可靠性要求高，配電干線壓降不得超過允許值，以降低線路電能損耗。因此，高層建筑多采用樓內(nèi)變電所。樓內(nèi)變電所常有以下幾種設置方式：地下室、中間的某層和高層。本次設計將變電所設置于樓內(nèi)地下二層。4.2.2 變壓器容量和數(shù)目的選取原則變壓器的容量首先要滿足在計算負荷下變壓器能夠長期可靠運行。單臺變壓器的額定容量SNT與計算負荷Sc的關系應滿足： (24)對于兩臺并列運行的變壓器，則應滿足: (25

46、),分別為并列運行的兩臺變壓器的額定容量；，分別為負荷SC中一級和二級負荷的容量。變壓器容量的選擇除必須滿足上述基本要求外，還應考慮：為適用發(fā)展和調(diào)整的需要，變壓器容量應留有1525的裕量，滿足變壓器經(jīng)濟運行條件。對于居民住宅、機關學校等，如果1臺變壓器能滿足用電負荷需要時，宜選用1臺變壓器，其容量大小由計算負荷確定，但總用電負荷通常在1000kVA及以下，且用電負荷變化不大。對于有大量一、二級用電負荷、或用電負荷季節(jié)性（或晝夜）變化較大、或集中用電負荷較大的單位，應設置兩臺及以上電力變壓器。如有大型沖擊負荷，如高壓電動機、電爐等動力，為減少對照明或其他負荷的影響，應增設獨立變壓器。對供電可靠

47、性要求高，又無條件采用低壓聯(lián)絡線或采用低壓聯(lián)絡線不經(jīng)濟時，也應設置兩臺電力變壓器。選用兩臺電力變壓器時，其容量應滿足在一臺變壓器故障或修時，另一臺仍能保持對二級用電負荷供電，但需對該臺變壓器的過負荷能力及其允許運行時間進行校核國產(chǎn)電力變壓器的短時過負荷運行。綜上所述，電力變壓臺數(shù)和容量的確定，應根據(jù)供配電計算負荷、供電可靠性要求和 用電單位的發(fā)展規(guī)劃等因素綜合考慮確定，力求經(jīng)濟合理，滿足用電負荷的要求。一般說來，選用電力變壓器的臺數(shù)愈多，供電的可靠性愈好，但增加了設備投資和維護運行等費用。因此，在供電可靠性保證的條件下，電力變壓器的臺數(shù)應盡量減少。4.2.3 變壓器容量及數(shù)目的選擇通過計算負荷

48、可以求得變壓器的總容量?？偟囊曉谟嬎阖摵晒綖椋?(26)由于變壓器在運行時還需要考慮到負荷率的影響，并且多臺設備在運行的時候，各臺設備用電的最大值不會同時出現(xiàn)，所以在選擇變壓器的時候還需要計入同時系數(shù)。變壓器的負荷率一般在75%-85%，本次負荷率取值85%，即=0.85。同時系數(shù)的參考值，取值一般為0.850.95，但各級同時系數(shù)的乘積不宜小于0.8，由于愈趨向電源端，負荷愈平穩(wěn)，所以對應的值也愈大，本次設計同時系數(shù)取Kp=0.9。因此變壓器容量的計算方法為： （27）Pcj計算負荷；cosj功率因數(shù)；變壓器的負荷率；Kp同時系數(shù)。（1）住宅用電部分變壓器容量計算由2.3.3中計算可知功率因數(shù)補償后為0.97，即cosj=0.97