工廠供電課程設計
題目： 高層住宅供配電系統設計
學院資訊與機電工程學院
年級專業電氣工程及其自動化
學生姓名李味鳳周明徐曉道夏冰清
學號 070145090/91/93/89
指導教師陳海雄
完成日期 2023年 5月
一、負荷計算和無功功率計算
1、基本理論及計算公式1
2、負荷計算和無功功率計算
3、無功功率補償
4、年耗電量的估算
二、變電所位置和形式的選擇
三、變電所主變壓器台數和容量的選擇
1、變電所主變壓器台數的選擇
2、變電所主變壓器容量選擇
四、變電所主接線方案的選擇
五、短路電流的計算
1、短路電流計算的目的及方法
2、短路電流的計算
3、確定基準值
4、計算短路電路中各主要元件的電抗標麼值
5、計算k-1點的短路電路總電抗標麼值及三相短路電流和短路容
6、計算k-2點短路電路總電抗標麼值及三相短路電流和短路容量
六、變電所一次裝置的選擇
1、導線機截面選擇的基本理論
2、變電所高壓一次裝置的選擇
七、變電所繼電保護的設計
1、變壓器繼電保護
2、變壓器的瓦斯保護
八、防雷和接地裝置的確定
1、防雷基本理論
2、防雷裝置的確定
3、接地基本理論
4、接地裝置的確定
一負荷計算和無功功率計算
高層各樓層負荷統計資料
1、基本理論及計算公式
負荷計算的方法有需要係數法、利用係數法及二項式等幾種。本設計採用需要係數法確定。
在負荷計算時，採用需要係數法對各個樓層進行計算。
主要計算公式有： 有功功率：
無功功率
視在功率:
計算電流:
2、負荷計算和無功功率計算
1、1-6f
2、7-12f住宅
3、13-18f住宅
4、消防電梯及輔助裝置：
5、普通電梯及輔助裝置：
6、消防幫浦
7、生活幫浦
8、公用照明常用電源：
9、人防照明：
10、人防動力
取本住宅同時係數：
則全樓計算負荷為：
3、無功功率補償
由以上計算可得變壓器低壓側的視在計算負荷為：
這時低壓側的功率因數為：
為使高壓側的功率因數0.90，則低壓側補償後的功率因數應高於0.90，
取： 。要使低壓側的功率因數由0.88提高到0.95，則低壓側需裝設的併聯電容器容量為：
取:則補償後變電所低壓側的視在計算負荷為：
計算電流
變壓器的功率損耗為：
變電所高壓側的計算負荷為：
補償後的功率因數為： 滿足（大於0.90）的要求。
4、年耗電量的估算
年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：
年有功電能消耗量：
年無功電能耗電量：
結合本廠的情況，年負荷利用小時數為4800h，取年平均有功負荷係數，年平均無功負荷係數。由此可得本住宅：
年有功耗電量：
年無功耗電量：
二、變電所位置和形式的選擇
由於本住宅有二級重要負荷，考慮到對供電可靠性的要求，採用兩路進線，一路經6kv公共電源幹線架空進線（中間有電纜接入變電所）；一路引自鄰近高壓聯絡線。
變電所的形式由用電負荷的狀況和周圍環境情況確定，根據《變電所位置和形式的選擇規定》及gb50053－1994的規定，結合本住宅的實際情況，這裡變電所採用單獨設立方式。
三、變電所主變壓器台數和容量的選擇
1、變電所主變壓器台數的選擇
變壓器台數應根據負荷特點和經濟執行進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設兩台及以上變壓器：有大量一級或二級負荷；季節性負荷變化較大；集中負荷較大。
結合本廠的情況，考慮到二級重要負荷的供電安全可靠，故選擇兩台主變壓器。
2、變電所主變壓器容量選擇
每台變壓器的容量應同時滿足以下兩個條件：
1）任一台變壓器單獨執行時，宜滿足：
2）任一台變壓器單獨執行時，應滿足：。
考慮到本住宅的實際情況，同時又考慮到未來5~10年的負荷發展，初步取=1000 。考慮到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為sc3系列箱型乾式變壓器。型號：
sc3-1000/10 ，其主要技術指如下表所示：
四、變電所主接線方案的選擇
方案ⅰ：高、低壓側均採用單母線分段。優點：
用斷路器把母線分段後，對重要使用者可以從不同母線段引出兩個迴路，用兩個電路供電；當一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要使用者停
電 。缺點：當一段母線或母線隔離開關檢修時該母線各出線須停電；當出線為雙迴路時，常使架空線路出現交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。
方案ⅱ：單母線分段帶旁路。優點：具有單母線分段全部優點，在檢修斷路器時不至中斷對使用者供電。缺點：常用於大型電廠和變電中樞，投資高。
方案ⅲ：高壓採用單母線、低壓單母線分段。優點：
任一主變壓器檢修或發生故障時，通過切換操作，即可迅速恢復對整個變電所的供電。缺點：在高壓母線或電源進線進行檢修或發生故障時，整個變電所仍需停電。
以上三種方案均能滿足主接線要求，採用三方案時雖經濟性最佳，但是其可靠性相比其他兩方案差；採用方案二需要的斷路器數量多，接線複雜，它們的經濟效能較差；採用方案一既滿足負荷供電要求又較經濟，故本次設計選用方案ⅰ。
根據所選的接線方式，其主接線圖如下：
變電所主接線
五、短路電流的計算
1、短路電流計算的目的及方法
短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣裝置，以及進行繼電保護裝置的整定計算。
進行短路電流計算，首先要繪製計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定引數都表示出來，並將各元件依次編號，然後確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。
接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，並計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經的一些主要元件表示出來，並標明其序號和阻抗值，然後將等效電路化簡。對於工廠供電系統來說，由於將電力系統當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需採用阻抗串、併聯的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。
最後計算短路電流和短路容量。
短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標么制法（又稱相對單位制法）。
2、短路電流的計算
本住宅的供電系統簡圖如下圖所示。
下面計算本廠變電所高壓10kv母線上k-1點短路和低壓380v母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。
採用標么制法進行短路電流的計算。
3、確定基準值
取，，所以：4、計算短路電路中各主要元件的電抗標麼值：（忽略架空線至變電所的電纜電抗）
1) 電力系統的電抗標麼值：
2) 因電線的型號是lgj-240：查手冊得，因此：
3) 電力變壓器的電抗標麼值：由所選的變壓器的技術引數得，因此：
可繪得短路等效電路圖如下圖所示。
5、計算k-1點的短路電路總電抗標麼值及三相短路電流和短路容量
1) 總電抗標麼值：
2) 三相短路電流週期分量有效值：
3) 其他三相短路電流：
4) 三相短路容量：
6、計算k-2點短路電路總電抗標麼值及三相短路電流和短路容量
1) 總電抗標麼值：
2) 三相短路電流週期分量有效值：
3) 其他三相短路電流：
三相短路容量：
這樣，短路電流的計算就完成了。
六、變電所一次裝置的選擇
1、導線機截面選擇的基本理論
為了保證供電系統安全、可靠、優質、經濟地執行，對導線和電纜截面進行選擇時必須滿足下列條件:
1）發熱條件
導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發熱溫度，不應超過其正常執行時的最高允許溫度。
2）電壓損耗條件
導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的電壓損耗，不應超過其正常執行時允許的電壓損耗。對於較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。
3）經濟電流密度
35kv及以上的高壓線路及電壓在35kv以下但距離長電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為「經濟截面」。此種選擇原則，稱為「年費用支出最小」原則。
10kv及以下線路，通常不按此原則選擇。
4）機械強度
導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小於其最小允許截面。對於電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩定度。母線也應校驗短路時的穩定度。
對於絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。
根據設計經驗，一般對高壓線路，常按經濟電流密度選擇，用其他三種方法校驗。對10kv及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發熱條件來選擇截面，再由電壓損耗和機械強度校驗。對低壓架空線路，常按長時允許電流選擇，其餘校驗。
對低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再發熱條件和機械強度進行校驗。對長距離大電流及35kv以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其它條件。
高壓一次裝置選取原則：根據以上負荷計算和短路電流計算選擇高低壓一次裝置。
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