百货大楼供电设计供电工程课程设计报告.doc

供用电工程课程设计说明书 百货大楼供电设计 院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 蒋鹏 指导教师： 桂友超 职称 副教授 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1205班 完成时间： 2016年1月 摘 要随之国民经济的发展，电能是现代生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。电在现代生活中起到的作用越来越重要。一个百货大楼的供电对一个百货大楼十分重要，它是保证百货大楼正常运行的重要基础。本次设计首先分析了本次供用电工程课程设计的设计要求。进行了负荷计算、变电所选址与结构、变压器类型、变电所主接线、短路计算、设备选择校验、电缆选择。证明了完成设计任务要求，满足设计的技术参数要求。关键词：百货大楼；供用电；校验ABSTRACTAlong with the development of the national economy, electricity is the major energy and power of modern production. Power is easy to convert from other forms of energy, but also easy to convert to other forms of energy supply; the distribution of power transmission is simple and economic, and easy to control, regulation and measurement, there is conducive to the realization of the production the process of automation. Therefore, the power in modern industrial production and the life of the entire national economy in a wide range of applications. More and play a role in the modern life of the electric power supply more important. A store building is very important for a department store, it is an important foundation to ensure the normal operation of the department store.The design begins with an analysis of the design of the power supply engineering curriculum design requirements. For a load calculation and substation location and structure, type of transformer substation main wiring, short-circuit calculation, equipment selection and check, cable selection. Proof of complete design task requirements, technical parameters satisfy the design requirements. Key words Department store ；supply of electricity； Checkout 目录1 负荷等级确定与供电电源11.1 负荷等级确定11.2 供电电源12 负荷计算与无功补偿22.1 负荷计算22.2 无功补偿32.3 总计算负荷33 变（配）电所所址选择与结构型式43.1 所址选择43.2 结构型式44 变压器类型、台数及容量选择54.1 变压器类型选择54.2 变压器台数选择54.3 变压器容量选择55 变（配）电所电气主接线设计65.1 高压系统电气主接线设计65.2 低压系统电气主接线设计65.3 低压配电网的接线形式76 短路计算与电气设备选择校验86.1 短路电流计算86.2 高压电气设备选择校验106.3 低压电气设备选择校验107 进出线电缆选择校验127.1 高压进线电缆选择校验127.2 高压出线电缆选择校验127.3 低压进线电缆选择校验12结束语13参 考 文 献14致 谢151 负荷等级确定与供电电源1.1 负荷等级确定根据GB50052-1995供配电系统设计规范等相关规范，将各用电负荷分级如表格1所示。表 1 负荷等级确定表序号设备名称回路名称负荷等级1客梯2（消防）WP5一级负荷2地下室消防泵WP6一级负荷3屋顶消防风机WP7一级负荷4变电所用电WP8一级负荷5应急照明WL7一级负荷6客梯1WP1二级负荷7自动扶梯WP2二级负荷8地下室通风机WP4二级负荷9百货大楼空调WL3三级负荷10百货大楼冰箱WL5三级负荷11室外景观照明WL6三级负荷12地下室照明WL1三级负荷13楼层照明WL2三级负荷14店铺照明WL4三级负荷15地下室水泵WP3三级负荷1.2 供电电源根据设计规范及任务书中的供电条件，供电部门可提供两个独立的10kV电源，互为备用。其中电源1可供全部负荷，电源2仅供一半负荷。高压侧电压等级为10kV，低压侧为380/220V。因为有两路电源进线并设置两台变压器，所以高压侧可以采用单母线分段或桥式连接。二次侧采用放射式接线。具体如图1所示。图1 供电电源图2 负荷计算与无功补偿2.1 负荷计算本例中，楼层与店铺的照明、空调均用单位指标法中的单位面积功率法计算。其有功功率的计算公式为；其他设备均采用需要系数法其有功功率的计算公式为。由有功功率求无功功率的公式为，进而由或求得视在功率。而计算电流由或求得。对于一组用电设备，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数。以下几张表格列出了各设备的负荷计算。注：1、为表述方便，单位指标法计算出的负荷表示为需要系数为1的需要系数计算方法；2、备用设备未列出，消防时才用的设备单独列出，且不计入总计算负荷。表格 2 照明回路负荷计算设备名称回路名称额定容量/kW需要系数Kd功率因数cos有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A地下室照明WL12710.927.013.130.045.6 楼层照明WL216210.9162.078.5180.0 273.6 百货大楼空调WL318010.8180.0135.0225.0 342.0 店铺照明WL415610.9156.075.6173.3 263.5 百货大楼冰箱WL526010.8260.0195.0325.0 494.0 室外景观照明WL63010.8530.018.635.3 53.6 合计8151.000.85815.0515.7964.4 1466.0 乘同时系数（0.75/0.80)8150.750.83611.3412.5737.4 1120.9 表格 3 电力及平时消防回路负荷计算设备名称回路名称额定容量/kW需要系数Kd功率因数cos有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A客梯1WP1170.70.711.9 12.1 17.0 25.8 自动扶梯WP2480.70.733.6 34.3 48.0 73.0 地下室水泵WP313.50.80.810.8 8.1 13.5 20.5 地下室通风机WP4300.80.824.0 18.0 30.0 45.6 客梯2（消防）WP5170.70.711.9 12.1 17.0 25.8 变电所用电WP81510.8515.09.317.626.8 合计140.50.760.75107.2 94.0 142.5 216.7 乘同时系数（0.75/0.80)140.50.570.7380.4 75.2 110.1 167.3 表格 4 火灾时消防设备负荷计算（不计入计算负荷）设备名称回路名称额定容量/kW需要系数Kd功率因数cos有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A应急照明WL73010.8530.018.635.353.6 地下室消防泵WP6820.80.865.6 49.2 82.0 124.6 屋顶消防风机WP7330.80.826.419.833.050.2 合计1450.840.81122.0 87.6 150.2 228.3 乘同时系数（0.95/0.98)1450.800.80115.9 85.8 144.2 219.2 2.2 无功补偿供电部门相关要求是采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9。本例选择将自动投切的并联式电容器组安装在低压母线上来集中补偿。具体计算如表格5所示表格 5 两回路总计算负荷回路名称额定容量需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A照明回路815.0 1.000.85815.0 515.7 964.4 1466.0 电力回路140.5 0.760.75107.2 94.0 142.5 216.7 合计955.5 0.970.83922.2 609.6 1105.5 1680.3 乘同时系数（0.75/0.80)955.50.720.82691.7 487.7 846.3 1286.4 根据，得到需要补偿的无功功率为188.15kvar，可以取15组12kvar的自愈式低压电力电容器。2.3 总计算负荷无功补偿后低压母线计算负荷，变压器功率损耗，高压进线计算负荷的计算如表格6所示。表格 6 总计算负荷计算表回路名称额定容量需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A低压计算负荷955.50.720.82691.7 487.7 846.3 1286.4 功率因数补偿-180功率因数补偿后955.50.720.91 691.7 307.7 757.0 1150.7 变压器损耗7.6 37.9 高压侧负荷955.50.720.90699.2 345.6 779.9 45.0 3 变（配）电所所址选择与结构型式3.1 所址选择描述“变电所设于大楼地下室，有人值班。面积大小由电气设计定。已知建筑构造柱间距为7.2m7.2m。”由于是高层名用建筑，将变电所的位置放于地下室是合适的，再者该建筑在市区，从土地利用上来讲也是合适的。该建筑相邻构造柱间有7.2m的间距，除去变、配电柜前后预留的2.53m间距，有充足的空间布置变、配电柜。综合来看，可以按照任务书所述选择所址。3.2 结构型式主要结构形式如表格7。表格 7 10kV及以下变电所型式及适用场所序号型式适用场所1室内型独立变电所主要用于负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区2附设变电所主要用于负荷较大的车间、站房和无地下室的大型民用建筑3车间内变电所特别适用于负荷较大、负荷中心在车间中部且环境较好的多跨厂房。目前，车间内变电所多采用小型组合式成套变电站4地下变电所独立地下变电所较少采用。高层民用建筑的变电所通常设置在主体建筑地下室内5室外型成套变电所当供电可靠性要求不高或变压器容量不大于500kVA时采用6杆上变电站或高台式变电站适用于采用架空线路、容量不大于315kVA的中小城镇居住区和工厂生活区7露天或半露天变电所用于周围环境无腐蚀性气体，无易燃易爆物品，无可燃粉尘、纤维或导电尘埃沉积的工业场所本例中建筑位于市内，很难在室外找到建变电所的空地。对于有地下室的民用高层建筑，应当将变电所设于地下室。4 变压器类型、台数及容量选择4.1 变压器类型选择变压器类型选择如表格8所示。表格 8 变压器类型选择表序号类型选择结果依据1变压器相数三相用户变电所一般采用三相变压器。2变比及调压方式无励磁调压10kV配电变压器一般采用无载调压方式3绕组型式双绕组用户供电系统大多采用双绕组变压器。4绝缘及冷却方式干式考虑到防火一般采用干式。5外壳防护等级IP2X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。6联结组Dyn11有低压侧单相接地短路电流大有利于故障 除、承受单相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系统接地型式的低压电网中得到越来越广泛的应用。7型号SCB10型10/0.4kV4.2 变压器台数选择1、本例中有较多的一、二级负荷，变压器出现故障或检修时，可保证供电可靠性；2、有空调机组负载，属于季节性负荷大的负载，投入多台变压器有利于经济运行、节约电能；3、集中负荷容量较大。综合以上几点，变压器应选两台为宜。4.3 变压器容量选择由和，再考虑上一、二级负荷的备用供电，可以选择两台630kVA的干式电力变压器。此时变压器的负荷率约为60%，使用效率最高。5 变（配）电所电气主接线设计5.1 高压系统电气主接线设计本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，其中电源1可供全部负荷，电源2仅供一半负荷，并设有两台变压器。因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。方案一：采用分段单母线形式，运行方式如下：正常运行或电源2故障检修时，闭合母联断路器，由电源1承担全部负荷；当电源1故障或检修时，母联断路器仍断开，由电源2承担一半负荷。此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。方案二：采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：正常运行时，由10kV电源1和电源1同时供电，两个电源各承担一半负荷。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。由于采用线路变压器组接线，电源1受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。若需电源1承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承单全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案一。综上分析，本工程变电所髙压侧电气主接线采用方案一，即分段单母线形式。因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A-12型金属铠装中置式手车柜。根据当地供电部门规定，要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。操作电源的可从变压器或电压互感器的二次测取得，同时备有蓄电池备用。5.2 低压系统电气主接线设计变电所设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。运行方式如下：正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由另一台变压器承担全部一、二级负荷及部分三级负荷。低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器(ACB)，低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜。MNS(BWL3)-0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E、24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统为基础的，并与之相一致。根为防止两台变压器并联运行，顿器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。联络柜的母钱分段处设置阻火隔断，以确保一级负荷的供电可靠性。5.3 低压配电网的接线形式低压带电导体系统型式：对三相用电设备组和单相用电设备组混合配电的线路以及对单相用电设备组采用三相配电的干线线路，采用三相四线制；对单相用电设备配电的支线线路，采用单相三线制，将单相负荷均匀分配在三相系统中。低压系统接地型式：本工程为设有变电所的民用建筑，故采用TN-S系统。所有受电设备的外露可导电部分用PE线与系统接地点相连接。6 短路计算与电气设备选择校验6.1 短路电流计算现采用标幺值计算短路电流，其基准值选择：1）基准容量；2）基准电压，即和；3）基准电流，即和；4）基准电抗。各类标幺值的计算：1）电力系统电抗的标幺值；2）电力线路的电抗标么值；3）电力变压器的电抗标幺值。短路电流、容量计算：1）三相短路电流周期分量有效值；2）三相短路容量。本例中，一般情况下，由电源1供全部负荷，两台变压器分列运行。其高压部分最大运行情况下的短路计算如表格9所示。表格 9 一般情况下高压部分短路计算表序号电路元件技术参数电抗标幺值X*三相短路电流/kA三相短路容量/MVA两相短路电流/kAIk3(Ik3、Ib3)ip3Ip31电力系统0.8332高压进线0.00831+20.8416.54016.6779.875118.95.6644变压器6.34953+47.1920.07545.37026.29813.917.385当电源1故障时，由电源2供电（仅一半负荷），使用一台变压器。其高压部分最大运行情况下的短路计算如表格10所示。表格 10 电源1故障时高压部分短路计算表序号电路元件技术参数电抗标幺值X*三相短路电流/kA三相短路容量/MVA两相短路电流/kAIk3(Ik3、Ib3)ip3Ip31电力系统12高压进线0.0131+21.015.44613.8878.22399.04.7164变压器6.34953+47.35919.61444.23825.69413.58916.987综上所述，高压系统内最大的三相短路电流是20kA，对应的两相短路电流是17kA。对于低压部分，采用高压部分的最大三相短路容量为基准运算，具体如表格11所示。表格 11 低压部分短路计算表序号元件运行参数R/mX/mZ/mRL-PE/mXL-PE/mZL-PE/mIk3/kAkpip3/kAIk2/kAIk1E/kA1高压系统折算Skmax/MVA118.90.134 1.339 1.346 0.089 0.893 2变压器SrT/kVAPk/kWUk6306.542.620 9.815 10.159 2.620 9.815 3122.754 11.154 11.489 2.710 10.708 11.045 20.10 1.460 41.51 17.41 20.91 4母线端1r/m/mx/m/ml/m0.0110.11640.044 0.464 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0330.2640.132 1.040 5342.798 11.618 11.950 2.842 11.748 12.086 19.33 1.469 40.15 16.74 19.11 6母线端2r/m/mx/m/ml/m0.0110.1169.60.106 1.114 rL-PE/m/mxL-PE/m/ml/m0.0330.269.60.317 2.496 75+62.904 12.73 13.058 3.158 14.244 14.590 17.69 1.488 37.22 15.32 15.83 低压部分最大三相短路电流是20kA。6.2 高压电气设备选择校验1）按正常条件选择额定电压、额定电流、额定频率；2）按短路情况校验动、热稳定性、热稳定性校验、动稳定性校验；2）按环境条件校验。变电所高压电气设备选择校验见表格12。从表中可以看出所选设备均满足要求。表格 12 高压电气设备选择校验选择校验项目额定电压额定电流开断能力动稳定热稳定其他装置地点条件参数UN/kVIc/AIk3/kAimax/kAI/kAt/s数据电源进线10.5119.26.00315.319.0650.95变压器T1一次侧10.587.96.00315.319.0650.95变压器T2一次侧10.587.96.00315.319.0650.95设备型号规格高压电源进线断路器（CV-12-630A/25kA）126302563254变压器一次侧断路器（CV-12-630A/25kA）126302563254高压熔断器（XRNT3-12/125-50）12125504电压互感器（JDZ12-10）10/0.140.5高压计量柜电压互感器（JDZ12-10）10/0.140.5高压计量柜电流互感器（LZZBJ12-10A）10.5150/5112.54540.5高压电源进线电流互感器（LZZBJ12-10A）10.5150/5112.54540.5变压器T1一次侧电流互感器（LZZBJ12-10A）10.575/51052.52140.5变压器T2一次侧电流互感器（LZZBJ12-10A）10.575/51052.52140.56.3 低压电气设备选择校验1）按正常工作条件选择：电器的额定频率应与所在回路的频率相适应；电器的额定电压应不小于所在回路的标称电压；电器的额定电流不应小于回路的计算电流。2）按短路情况校验：可能通过短路电流的电器，应满足在短路条件下短时耐受电流和峰值耐受电流的要求；断开短路电流的保护电器，应满足在短路条件下的分断能力要求；应采用接通和分断时安装处的预期短路电流验算电器在短路条件下的接通能力和分断能力，当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1时，应计入电动机反馈电流的影响。6.3.1低压断路器选择校验及脱扣器整定低压进线及主要配电干线断路器选择校验及脱扣器整定见表格13。从表中可以看出所选设备均满足要求。低压联络断路器选择同进线断路器，其他出线断路器选择方法同主要配电干线，具体型号规格及整定见设计图纸标注。表格 13 低压断路器选择校验及脱口器整定选择校验项目电压电流开断能力长延时脱扣电流短延时脱扣电流及时间瞬时脱扣电流灵敏度装置地点条件参数UN/kVIc/AIk3/kAIc/AIpk/At/sIstM/AIk/A数据低压进线0.42309.480501760.250配电干线10.42309.480501760.250配电干线20.42309.480501760.250断路器型号规格低压进线断路器（CW2-2500）0.425002500851687.3230.10.29132.2配电干线1断路器（CW2-2500）0.425002500851687.3230.10.29132.2配电干线2断路器（CW2-2500）0.425002500851687.3230.10.29132.26.3.2电流互感器的选择校验低压进线及主要配电干线测量用电流互感器选择校验见表格14。从表中可以看出所选电流互感器均满足要求。低压联络测量用电流互感器选择同进线测量用电流互感器，其他出线测量用电流互感器选择方法同主要配电干线，具体型号规格见设计图纸标注。表格 14 低压电流互感器选择校验选择校验项目电压UN/kV电流IN/A精度等级其他系统电压计算电流Ic互感器变比低压进线电流互感器（BH80）0.42309.42500/50.2配电干线1电流互感器（BH80）0.42309.42500/50.2配电干线2电流互感器（BH80）0.42309.42500/50.27 进出线电缆选择校验7.1 高压进线电缆选择校验短路热稳定条件得：，选择120mm2的YJV22-8.7/10电缆。发热条件：计算电流，满足要求。电压损失条件：，满足要求。7.2 高压出线电缆选择校验短路热稳定条件得：，选择95mm2的YJV22-8.7/10电缆。发热条件：计算电流，满足要求。7.3 低压进线电缆选择校验每个变压器低压侧出线端（低压进线）计算负荷是345kW+240kvar，以此计算载流量条件是643A，故采用300mm2的YJV电缆。结束语通过将近一周的设计，在老师和同学的指导学习下，遇到的问题在摸索中得到解决，终于完成了这一份课程设计。设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关供用电方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力。对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。本设