10KV供配电系统设计.pdf

摘 要 随着人们的居住条件的不断改善，人们对小区电力供应的要求越来越高，特别是供电的可靠性和持续性。这就要求在进行供配电系统设计时要结合该小区的规模和规模标准来设计，要既能满足小区的用电负荷，又能保证小区的供电安全及供电可靠性。本次设计课题内容为某小区 10KV 供配电系统设计。论文的主体结构为：首先论述了课题的意义和设计概况，主要包含此小区供配电系统的设计理论。设计前期根据民用住宅建筑物的负荷计算准则来进行负荷计算，运用了三种负荷计算方法对各类别的用电负荷进行计算和统计，经过分析选择低压集中无功补偿方式，采用并联电容器，使功率因数由 0.85 提高到 0.932，大大降低了设备运行的损耗；再采用标幺值法对短路电流进行运算，选择主要电气设备的型号和参数，灵活将电器设备的原理进行理解及运用，根据数据表，选择了合适的电缆型号和截面。后期则从防直击雷和接地系统的角度，对建筑物进行防雷保护的设计，及图纸的绘制。关键词：供配电系统；短路计算；无功补偿 ABSTRACT With the continuous improvement of peoples living conditions,peoples demand for residential power supply is increasingly high,especially the reliability and continuity of power supply.This requires the design of power supply and distribution system to combine the size and scale of the district standards to design,to both meet the districts electricity load,but also to ensure that the districts power supply security and reliability.This design topic for the residential area 10KV power supply and distribution design.The main structure of the thesis is as follows:firstly,the significance and the design of the project are discussed,including the design theory of the power supply and distribution system.Preliminary design according to the load of residential buildings calculation criterion for load calculation,using three kinds of calculation methods of all kinds of used electricity load calculation and statistics,and selection of shunt capacitor of low voltage reactive power compensation,the power factor increased from 0.85 to 0.932,greatly reduces the loss of equipment operation;by p.u.method of short-circuit current calculation,for power transformer selection and electrical equipment models and the parameters identified,flexible understanding and application of the principle of electrical equipment,according to the data table,select the appropriate cable type,and the cross section.From the late direct lightning protection and grounding system point of view,design of lightning protection of buildings,drawing and drawing.Key words：power supply and distribution system；short circuit calculation；reactive power compensation 目 录 1 前言.1 1.1 课题意义.1 1.2 设计概况.1 1.3 设计范围.1 1.4 设计原则及标准.1 1.5 设计思路.2 2 住宅小区的负荷计算.3 2.1 负荷的分类.3 2.3 负荷计算准则.3 2.3 电气负荷计算.4 2.3.1 计算的主要方法.4 2.3.2 其它负荷计算方法.5 2.3.3 详细负荷计算.6 2.4 系统负荷计算的统计结果.10 3 无功功率补偿及其计算.13 3.1 无功补偿的必要.13 3.2 无功补偿装置的选择.13 3.3 并联电容器无功功率补偿的计算方法.13 4 短路电流计算.16 4.1 短路电流计算的目的.16 4.2 实用计算时的基本假设.16 4.3 标么值法计算短路电流.16 4.3.1 按标么值法进行短路计算.16 4.3.2 短路计算过程及结果.18 5 系统变压器的选择.21 5.1 小区供配电系统布局.21 5.2 变压器的类型选择.21 5.3 箱式变压器.21 5.4 高压环网柜.23 5.5 高、低压分线设备选择.23 5.5.1 高压电缆分支箱的选择.23 5.5.2 低压电缆分支箱的选择.23 5.6 高、低压电缆类型及截面选择.23 5.6.1 高压电缆的选择.23 5.6.2 低压电缆的选择.24 6 防雷接地系统设计.25 6.1 防雷设计的必要.25 6.2 建筑物的防雷措施.25 6.3 雷电波的危害.25 6.4 本建筑防雷接地系统设计结果.25 6.4.1 防直击雷.26 6.4.2 接地系统.26 结束语.27 参考文献.28 致谢.29 1 1 前 言 1.1 课题意义 住宅小区是城市居住区公共空间的重心，小区供配电规划是小区电力网配置的依据和基础。小区的电力配套设施常因配置标准不统一，供电方案不规范等原因，使其出现供电可靠性不高、设备运行损耗大、后续维护不便的问题，而困扰着万千用户。因此要在保证供电系统安全可靠运行的同时兼顾社会、经济效益，提高设备的运行效果。近几年来,国内外电力行业开始使用新型的箱式变电站与配电室,设计时可根据需要来选择适合的变电站，其容量在100kVA1600kVA的范围。箱式变电站的优点主要为占地面积小,可灵活选择站址且适应性强,投资小,社会、经济效益明显。1.2 设计概况 本小区，总面积105000平方米（其中住宅面积85000平方米，商业面积20000平方米）由1栋17层高层住宅、4栋18层高层住宅、3栋23层高层住宅组成。分两期建设，小区配电系统一次设计。本工程一期安装四台630kVA室外箱式变压器。变压器容量为2520kVA。小区消防设备及电梯、生活汞为一级负荷，备用电源由开发商自设柴油发电机组。本设计，总体上依据民用建筑设计规范来确立设计思路，并且根据实际情况完成配电系统的负荷计算、无功补偿、短路计算、设备选型、图纸绘制。1.3 设计范围 按照城区供电局 10kV 及以下配电网的规范，对于本小区配电系统，设计的范围如下：从 10KV 配电线路起至一户一表表箱（含分户表计）止范围内的 10/0.4KV高低压配电系统的电气设计。1.4 设计原则及标准 本设计主要参考了如下国家规范及电气行业标准：3110KV 高压配电装置设计规范GB50060-2008 20KV 及以下变电所设计规范GB50053-2013 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008 供配电系统设计规范GB50052-2011 2 电力工程电缆设计规范GB50217-2007 电测量及电能计量装置设计技术规范DL/T5137-2001 GB3804-2004：340.5KV 交流高压负荷开关 DL401-91：高压电缆选用原则 GB11032-2010：交流无间隙金属氧化物避雷器 一般 10KV 电网须按不同用电负荷的可靠性要求,选择最适当的接线方式。工程中，正确的选用线路导线的截面和长度，可以降低有色金属的用量,既减少了线路的损耗,也保证供电质量。1.5 设计思路 本住宅小区共有建筑楼 8 座，包括周边绿化空地，占地面积约 105000 平方米，其中住宅楼 6#，8#楼 23 层属一类高层，二类高层住宅楼 6 座(1#、3#、5#、7#楼 18 层，2#楼 17 层)，商业面积 2571 平方米，地下车库 14628 平方米。对于小区住宅建筑来说，通常从 10KV 的高压电力网进线，经由小区新增环网柜采用电缆接入，再经箱式变的高低压变换箱，将电压引至各楼栋单元的总配电箱。接地系统为 TN-C-S 系统，保护采用户外式重复接地保护，接地电阻小于等于 4。高压从 10KV 的高压电力网进线，经高压环网柜引入，低压配电干线则采用母线绝缘电力电缆（YJV）穿管埋地下或是沿内墙敷设，顶板暗敷设。3 2 小区负荷计算 本小区建筑平面总面积 105000 平方米（其中住宅面积 85000 平方米，商业面积 20000 平方米）包含 1 栋 17 层高层住宅、4 栋 18 层高层住宅、3 栋 23 层高层住宅。小区的供配电系统随现代人们生活的提高、生产的需要而规划的，作为本小区民用建筑供配电系统设计的前提，负荷计算的合理性是选择主要电力设备容量、型号、电缆截面的主要依据。小区的电压质量与居民的日常生活与工作息息相关，其用电负荷按国家住宅小区用电标准估算得来。2.1 负荷分类与电源 为了使小区建成、设备投入使用后，小区居民能拥有稳定的供电电压，为其日常生活提供电力保障，同时又考虑到长期生活，实际供电时的经济性，按设备负荷在运行中的重要性和如若意外中断供电而可能形成损失的程度来将负荷进行分类：一级负荷，即在设备运行中意外中断供电，将可能致使人员伤亡、威胁人身安全或对自然环境造成不可恢复的破坏，对公民人身和经济方面产生巨大影响。二级负荷，是在一级负荷之下，不会造成公民安全的威胁但有可能使社会经济产生较大的损失。三级负荷，此类负荷是指除开一级、二级负荷规定之外的其他用电负荷，其产生的可能损失程度的影响较小，或者说不会给人们生活和工作带来直接或明显的影响。根据上述描述，本次设计的小区消防设备及电梯、生活泵为一级负荷，备用电源由开发商自设柴油发电机组。小区供电系统电源，由城市 10KV 的电力网经由本小区新增环网柜采用电缆接入新增分支箱，经过箱式变压器的高低压变换箱引入，采用电缆接入客户新增箱变。接地系统采用 TN-C-S 系统。2.2 负荷计算准则 本设计遵照国网公司电力安全工程规范中之规定，城市居民小区的每户供电容量规格一般在 410kW。本小区的小户型房屋面积约为每户 80m2，大户型则为 150m2，小户型每户容量按 46kW 设定，大户型则设定为每户 810kW 的负荷容量。其设定均按照国家民用建筑供电标准来进行估算。其具体规格如下表 1：4 表 1 小区负荷规格 2.3 电气负荷计算 住宅小区的负荷计算是住宅小区电源设计的一个重要组成部分，直接影响住户的供电能力。设计时选用了三种计算方法对住宅小区负荷进行计算，以此合理配置小区配电变压器及选择电缆型号与截面，满足居民生活需求。其计算结果的正确与否，将直接影响到设备效率的利用和能否安全运行。2.3.1 计算的主要方法 1.单位指标法 NiPPMn （1）式中 PM计算负荷,单位为kW。(仅用于计算居民日常照明用电，不含客梯、水压力等负荷)。Pn参考住宅设计规范（GB500961999）和各地住宅负荷标准，住宅负荷的单位用电指标Pn一般确定在48kW。Ni楼栋住户数。同时系数，值按每楼栋住户数目的不同选取相应不同的数值来计算：本小区住户数在100 户以下的取0.6；住户数在100 户以上的则取0.55 计算。2.单位面积法 按单位面积法来处理负荷时，单位负荷的密度随居住面积的增大而减小，本小区按资料给定区域面积进行公式计算，即：dedSPPM （2）式中PM计算负荷，单位为kW。edP单位面积的计算负荷，单位为 W/m2。dS单位居住面积，单位为m2。同时系数，可按总的住户数进行折算，其取值范围同单位指标法。3.需要系数法 其计算方法简便、结果也较符合实际，常用于施工负荷计算，是目前世界普遍采用的一种方法。有功计算负荷jsP（计算负荷或称有功功率）为:规格 100m2及以下 100m2以上 每户容量 46kW 810kW 5 exjsPKP (3)式中 jsP计算负荷（不含备用容量，单位为 kW）。xK需要系数。eP设备容量。无功计算负荷jsQ为:tanjsjsPQ （4)式中 jsQ无功功率（单位为 kVAr）。jsP有功功率。tan功率因数角的正切值。视在计算负荷jsS为:cosjsjsPS (5)式中 jsS视在计算负荷(视在功率，单位为 kVA）。cos功率因数。计算电流jsI为:cos33NjsNjsjsUPUSI (6)式中 jsI计算电流（单位为 A）。jsS视在容量(视在功率，单位为 kVA）。NU额定电压（单位为 V）。2.3.2 其它负荷计算方法 根据设计的实际需要，在选取小区主体居民照明用电负荷的方法后，继续计算其它用电所需负荷。如电梯、小区物业与门卫亮化、绿化照明、地下车库、泵房、消防用电、动力与热力交换站及小区绿化等周边配套设施用电负荷。诸如此类负荷的计算，其所用方法如下：1.电梯负荷 NPiPD （7）式中PD电梯运行总负荷，单位为kW。Pi每部电梯运行负荷，单位为 kW。N电梯台数。2.二次加压水泵 （8）式中PM实际负荷，单位为kW。NPMiPM 6 PMi各类水泵的单台负荷，单位为kW。N水泵台数。3.物业负荷 PWiPW （9）式中PW物业在居民家庭用电最大负荷时段的实际负荷。PWi总负荷，单位为 kW。物业在居民家庭用电最大负荷时段的同时系数。4.小区亮化 按照小区亮化及景观照明布局，统计路灯和绿化灯饰的数量，按每种灯泡功率的累计，用PL表示，其单位为kW。5.本小区的其他类负荷的总计：（10）2.3.3 详细负荷计算 1.居民用电负荷计算：本设计居民用电负荷采用单位指标法。其原则重点参照 供配电系统设计规范GB50052-2011中的相关规定。其中主要参数：单位用电指标nP根据住宅设计规范（GB500961999）并参考各地住宅负荷标准，住宅区通常确定在 4kW-8kW 的范围。功率因数取 0.85，同时系数值，须按实际每楼栋住户数目的不同来选取相应不同的数值：本小区住户数在 100户以下的取0.6；住户数在 100 户以上的则按 0.55 计算。其具体计算过程如下：1#住宅楼的户数为 60 户，根据规定户数低于 100 户，取 0.6，单位用电指标依据住宅设计规范（GB500961999）取 6kW。功率因数取 0.85。计算负荷:KWNiPPMn2166.0606 无功功率:kvar7.133619.0216)tan(arccos216tanjsjsPQ 视在计算负荷:KVA1.25485.0216cosjsjsPS 计算电流为：A38638031.2543NjsjsUSI 本小区共 8#栋主体住宅建筑，2#8#号住宅区可依次按照上述计算公式和方法，得出住宅区总的计算负荷为 2120kW。其具体数据总结如下表 2。PLPWPMPDP 7 表 2 住宅区 8 座楼负荷计算表 序号 楼号 户数 单位指标（kW）负荷同时率 cos 计算负荷（kW）1 1#60 6 0.6 0.85 216 133.7 254.1 386 2 2#120 6 0.55 0.85 296 183.2 348.2 529 3 3#74 5 0.6 0.85 222 137.4 261.1 397 4 4#138 4 0.55 0.85 303.6 187.9 357.1 543 5 5#108 4 0.55 0.85 237.6 147.1 279.5 425 6 6#138 4 0.55 0.85 303.6 187.9 357.1 543 7 7#108 4 0.55 0.85 237.6 147.1 279.5 425 8 8#138 4 0.55 0.85 303.6 187.9 357.1 543 合计 824 2120 1312.2 2494.1 3791 2.商业用电负荷计算：因为已知商业区面积，故采用单位面积法求取每栋楼底商负荷，即：dedSPPM （11）式中PM实际最大负荷（单位为kW）edP单位面积计算负荷（单位为 W/m2）dS单户住宅面积（单位为m2）同时系数，可按基本住户数折算同时系数，同时系数取值范围同上。kW/jsPkvar/jsQkVA/jsSA/I 8 根据实际情况，商业用户的单位面积计算负荷edP取 100W/m2，地下室取5W/m2。同时系数，商业用户取0.8，地下室负荷取0.9。按单位面积法求解，其具体计算如下：1#底商面积为600m 2，商业用户用电指标取 100W/m2，取 0.8，功率因数取 0.85。计算容量为kW488.0600100dedSPPM 无功功率为kvar7.29619.048)tan(arccos48tanjsjsPQ 视在功率为kVA5.5685.048cosjsjsPS 计算电流为A8538035.563NjsjsUSI 2#底商面积为 600m2，商业用电指标取 100W/m2，取 0.8，功率因数取 0.85。计算负荷为kW7.778.0971100dedSPPM 无功功率为kvar1.48619.07.77)tan(arccos48tanjsjsPQ 视在功率为kVA4.9185.07.77cosjsjsPS 计算电流为A13938034.913NjsjsUSI 地下室的面积为 14628m2，用电指标取 5W/m2，取 0.9，功率因数取 0.85。计算负荷为kW8.659.0146285dedSPPM 无功功率为kvar7.40619.08.65)tan(arccos48tanjsjsPQ 视在功率为kVA4.7785.07.40cosjsjsPS 计算电流为A11838034.773NjsjsUSI 综上，商业负荷及地下室的设备总容量为kW5.1918.657.7748jsP。本小区商业区及地下室负荷计算表如表 3。9 表 3 商业区及地下室负荷计算表 3.其余主要设备用电负荷计算：（1）电梯的负荷分级 电梯的负荷分级应符合电力系统负荷分级规范的要求。客梯的供电要求如下：一级负荷的客梯，应由引自两路独立电源的专用回路供电。二级负荷的客梯，可由两回路供电，其中一回路应为专用回路。另一路为备用回路。三级负荷的客梯，宜由建筑物低压配电柜以一路专用回路供电，当有困难时，电源可由同层配电箱接引。本小区规模为某市城区住宅小区，由1栋17层高层住宅、4栋18层高层住宅、3栋23层高层住宅组成，其均为高层建筑，且地下设有商业区，电梯采用一级负荷。本设计双电源引入。（2）电梯负荷 根据各楼中电梯配备台数来计算：NPDiPD （12）式中PD电梯总负荷，单位为kW。PDi单部电梯负荷，单位为kW。N电梯台数。1#楼电梯负荷：kW44222NPDiPD 序号 楼号 户数 面积（m2）单位面积负荷（W/m2）负荷同时率 cos 计算负荷（kW）1 1#底商 1 600 100 0.8 0.85 48 29.7 56.5 86 2 2#底商 4 971 100 0.8 0.85 77.7 48.1 91.4 139 3 地下室 14628 5 0.9 0.85 65.8 40.7 77.4 118 合计 191.5 118.5 225.3 343 kW/jsPkvar/jsQkVA/jsSA/I 1 0 2#楼电梯负荷：kW88422NPDiPD 3#楼电梯负荷：kW88422NPDiPD 4#楼电梯负荷：kW60230NPDiPD 5#楼电梯负荷：kW88422NPDiPD 6#楼电梯负荷：kW60230NPDiPD 7#楼电梯负荷：kW88422NPDiPD 8#楼电梯负荷：kW60230NPDiPD 由此可得小区电梯总负荷为：kW57636048844PD （3）物业公司及小区内其他用电 物业公司的用电负荷主要用于照明、办公使用，其负荷一般按居民家庭用电最大负荷时段的实际负荷来统计，用单位面积法求：kW248.050060dedSPPM 根据小区实际情况估算其他设备所需负荷：地下室通风负荷约为 110kW 加上所需动力 258kW,水泵房按资料可设定负荷 128kW，小区地下车库用电约为 220kW，小区消防及压力共投入约 200kW,小区为高层建筑，故需要考虑高层水压及热力交换约 200kW,设备房、配电室、弱电机房、监控室共弱 100kW，此类设备房在运行时按满负荷运行考虑。另小区室外亮化、门卫用电及建筑物亮化用电共约80kW。2.4 系统负荷计算的统计结果 本系统负荷计算主要采用需要系数法。其计算比较方便，且结果较符合实际，目前，在国内外配电设计计算中运用的最为普遍。根据上面计算的细节性负荷归纳总结、整理得出结果。本小区负荷分配的具体计算方法如下：序号 1：计算负荷为kW5.561441105.191216jsP，计算电流为A5.100385.038035.56cos33NjsNjsjsUPUSI，负荷同时率取 0.75，则：实际负荷为kW1.42175.05.561jsP，实际电流为kW6.75275.05.1003jsI。序号 28，按上述依次计算。功率因数取 0.85,负荷同时率取 0.75。按照需要系数法，因此进行数据统计计算，负荷的分配状况及变压器容量选择如表 4、表 5 所示。1 1 表 4 负荷的分配状况表 序号 楼号 计算负荷（kW)计算电流（A)cos 负荷同时率 实际负荷（kW)实际电流（A)补偿后功率因数 1 1#楼住宅 1#2#楼商铺物业 地下室及通风 1#电梯风机 561.5 1003.5 0.85 0.75 421.1 752.6 0.95 2 2#楼住宅 2#电梯风机 水泵房 512 915.2 0.85 0.75 384 549.1 0.95 3 3#楼住宅 3#电梯风机 地下室动力 568 1015.3 0.85 0.75 426 761.5 0.95 4 4#楼住宅 4#电梯风机 地下室通风 门卫及亮化 553.6 841.1 0.85 0.75 415.2 630.8 0.95 5 5#楼住宅 5#电梯风机 地下车库 545.6 829 0.85 0.75 409.2 621.75 0.95 6 6#楼住宅 6#电梯风机 高层水压及热力交换 563.6 856.3 0.85 0.75 422.7 643.2 0.95 7 7#楼住宅 7#电梯风机 高层水压及热力交换 525.6 798.6 0.85 0.75 394.2 598.9 0.95 8 8#楼住宅 8#电梯风机 设备房 513.6 780.4 0.85 0.75 385.2 585.3 0.95 总计 4343.5 6599 3257.6 4949.3 1 2 表 5 变压器容量选择 序号#1#8 箱变的选择方案#1 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：421.1kW，负荷电流为 752.6A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 66.8%。#2 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：384kW，负荷电流为：549.1A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 61%。#3 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：426kW，负荷电流为：761.5A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 67.6%。#4 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：428.4kW，负荷电流为：630.8A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 68%。#5 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：409.2kW，负荷电流为：660A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 65%。#6 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：422.7kW，负荷电流为：643.2A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 67%。#7 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：394.2kW，负荷电流为：598.9A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 62.6%。#8 1、依照计算数据，实际运行后的负荷功率为：428.4kW，负荷电流为：685.4A；2、630kVA 变压器运行负荷率为 61.1%。据有关变压器运行规程及要求中的规定，为确保变压器安全、经济、可靠运行，应选择 630kVA电力变压器做为#1#8 箱式变的供电电源。1 3 kW5.4343PM85.050105.4343cosjsjsSP3 无功功率补偿及其计算 3.1 无功补偿的必要 电力系统功率因数的高低属于一项经济性指标。依照我国 1996 年实行的 供电营业规则的规定，电力用户要在自然功率因数的基准上，按有关标准安装无功补偿设备。其意义不仅可降低输电线路上的损耗、减少了电能消耗，更使得电气设备容量得以充分利用，从而提高居民们的用电质量。所以说，在小区的功率因数指标无法达到标准的时候，就必须增添补偿装置，否则会造成许多不良的影响。3.2 无功功率补偿装置的选择 本设计属工程设计，工程中常并联电容器来补偿供电系统的无功功率。并联电容器的补偿，可以归纳为两类：高、低压集中型补偿和低压分散型补偿。其优点主要在于安装方便、后期运维便利、设备损耗小在配电应用中较为普遍。在民用建筑供电时有它的特殊性，照明负荷占比较大的比重，属分散性负荷；一般都是采用低压配电装置处集中补偿。而采用低压集中补偿时不需要从电力系统中吸收无功，既减少了电力系统的无功功率发生装置的使用，也降低了对用户的线路上的无功传输，最终可使输电线路电压的损失及电能损耗降到最低。综合来看，本设计选择低压集中型补偿方式。3.3 并联电容器无功功率补偿的计算方法 无功功率补偿容量（单位为 kVAr）的计算:jscjscPqPQ)tan(tan21 （13）由负荷计算表可知，本小区 380V 侧最大负荷时的功率因数为 0.85。而民用建筑各地供电局规定低压功率因数补偿到 0.95,高压供电用户功率因数补偿到0.9 以上。无功补偿计算的详细过程如下：补偿前的功率因数为：380V侧补偿前负荷：1 4 A8.694638031.45723NjsjsUSIA7764380351103NjsjsUSIkvar1429329.05.4343)tan(arccos5.4343tanjsjsPQkvar6.2688619.05.4343)tan(arccos5.4343tanjsjsPQ386.0tanjsjsPQkvar3.1554jsQkvar6.1259)0.3290.619(5.4343)95.0tan(arccos)85.0stan(arcco 5.4343)tan(tan21jscPQ 380V 侧补偿后负荷：380V 侧无功补偿容量：10KV 侧负荷总计：补偿后功率因数为：经过低压集中补偿后，不但有效地提高了系统的功率因数，使高压侧的功率因数达到了 0.932，根据供电局的要求，已达标，而且减少了线路压降，提高了供电质量，还提高了系统供电的裕量。无功补偿后，380V 侧和 10kV 侧的负荷计算如表 6。kVA511085.05.4343cosjsjsPSkVA1.457295.05.4343cosjsjsPSkW5.4343PM9.0932.0)386.0cos(arctankW1.4026jsP 1 5 表 6 无功补偿后的计算负荷 项目 cos 计算负荷)kW(jsP)kvar(jsQ)kVA(jsS)A(I 380V 侧补偿前负荷 0.85 4343.5 2688.6 5110 7764 380V 侧无功补偿容量 1259.6 380V 侧补偿后负荷 0.95 4343.5 1429 4572.1 6946.8 主变压器功率损耗 0.015jsS=62.6 0.06jsS=250.3 10KV 侧负荷总计 0.932 4026.1 1554.3 1 6 4 短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的 短路，是指电源通向用电设备的导线不经过负载而直接连通的状态。经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路和三相短路的可能性依次减小。三相短路发生的几率虽然不高，但其造成的危害较大，须引起重视。为使设备能具有足够的动稳定性和热稳定性，只有正确选择和校验电气设备，才能保证其在发生短路时不会被损坏。短路故障时系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在供配电设计中必须考虑短路故障产生的各种影响。短路电流的计算还可以用于防雷接地工程设计中。4.2 实用计算时的基本假设 考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求十分精确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般只需近似计算可能通过该设备的最大的三相短路电流值。为简化计算，实用中常近似计算。这种近似计算法在电力工程中又被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下：1.短路发生前，电力系统是三相对称的。2.电力系统中，系统频率、相位均保持不变。3.变压器的励磁电阻、架空线的电阻和对地电容均略去不计。4.电力系统中各元件的磁路不饱和。5.对负荷只作近似估算，由于负荷电流一般比短路电流要小得多，故近似计算时，不计电容的影响。4.3 标么值法计算短路电流 短路故障对电力系统的危害极大。常用计算方法有欧姆法（有名单位制法）和标么值法。工程中常采用标幺值法进行短路计算。本设计也采用的是标么值法。4.3.1 按标么值法进行短路计算 该工程中的短路电流计算采用的是标么值法，其表达式为：基准值有名值标么值 (14)1 7 具体计算步骤是：选出基准电压和基准容量，并进行短路基准电流的计算，然后计算出电路中各主要元件的阻抗标幺值，同时按所选择的短路计算点绘出等效电路图。对于工程供电系统来说，可以将电力系统当作无限大容量电源，最后计算短路电流和短路容量。计算步骤如下：（1）根据工程实况绘制短路电路简化图，确定短路点。（2）设定基准值。基准值可随意设定，一般建筑供配电中基准容量一般取100MVAdS,设定基准容量dS和基准电压dU，基准电压Navd1.05UUU，并计算基准电流dI。短路基准电流计算公式：（15）式中，dI为基准容量，单位为 A；dS为基准容量，单位为 MVA。（3）依次计算各元件的电抗标幺值。计算短路回路中各主要元件的阻抗标么值，一般只计算电抗。电力系统：ocdSSX*1 (16)式中，dS为基准容量，单位为 MVA；ocS为系统高压母线出口断路器遮断容量，单位为 MVA。电力变压器：NdktSSUX100%*(17)式中，NS为变压器额定容量,单位为 kVA；dS基准容量，单位为MVA；%kU为变压器短路电压百分值。（4）绘制短路回路等效电路，并计算总电抗标幺值。用标么值法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等值电路只有一个。（5）计算三相短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期分量)3(dI、短路次暂态短路电流)3(I，短路稳态电流)3(I、短路冲击电流)3(shi。XIIdd*3 (18)式中，)3(dI为三相短路电流周期分量，单位为 A；*X为系统总电抗标幺值。在一个无限大容量系统中，存在下列关系：dddUSI3 1 8 763.31)40100/()1105.10(100/)%(22nnktSUUX)3()3()3(dIII （19）高压侧的短路冲击电流及其有效值可以根据下列公式近似计算：)3()3(55.2Iish （20）)3()3(52.1IIsh （21）低压侧的短路冲击电流及其有效值可以根据下列公式近似计算：)3()3(84.1Iish （22）)3()3(09.1IIsh （23）(6)三相短路容量。*)3(100XMVAXSdSK (24)式中，Sd 为基准容量，单位为 MVA；*X为系统总电抗标幺值。4.3.2 短路计算过程及结果 选取短路计算点并绘制等效电路图 一般选取各线路始、末端作为短路计算点，线路始端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保护的整定参数之一，线路末端的最小两相短路电流常用来校验相关继电保护的灵敏度。在本次设计中，可选用10KV 母线、0.4KV母线出现末端为短路点。由于本次设计10/0.4KV变电站正常运行为全分列方式，故任意点的短路电流由系统电源通过本回路提供，画出图1所示的等效电路计算图。图 1 等效电路计算图 系统电抗：298.6210011522kavsSUX 变压器电抗：折算到 10KV 侧时，电抗为：1 9 MVA31857.175.1033311davdIUSkA49.383006.0/4.03/12davdXUI MVA6.2649.384.033322davdIUS50.18834.0182.221155.102763.313.6221221avavtdUUXXXkA57.17kA57.173345.0/5.103/)3()3()3(11kdavdIIIXUI，kA8.4457.1755.255.21IishkA6.2357.1752.152.11IIsh345.016.0185.0212211avavtdUUXXX*X*TX*LX*LX*TX*X 06.05.10/4.075.1345.0221212avavtdUUXXX 110KV 变压站到短路点 d1 的电抗为：绘制短路点 d1 等值电路图:图 2 d1 短路点处等值电路图 短路点 d1 的短路容量为：三相短路电流：短路冲击电流峰值：短路冲击电流有效值：绘制短路点 d2 等值电路图:图 3 d2 短路点处等值电路图 110KV 变电站到短路点 d2 的电抗：短路点 d2 的短路容量为：三相短路电流：短路冲击电流峰值：2 0 kA1.9849.3855.255.22IishkA5.5849.3852.152.12IIsh1d 短路冲击电流有效值：综上计算结果如表 7：表 7 短路电流表 短路点 三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA )3(dI)3(I)3(I)3(shi)3(shI)3(dS 17.57 17.57 17.57 44.8 23.6 318 38.49 38.49 38.49 98.1 58.5 26.6 2d 2 1 5 系统主变压器的选择 电源采用现场一级变压，该小区配电设计共选择8 台 630kVA 变压器，均采用 10KV 变为 0.4KV 的户外箱式。小区内负荷点散而多，变压器安装在小区中心较方便，既可降低投入，减少设备运行的成本，又便于后期维护和扩建。每个变压器的容量根据各栋楼建筑的区域划分的负荷确定。5.1 小区供配电系统布局 小区绿化空地较空旷，楼与楼之间间隔较大，供电的远近程度较大，而每台箱式变的供电范围是有限的，如需满足小区负荷分散分布的要求，则须设立多台箱式变压器。根据该小区整体建筑的布局和负荷容量大小进行划分