某住宅小区10KV0.4KV供配电系统设计_开题报告

电能是一种清洁的二次能源。电能不仅便于输送和分配，易于转换为其他的能源，而且便于控制、管理和调试，易于实现自动化。电力资源是支持国民经济发展不可或缺的一种宝贵能源，电能的生产、传输、储存高、洁净，它是现代工农业生产、人们日常生活及社会各个领域中已获得了广泛应用。居民小区供配电系统是整个人们的动力源泉的命脉，它的正常运行直接影响人们的一切。现代居民小区供配电系统的主接线及运行方式都非常复杂，各种电器设备的数量和种类繁多。随着经济的快速发展、科技水平的不断进步，对电力的需求和要求也必然日益提高。随着居住条件不断改善，家用电子拥有率快速增长，居民住宅用电负荷急剧上升，居民生活用电占全社会用电比例大大提高，小区最大负荷持续增长，峰谷差逐步增大，电力供需矛盾也趋于增加，负荷高峰时店里缺口非常明显，给系统安全稳定运行带来很大威胁。因此本设计试图探索适应当代小区电气设计模式。此外节能减耗是我国基本的国策之一，在充分满足，完善建筑物功能的要求前提下，减少能源消耗，提高能源利用率也是此设计探索之处。

    进行该课题的设计，主要包括居民小区供配电系统的设计和理论与实践的应用。此次设计前期包括了居民的电力负荷计算，节约电能与无功补偿的基本方法，电气主接线方案的设计，变压器的选择，短路电流的计算，了解电器设备的原理、性能及选择方法，涵盖高低压电器设备的选择，一次二次设备的校验，及其回路的继电保护的配置，自动装置的配置等。后期进行电气设备防雷与接地的设计，施工设计的完善工作，进行图纸的规划。其中运用了居民小区供配系统设计和安全、经济运行的基本理论，以及工程实用的设计计算方法与运行维护的基本知识。近年来,国内外电力行业要求用新型箱式变电站来代替老式变电所和配电室,变电站变压器容量为100kVA～1600kVA,用户可根据需要选择容量合适的箱式变电站。箱式变电站的特点,一是占地面积小,可灵活选择站址；二是变电站的体积小,不遮挡居民眺望视线,不影响采光,同周围环境可以协调一致；三是便于现场安装(设备主体已在工厂装好)；四是适应性强,投资小,社会、经济和环境效益明显。

    

二、设计前准备工作

1.1设计范围

按照市区供电部10kV及以下配电网络设计的规定，对于住宅小区配电工程，设计范围为：

高压侧从市区公用10kV配电线路起，在接引10kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各个建筑低压用电计量装置。

1.2设计标准与原则

本设计主要参考了如下电气行业标准：

GB3804-90 ：3-63kV交流高压负荷开关

GB11032-89 ：交流无间隙金属氧化物避雷器

DL401-91 ：高压电缆选用导则

DL/T 572-95 ：电力变压器运行规程

同时小区供电还应该符合全国电压电流等级和频率标准化技术委员会（TCI）制定的标准及其主要指标：

(1)GB12325-1990供电电压允许偏差：

35KV及以上正、负偏差的绝对值之和小于10% 

10KV及以下小于±7%；220V小于+7%、-10% 

(2)GB/T15945-1995电力系统频率允许偏差 

一般情况 ±0.2HZ；系统较小 ±0.5HZ 

(3)GB/T15543-1995三相电压允许不平衡度 

三相电压允许不平衡度为2%，短时不超过4%，用户引起不平衡度为1.3% 

(4)GB12326-1990电压允许波动和闪变 

电压允许波动：≤10KV为2.5%；35～110KV为2%；≥220KV为1.6% 

闪变：要求较高时为0.4%；一般时为0.6% 

(5)GB/T14549-1993公用电网谐波 

电网谐波电压限值 

电网电压/KV0.386、1035、66110 

畸变率/%5.04.03.02.0 

对用电设备容量在250kW以上的建筑应单独设用户变电所,直接由高压供电,对用电设备容量较小的用户由小区变电所供电在城市居住小区,每条10kV供电线路及每座配电站都应有明确且比较整齐的供电区域,防止交叉重叠及近电远供。根据不同区段不同负荷,在10kV干线上要装设分段开关以便控制。

一般10kV电网应根据不同用电负荷的可靠性要求,需要选择适当的接线方式。对供电可靠性要求较高的可采用双线放射型或双线闭合型,其用户应双电源进线,并有电源自动切换装置。

正确选用配电线路导线截面和长度,可以降低有色金属用量,减少线路能量损耗,保证供电电压质量均有重要意义。若输送负荷较大,输送距离较远,最大负荷使用时间又较长,则按经济电流密度选择导线截面,用允许电压损失、机械强度和发热等技术条件来校验导线截面。对于1kV以下的动力和照明线路,虽然输送距离不太远,但由于负荷电流较大,必须按允许电压损失来选择导线截面, 电缆线路还应按短路时的热稳定来校验。供电距离越长,选出的导线截面越大,供电距离越小,选出的导线截面越小,这样选择比按经济电流密度选择截面要小,不但节省有色金属,亦可降低运行费用。

1.3设计思路

   这个小区占地面积大约8万多平方，一共有31座建筑，其中普通5层住宅楼20幢（1#～20#），8幢高层住宅楼（21#～28#），小区南侧临街建筑均带有底商

此外还有小区物业（29#）、泵房（30#）、热力交换站（31#）及地下车库等公共用电设施。

小区的供电系统由城市10KV的电力网，经过箱式变压器的高低压变换箱引来380V/220V的三相四线制电源，引至区域分配箱。接地系统为三相五线制零接地保护系统（TN-S系统），进户外采用保护接地线重复接地保护，接地电阻不得大于４欧姆。

高压10KV采用架空线路，低压配电干线采用硬铝母线做母线绝缘电力电缆（YJV）穿管埋地或沿墙敷设，支线（BV.RVS）穿管，沿墙地面，顶板暗敷设。

三、关于小区负荷的计算

1.1负荷的概述

为了满足电力用户对供电可靠性的要求，同时又考虑到供电的经济性，根据负荷在实际应用中所处地位的重要性不同，用电负荷可以分为下述三类。第一类负荷：凡因突然中断供电，可能造成人生伤亡事故或重大设备损坏，长期才能恢复的。第二类负荷：凡因为突然停电会造成大量废品、产量显著下降或企业内运输停顿。第三类负荷：是指除一类、二类负荷外的其他负荷。本小区工程主要是住宅房，属于规范规定的二级负荷。

1.2电源及高压配电系统

小区位于城市主城区内，高压电源即由附近10kV配网线路接引，再由高压电缆输送至小区负荷中心。近些年来，为了保证供电质量和供电可靠性，某些小区高压部分采用双电源的供电模式，但对于本设计中的小区来说，参考《城市电力网规划设计导则》相关规定：

1.重要用户除正常供电电源外，应有备用电源。对于需要连续不间断供电的重要用户，除了供电部门提供的电源外，用户还应自备保安电源并具备零秒启动功能。

2.双电源用户一般采用一路电源供电、一路电源备用的供电方式。一般不采用专线供电方式。在正常情况下，用户的10千伏侧不能并列运行。

3.双电源用户必须与电网调度部门签定调度协议，并按照调度命令执行操作。

4.双电源或多电源用户（包括使用自备发电机用户）应采用可靠的技术措施，在任何情况下都不得向电网反送电。

5.10层至18层的非住宅建筑及19层以上的住宅建筑以及高度超过24米的其他民用建筑，除正常供电电源外，应有备用电源。

本设计中的小区用电面积不大，而且并不符合以上规定中重要用户的标准，因此，只允许接入一回路高压电源。如有需要，可以对电梯、消防设施自备应急电源，但应急电源与工作电源之间必须采取措施，防止并列运行对10kV供电网络造成反送电事故。应急电源的设置需经供电部门审查同意后方能接入。

小区北侧即为10kV高压架空配电线路，可直接在就近砼杆上接引一回路10kV电源，组立附杆1基，使用绝缘导线从线路主杆接引至附杆，再从附杆敷设高压电力电缆至小区内高压设备。

1.3负荷计算

小区的小户住户每户802m，大户住户每户1202m。根据《国家电网公司电力安全工程规范》的有关规定和要求，居民小区的每户供电能力至少要达到4～10kW。以此考虑，住宅小区在电气设计时，户住房面积在100m2及以下的，设计容量应为5kW左右；住户住房面积在100m2以上的，设计容量应为8kW左右。所以小区的负荷测算为：小户估算为每户5KW,大户估算为每户9KW。

1.3.1住宅小区住户照明用电负荷计算方法：

简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：

1.单位指标法 

应用单位指标法确定计算负荷Pjs(适用于照明及家用电负荷)，即：

Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)…………………………………………公式（2-1）

式中Pei——单位用电指标，如：W/户(不同户型的用电指标是不同的)，由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用

Ni——单位数量，如户数(对应不同面积户型的户数)

应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷(PM)。

PM=Pjs×η…………………………………………………………公式（2-2）

式中η——同时系数，η值按照住户数量多寡不同取不同的数值：一般情况下，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35。

2.单位面积法

按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：

PM=Ped×S×η………………………………………………………公式（2-3）

式中PM——实际最大负荷（单位为kW）

Ped——单位面积计算负荷（单位为W/m2 ）

S——小区总面积（单位为m2 ）

η——同时系数，取值范围同上

1.3.2其它负荷计算方法：

根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。比如这个小区还包括小区物业公司、泵房、热力交换站及车库、自行车棚等用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷(供生活及消防用水)，以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段是每天19：00～22：00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：00～22：00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。其它负荷计算方法为：

1.电梯：

PD=∑PDi×Ηd………………………………………………………公式（2-4）

式中PD——电梯实际最大总负荷（单位为kW）

PDi——单部电梯负荷（单位为kW）

ηD——多部电梯运行时的同时系数(取值范围见下表) 

电梯同时系数一览表

电梯台数 1 2 3 4 5 6 … 12

同时系数 1 0.91 0.85 0.8 0.76 0.72 … 0.48 

2.二次加压水泵：

PMS=∑PSi×NSi……………………………………………………公式（2-5）

试中PMS——二次加压水泵最大运行方式下(开泵最多的方式)的实际最大负荷

PSi——各类水泵的单台最大负荷

NSi——最大运行方式下各类水泵的台数

3.物业楼：

PWM=PWS×ηW………………………………………………………公式（2-6）

式中PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷

PWS——物业楼设计最大负荷（单位为kW）

ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数

4.路灯及公用照明：

按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。路灯负荷为PL(kW)。

5.住宅小区的综合最大负荷

P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)……………………………………………公式（2-7）

1.3.3 详细负荷算法

1.居民用电负荷计算：

按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。

PM=Ped×S×η……………………………………………………公式（2-8）

式中　PM——实际最大负荷（单位为kW）

Ped——单位面积计算负荷（单位为W/m2 ）

S——每户面积（单位为m2 ）

η——同时系数

其中单位面积计算负荷按照成都市的用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从80m2到140m2左右，其中小户型居多，为方便计算，取平均值100m2，则每户负荷为：

PM=40W/m2×100m2=4kW

再将PM作为单位指标Pei代入单位指标法公式Pjs=Pei×Ni×η(kW)，可求出每座住宅楼的用电负荷，如表1-1：

表1-1 住宅小区负荷计算明细表

序号

楼号

户数

单位指标（kW）

计算负荷（kW）

负荷同时率

实际负荷

1

1#,5#，9#，13#,17#

120

4

480

0.6

288

2

2#,3#,4#

90

4

360

0.6

216

3

6#，7#，8#

90

4

360

0.6

216

4

10#，11#,12#

90

4

360

0.6

216

5

14#,15#,16#

90

4

360

0.6

216

6

18#,19#,20#

90

4

360

0.6

218

7

21#～28#

384

4

1536

0.6

921.6

合计

954

3816

2289.6

2.商业用电负荷计算：

根据已知商户面积，可按单位面积法求取每座楼的商户负荷：

PM=Ped×S×η…………………………………………………………（2-9）

式中　PM——实际最大负荷（单位为kW）

Ped——单位面积计算负荷，W/m2，商业用户取80W/m2

S——每户面积（单位为m2 ）

η——同时系数，商业用户取0.7，

将各楼商户面积代入上式得负荷值如表1-2：

表1-2 住宅小区商业负荷计算明细表

序号

楼号

户数

面积

单位面积负荷（W/m2）

计算负荷（kW）

负荷同时率

实际负荷

1

1#底商

7

1200

80

96

0.7

67.2

2

5#底商

6

1200

80

96

0.7

67.2

3

9#底商

7

1200

80

96

0.7

67.2

4

13#底商

6

1300

80

104

0.7

72.8

5

17#底商

6

1300

80

104

0.7

72.8

　

合计

　

　

　

496

　

347.2

3.其他用电负荷计算：

（1）电梯：

电梯的负荷分级

电梯的负荷分级应符合1.2的负荷分级规范要求。客梯的供电要求应符合下列要求：

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。

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。

因本工程电梯建筑均为小高层，小区规模为普通城镇住宅小区属二级负荷，不允许双电源引入，如需双电源接入的，可由用户自备发电机电源接入，在本设计中，电梯用电由用户从建筑电表下表位或配电室内自行接引低压电源。

20#～28#楼电梯负荷：

PD=∑PDi×ηD=8kW×4台电梯×0.8×8=204.8kW

（2）物业管理中心

物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、打印机等办公器材），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：

PM=Ped×S×η=40W/m2×540m2÷1000=21.6kW

（3）其它：热力交换站、水泵房、自行车棚、地下车库

热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW，水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW，此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行，按满负荷考虑用电。

地下车库用电时间主要在早晨7：00至8：00、中午12：00至12：30、晚上5：30至6：00几个时间段，与住户用电高峰期不重合，且多层住宅的地下车库数量少、负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。

四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明

  [1] 汪雄海，《供配电技术》，浙江大学电气工程学院，2014.12 

  [2] 苏文成，《工厂供电》，北京，机械工业出版社，1980 

  [3] 通用用电设备配电设计规范，GB50055-93 

  [4] 国际《JGJ/T16-92》民用建筑设计规范，2000.1  

  [5] 董军  浅谈我国配电自动化的发展． 发展，2008年2期. 

  [6] 谢华．配电自动化的现状和发展趋势．水利科技，2007年1期

  [7] 梁植栋．谈现代配电自动化面临的问题及发展．广东科技，2007年10期．

  [8]徐大军关于住宅小区配电所的模式探讨   浙江电力1999.5 

  [9]张勇 居民小区“配电进户”的设想     供用电 1999.1  

  [10]山风。城镇居民小区配电的设计。  [J]农村电工，2004.2 

  [11]刘朝永。住在小区供配电系统探讨。 [J]安徽建筑。2005.1 

  [12]城市建设理论研究2012年第10期。龙源期刊网。

  [13]于永源，杨绮雯．电力系统分析．北京：中国电力出版社，2007． 

  [14] 孟祥忠，王博．电力系统自动化．北京：中国林业出版社，2006．

  [15]马永翔，王世荣．电力系统继电保护．北京：中国林业出版社，2006．

  [16]马永翔，李颖峰．发电厂变电所电气部分．北京：北京大学出版社，2010．