1、摘 要本次課程設計的課題是住宅小區供電系統的設計，根據設計的基本要求，運用所學的相關知識，查閱相關的資料，進行供電系統的初步設計。本次設計的基本流程是：進行負荷計算，根據負荷計算結果進行變壓器的選擇并確定供電方案，之后依次進行短路電流的計算，高、低壓電器設備的選擇和校驗，繼電保護，防雷與接地保護，電測量儀表設計等，在這一框架下，按照國家的標準，結合小區實際情況完成設計。本次設計考慮到了供電系統的安全、可靠、靈活、經濟四項基本要求，在選擇供電方案和電器設備時，優先選擇低能耗并且滿足設計要求的方案和設備，除此以外，還考慮到了小區未來的負荷發展情況，做到了遠、近期結合，留有擴建的可能性。關鍵詞：負荷

2、統計；變壓器選擇；短路計算；繼電保護；備用電源27目錄1 引言12 負荷計算22.1 供電負荷的分析22.2 供電負荷的計算33 供電方案的確定53.1 主接線方案原則53.2 主接線方案設計53.3 低壓部分配電系統64.1 變壓器臺數的選擇84.2 變壓器容量的選擇84.3 變壓器型號的選擇84.4 線路的選擇95 短路計算115.1 短路故障的形式115.2 短路電流的計算116 高、低壓設備的選擇146.1 設備選擇的基本原則146.2 高壓設備的選擇156.3 低壓設備的選擇167 繼電保護197.1 繼電保護的意義及設置原則197.2 變壓器的繼電保護198 變電所防雷與接地228

3、.1變電所防雷保護的設計：228.2 變電所接地保護的設計：22結 論24致 謝25參 考 文 獻26附錄271 引言研究意義：近幾年來我國社會發展迅速，人民的生活水平有了很大提高，對居住環境的方便、安全、環保、舒適等方面提出了更高的要求。這使得住宅小區的供電系統要適應小區的用電負荷及小區的規劃，從多方面考慮，設計出最合理的供電方案，以使供電系統的運行更加經濟、靈活、安全、可靠。發展現狀：步入21世紀后，我國城市化正處于又一新的發展階段，城市地區的住宅建筑林立，建筑標準越來越現代化，不同種類的小區對用電負荷的要求也不盡相同，但總體的趨勢是用電負荷有較大增高，在夏冬季節或用電高峰時段時，用電負荷

4、有較大的波動，造成供電的不穩定或是停電時有發生，為居民用電帶來了諸多不便，因此要求小區供電系統要具備更高的可靠性與安全性。隨著城市化進程的逐年加快，城市用地更加緊張、用電負荷更加集中，城市的電力電網也逐步由架空向電纜過渡，老舊的配電方案以及變壓器、配電室等電力設備在安全性、經濟性、環保性等方面都難以滿足時下的住宅用電負荷要求，由此對于小區的供電方案也有了新的要求。發展趨勢：將來的供配電系統主要發展方向為小型化、節能化及更加自動化。目前對于供電系統的供電可靠性尚感不足，對于某些重要設備如消防設施、生活水泵、生活電梯的供電可靠性還有待提高。另外，低壓配電部分的安全性也需要更多的重視。小區供電設計要

5、考慮下列基本要求： (1）安全性 需要達到相關技術規范與國家標準，且能夠保證人身和設備的安全。(2)可靠性 需要滿足小區正常用電的電力負荷。(3)靈活性 需要適用于多種運行方式，以便于電氣設備的維修及切換，并適當考慮未來的負荷發展情況。(4)經濟性 在符合上述要求的前提下，盡可能簡化設計方案，降低投資及設備運行、維修的費用，并減少線路有色金屬的消耗和電能的節約。2 負荷計算2.1 供電負荷的分析近年來我國的經濟建設步入快車道，居民的生活水品不斷提高，越來越多的高能耗電器走進我們的生活，普通家庭的用電需求不斷上漲，例如：空調、電炊具、電熱水器等，很多家庭裝有多個空調、彩電、冰箱，而且呈現出強勁的

6、增長態勢，根據以上現狀湖南省住宅設計標準做出如下規定，一般而言高層的計算負荷可參考每戶68kW標準，小高層及多層可參考每戶46kW，除上述方法外還可參考50的建筑面積標準，本次設計是針對普通住宅小區的設計，根據以上標準，計算負荷取值6kW每戶。本次設計共有兩個院，每棟高6層，則每單元為12戶，一號院為114棟，每兩棟設置一個戶外配電箱，共計7個配電箱；二號院為1526棟，每兩棟設置一個戶外配電箱，共計6個配電箱。每兩個配電箱設置一個配電屏，共計7個配電屏。由配電屏引出線路通向配電箱，再由配電箱引出線路通向樓棟單元，之后各單元在引出線路到各戶。表1 負荷的初步劃分變壓器配電屏配電箱樓棟單元1號變

7、壓器1號配電屏1#配電箱1棟、2棟2#配電箱3棟、4棟2號配電屏3配電箱5棟、6棟4#配電箱7棟、8棟3號配電屏5#配電箱9棟、10棟6#配電箱11棟、12棟4號配電屏7#配電箱13棟、14棟8#配電箱15棟、16棟2號變壓器5號配電屏9#配電箱17棟、18棟10#配電箱19棟、20棟6號配電屏11#配電箱21棟、22棟12#配電箱23棟、25棟7號配電屏13#配電箱24棟、26棟-2.2 供電負荷的計算負荷計算公式：有功計算負荷 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流 查閱資料得知：住宅用電負荷需要系數12戶時取值0.6；在25100戶時取值0.45；100200戶時取值0.35；大于260戶

8、時取值0.3；生活用電功率因數取值，則（1）小區總的負荷計算（2）單元的負荷計算（3）配電箱的負荷計算： 1#、2#、3#、5#、6#、8#配電箱單元數相同，負荷相同 4#、11#配電箱單元數相同，負荷相同 9#、10#、12#、13#配電箱單元數相同，負荷相同 經以上計算結果列出下表：表2 負荷計算的結果負 荷 項 目負荷容量 kW有功負荷 kW視在負荷 kVA計算電流 A1號變壓器1號配電屏1#配電箱504226.8266.8385.12#配電箱504226.8266.8385.12號配電屏3配電箱504226.8266.8385.14#配電箱432194.4228.7330.13號配電屏

9、5#配電箱504226.8266.8385.16#配電箱504226.8266.8385.14號配電屏7#配電箱432194.4228.7330.18#配電箱504226.8266.8385.12號變壓器5號配電屏9#配電箱576259.2304.9440.110#配電箱576259.2304.9440.16號配電屏11#配電箱432194.4228.7330.112#配電箱576259.2304.9440.17號配電屏13#配電箱576259.2304.9440.1-3 供電方案的確定3.1 主接線方案原則在設計小區供電主接線方案時，要符合國家規范，合理布局，經濟節約等，為適應日益變化的新形

10、勢還要有一定的超前意識，從而避免造成重復建設，資金浪費，維護不便，還影響居民的正常用電。設計主接線方案時要符合下列要求：（1）安全性 需要達到相關技術規范與國家標準，且能夠保證人身和設備的安全。（2）可靠性 需要滿足小區正常用電的電力負荷。（3）靈活性 需要適用于多種運行方式，以便于電氣設備的維修及切換，并適當考慮未來的負荷發展情況。（4）經濟性 在符合上述要求的前提下，盡可能簡化主接線方案，降低投資及設備運行、維修的費用，并減少線路有色金屬的消耗和電能的節約。3.2 主接線方案設計圖1 主接線方案3.3 低壓部分配電系統（1）配電屏至配電箱部分本次設計是每兩棟樓設一個配電箱，小區的低壓配電箱

11、共有13個，分別標號為1#13#配電箱，低壓配電屏設七個，1號配電屏為1#、2#配電箱配電，2號配電屏為3#4#配電箱配電，3號配電屏為5#6#配電箱配電，4號配電屏為7#8#配電箱配電，5號配電屏為9#10#配電箱配電，6號配電屏為11#12#配電箱配電，7號配電屏為13#配電箱配電。圖2 配電屏至配電箱部分（2）配電箱至單元部分每兩棟樓設一個配電箱，共計13個，配電箱為其下屬的單元配電。圖3 配電箱至單元部分4 變壓器及線路的選擇4.1 變壓器臺數的選擇在變電所中最關鍵的一次設備是電力變壓器，它的主要任務是提升或降低電力系統的電壓，以便于合理分配、使用和輸送電能。選擇主變壓器臺數時應考慮以

12、下原則：(1)供電系統對正常的用電負荷要有足夠的可靠性。(2)當變電所的負荷因晝夜、季節而幅度較大時，且適宜以經濟方式運行時，可考慮接入兩臺變壓器。(3)一般情況下，變電所適宜選用一臺變壓器，但對于負荷集中且容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可采用兩臺或更多的變壓器。(4）在選擇變電所主變壓器臺數時，還應考慮負荷未來的發展情況，預留出一定的容量。就本次設計而言：適宜選用兩臺主變壓器，分別為兩個院供電，若某臺變壓器停止運行時，另一臺則須承擔其負荷。4.2 變壓器容量的選擇(1)對于只裝有一臺主變壓器的供電系統，主變壓器的容量應滿足全部用電設備總計算負荷的需要，即(1)裝有兩臺主變壓器時每臺變壓

13、器的容量應同時滿足下列兩個條件：當任意一臺變壓器單獨承擔負荷時，須滿足約60%70%的總計算負荷，即當任意一臺變壓器單獨承擔負荷時，須滿足所有的、級負荷，即 就本次設計而言，小區負荷等級為三級，只要考慮條件：則兩個院的為2337.8kVA，選用兩個主變壓器的容量，經計算得，取 4.3 變壓器型號的選擇根據以上對變壓器的分析，查詢資料可知，變壓器型號選擇為SC9-1600/10，參數如下：表3 SC9-1600/10變壓器參數型號額定電壓阻抗電壓（%）空載損耗（W）負載損耗（W）空載電流（%）連接組別SC9-1600/1010kV61980108500.7Dyn114.4 線路的選擇電源進線由1

14、0kV城市電網引出兩路架空線路進入變電站，在兩路電路進線的主開關柜之前各裝設一臺高壓計量柜，計費電能表通過電壓互感器及電流互感器接入電路中。在選擇三相系統中導線的相線截面時可依照導線發熱條件來選，須使其允許載流量 不小于相線上的計算電流 ，即在計算導線的允許載流量時，還要考慮溫度條件的影響，計算時要乘以溫度校正系數，其公式如下：(1)變電所進線電纜的選擇經算得溫度校正系數為，即查表9得知：可選用標稱截面為35的油浸紙絕緣電纜。校驗發熱條件油浸紙絕緣電纜的，發熱條件滿足。校驗機械強度對于電纜，不必校驗其機械強度。(2)配電箱電纜的選擇1#、2#、3#、5#、6#、8#配電箱的計算電流4#、11#

15、配電箱的計算電流9#、10#、12#、13#配電箱的計算電流經算得溫度校正系數為，即查表9得知：1#、2#、3#、5#、6#、8#配電箱可選用標稱截面為150的YJV型電纜；4#、11#配電箱可選用標稱截面為120的YJV型電纜；9#、10#、12#、13#配電箱可選用標稱截面為185的YJV型電纜。校驗發熱條件YJV型電纜的，發熱條件滿足。YJV型電纜的，發熱條件滿足。YJV型電纜的，發熱條件滿足。校驗機械強度對于電纜，不必校驗其機械強度。(3)單元電纜的選擇經算得溫度校正系數為，即查表9得知：可選用標稱截面為10的YJV型電纜。校驗發熱條件油浸紙絕緣電纜的，發熱條件滿足。校驗機械強度對于電

16、纜，不必校驗其機械強度。5 短路計算5.1 短路故障的形式三相系統的短路主要分為單相、兩相及三相短路三大類。單相短路只能發生在中性線引出的四線制系統及中性點接地的系統中。一般情況下，三相短路電流要大于單相與兩相短路電流，尤其對于電源距離供電系統較遠時，三相短路電流最大，此時因系統短路而產生的危害也最為嚴重。為了保證電力系統中電氣設備在處于最嚴重的短路情況下能夠可靠的工作，在選擇和校驗電氣設備時，也都按照三相短路時的數值來校驗。5.2 短路電流的計算本次設計小區采用兩路電源供電，由0.5KM處城市電網供電，斷流容量，一般基準容量數值為100MVA，下面是采用標幺制法進行短路電流的計算過程：(1)

17、確定基本值取基準容量 ，基準電壓， 則：(2)相關元件在短路電路中的電抗標幺值電力系統的電抗標幺值查資料得知，因此架空線路的電抗標幺值查表得知電纜的，因此變壓器的電抗標幺值查表可知，因此由此可繪制出短路等效電路圖：圖4 短路等效電路圖(3)點的短路電路總電抗標幺值以及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流三相短路容量 (4)點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流三相短路容量 表4 短路計算結果 點14.837.722.3268.8點3564.438.224.36 高、低壓設備的選擇6.1 設備

18、選擇的基本原則(1)根據額定參數的選擇在選用設備電器時，要求設備的額定電壓不低于安裝位置的額定電壓，即同時要求其額定電流不低于實際通過設備的最大電流，即(2)根據穩定條件的選擇系統發生短路故障后保護系統動作需要一定的時間，系統的供電設備要能夠承受一定時間內的短路電流。供電設備的熱穩定是指電氣設備的載流導體通過最大電流時，其發熱溫度扔不超過允許短時發熱溫度，即供電設備的動穩定是指電氣設備通過最大短路沖擊電流，并承受相應的電動力時，設備仍保持機械結構完好能力，即(3)根據斷流能力的選擇供電設備熔斷器、斷路器等開關設備，承擔著通斷電路的任務。設備的開斷電流一般應大于所處位置可能發生的最大短路電流，或

19、斷流容量一般應大于所處位置可能發生的最大三相短路容量，即或進行設備選擇時通常把額定參數與工作環境作為前期初選原則，而后將斷流能力與動熱穩定性作為后續校驗原則。以下為設備初選及校驗項目： 表5 設備初選及校驗項目項目額定電壓kV額定電流A斷流能力kA或MVA短路電流校驗動穩定 熱穩定斷路器熔斷器負荷開關隔離開關限流電抗器電流互感器電壓互感器支柱絕緣子套管絕緣子母線電纜設備校驗項目（表示需要校驗項目 表示無需要校驗項目）6.2 高壓設備的選擇為了充分提高高壓設備運行的可靠性，高壓電器應根據其正常運行時的額定電壓及額定電流來進行初選，一些設備完成初選后還要驗證其動穩定、熱穩定性條件，對于熔斷器和斷路

20、器還要驗證其斷流容量。此外，還要考慮電氣設備的環境條件（如濕度、溫度、海拔、介質狀態等）選用不同類型的高壓電器（如戶內、戶外、熱帶型、加強絕緣型等）。對于有些電器的選用還要作更多的考慮（如斷路器、開關的操作頻度、互感器的負載和準確等級、熔斷器的上下級選擇性配合等）。變壓器高壓側的選擇標準：(1)額定參數：額定電壓:，額定電流:，(2)穩定條件：沖擊電流，即熱穩定，即(3)斷流能力：斷流容量，即 根據以上標準選擇如下高壓設備：高壓開關柜GG1A-10Q（F）、少油斷路器SN1010I/630、隔離開關GN8-10T/200、電流互感器LQJ-10-200/5A、電壓互感器JDZ-10Q、熔斷器R

21、N1-10表6 高壓電器校驗的結果項目額定電壓kV額定電流A開斷電流 kA短路電流校驗動穩定 熱穩定kA kA2s校驗結果少油斷路器SN10-10/63010630931614.84037.71024153滿足條件隔離開關GN8-10T/400104009340 37.7980 153滿足條件電流互感器LQJ-10-200/5A10200934537.75625 153滿足條件電壓互感器JDZ-10Q10滿足條件熔斷器RN1-1010150138.515.514.8滿足條件（表示無需要校驗項目）6.3 低壓設備的選擇變壓器至母線間的選擇標準：(1)額定參數：額定電壓，即額定電流，即(2)穩定條

22、件：沖擊電流，即熱穩定，即(3)斷流能力：斷流容量 ，即根據以上標準選擇如下低壓設備：斷路器DW15-2500、刀開關HD18-2500表7 低壓電器校驗的結果項目額定電壓kV額定電流A開斷電流 kA短路電流校驗動穩定 熱穩定kA kA2s校驗結果斷路器DW15-25000.42500230960356564.43600858滿足條件刀開關HD18-25000.42500230910564.42500858滿足條件（表示無需要校驗項目）配電屏至配電箱至樓棟單元設備的選擇：1#至7#配電屏的計算電流分別為770.2A、715.2A、770.2A、770.2A、880.2A、770.2A、440.

23、1A1#、2#、3#、5#、6#、8#配電箱的計算電流為385.1A；4#、11#配電箱的計算電流為330.1A；9#、10#、12#、13#配電箱的計算電流為440.1A樓棟各單元的計算電流為73.3A根據以上標準選擇如下低壓設備：刀開關HD17-1000與HD17-630，斷路器DZX10-630與DZX10-100表8 配電屏至配電箱至樓棟單元設備的選擇項目設備1#、2#、3#、4#、5#、6#配電屏HD17-10007#配電屏HD17-6301#、2#、3#、5#、6#、8#配電箱DZX10-630/4009#、10#、12#、13#配電箱DZX10-630/5004#、11#配電箱D

24、ZX10-630/350各樓棟單元DZX10-100/807 繼電保護7.1 繼電保護的意義及設置原則供電系統中繼電保護是系統安全運行的重要保證，是自動、迅速、準確切除故障的重要環節，也是變壓器二次回路的重要組成。繼電保護的任務：(1)在系統發生故障時，要準確、自動、迅速的切除系統中的故障元件，以確保其余部分的正常供電。(2)當系統發生故障時，正確反映電氣設備的故障運行狀態，便于操作人員采取適當措施，及時恢復電氣設備的正常運行。(3)與系統的故障部分電路自動重合閘或備用電源的自投入等自動裝置相配合，從而使供電系統擁有足夠的可靠性。 設置的基本原則如下：(1)選擇性 當電力系統發生故障時，繼電保

25、護裝置動作，有選擇性的把系統中故障部分切斷，從而使其余正常部分繼續運行，最大限度的保障供電。(2)快速性 電力系統由于其實時性的特點，要求在系統發生故障時繼電保護裝置能夠盡快動作，用最短的時間完成故障部分的切斷。 (3)靈敏性 繼電保護裝置的靈敏性決定了其在系統發生故障時是否做出動作，要根據具體情況來選擇最適合的靈敏度，以免做成誤動作或拒動作。 (4)可靠性 根據系統繼電保護的范圍和任務，當保護裝置本應動作卻未能動作時，稱為拒動作；當電力系統的故障部分不在保護范圍內或系統處于正常運行狀態時，保護裝置本不該動作卻做出動作，稱為誤動作。保護裝置的誤動作與拒動作嚴重影響電力系統的可靠性，使系統不能安

26、全、穩定的運行。裝置的原理、接線方式等都直接影響了保護裝置的可靠性，因此須盡量選擇原理、接線方式簡單，可靠性高，運行經驗豐富的設備進行保護。 除了上述四項基本的原則外，在實際的選擇中還必需考慮其經濟性，在能實現電力系統安全運行的前提下，盡量選用投資少、維護費用低的保護裝置。7.2 變壓器的繼電保護變壓器定時限過流保護是變壓器的基本保護方式之一，選用DL型電磁式電流繼電器，變壓器過電流保護的動作電流為， 為保護線系數，取值為1；為可靠系數，取值1.2；為繼電器的返回系數，取值0.85；為電流互感器的變流比。變壓器過流保護的動作時限按級差原則整定，該動作時限要比變壓器二次側出線過流保護的最大動作時

27、限大一個級差，取值0.5秒。變壓器過流保護的靈敏性校驗按下式計算:其中為變壓器二次側發生最小兩相短路的電流。零序電流速斷保護也是變壓器基本保護方式之一，速斷保護動作電流要不小于變壓器二次側母線最大三相短路的電流，即電流速斷保護靈敏性校驗要依據變壓器一次側最小兩相短路電流進行校驗過電流保護及速斷保護的計算(1)過電流保護電流的整定動作電流選DL-11/10電流繼電器，動作電流整定為5A動作時間的整定過流保護的靈敏性校驗滿足要求(2)速斷保護電路的整定選DL-11/100電流繼電器，動作電流整定為45A。電流速斷保護的靈敏性校驗：滿足要求。8 變電所防雷與接地 8.1變電所防雷保護的設計：一般情況

28、下，變配電所屋外防雷裝置，可選用避雷線或避雷針。避雷針可以單獨立桿，當其受到雷擊時，避雷針及引下線處可能對附近建筑物等造成“反擊”，為了避免發生此類事故，要注意下述幾點：（1）要使被保護物與避雷針之間有足夠的距離，這個距離與建筑物的防雷等級有關，由于是針對變電所的防雷，距離取值為大于等于5米。（2）避雷針不能共用保護物自身的接地，應另設獨立的接地裝置，兩者接地體之間也要有足夠的地中距離，距離取值為大于等于3米。（3）避雷針及其引下線選擇位置時要盡可能在遠離人員經過的地方。一般與人行道及其他建筑物的出入口距離至少要大于3米，從而限制跨步電壓。為防止雷電沖擊波沿高壓線路侵入配電所，對所內的設備造成

29、危害，尤其是價格高但絕緣能力相對薄弱的電力變壓器，可以在變壓器進線處每根母線處裝設FS型閥型避雷器，且與變壓器的距離通常小于5米。避雷器的接地可以同變壓器外殼導電部分及低壓側接地中性點連接起來一同接地，如下圖所示：變配電所的線路雷電波侵入防護 變壓器的防雷保護及接地圖5 變電所防雷與接地8.2 變電所接地保護的設計：對于同一系統中電壓及用途不相同的電氣設備，接地體可以只設置一個，其電阻阻值須滿足最小值的規定。如果接地裝置受到條件限制而不能做時，可以考慮選用絕緣臺來進行電力設備的維護和操作。對于外殼導電的電力設備，一般還要進行接零保護，通常裝設在靠近其電源的位置。（1）單根垂直管形或棒形接地體的

30、接地電阻（2）多根垂直管形接地體并聯的接地電阻實際的總接地電阻為式中，為多根接地體并聯時的利用系數，可利用管間距離a與管長l之比及管子數n去查。由于該表所列未計及管子之間連接扁鋼的屏蔽作用，所以實際的略高于表中的數據，由此計算所得的也略微偏高，這樣便能更好的滿足接地要求。結 論本次課程論文的課題是住宅小區供電系統的設計，主要任務是在滿足大型小區供電經濟、可靠、優質、安全的前提下，完成對大型小區供電系統的設計，供電設備選擇和校驗，保護和接地裝置的設計，主要考察了我對工廠供電這一方面的認識。在設計的過程中，遇到了很多不懂的地方，通過查閱相關資料，詢問指導老師，與同學討論等方式，設計的思路慢慢明朗起

31、來。設計中有大量的計算與繪圖，需要我認真仔細的處理，對于繪圖主要使用了AutoCAD制圖軟件，也讓我對這一軟件的使用更加熟練。最后在論文完成定稿前，指導老師也幫我們仔細檢查，發現并幫助我們修改和完善了畢業論文的諸多細節。通過這次課程設計，使我對大學期間所學到的知識有了新的認識，更加系統的把書本中的理論知識運用到實際中去，較好的提高了我認識問題、分析問題并解決問題的能力，使我把在校期間所學做到的知識學以致用。另外，還使我認識到：在遇到任何困難時，不能畏懼，要通過合理的方法積極應對，沒有克服不了的困難，應當全力以赴，永不言棄！以后走入工作崗位，我將會利用大學期間的所學，竭盡全力的服務于社會，服務于他人。致 謝經過三個多月的努力，我終于完成了小區供電系統設計的課程論文，為今后走向工作崗位打下了良好基礎，尤其是提高了我認識問題、分析并解決問題的能力。這次設計是對以往四年學習成果的一次綜合測試。在這次設計中，首先要衷心感謝的是指導老師陳孟娜，他為我提供了諸多寶貴的意見和大量的相關資料，他嚴謹的教學態度和耐心的指導使我受益匪淺，在學習和為人方面也有很大的幫助。在課程設計的開始階段，我遇到了很多不懂得地方，有