住宅小区供电系统的设计毕业设计论文

内容提要

本次设计的课题是住宅小区供电系统的分析与设计，根据设计的基本要求，

运用所学的相关知识，查阅相关的资料，进行供电系统的初步设计。本次设计的基本流程是：进行负荷计算，根据负荷计算结果进行变压器的选择并确定供电方案，之后依次进行短路电流的计算，高、低压电器设备的选择和校验，继电保护，防雷与接地保护等。在这一框架下，按照国家的标准，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统的安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案和电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求的方案和设备，除此以外，还考虑到了小区未来的负荷发展情况，做到了远近期的结合，留有扩建的可能性。

关键词:负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护

郑州航空工业管理学院毕业设计（论文）

Abstract

The subject of this graduation project is the design of the residence area

power supply system. According to the basic requirements of the design, using of the relevant knowledge, searching relevant information. Begin the design of the power supply system. The basic process of design is load statistics, according to the load calculation results to select the transformer, then begin the Short-circuit calculation, selection and calibration of high and low voltage electrical equipment, relay protection, lightning arrest and grounding protection, In this framework, according to the national standards, combined with the actual situation of residential to complete the graduation project. This design considerations to the power supply system of safe, reliable, flexible and economic four basic requirements, in the choice of power supply plan and electrical equipment, preferred select low energy consume and meet the design requirements of the plan and equipment. Besides, consider to the residential future of the loads, combination of recent and forward, it support the possibility of the expansion.

Keywords:Load statistics; Transformer selection; Short-circuit

calculation; Relay protection

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目 录

1 引言 ........................................................ - 1 - 2 负荷计算 .................................................... - 2 -

2.1 供电负荷的分析 ........................................ - 2 - 2.2 供电负荷的计算 ........................................ - 3 - 3 供电方案的确定 .............................................. - 5 -

3.1 主接线方案原则 ........................................ - 5 - 3.2 主接线方案设计 ........................................ - 5 - 4 变压器及线路的选择 .......................................... - 6 -

4.1 变压器台数的选择 ...................................... - 6 - 4.2 变压器容量的选择 ...................................... - 6 - 4.3 变压器型号的选择 ...................................... - 6 - 4.4 线路的选择 ............................................ - 7 - 5.变配电所的总体布置 ........................................... - 8 -

5.1变配电所总体布置要求 .................................... - 8 - 5.2变配电所结构规范 ........................................ - 9 - 5.3变配电所平面结构图 ..................................... - 10 - 6 短路计算 ................................................... - 12 -

6.1 短路故障的形式 ....................................... - 12 - 6.2 短路电流的计算 ....................................... - 12 - 7 高、低压设备的选择 ......................................... - 14 -

7.1 设备选择的基本原则 ................................... - 14 - 7.2 高压设备的选择 ....................................... - 16 - 7.3 低压设备的选择 ....................................... - 17 - 8 继电保护 .................................................... - 20 -

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8.1 继电保护的意义及设置原则 ............................. - 20 - 8.2 变压器的继电保护 ..................................... - 20 - 9 变电所防雷与接地 ........................................... - 23 -

9.1 变电所防雷保护的设计： ................................ - 23 - 9.2变电所接地保护的设计： ................................. - 23 - 结 论 ........................................................ - 26 - 致 谢 ........................................................ - 27 - 参 考 文 献 ................................................... - 28 -

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1 引言

研究意义：近几年来随着我国社会经济迅速发展，人民的生活水平有了大幅提高，对居住环境的方便、安全、环保、舒适程度等方面提出了更高的要求。这使得住宅小区的供电系统要能够适应小区的用电负荷要求及小区的长远规划，从多方面考虑，进而设计出最合理的供电方案，以使供电系统的运行更加经济、灵活、安全、可靠。

发展现状：近年来，我国城市化正处于又一新的发展阶段，城市地区的住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类的小区对用电负荷的要求也不尽相同，但总体的趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大的波动，造成供电的不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高的可靠性与安全性。随着城市化进程的逐年加快，城市用地更加紧张、用电负荷更加集中，城市的电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧的配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下的住宅用电负荷要求，由此对于小区的供电方案也有了新的要求。

发展趋势：将来的供配电系统主要发展方向为小型化、节能化及更加自动化。目前对于供电系统的供电可靠性尚感不足，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯的供电可靠性还有待提高。另外，低压配电部分的安全性也需要更多的重视。

小区供电设计要考虑下列基本要求： （1）安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身和设备的安全。

（2）可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。

（3）灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备的维修及切换，并适当考虑未来的负荷发展情况。

（4）经济性 在符合上述要求的前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修的费用，并减少线路有色金属的消耗和电能的节约。

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2 负荷计算

2.1 供电负荷的分析

近年来我国的经济建设步入快车道，居民的生活水品不断提高，越来越多的高能耗电器走进我们的生活，普通家庭的用电需求不断上涨，很多家庭装有多个空调、彩电、冰箱，而且呈现出强劲的增长态势，根据以上现状住宅设计标准做出如下规定，一般而言高层的计算负荷可参考每户6~8kW标准，小高层及多层可参考每户4~6kW，除上述方法外还可参考50W/m2的建筑面积标准， 本次设计是针对普通住宅小区的设计，根据以上标准，计算负荷取值6kW每户。

本次设计小区有10栋楼，每栋33层，每层4户，每户100平米，每栋设置一个户外配电箱，共计10个配电箱，每两个配电箱设置一个配电屏，共计5个配电屏。由配电屏引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元到各户。

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2.2 供电负荷的计算

目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用的电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质的企业负荷均适用, 且计算结果基本上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多的用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累的实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用. 最后两种方法常用于方案估算。这里用需要系数法计算。 负荷计算公式：

有功计算负荷: P30KdPe 无功计算负荷: QP30tan

30视在计算负荷：S30计算电流：I30cos NP30

S3U30查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时Kd取值0.6；Kd在25~100户时

Kd取值0.45；100~200户时Kd取值0.35；大于260户时Kd取值0.3；生活用电功率因数取值cos=0.85，则tan0.62 （1）小区总的负荷计算

ppe792107920KW

Kdp0.379202376kw

e30S30

cosP3023762795.3KVA 0.85（2）每栋楼的负荷计算如下

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ppe3346792kw

Kdp0.35792277.2k

e30 S30cosP30277.2362.1KVA 0.85362.1470.2A 30.4 I30S3U30N（3）配电箱的负荷计算：

1#-10#配电箱负荷相同,计算与每栋楼负荷计算一样： （4）配电屏的负荷计算： 1#-5#配电屏负荷相同，计算如下

p

e79221584KW

30pKdp0.31584475.2kw

e QP30tan475.20.62294.6kvar

30 S30 I30

cosP30475.2559.1KVA 0.85559.1807A 30.4S3U30N- 4 -

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3 供电方案的确定

3.1 主接线方案原则

在设计小区供电主接线方案时，要符合国家相关规范，布局合理，经济节约等，为适应日益变化的新形势还要有一定的超前意识，从而避免造成重复建设，资金浪费，维护不便，还影响居民的正常用电。 主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。

（1）可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。

为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。

（2）灵活性：电气主接线的设计，应当在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其他用户的供电。 （3）经济性：方案的经济性体现在以下三个方面。

采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设；在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置的征地费用。

3.2 主接线方案设计 见后附录

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4 变压器及线路的选择

4.1 变压器台数的选择

在变电所中最关键的一次设备是电力变压器，它的主要任务是提升或降低电力系统的电压，以便于合理分配、使用和输送电能。

选择主变压器台数时应考虑以下原则：

（1）供电系统对正常的用电负荷要有足够的可靠性。

（2）当变电所的负荷因昼夜、季节而幅度较大时，且适宜以经济方式运行时，可考虑接入两台变压器。

（3）一般情况下，变电所适宜选用一台变压器，但对于负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多的变压器。

（4）在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷未来的发展情况，预留出一定的容量。

就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，若某台变压器停止运行时，另一台则须承担其负荷。

4.2 变压器容量的选择

（1）对于只装有一台主变压器的供电系统，主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即SN.TS30

（2）装有两台主变压器时每台变压器的容量SN.T应同时满足下列两个条件： ①当任意一台变压器单独运行时，须满足约60%~70%总计算负荷的需要，即

SN.T(0.6~0.7)S30

②当任意一台变压器单独运行时，须满足所有的Ⅰ、Ⅱ级负荷的需要，即

SN.TS30()

就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件①：这里小区总计算负荷S30为2795.3kVA，选用两个主变压器的容量SN.T(0.6~0.7)S30，经计算得

SN.T1677~1957KVA ，取SN.T2000KVA

4.3 变压器型号的选择

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根据以上对变压器的分析，查询资料可知，变压器型号选择为S9-2000/10系列油浸式铜线电力变压器，参数如下：

表4-1 S9-2000/10变压器参数

型号 额定电压 阻抗电压（%） S9-2000/10 10KV 6 空载损耗 （W） 3000 负载损耗（W） 18000 空载电流 （%） 0.8 连接组别 Dyn11 4.4 线路的选择

电源进线由10kV城市电网引出由电缆线路进入变电站,在电路进线的主开关柜之前装设一台高压计量柜，计费电能表通过电压互感器及电流互感器接入电路中。

根据设计经验，一般10kv及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验电压损耗和机械强度。

在选择三相系统中导线的相线截面时可依照导线发热条件来选，须使其允许载流量Ia 不小于相线上的计算电流I30 ，即IalI30

在计算导线的允许载流量时，还要考虑温度条件的影响，计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：

al0'K

al0式中，

度；

al

为导线额定负荷时的最高允许温度；

0为导线的允许载流量所用的环境温

'0为导线敷设地点实际环境温度。

（1） 变电所进线电缆的选择

al0'60181.45 经算得温度校正系数为Kal060401.45IalI30，即IalI301.45115.579.6A 1.45查表 得知：可选用标称截面为50mm2的油浸纸绝缘电缆。 校验发热条件

油浸纸绝缘电缆的 Ial81I3079.6A,发热条件满足。

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校验机械强度

对于电缆，不必校验其机械强度。 （2）配电箱电缆的选择

1#-10#配电箱的计算电流I30470.2A 经算得温度校正系数为Kal0al0'90181.05

90251.05I

I30，即Ialal30I301.05

IalI1.05470.2448A 1.05查表得知：1#、2#、3#、4#、5#、配电箱可选用标称截面为300mm2的YJV型电缆； 校验发热条件

YJV型电缆的Ial506AI30448A ，发热条件满足。 校验机械强度

对于电缆，不必校验其机械强度。

5.变配电所的总体布置

5.1变配电所总体布置要求

1.便于运行维护和检修

有人值班的变配电所，一般应设值班室。值班室应尽量靠近配电室， 且有门直通。如果值班室靠近高低压配电室有困难，则值班室可经走 廊与高压配电室相通。 2.保证安全运行 3.便于进出线

4.节约土地和建筑费用 5.适合发展要求

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5.2变配电所结构规范

1.变压器室结构规范

变压器室结构形式，决定于变压器形式、容量、放置方式、主接线方案及进出线方式和方向等诸多因素，考虑到发展，变压器室宜有更换大一级容量的可能性。

为保证变压器安全运行及防治变压器失火时故障蔓延，GB 50053—《10kv及以下变电所设计规定》规定，可燃油油浸变压器与变压器室墙壁和门的最小净距应符合下表规定：

表5-1 变压器外廊与变压器室墙壁和门的最小净距

变压器容量/KVA 变压器外廊与后壁、侧壁净距/mm 变压器外廊与门净距/mm 100-1000 600 800 1250及以上 800 1000 变压器室的地坪，按通风要求，分为地坪抬高和不抬高两种型式。变压器室的地坪抬高时，通风散热更好，但建筑费用较高。变压器容量在630KVA及以下的变压器室地坪，一般不抬高。本设计采用抬高地坪型式。 2.高低压配电室和值班室结构

高低压配电室的结构形式，主要取决于高低压开关柜的型式，同时要考虑运行维护的方便与安全，留有足够的操作维护通道，并且要照顾今后的发展，留有适当数量的备用开关柜的位置，但占地面积不宜过大，建筑费用不宜过高。 表5-2高压配电室内各种通道的最小宽度

开关柜布置方式 柜后维护通道 mm 柜前操作通道/mm 固定式柜 1500 2000 手车式柜 单车长度+1200 双车长度+900 单列布置 双列面对面布置 800 800 - 9 -

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双列背对背布置 1000 1500 单车长度+1200 装设GG-1A(F)型高压柜（柜高3.1m）电缆进线的高压配电室的高度为4m，如果开关柜为手车式（一般高2.2m）时，高压配电室的高度可降为3.5m。为了布线和检修方便，开关柜下面应设电缆沟。

低压配电室内成列布置的配电屏，其屏前、屏后的通道最小宽度，按GB 50053-1994规定，如下表所示：

表5-3低压配电室内屏前屏后通道的最小宽度 配电屏型式 固定式 配电屏布置方式 单列布置 双列面对面布置 双列背对背布置 抽屉式 单列布置 双列面对面布置 双列背对背布置 屏前通道/mm 1500 2000 1500 1800 2300 1800 屏后通道/mm 1000 1000 1500 1000 1000 1000 低压配电室的高度，应与变压器室综合考虑，以便变压器低压出线。当配电室与抬高地坪的变压器室相邻时，低压配电室高度不应低于4m；与不太高地坪的变压器室相邻时，配电室高度不应低于3.5m。为了布线需要，低压配电屏下面也应设电缆沟。

高压配电室耐火等级不应低于二级；低压配电室的耐火等级不应低于三级。 值班室的结构型式，要结合变配电所的总体布置和值班工作要求全盘考虑，以利于运行值班工作。值班室的内除通往配电室、电容器室的门外，其他的门均应向外开。

5.3变配电所平面结构图

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高压配电室图5-1 变配电所平面布置图

变压器室 3-低压配电室 4-值班室 - 11 -

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6 短路计算

6.1 短路故障的形式

三相系统的短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出的四线制系统及中性点接地的系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生的危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重的短路情况下能够可靠的工作，在选择和校验电气设备时，也都按照三相短路时的数值来校验。

6.2 短路电流的计算

本次设计小区采单电源供电，由0.5km处城市电网供电，断流容量

Soc300MVA，一般基准容量Sd数值为100MVA，下面是采用标幺制法进行短路电流的计算过程： （1）确定基本值

取基准容量Sd100MVA ，基准电压Uc110.5kV，Uc20.4kV 则：

Id1Id2Sd3Uc1Sd3Uc2100310.510030.45.5kA 144kA

（2）相关元件在短路电路中的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值Xs 查资料得知Soc300MVA，因此

* XS*XXUsd2C2CSSocUSSdoc1000.33 300d*电力线路的电抗标幺值XWL

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查表得知电缆的X00.092/km，因此

X*WLXWL0lXXX0l•Sd20.0920.51000.042

dU2CSUc10.52d变压器的电抗标幺值X*T

查表可知Uk%6，因此

U2C3X*XTUK%XNUK%SdT100•SU26100dC1001002000103 SSNd由此可绘制出短路等效电路图：

图5-1 短路等效电路图

（3）k1点的短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

X***(k1)XsXWL0.330.0420.372

三相短路电流周期分量有效值

I(3)Id15.5k1X*(k1)0.37214.8kA 其他三相短路电流

I''(3)I(3)(3)Ik114.8kA

i(3)sh2.5514.837.7kA

I(3)sh1.5114.822.3kA

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)三相短路容量 Sk(31Sd*X(k1)100268.8MVA 0.372（4）k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

X(k2)*XsXWLXT0.330.04233.372

14443A 3.372***三相短路电流周期分量有效值

Ik2(3)IX(3)d2*(k2)其他三相短路电流

Ii''(3)IIk243kA

(3)(3)sh1.844378.6kA 1.094346.9kA

(3)I(3)sh三相短路容量 Sk2表6-1 短路计算结果

SX*d(k2)10029.7MVA 3.372I''(3) kA

14.8 43

(3) kA ish(3) kA IshSk(3) MVA

268.8 29.7

k1点 37.7 78.6

22.3 46.9

k2点

7 高、低压设备的选择

7.1 设备选择的基本原则

（1）根据额定参数的选择

在选用设备电器时，要求设备的额定电压UN不低于安装位置的额定电压

UW.N，即

UNUW.N

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同时要求其额定电流IN不低于实际通过设备的最大电流Imax，即

INImax

（2）根据稳定条件的选择

系统发生短路故障后保护系统动作需要一定的时间，系统的供电设备要能够承受一定时间内的短路电流。

供电设备的热稳定是指电气设备的载流导体通过最大电流时，其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即

2It2tItima

(3)供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流ish，并承受相应的电

动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即

(3)imaxish

（3）根据断流能力的选择

供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断

)电流Ioc一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流Ik(3，或断流容量Soc一般.max)应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量Sk(3，即 .max)(3)IocIk(3SS或 oc.maxk.max进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。以下为设备初选及校验项目：

表7-1 高压一次设备的选择校验项目

项目

额定电压 kV

断路器 熔断器 负荷开关 隔离开关 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 套管绝缘子 母线

√ √ √ √ √ √ √ √ －

额定电流

A √ √ √ √ √ － － √ √

断流能力 kA或MVA √ √ √ － － － － － －

短路电流校验 动稳定 热稳定 √ － √ √ √ － √ √ √

√ － √ √ √ － － √ √

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电缆 √ √ － － √

设备校验项目（√表示需要校验项目 －表示无需要校验项目）

7.2 高压设备的选择

高压一次设备必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，工作安全可靠运行维护方便，投资经济合理。

电气设备按正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气安装所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、断路器等，应考虑其断流能力。

电气设备要满足在短路故障条件下工作的要求，还必须按最大可能的短路故障的动稳定度和热稳定度进行校验。但对断路器及装有断路器保护的电压互感器，不必进行短路动稳定度和热稳定度的校验。对电力电缆，由于其机械强度足够，所以不必进行短路动稳定度的校验，但须进行短路热稳定度的校验。

变压器高压侧的选择标准：

（1）额定参数：额定电压UNUW.N，UW.N10kV，即

UN10kV

额定电流INI1N.T，ILN.T IN115.5A

(3)(3)（2）稳定条件：冲击电流imaxish，ish2.5514.837.7kA，即

S3UN.TN2000115.5 ，即 310imax37.7kA

22热稳定It2tItima，Itima14.82(0.50.2)153.3kA2s，即

It2t153kA2s

))（3）断流能力：断流容量SocSk(3，Sk(31.maxSd*X(k1)100268.8MVA，即 0.372Soc269MVA

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根据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜GG1A-10Q（F）、少油断路器SN10—10I/630、隔离开关GN8-10T/200、电流互感器LQJ-10-200/5A、电压互感器JDZ-10Q、熔断器RN1-10

表7-2 高压电器校验的结果

项目

额定电压 kV

少油断路器 SN10-10Ⅰ/630 隔离开关 GN8-10T/400 电流互感器 LQJ-10-200/5A 电压互感器 JDZ-10Q 熔断器 RN1-10

（－表示无需要校验项目）

10

150≥138.5 15.5≥14.8

－

－

10

－

－

10

200≥115.5

－

10

400≥115.5

－

10

额定电流

A 630≥115.5

开断电流 kA 16≥14.8

短路电流校验 动稳定 热稳定 kA kAs 40≥37.7 40≥ 37.7 45≥37.7 －

5625≥ 153 －

1024≥153 满足

条件

980≥ 153 满足

条件 满足 条件 满足 条件 满足 条件

2

校验结果

7.3 低压设备的选择

低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下

和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

表7-3 低压一次设备的选择校验

项目

额定电压

V

低压断路器 低压熔断器 低压负荷开关 低压刀开关 电流互感器

√ √ √ √ √

额定电流

A √ √ √ √ √

断流能力 kA √ √ √ — －

短路电流校验 动稳定 热稳定 — － — — √

— － — — √

设备校验项目（√表示需要校验项目 －表示无需要校验项目）

变压器至母线间的选择标准：

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（1）额定参数：额定电压UNUW.N，UW.N0.4kV，即

UN0.4kV

额定电流INI2N.T，I2N.T IN2887A

S3U30N20002887A ，即

30.4(3)（2）稳定条件：冲击电流imaxish，ish1.844378.6kA，即

(3)imax78.6kA

2热稳定It2tItima，Itima43(0.50.2)1294kAs，即

222Itt1294kAS

)（3）断流能力：断流容量SocSk(3，Sk2.max(3)22SX*d(k2)10029.7MVA，即3.372SOC29.7MVA

根据以上标准选择如下低压设备：断路器DW15-4000、刀开关HD18-2500

表7-3 低压电器校验的结果

项目

额定电压 kV

断路器 DW15-4000 刀开关 HD18-3000

（－表示无需要校验项目）

0.4

3000≥2887

－

0.4

额定电流

A 3000≥2887

开断电流 kA 80≥43

短路电流校验 动稳定 热稳定 kA kAs 80≥78.6 3600≥129

4

105≥78.6 2500≥129

4

满足 条件 满足 条件

2

校验结果

配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择：

1#至5#配电屏的计算电流I30为807A；1# -10#配电箱的计算电流I30为470.2A；

每楼栋的计算电流I30为470.2A

根据以上标准选择如下低压设备：刀开关HD17-1000 ，断路器DZX10-630

表7-4 配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择

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项目

1#、2#、3#、4#、5#、 配电屏

配电箱 各楼栋单元

设备 HD17-1000 DZX10-630 DZX10-630

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8 继电保护

8.1 继电保护的意义及设置原则

供电系统中继电保护是系统安全运行的重要保证，是自动、迅速、准确切除故障的重要环节，也是变压器二次回路的重要组成。

继电保护的任务：

（1）在系统发生故障时，要准确、自动、迅速的切除系统中的故障元件，以确保其余部分的正常供电。

（2）当系统发生故障时，正确反映电气设备的故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备的正常运行。

（3）与系统的故障部分电路自动重合闸或备用电源的自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够的可靠性。 设置的基本原则如下：

（1）选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性的把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度的保障供电。 （2）快速性 电力系统由于其实时性的特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短的时间完成故障部分的切断。

（3）灵敏性 继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合的灵敏度，以免做成误动作或拒动作。

（4）可靠性 根据系统继电保护的范围和任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统的故障部分不在保护范围内或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置的误动作与拒动作严重影响电力系统的可靠性，使系统不能安全、稳定的运行。装置的原理、接线方式等都直接影响了保护装置的可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富的设备进行保护。

除了上述四项基本的原则外，在实际的选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量选用投资少、维护费用低的保护装置。

8.2 变压器的继电保护

变压器是电力系统中的主要电气设备之一。变压器的故障对系统的影响是很大的，因此对变压器应装设必要的保护装置。

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1.变压器的主要故障形式：

1）.内部故障：绕组匝间短路、相间短路、层间短路和单相接地短路等。内部短路时产生的电弧不仅可能烧坏绝缘，而且烧坏铁心，而且可能会使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，从而引起油箱爆炸。

2）.外部故障：引出线和绝缘套管的相间短路或单相接地短路等。 2.变压器的继电保护装置：

1）.瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

2）.相间短路保护：反应变压器绕组和引出线相间短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护。

3）.后备保护：

（1）过电流保护，用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑短路时可能出现的过负荷。复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过电流保护。

（2）负序电流保护和单相式低压启动的过电流保护，用于6300KVA及以上的升压变压器。

4）.过负荷保护：反应变压器过负荷的过负荷保护。

5）.温度保护：干式变压器绕组温度升高的原因有很多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、冷却系统故障等，应设置温度保护。

变压器定时限过流保护是变压器的基本保护方式之一，选用DL型电磁式电流继电器，变压器过电流保护的动作电流为

IopKKIKKrelwreiLmax,

ILmax取为

（1.5~3）INT，Kw为保护线系数，取值为1；Krel为可靠系数，取值1.2；Kre为继电器的返回系数，取值0.85；Ki为电流互感器的变流比。

变压器过流保护的动作时限按阶梯原则整定，该动作时限要比变压器二次侧出线过流保护的最大动作时限大一个级差t，取值0.5s。

变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算

)'KwIk(2min)'为变压器二次侧母线在系统最小运行方式下发生两Sp1.5 其中Ik(2minKiIop相短路时换算到一次侧的短路电流。

零序电流速断保护也是变压器基本保护方式之一，速断保护动作电流要不小

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)'于变压器二次侧母线最大三相短路的电流Ik(3max，即

IqbKrelKw(3)'Ikmax Ki(2)电流速断保护灵敏性校验要依据变压器一次侧最小两相短路电流IK进行校验

SpKIKIreli(2)Kqb2

过电流保护及速断保护的计算 （1）过电流保护电流的整定

Ki

20040 52000173.2A 310wIL.max1.5ILN.T1.5relre动作电流 IOPKKIKKiL.max1.21173.26.1A

0.8540选DL-11/10电流继电器，动作电流整定为6A

动作时间的整定

t1t2t00.50.5s

过流保护的灵敏性校验

)'KwIk(2minSpKiIop10.866351034050.4106.11.5 满足要求

（2）速断保护电路的整定

IqbKrelKw(3)'1.210.4Ikmax3510342A Ki4010选DL-11/100电流继电器，动作电流整定为45A

电流速断保护的灵敏性校验

)KwIk(2min10.86614.8103Sp7.12 满足要求

KiIqb4045- 22 -

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9 变电所防雷与接地

9.1 变电所防雷保护的设计：

一般情况下，变配电所屋外防雷装置，可选用避雷线或避雷针。避雷针可以单独立杆，当其受到雷击时，避雷针及引下线处可能对附近建筑物等造成“反击”，为了避免发生此类事故，要注意下述几点：

（1）要使被保护物与避雷针之间有足够的距离，这个距离与建筑物的防雷等级有关，由于是针对变电所的防雷，距离取值为大于等于5米。

（2）避雷针不能共用保护物自身的接地，应另设独立的接地装置，两者接地体之间也要有足够的地中距离，距离取值为大于等于3米。

（3）避雷针及其引下线选择位置时要尽可能在远离人员经过的地方。一般与人行道及其他建筑物的出入口距离至少要大于3米，从而限制跨步电压。 为了防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害，需要装设避雷器，变配电所对高压侧雷电波侵入防护接线图如图9-1所示，在每段进线终端和每段母线上，均应装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器。配电变压器高压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及金属外壳一同接地，如图9-2所示 。

图9-1 变配电所的线路雷电波侵入防护 图9-2 变压器的防雷保护及接地

9.2变电所接地保护的设计：

在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约

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钢材。如果实地测量所利用的自然接地体接地电阻已满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，除35kv及以上变配电所外，一般不必再装设人工接地装置了。利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接。

对于同一系统中电压及用途不相同的电气设备，接地体可以只设置一个，其电阻阻值须满足最小值的规定。如果接地装置受到条件限制而不能做时，可以考虑选用绝缘台来进行电力设备的维护和操作。对于外壳导电的电力设备，一般还要进行接零保护，通常装设在靠近其电源的位置。 自然接地体工频接地电阻计算简化计算公式如下： （1）电缆金属外皮和水管等的接地电阻

RE2 l(2) 钢筋混凝土基础的接地电阻

RE0.2 3V式中，v为钢筋混凝土基础的体积（m3）。 人工接地体工频接地电阻计算简化计算公式如下： （1）单根垂直管形或棒形接地体的接地电阻（单位为）

RE(1)l

为埋设地点的土壤电阻率；l为接地体长度。

（2）多根垂直管形接地体的接地电阻

N根垂直接地体通过连接扁钢并联时，由于接地体间屏蔽效应的影响，因此实际的总接地电阻为

RERE(1)gn

式中，g为接地体并联时的利用系数，可利用管间距离a与管长l之比及管子

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数目n去查表。由于该表所列未计及管子之间连接扁钢的屏蔽作用，所以实

g际的略高于表中的数据，由此计算所得的RE也略微偏高，这样便能更好的满

g足接地要求。

接地装置的计算程序如下：

（1） 按设计规范要求确定允许的接地电阻RE值。

（2） 实测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻RE(nat)。 （3） 计算需要补充的人工接地体的接地电阻

RE(man)RRRREE(nat)E(man)E

如果不考虑利用自然接地体，则RE(man)RE。

（4） 在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置，并按一般经验试选，初步

确定接地体和接地线的尺寸。 （5） 计算单根接地体的接地电阻RE(1) （6） 用逐步渐进法计算接地体的数量nRREE(1)E(man)

（7） 校验短路热稳定度。钢接地线的最小允许截面为Amin为短路电流持续时间（s）

I(3)KtK70，式中tK

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结 论

本次毕业论文的课题是住宅小区供电系统的设计，主要任务是在满足小区供电经济、可靠、优质、安全的前提下，完成对小区供电系统的设计，供电设备选择和校验，保护和接地装置的设计等，主要考察了我对工厂供电这一方面的认识。

在设计的过程中，遇到了很多不懂的地方，通过查阅相关资料，询问指导老师，与同学讨论等方式，设计的思路慢慢明朗起来。设计中有大量的计算与绘图，需要我认真仔细的处理，对于绘图主要使用了AutoCAD制图软件，也让我对这一软件的使用更加熟练。最后在论文完成定稿前，指导老师也帮我们仔细检查，发现并帮助我们修改和完善了毕业论文的诸多细节。

通过这次毕业设计，使我对大学期间所学到的知识有了新的认识，更加系统的把书本中的理论知识运用到实际中去，较好的提高了我认识问题、分析问题并解决问题的能力，使我把在校期间所学做到的知识学以致用。另外，还使我认识到：在遇到任何困难时，不能畏惧，要通过合理的方法积极应对，没有克服不了的困难，应当全力以赴，永不言弃！以后走入工作岗位，我将会利用大学期间的所学，竭尽全力的服务于社会，服务于他人。

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致 谢

经过三个多月的努力，我终于完成了小区供电系统设计的毕业论文，为今后走向工作岗位打下了良好基础，尤其是提高了我认识问题、分析并解决问题的能力。这次毕业设计是对以往四年学习成果的一次综合测试。

在这次毕业设计中，首先要衷心感谢的是指导老师，她为我提供了诸多宝贵的意见和大量的相关资料，她严谨的教学态度和耐心的指导使我受益匪浅，在学习和为人方面也有很大的帮助。在毕业设计的开始阶段，我遇到了很多不懂得地方，有些部分的计算出现错误，无法再继续写下去时，是指导老师给我耐心讲解，帮助我改正错误，使我对小区供电系统设计有了系统的概念和更深的理解，我才解决了一个个困惑，顺利的完成后面部分的设计，最终完成了毕业论文，在此我要向他致以深深的谢意!

同时在这次论文写作的过程中，其他同学也为我提供了一些帮助和意见，和我一起探讨问题，不断的鼓励我，在此也要向他们表示感谢!

大学生活的结束是我人生新的起点，在离开校园后，我将谨记老师们的教诲，绝不辜负他们的悉心培养，在工作生活中不懈努力，将自己的所学奉献给社会。

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郑州航空工业管理学院毕业设计（论文）

参 考 文 献

[1] 刘介才，高仕斌，简克良.工厂供电.机械工业出版社，2009. [2] 孟祥萍，高嬿.电力系统分析.高等教育出版社.2004. [3] 张宝会，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社.2009. [4] 余健明，同向前，苏文成.供电技术.机械工业出版社，2008. [5] 周文森，郑景山.简明电工手册.机械工业出版社，2004. [6] 隋振友，宋立新.配电实用技术.中国电力出版社，2006.

[7] 沈鸿，周建南，汪道涵，张维，史洪志.电机工程手册.机械工业出版

社，2009.

[8] 北江钢铁设计院等.钢铁企业电力设计参考资料.冶金工业出版社，2006. [9] 航空工业部第四规划设计研究院等.工厂配电设计手册.水利电力出版

社，1993.

[10] 纪爱华，周志敏.电工测量与试验实用技术问答.电子工业出版社，2006.

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