供配電系統(tǒng)設計-

1、緒論本次設計的題目是金城大廈的電氣系統(tǒng)設計。通過具體的實例工程設計初步掌握高層建筑供配電系統(tǒng)設計的基本方法,更好的將理論與實踐相結(jié)合,將所學的課程及知識應用到自己的專業(yè)中去,也為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。同時也可以更加詳細地了解工程中的電氣規(guī)范,提高自身獨立完成工程設計的實際操作和研究能力。1.工程概況金城大廈為某市一棟高層單體商業(yè)辦公建筑,工程概況如下:建筑面積:37417m2(其中地下:3783.8m2,地上:33633.6m2,不包括技術(shù)加層。建筑層數(shù):地下1層,地上25層,建筑高度:90.1m(女兒墻頂高度,不包括電梯機房、水箱間等。主要結(jié)構(gòu)類型:框架,剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑布局及功能:地下

2、一層為設備用房、汽車庫,14層為商場,技術(shù)夾層為轉(zhuǎn)換層,519層為公寓式寫字間,2025為標準寫字間,頂層為設備房、電梯機房及水箱間。14層設有中央空調(diào)。消防設計:主體建筑為一類高層建筑,建筑耐火等級為一級。地下1層及地上14層為每層兩個防火分區(qū),夾層及525層為每層一個防火分區(qū)。2.負荷分級及供電電源2.1負荷等級及容量本工程為一類高層民用建筑,根據(jù)相關(guān)設計規(guī)范規(guī)定,本工程負荷等級如下:一級負荷有:各層公共照明、乗客電梯、地下室排污泵、所有消防負荷包括應急照明、消防控制室用電、消防電梯、屋頂穩(wěn)壓泵、正壓風機、送風機、排煙風機、噴淋泵、消火栓泵及泵房、消防電梯井坑排污泵等。二級負荷有:地下室及

3、1-4層照明、商場自動扶梯、商場乘客電梯、生活泵等。三級負荷有:頂層設備房照明(含插座用電、夾層及525層照明(含插座用電、屋頂節(jié)日照明、商場空調(diào)機組、商場空調(diào)水泵等。2.2供電電源本工程從供電部門的110/10kV變電站引來1路10kV專線電源A,可承擔全部負荷,同時從供電部門的33/10kV變電站引來1路10kV環(huán)網(wǎng)電源B,僅作一、二級負荷的第二個電源。兩路10kV電源可同時供電,電源A可作為電源B的備用。兩路10kV 電纜從建筑物南側(cè)穿管埋地引人設在地下1層的10/0.38kV變電所。由于本工程的兩個10kV供電電源相對獨立可靠,因此,不再設置自備發(fā)電機組或其他集中式應急電源裝置。已知供

4、電部門的110/10kV變電站與35/10kV變電站的兩個10kV電源中性點均采用經(jīng)消弧線圈接地。3.電壓選擇與電能質(zhì)量本工程的總有功負荷只有2237.0kW,故采用10kV供電。本工程為高層民用建筑,用電設備額定電壓為220/380V,低壓配電距離最長不大于150m。所以,本工程只設置1座10/0.38kV變電所,對所有用電設備均采用低壓220/380V三相四線制TN-S系統(tǒng)配電。本工程將采取下列措施以使電能質(zhì)量滿足規(guī)范要求:(1選用Dyn11聯(lián)結(jié)組別的三相配電變壓器,采用±5%無勵磁調(diào)壓分接頭。(2采用銅芯電纜,選擇合適導體截面,將電壓損失限制在5%以內(nèi)。(3氣體放電燈采用低諧波

5、電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器,并就地無功功率補償使其功率數(shù)不小于0.9。在變電所低壓側(cè)采取集中補償,自動投切。(4將單相用電設備均勻分布于三相配電系統(tǒng)中。(5照明與電力配電回路分開。對較大容量的電力設備如電梯、空調(diào)機組、水泵等采用專線供電。4.電力變壓器選擇4.1變壓器型式及臺數(shù)本工程為一般高層民用建筑,變電所位于主體建筑地下宰內(nèi),故采用SCB10型三相雙繞組干式變壓器,聯(lián)結(jié)組標號Dyn11,無勵磁調(diào)壓,電壓比10(1±5% /0.4kV。考慮到與開關(guān)柜布置在同一房間內(nèi),變壓器外殼防護等級選用IP2X(有的地區(qū)要求選用IP4X。SCB10型干式變壓器符合GB200522006三相配電

6、變壓器能效限定值及節(jié)能評價值的要求。因本工程具有較大容量的一、二級負荷,故采用兩臺或兩臺以上變壓器。4.2變壓器容量選擇本工程總視在計算負荷為2451.8kVA(cos=0.92,其中一、二級負荷為1168.6kVA(cos=0.92,接近總計算負荷的一半。方案一:選擇兩臺等容量變壓器,互為備用。每臺變壓器容量按0.7×2451. 8kVA左右且不小于1168.6kVA要求選擇,為1600kVA。正常運行時照明負荷與電力負荷共用變壓器,通過合理分配負荷,可使兩臺變壓器正常運行時負荷率相當。10/0.38kV電所變壓器T1、T2負荷分配計箅及無功功率補償裝置選擇見表4-1、表4-2。方

7、案二:選擇兩臺不同容量變壓器。照明負荷變壓器容量按大于其計算負荷且不小于一、二級負荷要求選擇,需2000kVA(變壓器負荷率為0.85;電力負荷變壓器容量按大于其計算負荷且不小于一、二級負荷要求選擇,需1250kVA(變壓器負荷率為0.58。正常運行時照明負荷與電力負荷由不同變壓器供電。考慮到方案二有一臺變壓器的負荷率偏低.另一臺變壓器的負荷率又偏高(若為降低負荷率,又會使所選變壓器容量達2500kVA,不盡合理。且本工程照明負荷對電壓質(zhì)量無特殊要求,也沒有必要對正常照明和電力負荷分設不同變壓器供電。因此,本工程采用方案一。SCB101600/10型變壓器技術(shù)數(shù)據(jù):Uk%=6,Pk=10.2k

8、W,IP2X防護外殼尺寸:長2200×寬1600×高2200。4.3變壓器負荷分配計算及補償裝置選擇將電力負荷的配電主冋路、消防用電設備配電回路及部分次要照明負荷配電回路(節(jié)日照明WL1,頂層設備房及15-25層照明WL2集中于一臺變壓器低壓母線上,主要照明負荷的配電主回路則集中于另一臺變壓器低壓母線上,以使兩臺變壓器正常運行時負荷率相當。同時,將給一、二級負荷(包括照明、電力和消防用電設備配電的主回路與備用回路分別接于不同變壓器的低壓母線上,以保證供屯可靠性。變壓器負荷分配計算及補償裝置選擇見表4-1、表4-2。表4-110/0.38kV變電所變壓器T1負荷分配計算及無功

9、功率補償裝置選擇負荷名稱設備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計算負荷/kW無功計算負荷/kvar視在計算負荷/kVA計算電流/A無功功率補償前低壓母線出線回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M的計算負荷合計計入同時系數(shù)Kp=0.75,K q =0.80無功功率補償裝置(并聯(lián)電容器實際取12組,每組20kvar,共240kvar-240無功功率補償后低壓母線的計算負荷變壓器負荷率0.78注:變壓器T1低壓母線上還接有電力、消防等重要負荷的備用回路WP6S、WP7S、WP8S、WP9S、WP10S、WP11S、WLE1S、WLE2S、WLE3S、WLE4S

10、、WPE1S、WPE2S、WPE3S、WPE4S、WPE5S、WPE6S、WPE7S、WPE8S、WPE9S、WPE10S,不計入總負荷。表4-210/0.38kV變電所變壓器T2負荷分配計算及無功功率補償裝置選擇負荷名稱設備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計算負荷/kW無功計算負荷/kvar視在計算負荷/kVA計算電流/A無功功率補償前低壓母線出線回路WL1、WL2、WP1、WP2、WP3、WP4、WP5、WP6M、W P7M、WP8M、WP9M、WP10M、WP11M、WLE4M、WPE1M、WPE2M、WPE3M、WPE7M、WPE8M、WPE10M的計算負荷合計計入同時系數(shù)Kp =0.7

11、5,Kq=0.80無功功率補償裝置(并聯(lián)電容器實際取2×10組,每組20kvar,共400kvar-400無功功率補償后低壓母線的計算負荷變壓器負荷率0.75注:變壓器T2低壓母線上還接重要照明負荷的備用回路及火災時消防負荷總回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不計入總負荷。5.變電所電氣主接線設計5.1變電所高壓電氣主接線設計本工程變電所的兩路10kV外供電源可同時供電,并設有兩臺變壓器。因此,高壓側(cè)電氣主接線有兩種方案供選。方案一:采用分段單母線形式,運行方

12、式如下:正常運行時,由10kV電源A和電源B同時供電,母線聯(lián)絡斷路器(簡稱母聯(lián)斷路器斷開,兩個電源各承擔一半負荷。當電源B故障或檢修時,閉合母聯(lián)斷路器,由電源A承擔全部負荷;當電源A故障或檢修時,母聯(lián)斷路器仍斷幵,由電源B承擔一半負荷。此方案的供電可靠性高、靈活性好,但經(jīng)濟性稍差。方案二:采用雙回路線路變壓器組接線形式,運行方式如下:正常運行時,由10kV電源A和電源B同時供電,兩個電源各承擔一半負荷。當任一電源故障或檢修時,由另一電源承擔一半負荷。由于采用線路變壓器組接線,電源A受變壓器容量限制也只能承擔一半負荷,其供電能力沒有得到發(fā)揮。若需電源A承擔全部負荷,則與其連接的變壓器容量也需按承

13、單全部負荷選擇,單臺變壓器容量不能滿足要求。此方案經(jīng)濟性好,但靈活性和供電可靠性不如方案一。綜上分析,本工程變電所髙壓側(cè)電氣主接線采用方案一,即分段單母線形式。因本工程變壓器容量較大,故主開關(guān)采用真空斷路器,高壓開關(guān)柜采用KYN44A 一12型金屬鎧裝中置式手車柜。根據(jù)當?shù)毓╇姴块T規(guī)定,電源進線第一臺柜為隔離柜,電能計量柜在進線斷路器柜之前,進線斷路器柜與進線隔離柜、聯(lián)絡柜與聯(lián)絡隔離柜加電氣聯(lián)鎖,以防止帶負荷操作隔離手車。兩個進線斷路器與母聯(lián)斷路器設電氣聯(lián)鎖,任何情況下只能合其中的兩臺斷路器,以保證兩個電源不并聯(lián)運行。考慮到經(jīng)濟性,變電所不設所用變壓器。本工程變電所施工階段的高壓側(cè)電氣主接線圖

14、如圖5-1所示。 圖5-1高壓側(cè)電氣主接線圖5.2變電所低壓電氣主接線設計變電所設有兩臺變壓器,因此,低壓配電系統(tǒng)電氣主接線也采用分段單母線形式。運行方式如下:正常運行時,兩臺變壓器同時運行,母聯(lián)斷路器斷開,兩臺變壓器分列運行,各承擔一半負荷。當任一臺變壓器故障或檢修時,切除部分三級負荷后,閉合母聯(lián)斷路器,由另一臺變壓器承擔全部一、二級負荷及部分三級負荷。低壓進線斷路器、母聯(lián)斷路器及大容量出線斷路器采用空氣式斷路器(ACB,低壓出線斷路器采用塑殼式斷路器(MCCB,低壓配電屏采用MNS(BWL3-0.4型抽出式開關(guān)柜。MNS(BWL3-0.4型開關(guān)柜抽屜層的抽出組件規(guī)格有8E/4、8E/2、4

15、E、8E、12E、16E、20E,24E等,根據(jù)出線回路的負荷及開關(guān)配置相應選擇。需要說明的是,變電所低壓出線回路的設計是以建筑物豎向低壓配電干線系統(tǒng)(見下述為基礎(chǔ)的,并與之相一致。根據(jù)當?shù)毓╇姴块T規(guī)定,照明負荷與電力負荷電價不同,分開計量。根據(jù)消防規(guī)范要求,消防用電設備配電回路集中設置于低壓配電屏內(nèi),并設有明顯標志。為防止兩臺變壓器并聯(lián)運行,頓器低壓側(cè)兩臺斷路器與母聯(lián)斷路器實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖,任何情況下,只能合其中的兩臺低壓斷路器。聯(lián)絡柜的母錢分段處設置阻火隔斷,以確保一級負荷的供電可靠性。本工程變電所施工階段的低壓側(cè)電氣主接線圖如圖5-2所示。 圖5-2低壓側(cè)電氣主接線圖6.低壓配電干線系統(tǒng)設計

16、6.1低壓帶電導體系統(tǒng)型式與低壓系統(tǒng)接地型式選擇低壓帶電導體系統(tǒng)型式:對三相用電設備組和單相用電設備組混合配電的線路以及對單相用電設備組采用三相配電的干線線路,采用三相四線制;對單相用電設備配電的支線線路,采用單相三線制,將單相負荷均勻分配在三相系統(tǒng)中。低壓系統(tǒng)接地型式:本工程為設有變電所的民用建筑,故采用TN-S系統(tǒng)。所有受電設備的外露可導電部分用PE線與系統(tǒng)接地點相連接。6.2低壓配電干線系統(tǒng)接線方式設計照明負荷與電力負荷分成不同的配電系統(tǒng),以便于計量和管理;消防用電設施的配電則自成系統(tǒng),以保證供電可靠。(1屋頂節(jié)口照明為三級負荷,容量較大、負荷集中。在屋頂設備房設置1臺照明配電箱,從配電

17、室以單回路放射式直接配電配電干線WL1。(2頂層設備房、5-25層辦公照明及夾層照明為三級負荷,負荷分布范圍廣,總?cè)萘枯^大。5-25層因為要出租,故每間辦公用房均設置照明配電箱。20-25層因辦公用房不多,每層設置1臺電能計量配電箱,以放射式配電給毎問辦公用房照明配電箱。5-19層因辦公用房較多,每層分2個區(qū)域,每個區(qū)域各設置1臺電能計量配電箱,以放射式分別配電給本區(qū)內(nèi)的毎問辦公用房照明配電箱。頂層設備房、夾層照明容景較小,各設置1臺照明配電箱。整個辦公照明負荷因容量大.分布范圍廣,故采用分區(qū)單回路樹干式配電,即頂層設備房及15-25層辦公照明、5-14層辦公照明及夾層照明各采用一路干線配電(

18、配電干線WL2、WL3,配電干線采用插接式母線槽,分支線采用電纜。(31-4層商場照明為二級負荷,容量較大。每層按防火分區(qū)設置2臺照明配電箱,從配電室以雙回路樹干式配電(配電干線WL4M/WL4S、WL5M/WL5S、WL6M/WL6S、WL7M/WL7S,在末端配電箱進行雙電源自動切換。(4地下室照明容量雖小,但為二級負荷。地下室按防火分區(qū)設置2臺照明配電箱,從配電室以雙回路樹干式配電(配電干線WL8M/WL8S,在末端配電箱進行雙電源自動切換。(5各層公共通道照明為一級負荷,但分布于各層、容量小。1-4層每層按防火分區(qū)設置2臺通道照明配電箱,由設置于各層的1臺雙電源自動切換配電箱以放射式配

19、電;5-25層每層按防火分區(qū)設置1臺通道照明配電箱,由每三層設置的1臺雙電源自動切換配電箱以放射式配電。整個公共通道照明因負荷重要、分布范圍廣,故采用分區(qū)雙回路樹干式配電,即1-4層公共通道照明和5-25層公共通道照明各采用2路干線配電(配電干線WL9M/WL9S、WL10M/WL10S,配電干線采用預分支電纜。(1商場空調(diào)機組1-4為三級負荷,容量較大、負荷集中,對每臺機組采用單回路放射式配電(配電干線WP1-WP4。(2商場空調(diào)水泵1-4為三級負荷,容量小而分布,采用單回路樹干式配電(配電干線WP5。(3商場自動扶梯為二級負荷,但容量小而分散布置,采用雙回路樹干式配電(配電干線WP6M/W

20、P6S,在末端配電箱進行雙電源自動切換。(4商場乘客電梯、大廈乘客電梯1-2、生活泵為一、二級負荷,負荷集中。每處就地設置配電控制箱,分別采用雙回路放射式配電(配電干線WP7M/WP7S、WP8M/WP8S、WP9M/WP9S、WP11M/WP11S,在末端配電控制箱進行雙電源自動切換。(5地下室排污泵為-級負荷,但容量小而分散布置。每處就地設置控制箱,通過設于地下室的雙電源自動切換配電箱釆用分區(qū)樹干式配電(配電干線WP10M/WP10S。(1變電所所用電、消防控制室用電、消防電梯、屋頂穩(wěn)壓泵、屋頂正壓風機、噴淋泵、消火栓泵及泵房、消防電梯井坑排污泵等均為一級負荷,負荷較為集中。每處就地設置配

21、電箱和控制箱,分別采用雙回路放射式配電(配電干線WLE4M/WLE4S、WPE1M/WPE1S、WPE2M/WPE2S、WPE3M/WPE3S、WPE4M/WPE4S、WPE9M/WPE9S、WPE10M/WPE10S,在末端配電箱進行雙電源自動切換。(2夾層正壓風機、夾層排煙風機、地下室送風機、地下室排煙風機等均為小容量級負荷,每處就地設置配電控制箱,采用雙回路樹干式配電(配電干線WPE5M/WPE5S、WPE6M/WPE6S、WPE7M/WPE7S、WPE8M/WPE8S,在末端配電控制箱處進行雙電源自動切換。(3各層應急照明及防火卷簾為一級負荷,但分布于各層、容量小。1-4層每層按防火分區(qū)設置2臺應急照明配電箱,由設置于各層的1臺雙電源自動切換配電箱以放射式配電;5-25層每層按防火分區(qū)設置1臺應急照明配電箱,由每三層設置的1臺雙電源自動切換配電箱以放射式配電。夾層設置1臺應急照明配電箱。整個應急照明及防火卷簾因負荷重要、分布范圍廣,故采用分區(qū)雙回路樹干式配電,即1-4層應急照明和5-25層應急照明及夾層應急照明各釆用2路干線配電(配電干線說WLE1M/WLE1S、WLE2M/WLE2S,配電干線采用預分支電纜。(4地下室應急照明及防火卷簾為一級負荷,容量小。地下室按防火分區(qū)設置2臺