小区供配电系统的毕业设计

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

姓 名： 乔广明 学 号： 41230210

系 部： 电气工程系

专 业： 电机与电器

题 目： 北京科锐住宅小区供电系统的设计

校内指导教师： 企业指导教师：

赵红顺 唐军

评阅者：

2015年4月

毕业设计（论文）中文摘要

目 录

1 引言.............................................................. 4 2 负荷计算.......................................................... 5 2.1 供电负荷的分析.................................................. 5 2.2 供电负荷的计算.................................................. 5 3 供电方案的确定.................................................... 8 3.1主接线方案原则 .................................................. 8 3.2 主接线方案设计.................................................. 8 3.3 低压部分配电系统............................................... 10 4 变压器及线路的选择............................................... 12 4.1变压器台数的选择 ............................................... 12 4.2 变压器容量的选择............................................... 12 4.3 变压器型号的选择............................................... 12 4.4 线路的选择..................................................... 13 5 短路计算......................................................... 16 5.1 短路故障的形式................................................. 16 5.2 短路电流的计算................................................. 16 6 高、低压设备的选择............................................... 19 6.1 设备选择的基本原则............................................. 19 6.2 高压设备的选择................................................. 20 6.3 低压设备的选择................................................. 21 7 继电保护......................................................... 23 7.1 继电保护的意义及设置原则....................................... 23 7.2 变压器的继电保护............................................... 23 8 变电所防雷与接地................................................. 26 8-1变电所防雷保护的设计： ......................................... 26 8-2变电所接地保护的设计： ......................................... 26 9 电测量仪表....................................................... 28 9.1 变配电装置的测量仪表........................................... 28 9.2 电测量仪表的选择和接线......................................... 28 10 电梯双电源互备投电路............................................ 30 10.1 备用电源自动投入的要求........................................ 30 10.2 双电源互备自动投入装置........................................ 30 结论............................................................... 32 致谢............................................................... 33 参考文献........................................................... 34

1 引言

研究意义：近几年来我国社会发展迅速，人民的生活水平有了很大提高，对居住环境的方便、安全、环保、舒适等方面提出了更高的要求。这使得住宅小区的供电系统要适应小区的用电负荷及小区的规划，从多方面考虑，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：步入21世纪后，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）可靠性 需要满足小区正常用电的电力负荷。

（2）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。

（3）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。

（4）安全性 保证人身和设备安全。

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，例如：空调、电炊具、电热水器等，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《江苏省住宅设计标准》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 /m 2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。

本次设计共有两个院，每栋高6层，则每单元为12户，一号院为1~14栋，每两栋设置一个户外配电箱，共计7个配电箱；二号院为15~26栋，每两栋设置一个户外配电箱，共计6个配电箱。每两个配电箱设置一个配电屏，共计7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，之后各单元在引出线路到各户。如表2-1所示。

表2-1 负荷的初步划分

负荷计算公式：

有功计算负荷 P 30=K d P e 无功计算负荷 Q 30=P 30tan ϕ

视在计算负荷 S 30= 计算电流 I 30=

P 30

cos ϕ

S 303U n

查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数12户时K d 取值0.6；K d 在25~100户时K d 取值0.45；100~200户时K d 取值0.35；大于260户时K d 取值0.3；生活用电功率因数取值cos ϕ=0. 85，则tan ϕ=0. 62

（1）小区总的负荷计算

P e =(564+540) ⨯6=6624kW P 30=K d P e =0. 3⨯6627=1987. 2kW S 30=

P 301987. 2

==2337. 8kVA cos ϕ0. 85

（2）单元的负荷计算

P e =12⨯1⨯6=72kW P 30=K d P e =0. 6⨯72=43. 2kW

S 30=

P 3043. 2

==50. 8kVA cos ϕ0. 85

I 30=

S 30U n

=

50. 8⨯0. 4

=73. 3A

（3）配电箱的负荷计算：

① 1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱单元数相同，负荷相同

P e =12⨯(3+4) ⨯6=504kW P 30=K d P e =0. 45⨯504=226. 8kW Q 30=P 30tan ϕ=226. 8⨯0. 62=140. 3k var

S 30=

P 30226. 8

==266. 8kVA cos ϕ0. 85

I 30=

S 303U n

=

266. 83⨯0. 4

=385. 1A

② 4#、11#配电箱单元数相同，负荷相同

P e =12⨯(3+3) ⨯6=432kW

P 30=K d P e =0. 45⨯432=194. 4kW Q 30=P 30tan ϕ=194. 4⨯0. 62=120. 5k var

S 30=

P 30194. 4

==228. 7kVA cos ϕ0. 85

I 30=

S 303U n

=

228. 73⨯0. 4

=330. 1A

③ 9#、10#、12#、13#配电箱单元数相同，负荷相同

P e =12⨯(4+4) ⨯6=576kW P 30=K d P e =0. 45⨯576=259. 2kW Q 30=P 30tan ϕ=259. 2⨯0. 62=160. 7k var

S 30=

P 30259. 2

==304. 9kVA cos ϕ0. 85

I 30=

S 303U n

=

304. 9⨯0. 4

=440. 1A

经以上计算结果列出，如表2-2。

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，要符合国家规范，合理布局，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。 设计主接线方案时要符合下列要求：

（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，尽可能简化主接线方案，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[9]。

3.2 主接线方案设计

主接线方案如图3-1 。

图3-1 主接线方案

科锐住宅小区10kV 供电系统的初步设计，该供电系统是有两个配电室组成的住宅小区专用的降压变电系统，具有10kV 和380V 两个电压等级，10kV 一侧接与110kV 变电站的10kV 母线，380V 主要用于小区用户的用电。

3.3 低压部分配电系统

1）配电屏至配电箱部分

本次设计是每两栋楼设一个配电箱，小区的低压配电箱共有13个，分别标号为1#~13#配电箱，低压配电屏设七个，1号配电屏为1#、2#配电箱配电，2号配电屏为3#~4#配电箱配电，3号配电屏为5#~6#配电箱配电，4号配电屏为7#~8#配电箱配电，5号配电屏为9#~10#配电箱配电，6号配电屏为11#~12#配电箱配电，7号配电屏为13#配电箱配电。如图3-2所示。

图3-2 配电屏至配电箱部分

2）配电箱至单元部分

每两栋楼设一个配电箱，共计13个，配电箱为其下属的单元配电。如图3-3所示。

图3-3 配电箱至单元部分

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，分别为两个院供电，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S N . T 应满足全部用电设备总计算负荷S 30的需要，即S N . T ≥S 30。

（2）装有两台主变压器时每台变压器的容量S N . T 应同时满足下列两个条件： ①当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足约60%~70%的总计算负荷，即

S N . T =(0. 6~0. 7) S 30。

②当任意一台变压器单独承担负荷时，须满足所有的Ⅰ、Ⅱ级负荷，即

S N . T ≥S 30(I+∏) 。

就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件：则两个院的S 30

为2337.8kVA ，选用两个主变压器的容量S N . T =(0. 6~0. 7) S 30，经计算得，取S N . T =1600S N . T =1403~163k 7VA kVA 。

4.3 变压器型号的选择

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SC9-1600/10，参数如表4-1。

表4-1 SC9-1600/10变压器参数

型号 SC9-1600/10

额定电压 10kV

阻抗电压（%）

6

空载损耗（W ） 1980

负载损耗（W ） 10850

空载电流（%） 0.7

连接组别 Dyn11

4.4 线路的选择

电源进线由10kV 城市电网引出两路架空线路进入变电站，在两路电路进线的主开关柜之前各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。

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I a 不小于相线上的计算电流I 30 ，即I al ≥I 30

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 -θ0'

K θ=

θal -θ0

1）变电所进线电缆的选择

θal -θ0' 60-18

==1. 45 经算得温度校正系数为K θ=

θal -θ060-40 1. 45I al ≥I 30，即I al ≥

I 3092. 3==63. 7A 1. 451. 45

查表4-2得知：可选用标称截面为35m m 2的油浸纸绝缘电缆。 校验发热条件，油浸纸绝缘电缆的I al =68≥I 30=63. 7A ，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。 2）配电箱电缆的选择

1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流I 30=385. 1A 4#、11#配电箱的计算电流I 30=330. 1A

9#、10#、12#、13#配电箱的计算电流I 30=440. 1A

al -θ0' 90-18

==1. 1 经算得温度校正系数为K θ=

θal -θ090-30

1. 1I al ≥I 30，即I al ≥ I al 1≥ I al 2≥ I al 3≥

I 30

1. 1

I 30385. 1==350A 1. 11. 1

I 30330. 1

==300A 1. 11. 1I 30440. 1

==400A 1. 11. 1

由表4-2得知：1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱可选用标称截面为150m m 2

的YJV 型电缆；4#、11#配电箱可选用标称截面为120m m 2的YJV 型电缆；9#、10#、12#、13#配电箱可选用标称截面为185m m 2的YJV 型电缆。

YJV 型电缆的I al 1=371≥I 30=350A ，发热条件满足。 YJV 型电缆的I al 2=327≥I 30=300A ，发热条件满足。 YJV 型电缆的I al 3=425≥I 30=400A ，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。 （3）单元电缆的选择

al -θ0' 90-18

==1. 1 经算得温度校正系数为K θ=

θal -θ090-30 1. 1I al ≥I 30，即I al ≥

I 3073. 3==66. 6A 1. 11. 1

查表4-2得知：可选用标称截面为10m m 2的YJV 型电缆。

校验发热条件，油浸纸绝缘电缆的I al =71≥I 30=66. 6A ，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 短路计算

5.1 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。

5.2 短路电流的计算

本次设计小区采用两路电源供电，由0.5KM 处城市电网供电，断流容量

S oc =300MVA ，一般基准容量S d 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S d =100MVA ，基准电压U c 1=10. 5kV ，U c 2=0. 4kV 则：

I d 1=

S d 3U c 1S d U c 2

=

100⨯10. 5100⨯0. 4

=5. 5kA

I d 2=

==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X s 查资料得知S oc =300MVA ，因此

*

X s =

*

X S S 100

=d ==0. 33 X d S oc 300

*

架空线路的电抗标幺值X WL

查表得知电缆的X 0=0. 092Ω/km ，因此

X WL =

*

X WL S 100

=X 0l d 2=0. 092⨯0. 5⨯=0. 042 2

X d U c 10. 5

变压器的电抗标幺值X t 查表可知U k %=6，因此

*

X T U k %S d 6⨯100⨯103

X ====3. 75

X d 100S N 100⨯1600

*t

由此可绘制出短路等效电路图，如图5-1所示。

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) =X s +X WL =0. 33+0. 042=0. 372

三相短路电流周期分量有效值

) I k (3-1=

I d 1

*

X ∑(k -1)

=

5. 5

=14. 8kA 0. 372

其他三相短路电流

(3) )

I ' ' (3) =I ∞=I k (3-1=14. 8kA (3) i sh =2. 55⨯14. 8=37. 7kA (3) I sh =1. 51⨯14. 8=22. 3kA

) 三相短路容量 S k (3-1=

S d

*

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) =X s +X WL +X t =0. 33+0. 042+3. 75=4. 12

三相短路电流周期分量有效值

) I k (3-2=

I d 2

*

X ∑(k -2)

=

144

=35kA 4. 12

其他三相短路电流

(3) (3)

I ' ' (3) =I ∞=I k -2=35kA (3) i sh =1. 84⨯35=64. 4kA (3) I sh =1. 09⨯35=38. 2kA

) 三相短路容量 S k (3-2=

S d

*

X ∑(k -2)

=

100

=24. 3MVA 4. 12

计算结果，如表5-1所示

表5-1 短路计算结果

I ' ' (3) kA

14.8 35

(3)

kA i sh (3)

kA I sh S k (3) MVA

268.8 24.3

k -1点 k -2点

37.7 64.4

22.3 38.2

6 高、低压设备的选择 6.1 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U N 不低于安装位置的额定电压

U W . N ，即

U N ≥U W . N

同时要求其额定电流I N 不低于实际通过设备的最大电流I max ，即

I N ≥I max

（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

2I t 2t ≥I ∞t ima

(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i sh ，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) i max ≥i sh

（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I oc 一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流I k (3，或断流容量S oc 一般. max ) 应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量S k (3，即 . max

) )

I oc ≥I k (3或S oc ≥S k (3 . max . 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，如表6-1所示。

项目 断路器 熔断器 负荷开关 隔离开关 限流电抗器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 套管绝缘子 母线 电缆

表6-1 设备初选及校验项目

额定电压 额定电流 断流能力 kV ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ － ○

A ○ ○ ○ ○ ○ ○ － － ○ ○ ○

kA 或MVA ○ ○ ○ － － － － － － － －

短路电流校验 动稳定 热稳定 ○ － ○ ○ ○ ○ － ○ ○ ○ －

○ － ○ ○ ○ ○ － － ○ ○ ○

注：设备校验项目（○表示需要校验项目 －表示无需要校验项目）

6.2 高压设备的选择

为了充分提高高压设备运行的可靠性，高压电器应根据其正常运行时的额定电压及额定电流来进行初选，一些设备完成初选后还要验证其动稳定、热稳定性条件，对于熔断器和断路器还要验证其断流容量。此外，还要考虑电气设备的环境条件（如湿度、温度、海拔、介质状态等）选用不同类型的高压电器（如户内、户外、热带型、加强绝缘型等）。对于有些电器的选用还要作更多的考虑（如断路器、开关的操作频度、互感器的负载和准确等级、熔断器的上下级选择性配合等）[2]。

变压器高压侧的选择标准：

（1）额定参数：额定电压U N ≥U W . N ，U W . N =10kV ，即

U N ≥10kV

额定电流I N ≥I 1N . T ，I 1N . T =

S N . T 3U N

=

1600⨯10

=92. 3A ，即

I N ≥93A

(3) (3)

（2）稳定条件：冲击电流i max ≥i sh ，i sh =2. 55⨯14. 8=37. 7kA ，即

i max ≥37. 7kA

22

t ima ，I ∞热稳定I t 2t ≥I ∞t im a =14. 82⨯(0. 5+0. 2) =153. 3kA 2s ，即

I t 2t ≥153kA 2s

) (3)

（3）断流能力：断流容量S oc ≥S k (3，S k -1=. max

S d

*

X ∑(k -1)

=

100

=268. 8MVA ，0. 372

即 S oc ≥269MVA

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，如表6-2所示。

表6-2 高压电器校验的结果

项目

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

10

150≥138.5

15.5≥14.8

－

－

10

－

－

－

10

200≥93

－

45≥37.7

5625≥ 153 －

10

400≥93

－

10

A 630≥93

短路电流校验 动稳定 热稳定 kA kAs 40≥37.7

1024≥153 满足

条件

40≥ 37.7 980≥ 153 满足

条件 满足 条件 满足 条件 满足 条件

2

校验结果

额定电压 额定电流 开断电流

kA 16≥14.8

6.3 低压设备的选择

变压器至母线间的选择标准：

（1）额定参数：额定电压U N ≥U W . N ，U W . N =0. 4kV ，即

U N ≥0. 4kV

额定电流I N ≥I 2N . T ，I 2N . T =

I N ≥2309A

S 30U N

=

16003⨯0. 4

=2309A ，即

(3) (3) （2）稳定条件：冲击电流i max ≥i sh ，i sh =1. 84⨯35=64. 4kA ，即

i max ≥64. 4kA

22

t ima ，I ∞热稳定I t 2t ≥I ∞t im a =352⨯(0. 5+0. 2) =857. 5kA 2s ，即

I t 2t ≥858kA 2s

) )

（3）断流能力：断流容量S oc ≥S k (3，S k (3-2=. max

S d

*

X ∑(k -2)

=

100

=24. 3MVA ，即 4. 12

S oc 25MVA

根据以上标准选择如下低压设备：断路器DW15-2500、刀开关HD18-2500。 低压电器校验的结果，如表6-3所示。

表6-3 低压电器校验的结果

项目

额定电压 kV

断路器 DW15-2500 刀开关 HD18-2500

0.4 0.4

额定电流

A 2500≥2309 2500≥2309

－ 开断电流 kA 60≥35

短路电流校验 动稳定 热稳定 kA kAs 65≥64.4

3600≥858 满足

条件

105≥64.4 2500≥858 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7#配电屏的计算电流I 30分别为770.2A 、715.2A 、770.2A 、770.2A 、880.2A 、770.2A 、440.1A

1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱的计算电流I 30为385.1A ；4#、11#配电箱的计算电流I 30为330.1A ；9#、10#、12#、13#配电箱的计算电流I 30为440.1A

楼栋各单元的计算电流I 30为73.3A

根据以上标准选择如下低压设备：刀开关HD17-1000与HD17-630，断路器DZX10-630与DZX10-100。

配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择，如表6-4所示。

表6-4 配电屏至配电箱至楼栋单元设备的选择 项目 设备

1#、2#、3#、4#、5#、6#配电屏

7#配电屏

1#、2#、3#、5#、6#、8#配电箱 9#、10#、12#、13#配电箱

4#、11#配电箱 各楼栋单元

HD17-1000 HD17-630 DZX10-630/400 DZX10-630/500 DZX10-630/350 DZX10-100/80

7 继电保护

7.1 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[9]。

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。

7.2 变压器的继电保护

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I op =

K rel K w

I L . max ， K w 为保护线系K re K i

数，取值为1；K rel 为可靠系数，取值1.2；K re 为继电器的返回系数，取值0.85；

K i 为电流互感器的变流比[1]。

变压器过流保护的动作时限按级差原则整定，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0.5秒。

变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算

)'

K w I k (⋅2min )'

为变压器二次侧发生最小两相短路的电流。 S p =≥1. 5 其中I k (⋅2min

K i I op

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

)'

于变压器二次侧母线最大三相短路的电流I k (3⋅max ，即

I qb =

K rel K w (3)'

I k ⋅max K i

)

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I k (⋅2min 进行

校验

)

K w I k (⋅2min

S p =≥2

K i I qb

过电流保护及速断保护的计算 （1）过电流保护电流的整定

K i =

200

=40 5

1600⨯10

=138. 6A

I L . max =1. 5I 1N . T =1. 5⨯

动作电流I op =

K rel K w 1. 2⨯1

I L . max =⨯138. 6=4. 9A K re K i 0. 85⨯40

选DL-11/10电流继电器，动作电流整定为5A 动作时间的整定

t 1=t 2+∆t =0+0. 5=0. 5s 过流保护的灵敏性校验

)'

K w I k (⋅2min

S p ==

K i I op

1⨯0. 866⨯35⨯103⨯

40⨯5

0. 4

=6. 1≥1. 5 满足要求

（2）速断保护电路的整定

I qb =

K rel K w (3)' 1. 2⨯10. 4

I k ⋅max =⨯35⨯103⨯=42A K i 4010

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

) K w I k (⋅2min 1⨯0. 866⨯14. 8⨯103

S p ===7. 1≥2 满足要求

K i I qb 40⨯45

8 变电所防雷与接地

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。

为防止雷电冲击波沿高压线路侵入配电所，对所内的设备造成危害，尤其是价格高但绝缘能力相对薄弱的电力变压器，可以在变压器进线处每根母线处装设FS 型阀型避雷器，且与变压器的距离通常小于5米。避雷器的接地可以同变压器外壳导电部分及低压侧接地中性点连接起来一同接地，如图8-1所示：

变配电所的线路雷电波侵入防护 变压器的防雷保护及接地

图8-1 变电所防雷与接地

变电所接地保护的设计：

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。

（1）单根垂直管形或棒形接地体的接地电阻

R E (1) ≈

ρ

l

（2）多根垂直管形接地体并联的接地电阻 实际的总接地电阻为

R E =

R E (1) n ηE

式中，ηE 为多根接地体并联时的利用系数，可利用管间距离a

与管长l 之比及管子数n 去查。由于该表所列ηE 未计及管子之间连接扁钢的屏蔽作用，所以实际的ηE 略高于表中的数据，由此计算所得的R E 也略微偏高，这样便能更好的满足接地要求。

9 电测量仪表

9.1 变配电装置的测量仪表

电量仪表是用于对系统装置运行的各项参数进行测量并记录或是进行技术分析、核算电费的仪表的总称。

为了监测供电系统的一次设备的运行状态及计量一次系统消耗的电能，保证供电系统优质、经济、安全和可靠合理的运行，必须为供电系统中的装置安装电测量仪表。

根据不同用途来划分，其主要为计量仪表与常用测量仪表两大类。测量仪表用于对一次回路的电力运行参数做测量、记录的仪表，计量仪表用于对一次回路计费、技术分析的计量仪表，即各种电能表。

（1）在配电系统的电源进线上，必须装设计费用的有功电能表与无功电度表，一般采用标准计量柜，为了了解负荷电流，进线上还需装设一只电流表。

（2）一般情况下电压表须装设在变配电所的三根母线上对电压进行测量。当电力系统选用的运行方式为中性点非有效接地时，每段母线上还须安装绝缘检测装置。

（3）35/6~10kV的变压器要在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只。10/0.4kV的变压器，需在高压侧装设电流表及有功功率表各一只，对于单独经济核算的单位变压器，还要装设无功电能表一只。

（4）对于照明线路及不平衡度 15%的三相负荷线路，需要通过电流表对每相上的电流进行测量。对于负荷平衡的三相混合供电线路，可只装设单相有功电能表一只，实际电能为其计度的3倍。

9.2 电测量仪表的选择和接线

为了对小区用电总量进行计价，可在高压侧通过电压互感器及电流互感器接入电能表来测量用电量，采取两元件的三相电能表进行测量，型号为DT2型；低压侧是在每个单元设置单元电表箱一个，采用单相电能表进行测量，型号为DDSI866型，电能表的两种接线方法分别如图9-1和9-2。

图9-1 高压侧两元件三相电能表接线

图9-2 单元处单相电能表接线

10 电梯双电源互备投电路

10.1 备用电源自动投入的要求

备用电源自投入装置简称为APD ，其功能是在主电源线路因某些原因而中断时，能够把备用电源迅速、自动的投入，以此来提高供电的可靠性。

备用电源自投入装置有以下要求：

（1）不论何种原因致使工作电源中断，APD 要动作。

（2）APD 动作时，需要先将工作电源切断，随后再使备用电源投入。 （3）对于工作电源的一次故障，APD 只能动作一次。

（4）当系统中的电压互感器二次侧回路断线时，APD 不能误动作。 （5）APD 动作时间应尽量短，以利于连续供电及电动机自启动。

10.2 双电源互备自动投入装置

电梯的双电源线互为备用，任一主电源消失时，另一路APD 动作，双电源进线的两个APD 接线类似，互投控制回路如图10-2。

图10-1 电梯电源主电路

1#线路电压回路 2#线路电压回路

图10-2 线路的电压回路

双电源互为备投的APD 接线原理图，如图10-3所示。

图10-3 双电源互为备投的APD 接线

（注：1KV-4KV 为电压继电器 1U，1V ，1W,2U,2V,2W 分别为两路电源电压 、互感器二次电压母线 1SA，2SA 为两路电源控制开关 1YO，2YO 为断路器合闸线圈 1KM，2KM 为中间继电器 1KS-4KS为信号继电器 1KT，2KT 为时间继电器 1QF，2QF 为断路器辅助触点）

正常状态下电源1WL 为主电源，2WL 为备用电源，断路器1QF 在合闸状态，控制电源的开关1SA 在“合闸”位置，即触点5-8，6-7不通，16-13接通，1QF 的辅助触点常开闭合，长闭断开。断路器2QF 在分闸状态，控制电源的开关2SA 在“分闸”位置，即触点5-8，6-7，16-13均断开。

当主电源1WL 因某些原因而断开时，继电器1KV 与2KV 失电，对应的常闭触点变为闭合状态，时间继电器1KT 动作，其延时闭合触点1KT 闭合，使1QF 的跳闸线圈1YR 通电，则1QF 跳闸。之后，1QF （1-2）闭合引起2QF 的线圈2YO 接通，从而2QF 完成合闸，即断开了原先的工作电源并投入了备用电源，恢复了电梯的供电。

同样的当电源2WL 为主电源，1WL 为备用电源时，在2WL 发生故障断电时，也可以实现电源2WL 的切除与电源1WL 的自动投入。在上图中，虚框内的触点为对方断路器保护回路的出口继电器触点，作用是闭锁对方电路的APD 功能。当1QF 因为内部故障而分闸时，1QF 的保护装置同时断开了2QF 的APD 回路，从而避免了内部故障分闸时的另一路APD 的误动作。

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，以及电梯电源互为备投等方面的设计等，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。

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XXX ，他为我提供了诸多宝贵的意见和大量的相关资料，他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。

参 考 文 献

1 刘介才，高仕斌，简克良. 工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2009. 2 靖大为，张淑珍. 城市供电技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

3 唐志平，杨胡萍，史国栋. 供配电技术[M].北京：电子工业出版社，2005. 4 余健明，同向前，苏文成. 供电技术[M].北京：机械工业出版社，1998. 5周文森，郑景山. 简明电工手册[M].北京：机械工业出版社，1994. 6 隋振友，宋立新. 配电实用技术[M].北京：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[M].北京：机械工

业出版社，1983.

8 北江钢铁设计院等. 钢铁企业电力设计参考资料[M].北京：冶金工业出版

社，1976.

9 航空工业部第四规划设计研究院等. 工厂配电设计手册[M].北京：水利电

力出版社，1983.

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

社，2006.

11 孙艳君，戴艳梅. 常用电工仪表与测量技术问答[M].北京：机械工业出版

社，2006.

12 王荣藩. 工厂供电设计与试验[M].天津：天津大学出版社，2002.