绪论
1.1课题研究的背景及意义
当今社会，科技发展迅猛，经济增长快速，人民生活越来越富裕。人们不再满足于简单的衣食住行，而是更注重于精神和物质双重世界的丰富多彩，在这种情况下，电力行业也得到了飞速发展。在社会的高度关注下，人们对供电质量的要求越来越高。配电作为电力系统的最后一个环节，与用户的用电设备直接相连，因此其在电力系统中占据着非常重要的地位。不仅如此，国家在电网的建设和改造方面也投入了相当大的精力，为了适应社会的发展，国家提出了加快城网和农网的建设与改造。而城市和农村的地理形势特点给电网的建设和改造带来一定的困难，如城市高楼林立、人口密集、用地紧张使得城市高低压网络的发展以及变配电所的建设有一定困难;农村地貌崎岖，交通不发达使得农网的建设和发展受阻。面临这些困难，如何合理设计城网、农网中的变电站、配电所是电网建设和改造中有待解决的一个重要的课题。
每一个标准配电室都配备有相应电气设备，包括变压器、开关柜、低压负荷开关、导线等。根据配电设备电压等级，配电室被分成低压配电室(10KV或35KV站用变出线)和高压配电室(6KV—10KV高压开关室)。配电室的功能主要是向低压用户或者用电设施等配送电能。
配电室直接与用户的电气设备相连，在电力系统中是非常关键的环节，所以其设计质量的好坏直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活与经济运行。合理设计配电室，尤其是其电气部分，使之切合住宅小区的特点可以提高供电的可靠性和电能质量，满足居民用电负荷日益增长的需要。所以做好配电室的设计是我国电网建设的重点。现在根据我国供配电系统和城市住宅小区的发展规范，拟在黄冈市金家上城小区新建10kv的配电室，并设计其电气部分。
。
1.2国内外的研究现状
现如今，建筑电气朝着智能化的方向发展，在这个发展的潮流当中，通过配电自动化技术实现住宅小区的智能化是一个核心问题。应用配电自动化技术不仅可以实现生活住宅小区、高层楼宇、工业工厂的智能调控，同时还提高了电力用户用电的安全性、可靠性。因此开展此项研究意义重大。纵观配电自动化技术的发展，它在人们住宅小区的应用已经受到一些科技比较发达的国家的广泛重视。高度重视的结果带来了配电自动化功能的扩大与发展，并且形成了包含集变电站自动化、电力用户负荷等内容的配电网管理系统。
自二十世纪九十年代初，我国开始了配电自动化技术的研究，它的大范围的工程实施是从九十年代中后期才开始，而在二十一世纪，我国小区配电自动化的发展十分迅猛。我国配电自动化系统由原来的落后、不完善逐渐变得先进、完善，不仅如此，它的投资规模也越来越大，逐渐在市场中得到越来越大的需求。其中，以北京电力公司、上海电力公司等为代表的各地电力建设公司推动了我国配电网自动化的建设，不仅如此，全国各地一些应用建好的电力企业还制定了企业内部配电自动化相关的技术制度和原则等。这些发展现象表明我国配电自动化向着健康的方向发展。但是客观来讲，我国在这方面的发展还存在一定弊端与缺陷，它的自动化程度还远远没有达到发达国家的先进水平，我国也暂时还没有研究出一种万能的通信技术可以满足所有配电自动化的层次需要。依次看来，我国离配电自动化的高度智能发展还有很长一段路要走，并且还要投入更大的精力和财力在提高配电自动化系统的管理、控制水平方面。
一九七零年起，国外的一些发达国家就开始了配电自动化技术的研究，并在生产中应用了这项技术。它的发展主要分为三个阶段。这些国外工业发达国家的配电自动化技术的发展与改进在这三个阶段中得到诠释和体现，并且给配电自动化打下了良好的基础。相比于我国，国外在实施自动化的过程中，制定了详细的规划、严格的建设和后期的完善。在这个三个阶段中，他们不仅注重配电自动化技术实施的经济效益和实用性，更加注重配电自动化的应用培训和其应用所需要的设备的维护与管理。不仅如此，国外在应用这项技术的时候，会根据负荷档次的不同分阶段逐步实施，以达到配电自动化设计功能的完整和先进，正是因为这些不同，国外配电自动化技术发展和改进不断。
近年来，国内外广泛采用新型箱式变配电站来代替老式的变电所和配电室。
根据变电站容量的不同以及电力用户的需要，当变压器容量在100KVA~1600KVA时，用户一般选择箱式变电站。箱式变电站优点较多，具体如下：现场安装方便;经济效益强;体积小，方便小区居民的视线与采光;可灵活选择站址。
1.3设计概述
本文主要是针对黄冈市金家上城住宅小区进行10kv配电室电气部分的设计。该小区规模如下：21栋单体建筑，共576户住户。依据负荷等级的划分，本小区负荷均为三级负荷，小区日最大负荷持续时间为8h，小区年最大负荷利用小时为2500h。照明及家用电器为单相，额定电压为220v;低压动力设备为额定电压380v的三相供电。
本文主要设计任务是完成对进线10KV电压的降压与分配，设计内容包括两个部分：设备选择和参数计算，设备选择包括变压器选型、导线选型、互感器选型、开关柜的选型等等;参数计算包括负荷计算、容量计算、短路电流计算等，同时，依据国家电力设计先关规范规程，绘制出金家上城小区10KV配电室的设计和图纸。
1.4设计依据
(1)国家电力建设标准和规范，如下:
《10KV及以下变电所设计规范》(GB50052-94)
《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)
《工业与民用配电设计手册》
(2)由当地电力设计公司提供的有关该工程的设计要求、建筑平面图。
(3)供电电源：根据与当地的电力公司的规定签署的住宅小区供应协议，本小区由附近一10kv电力线路供电。电力干线是通用YJV电力电缆，截面95平方毫米;当地变电站距该小区干线的距离为5km，在该干线首端装设有容量为500MVA的高压断路器，且配备有电流保护，其中定时限过电流保护的正定动作时间为1.5s。
1.5设计目标
按照国家规定及相关规范设计配电室，为小区提供较好的供电质量，同时要保证用电的安全性、可靠性、经济性、优质性等基本要求。
(1)10KV配电系统图设计
依据小区内各建筑的特点进行负荷统计，利用需要系数法确定每个回路的计算负荷和总计算负荷，进而选择变压器的容量及进出线电缆的截面及其型号，并完成总配电系统设计。
(2)配电室平面布置图设计
由配电系统图选择的高低开关柜及变压器，根据它们的尺寸和型号来确定其安装位置以及导线的布线方式。最终完成配电室内的布局。
(3)撰写设计说明书
2负荷计算
2.1负荷的分类及供电要求
2.1.1 电力负荷分类
电力负荷又称电力负载，包含有两种含义，一为用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如满负荷、空负荷、重负荷、轻负荷等;二为耗用电能的电力设备或用户，如重要负荷、动力负荷、照明负荷、一般负荷。负荷分类及定义如下表:
表2-1 负荷的分类及定义
|
负荷分类 |
定义 |
|
一级负荷 |
停电将致使人员伤亡； （2） 停电将致使政治和经济上的损失； （3） 停电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作 （4） 若停电将致使中毒、爆炸、火灾或重要信息数据丢失等严重后果的一级负荷，应将其视为特别重要负荷。 |
|
二级负荷 |
停电将导致较大政治和经济损失； 停电将影响重要电力用户的正常工作； |
|
三级负荷 |
不属于上述一级和二级负荷的其他负荷，且停电不会造成较大或直接损失的负荷。 |
2.1.2 电力负荷对供电要求
所谓供电可靠是指对电力负荷的连续供应，当供电可靠性越高时，停电的可能性就会变小。
对于一级负荷，应有两个独立电源供电，当其中任何一个电源停止供电时，能保障一级负荷正常工作。对于一级负荷中的特别重要负荷，应保障有两个独立电源对其供电。
对于二级负荷，应有两个独立电源供电，当其中任何一个电源停止供电时，能够保障所有或绝大多数二级负荷正常工作。
对于三级负荷，应有一个电源供电。
2.2 小区负荷分配
本文供配电室的设计是根据黄冈市金家上城小区的建设规划而设计的。本小区设计分别有4种户型，分为四类。其中一类户型设定为10KW，二类户型设定为8KW，三、四类户型设定为6KW。小区共计576户;其中一类户型7个单元84户;二类户型36单元432户;三类户型4.5单元54户;四类户型0.5单元6户。小区用电包含住宅、公共和消防三部分。
根据相关技术手册，小区原始资料和有关的国家规范规程，本文设计内容是由10kv供电线路至小区各类电力负荷的用电设计和分配，使用10KV/0.4KV进线方式，采用TN-C-S接地形式，进户处设重复接地，采用综合接地形式，接地利用建筑物作为基础接地极，接地电阻小于10Ω。
2.3 小区负荷计算
本小区的住宅负荷为三级负荷，公用负荷为三级负荷，消防负荷为二级负荷，由于本设计种不涉及消防负荷，因此，本小区的负荷均为三级负荷。又因为小区住宅种的用电设备较多，故在功率因数和需要系数的取值上会有不同，本文根据小区当地的供电公司提供的资料，选取功率因数和需要系数如表2-1.
需要系数法的计算公式如下：
(1)有功功率
(2.1)
(2)无功功率
(2.2)
(3)视在功率
(2.3)
(4)计算电流
(2.4)
(5)总有功功率
(2.5)
(6)总无功功率
(2.6)
上述公式中：为需要系数;为功率因数。
为有功功率同时系数，取值范围为0.8~0.9;为无功功率同时系数，取值范围为0.93~0.97.
根据上述公式及小区原始资料可计算出小区负荷如下表2-2：
表2-2 小区用电负荷计算
|
用电设备组名称 |
总功率 |
需要系数 |
功率因数 |
额定电压 |
设备相序 |
视在功率 |
有功功率 |
无功功率 |
计算电流 |
|
2#住宅楼 |
242 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
211.75 |
169.40 |
127.05 |
321.75 |
|
3#住宅楼 |
243 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
182.25 |
145.80 |
109.35 |
276.90 |
|
5#住宅楼 |
291 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
218.25 |
174.60 |
130.95 |
331.60 |
|
6#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
7#住宅楼 |
267 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
200.25 |
160.20 |
120.15 |
304.25 |
|
10#住宅楼 |
242 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
211.75 |
169.40 |
127.05 |
321.72 |
|
11#住宅楼 |
291 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
218.25 |
174.60 |
130.95 |
331.60 |
|
12#住宅楼 |
291 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
218.25 |
174.60 |
130.95 |
331.60 |
|
13#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
14#住宅楼 |
291 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
218.25 |
174.60 |
130.95 |
331.60 |
|
15#住宅楼 |
291 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
182.25 |
145.80 |
109.35 |
276.90 |
|
16#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
17#住宅楼 |
243 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
182.25 |
145.80 |
109.35 |
276.90 |
|
18#住宅楼 |
243 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
182.25 |
145.80 |
109.35 |
276.90 |
|
19#住宅楼 |
243 |
0.60 |
0.80 |
380 |
三相 |
182.25 |
145.80 |
109.35 |
276.90 |
|
20#住宅楼 |
121 |
0.95 |
0.80 |
380 |
三相 |
143.69 |
114.95 |
86.21 |
218.31 |
|
21#住宅楼 |
121 |
0.95 |
0.80 |
380 |
三相 |
143.69 |
114.95 |
86.21 |
218.31 |
|
22#住宅楼 |
121 |
0.95 |
0.80 |
380 |
三相 |
143.69 |
114.95 |
86.21 |
218.31 |
|
23#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
24#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
25#住宅楼 |
194 |
0.70 |
0.80 |
380 |
三相 |
169.75 |
135.80 |
101.85 |
257.91 |
|
消防用电 |
100 |
0.50 |
0.80 |
380 |
三相 |
62.50 |
50.00 |
37.50 |
94.96 |
|
公共用电 |
100 |
0.50 |
0.80 |
380 |
三相 |
62.50 |
50.00 |
37.50 |
94.96 |
|
合计 |
4905 |
3982.57 |
3011.45 |
2258.58 |
按需要系数法计算负荷得：(取0.9，取0.95)
总有功功率：
总无功功率：
总视在功率：
