供配电系统设计

绪论

本次设计的题目是金城大厦的电气系统设计。通过具体的实例工程设计初步掌握高层建筑供配电系统设计的基本方法，更好的将理论与实践相结合，将所学的课程及知识应用到自己的专业中去，也为将来的工作打下良好的基础。同时也可以更加详细地了解工程中的电气规范，提高自身独立完成工程设计的实际操作和研究能力。

- 1 -

金城大厦供配电系统设计

1.工程概况

金城大厦为某市一栋高层单体商业办公建筑，工程概况如下：

建筑面积：37417m2（其中地下：3783.8m2，地上：33633.6m2，不包括技术加层）。建筑层数：地下1层，地上25层，建筑高度：90.1m（女儿墙顶高度，不包括电梯机房、水箱间等）。

主要结构类型：框架，剪力墙结构。

建筑布局及功能：地下一层为设备用房、汽车库，1—4层为商场，技术夹层为转换层，5—19层为公寓式写字间，20—25为标准写字间，顶层为设备房、电梯机房及水箱间。1—4层设有中央空调。

消防设计：主体建筑为一类高层建筑，建筑耐火等级为一级。地下1层及地上1—4层为每层两个防火分区，夹层及5—25层为每层一个防火分区。

- 2 -

金城大厦供配电系统设计

2.负荷分级及供电电源

2.1负荷等级及容量

本工程为一类高层民用建筑，根据相关设计规范规定，本工程负荷等级如下： 一级负荷有：各层公共照明、乗客电梯、地下室排污泵、所有消防负荷包括应急照明、消防控制室用电、消防电梯、屋顶稳压泵、正压风机、送风机、排烟风机、喷淋泵、消火栓泵及泵房、消防电梯井坑排污泵等。

二级负荷有：地下室及1-4层照明、商场自动扶梯、商场乘客电梯、生活泵等。 三级负荷有：顶层设备房照明（含插座用电）、夹层及5〜25层照明（含插座用电〕、屋顶节日照明、商场空调机组、商场空调水泵等。

根据负荷计算结果可知：一级负荷合计304.0kW二级负荷合计1036.2kW，三级负荷合计1642.5kW。考虑同时系数后的总有功负荷合计2237.0kW，其中一二级负荷合计1072.1kW。

2.2供电电源

本工程从供电部门的110/10kV变电站引来1路10kV专线电源A，可承担全部负荷， 同时从供电部门的33/10kV变电站引来1路10kV环网电源B，仅作一、二级负荷的第二个电源。两路10kV电源可同时供电，电源A可作为电源B的备用。两路10kV电缆从建筑物南侧穿管埋地引人设在地下1层的10/0.38kV变电所。

由于本工程的两个10kV供电电源相对独立可靠，因此，不再设置自备发电机组或其他集中式应急电源装置。已知供电部门的110/10kV变电站与35/10kV变电站的两个10kV电源中性点均采用经消弧线圈接地。

- 3 -

金城大厦供配电系统设计

3.电压选择与电能质量

本工程的总有功负荷只有2237.0kW，故采用10kV供电。本工程为高层民用建筑， 用电设备額定电压为220/380V，低压配电距离最长不大于150m。所以，本工程只设置1座10/0.38kV变电所，对所有用电设备均采用低压220/380V三相四线制TN-S系统配电。

本工程将采取下列措施以使电能质量满足规范要求：

（1） 选用Dyn11联结組别的三相配电变压器，采用±5%无励磁调压分接头。 （2） 采用铜芯电缆，选择合适导体截面，将电压损失限制在5%以内。 （3） 气体放电灯采用低谐波电子镇流器或节能型电感镇流器，并就地无功功率补偿使其功率数不小于0.9。在变电所低压侧采取集中补偿，自动投切。

（4） 将单相用电设备均匀分布于三相配电系统中。

（5） 照明与电力配电回路分开。对较大容量的电力设备如电梯、空调机组、水泵等采用专线供电。

- 4 -

金城大厦供配电系统设计

4.电力变压器选择

4.1 变压器型式及台数

本工程为一般高层民用建筑，变电所位于主体建筑地下宰内，故采用SCB10型三相双绕组干式变压器，联结组标号Dyn11，无励磁调压，电压比10（1±5%）/0.4kV。考虑到与开关柜布置在同一房间内，变压器外壳防护等级选用IP2X (有的地区要求选用IP4X)。SCB10型干式变压器符合GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》的要求。

因本工程具有较大容量的一、二级负荷，故采用两台或两台以上变压器。

4.2 变压器容量选择

本工程总视在计算负荷为2451.8kVA（cosφ=0.92〕，其中一、二级负荷为1168.6kVA（cosφ=0.92），接近总计算负荷的一半。

方案一：选择两台等容量变压器，互为备用。每台变压器容量按0.7×2451. 8kVA左右且不小于1168.6kVA要求选择，为1600kVA。正常运行时照明负荷与电力负荷共用变压器，通过合理分配负荷，可使两台变压器正常运行时负荷率相当。10/0.38kV电所变压器T1、T2负荷分配计箅及无功功率补偿装置选择见表4-1、表4-2。

方案二：选择两台不同容量变压器。照明负荷变压器容量按大于其计算负荷且不小于一、二级负荷要求选择，需2000kVA（变压器负荷率为0.85）；电力负荷变压器容量按大于其计算负荷且不小于一、二级负荷要求选择，需1250kVA（变压器负荷率为0.58）。正常运行时照明负荷与电力负荷由不同变压器供电。

考虑到方案二有一台变压器的负荷率偏低.另一台变压器的负荷率又偏高（若为降低负荷率，又会使所选变压器容量达2500kVA），不尽合理。且本工程照明负荷对电压质量无特殊要求，也没有必要对正常照明和电力负荷分设不同变压器供电。因此，本工程采用方案一。

SCB10—1600/10型变压器技术数据：Uk%=6，ΔPk=10.2kW,IP2X防护外壳尺寸：长2200㎜×宽1600㎜×高2200㎜。

4.3变压器负荷分配计算及补偿装置选择

- 5 -

金城大厦供配电系统设计

将电力负荷的配电主冋路、消防用电设备配电回路及部分次要照明负荷配电回路(节日照明WL1，顶层设备房及15-25层照明WL2)集中于一台变压器低压母线上，主要照明负荷的配电主回路则集中于另一台变压器低压母线上，以使两台变压器正常运行时负荷率相当。同时，将给一、二级负荷（包括照明、电力和消防用电设备）配电的主回路与备用回路分别接于不同变压器的低压母线上，以保证供屯可靠性。

变压器负荷分配计算及补偿装置选择见表4-1 、表4-2。

表4-1 10/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择 负荷名称 无功功率补偿前低压母1783.5 2711.0 线出线回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M的计算负荷合计 计入同时系数KΣp=0.75，2203 0.52 0.84 1142.2 742.7 1362.4 2070.8 KΣq=0.80 无功功率补偿装置（并联 -240 电容器）实际取12组，每组20kvar，共240kvar 无功功率补偿后低压母2203 0.52 0.92 1142.2 502.7 1247.9 1896.8 线的计算负荷 变压器额定容量 1600 变压器负荷率 0.78 注：变压器T1低压母线上还接有电力、消防等重要负荷的备用回路WP6S、WP7S、WP8S、WP9S、WP10S、WP11S、WLE1S、WLE2S、WLE3S、WLE4S、WPE1S、WPE2S、WPE3S、WPE4S、WPE5S、WPE6S、WPE7S、WPE8S、WPE9S、WPE10S，不计入总负荷。

表4-2 10/0.38kV变电所变压器T2负荷分配计算及无功功率补偿装置选择 设备需要功率有功计无功容量系数 因数 算负荷计算/kW /kW 负荷/kvar 2203 0.69 0.85 1522.9 928.3 视在计计算电算负荷流/A /kVA 负荷名称 无功功率补偿前低压母线出线回路WL1、WL2、WP1、WP2、WP3、 WP4、WP5、WP6M、W P7M、WP8M、WP9M、WP10M、WP11M、WLE4M、WPE1M、WPE2M、WPE3M、WPE7M、设备容需要功率有功计无功计量/kW 系数 因数 算负荷算负荷/kW /kvar 1943.2 0.76 0.81 1485.8 1070.2 视在计计算电算负荷流/A /kVA 1831.1 2783.2 - 6 -

金城大厦供配电系统设计

WPE8M、WPE10M的计算负荷合计 计入同时系数KΣ1943.2 0.57 0.79 1114.3 856.2 1405.3 2136.0 p=0.75，KΣq=0.80 无功功率补偿装置（并 -400 联电容器）实际取2×10组，每组20kvar，共400kvar 无功功率补偿后低压1943.2 0.57 0.93 1114.3 456.2 1204.1 1830.2 母线的计算负荷 变压器额定容量 1600 变压器负荷率 0.75 注：变压器T2低压母线上还接重要照明负荷的备用回路及火灾时消防负荷总回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不计入总负荷。

- 7 -

金城大厦供配电系统设计

5.变电所电气主接线设计

5.1变电所高压电气主接线设计

5.1.1电气主接线形式及运行方式

本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。

方案一：采用分段单母线形式，运行方式如下:

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器(简称母联断路器）断开，两个电源各承担一半负荷。当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，母联断路器仍断幵，由电源B承担一半负荷。此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。

方案二：采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：

正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，两个电源各承担一半负荷。当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。由于采用线路变压器组接线，电源A受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。若需电源A承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承单全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案一。

综上分析，本工程变电所髙压侧电气主接线采用方案一，即分段单母线形式。

5.1.2开关柜型式及配置

因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A一12型金属铠装中置式手车柜。根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。

5.1.3所用电设计 、

考虑到经济性，变电所不设所用变压器。

5.1.4电气主接线图绘制

- 8 -

金城大厦供配电系统设计

本工程变电所施工阶段的高压侧电气主接线图如图5-1所示。

图5-1 高压侧电气主接线图

5.2变电所低压电气主接线设计

5.2.1电气主接线形式及运行方式

变电所设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。运行方式如下：

正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器， 由另一台变压器承担全部一、二级负荷及部分三级负荷。

5.2.2开关柜型式及配置

低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器(ACB),低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜。MNS(BWL3)-0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、 8E/2、 4E、 8E、 12E、16E、 20E， 24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统（见下述）为基础的，并与之相一致。

根据当地供电部门规定，照明负荷与电力负荷电价不同，分开计量。根据消防规范要求， 消防用电设备配电回路集中设置于低压配电屏内，并设有明显标志。为防止两台变压器并联运行，顿器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。联络柜的母钱分段处设置阻火隔断，

- 9 -

金城大厦供配电系统设计

以确保一级负荷的供电可靠性。

5.2.3电气主接线图绘制

本工程变电所施工阶段的低压侧电气主接线图如图5-2所示。

图5-2 低压侧电气主接线图

- 10 -

金城大厦供配电系统设计

6.低压配电干线系统设计

6.1低压带电导体系统型式与低压系统接地型式选择

低压带电导体系统型式:对三相用电设备组和单相用电设备组混合配电的线路以及对单相用电设备组采用三相配电的干线线路，采用三相四线制；对单相用电设备配电的支线线路，采用单相三线制，将单相负荷均匀分配在三相系统中。

低压系统接地型式：本工程为设有变电所的民用建筑，故采用TN-S系统。所有受电设备的外露可导电部分用PE线与系统接地点相连接。

6.2低压配电干线系统接线方式设计

照明负荷与电力负荷分成不同的配电系统，以便于计量和管理；消防用电设施的配电则自成系统，以保证供电可靠。

6.2.1照明负荷配电干线系统

(1)屋顶节口照明为三级负荷，容量较大、负荷集中。在屋顶设备房设置1台照明配电箱，从配电室以单回路放射式直接配电〔配电干线WL1）。

(2)顶层设备房、5-25层办公照明及夹层照明为三级负荷，负荷分布范围广，总容量较大。5-25层因为要出租，故每间办公用房均设置照明配电箱。20-25层因办公用房不多，每层设置1台电能计量配电箱，以放射式配电给毎问办公用房照明配电箱。5-19层因办公用房较多，每层分2个区域，每个区域各设置1台电能计量配电箱，以放射式分别配电给本区内的毎问办公用房照明配电箱。顶层设备房、夹层照明容景较小，各设置1台照明配电箱。整个办公照明负荷因容量大.分布范围广，故采用分区单回路树干式配电，即顶层设备房及15-25层办公照明、5-14层办公照明及夹层照明各采用一路干线配电（配电干线WL2、WL3),配电干线采用插接式母线槽，分支线采用电缆。

（3）1 -4层商场照明为二级负荷，容量较大。每层按防火分区设置2台照明配电箱，从配电室以双回路树干式配电（配电干线WL4M/WL4S、WL5M/WL5S、WL6M/WL6S、WL7M/WL7S），在末端配电箱进行双电源自动切换。

（4）地下室照明容量虽小，但为二级负荷。地下室按防火分区设置2台照明配电箱，从配电室以双回路树干式配电（配电干线WL8M/WL8S)，在末端配电箱进行双电源自动切换。

- 11 -

金城大厦供配电系统设计

（5）各层公共通道照明为一级负荷，但分布于各层、容量小。1-4层每层按防火分区设置2台通道照明配电箱，由设置于各层的1台双电源自动切换配电箱以放射式配电； 5-25层每层按防火分区设置1台通道照明配电箱，由每三层设置的1台双电源自动切换配电箱以放射式配电。整个公共通道照明因负荷重要、分布范围广，故采用分区双回路树干式配电，即1-4层公共通道照明和5-25层公共通道照明各采用2路干线配电（配电干线WL9M/WL9S、WL10M/WL10S),配电干线采用预分支电缆。

6.2.2电力负荷配电干线系统

（1）商场空调机组1-4为三级负荷，容量较大、负荷集中，对每台机组采用单回路放射式配电（配电干线WP1-WP4)。

（2）商场空调水泵1 -4为三级负荷，容量小而分布，采用单回路树干式配电（配电干线WP5）。

（3）商场自动扶梯为二级负荷，但容量小而分散布置，采用双回路树干式配电（配电干线WP6M/WP6S)，在末端配电箱进行双电源自动切换。

（4）商场乘客电梯、大厦乘客电梯1-2、生活泵为一、二级负荷，负荷集中。每处就地设置配电控制箱，分别采用双回路放射式配电（配电干线WP7M/WP7S、WP8M/WP8S、WP9M/WP9S、WP11M/WP11S),在末端配电控制箱进行双电源自动切換。

（5）地下室排污泵为-级负荷，但容量小而分散布置。每处就地设置控制箱，通过设于地下室的双电源自动切换配电箱釆用分区树干式配电（配电干线WP10M/WP10S）。

6.2.3消防用电设施配电干线系统

（1）变电所所用电、消防控制室用电、消防电梯、屋顶稳压泵、屋顶正压风机、喷淋泵、消火栓泵及泵房、消防电梯井坑排污泵等均为一级负荷，负荷较为集中。每处就地设置配电箱和控制箱，分别采用双回路放射式配电（配电干线WLE4M/WLE4S、WPE1M/WPE1S、WPE2M/WPE2S、WPE3M/WPE3S、WPE4M/WPE4S、WPE9M/WPE9S、WPE10M/WPE10S），在末端配电箱进行双电源自动切换。

（2）夹层正压风机、夹层排烟风机、地下室送风机、地下室排烟风机等均为小容量—级负荷，每处就地设置配电控制箱，采用双回路树干式配电（配电干线WPE5M/WPE5S、WPE6M/WPE6S、WPE7M/WPE7S、WPE8M/WPE8S），在末端配电控制箱处

- 12 -

金城大厦供配电系统设计

进行双电源自动切换。

（3）各层应急照明及防火卷帘为一级负荷，但分布于各层、容量小。1-4层每层按防火分区设置2台应急照明配电箱，由设置于各层的1台双电源自动切换配电箱以放射式配电；5-25层每层按防火分区设置1台应急照明配电箱，由每三层设置的1台双电源自动切换配电箱以放射式配电。夹层设置1台应急照明配电箱。整个应急照明及防火卷帘因负荷重要、分布范围广，故采用分区双回路树干式配电，即1-4层应急照明和5-25层应急照明及夹层应急照明各釆用2路干线配电（配电干线说WLE1M/WLE1S、WLE2M/WLE2S),配电干线采用预分支电缆。

（4）地下室应急照明及防火卷帘为一级负荷，容量小。地下室按防火分区设置2台应急照明双电源配电箱，从配电室以双回路树干式配电（配电干线WLE3M/WLE3S)，在末端配电箱进行双电源自动切换。 ^

6.2.4层间配电箱系统

本工程部分三级负荷，如5-19层办公照明, 部分小容量一级负荷，如通道照明与应急照明，在变压器二次側低压开关柜3负荷侧末端配电箱（控制箱）之间设罝了用于二级配电的层间配电箱：

（1）20-25层标准写字间每层通过插接开关箱，以树干式配电给1台层间配电箱20-25AW1 ，再由层间配电箱以放射式配电给各写字间末端配电箱，并计量各写字间消耗的电能。配电级数为三级。

（2）5-19层公寓式写宇间每层通过2只插接开关箱，以树干式分别配电给2台层间配电箱5-19AW1与5-19入AW2，再由层间配电箱以放射式配电给各写字间末端配电箱， 并计量各写字间消耗的电能。配电级数为三级。

（3）1-4层商场每层设置1台通道照明双电源切换箱1-4AT1，以放射式配电给设置于每个防火分区的通道照明末端配电箱，配电级数为三级。5-25层写字间每3层设置1台通道照明双电源切换箱5-23AT1，以放射式配电给设置于每层的通道照明末端配电箱，配电级数为三级。

（4）地下室、1-4层商场每层设置1台应急照明双电源切换箱BATE1、 1-4ATE1，以放射式配电给每个防火分区的应急照明末端配电箱，配电级数为三级。5-25层写字间每3层设置1台应急照明双电源切换箱5-23ATE1，以放肘式配电给每层的应急照明末端配电箱，配电级数为三级。

- 13 -

金城大厦供配电系统设计

另外，1-4层商场每层设置1台自动扶梯双电源切换箱1-3ATP1，以放射式配电给设置于自动扶梯处的控制箱，配电级数也为三级。

- 14 -

金城大厦供配电系统设计

参考文献

1. 翁双安.《供配电系统设计指导》.机械工业出版社，2009年6月 2. 冯建勤，冯巧玲. 《电气工程基础》.电力工业出版社，2010

- 15 -