1、緒論本次設(shè)計(jì)的題目是金城大廈的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過具體的實(shí)例工程設(shè)計(jì)初步掌握高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法,更好的將理論與實(shí)踐相結(jié)合,將所學(xué)的課程及知識應(yīng)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(shí)也可以更加詳細(xì)地了解工程中的電氣規(guī)范,提高自身獨(dú)立完成工程設(shè)計(jì)的實(shí)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(jī)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)寫字間,頂層為設(shè)備房、電梯機(jī)房及水箱間。14層設(shè)有中央空調(diào)。消防設(shè)計(jì):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(gè)防火分區(qū),夾層及525層為每層一個(gè)防火分區(qū)。2.負(fù)荷分級及供電電源2.1負(fù)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(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,本工程負(fù)荷等級如下:一級負(fù)荷有:各層公共照明、乗客電梯、地下室排污泵、所有消防負(fù)荷包括應(yīng)急照明、消防控制室用電、消防電梯、屋頂穩(wěn)壓泵、正壓風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、噴淋泵、消火栓泵及泵房、消防電梯井坑排污泵等。二級負(fù)荷有:地下室及

3、1-4層照明、商場自動(dòng)扶梯、商場乘客電梯、生活泵等。三級負(fù)荷有:頂層設(shè)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(jī)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(dān)全部負(fù)荷,同時(shí)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(fù)荷的第二個(gè)電源。兩路10kV電源可同時(shí)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(shè)在地下1層的10/0.38kV變電所。由于本工程的兩個(gè)10kV供電電源相對獨(dú)立可靠,因此,不再設(shè)置自備發(fā)電機(jī)組或其他集中式應(yīng)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(gè)10kV電源中性點(diǎn)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(fù)荷只有2237.0kW,故采用10kV供電。本工程為高層民用建筑,用電設(shè)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(shè)置1座10/0.38kV變電所,對所有用電設(shè)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(lì)磁調(diào)壓分接頭。(2采用銅芯電纜,選擇合適導(dǎo)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?zé)o功功率補(bǔ)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(bǔ)償,自動(dòng)投切。(4將單相用電設(shè)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(shè)備如電梯、空調(diào)機(jī)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(biāo)號Dyn11,無勵(lì)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(hù)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(jià)值的要求。因本工程具有較大容量的一、二級負(fù)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(jì)算負(fù)荷為2451.8kVA(cos=0.92,其中一、二級負(fù)荷為1168.6kVA(cos=0.92,接近總計(jì)算負(fù)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(yùn)行時(shí)照明負(fù)荷與電力負(fù)荷共用變壓器,通過合理分配負(fù)荷,可使兩臺變壓器正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率相當(dāng)。10/0.38kV電所變壓器T1、T2負(fù)荷分配計(jì)箅及無功功率補(bǔ)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(fù)荷變壓器容量按大于其計(jì)算負(fù)荷且不小于一、二級負(fù)荷要求選擇,需2000kVA(變壓器負(fù)荷率為0.85;電力負(fù)荷變壓器容量按大于其計(jì)算負(fù)荷且不小于一、二級負(fù)荷要求選擇,需1250kVA(變壓器負(fù)荷率為0.58。正常運(yùn)行時(shí)照明負(fù)荷與電力負(fù)荷由不同變壓器供電。考慮到方案二有一臺變壓器的負(fù)荷率偏低.另一臺變壓器的負(fù)荷率又偏高(若為降低負(fù)荷率,又會(huì)使所選變壓器容量達(dá)2500kVA,不盡合理。且本工程照明負(fù)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(fù)荷分設(shè)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(hù)外殼尺寸:長2200×寬1600×高2200。4.3變壓器負(fù)荷分配計(jì)算及補(bǔ)償裝置選擇將電力負(fù)荷的配電主冋路、消防用電設(shè)備配電回路及部分次要照明負(fù)荷配電回路(節(jié)日照明WL1,頂層設(shè)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(fù)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(yùn)行時(shí)負(fù)荷率相當(dāng)。同時(shí),將給一、二級負(fù)荷(包括照明、電力和消防用電設(shè)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(fù)荷分配計(jì)算及補(bǔ)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(fù)荷分配計(jì)算及無功

9、功率補(bǔ)償裝置選擇負(fù)荷名稱設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計(jì)算負(fù)荷/kW無功計(jì)算負(fù)荷/kvar視在計(jì)算負(fù)荷/kVA計(jì)算電流/A無功功率補(bǔ)償前低壓母線出線回路WL3、WL4M、WL5M、WL6M、WL7M、WL8M、WL9M、WL10M的計(jì)算負(fù)荷合計(jì)計(jì)入同時(shí)系數(shù)Kp=0.75,K q =0.80無功功率補(bǔ)償裝置(并聯(lián)電容器實(shí)際取12組,每組20kvar,共240kvar-240無功功率補(bǔ)償后低壓母線的計(jì)算負(fù)荷變壓器負(fù)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(fù)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(jì)入總負(fù)荷。表4-210/0.38kV變電所變壓器T2負(fù)荷分配計(jì)算及無功功率補(bǔ)償裝置選擇負(fù)荷名稱設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)有功計(jì)算負(fù)荷/kW無功計(jì)算負(fù)荷/kvar視在計(jì)算負(fù)荷/kVA計(jì)算電流/A無功功率補(bǔ)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(jì)算負(fù)荷合計(jì)計(jì)入同時(shí)系數(shù)Kp =0.7

11、5,Kq=0.80無功功率補(bǔ)償裝置(并聯(lián)電容器實(shí)際取2×10組,每組20kvar,共400kvar-400無功功率補(bǔ)償后低壓母線的計(jì)算負(fù)荷變壓器負(fù)荷率0.75注:變壓器T2低壓母線上還接重要照明負(fù)荷的備用回路及火災(zāi)時(shí)消防負(fù)荷總回路WL4S、WL5S、WL6S、WL7S、WL8S、WL9S、WL10S、WLE1M、WLE2M、WLE3M、WPE4M、WPE5M、WPE6M、WPE9M,不計(jì)入總負(fù)荷。5.變電所電氣主接線設(shè)計(jì)5.1變電所高壓電氣主接線設(shè)計(jì)本工程變電所的兩路10kV外供電源可同時(shí)供電,并設(shè)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(yùn)行方

12、式如下:正常運(yùn)行時(shí),由10kV電源A和電源B同時(shí)供電,母線聯(lián)絡(luò)斷路器(簡稱母聯(lián)斷路器斷開,兩個(gè)電源各承擔(dān)一半負(fù)荷。當(dāng)電源B故障或檢修時(shí),閉合母聯(lián)斷路器,由電源A承擔(dān)全部負(fù)荷;當(dāng)電源A故障或檢修時(shí),母聯(lián)斷路器仍斷幵,由電源B承擔(dān)一半負(fù)荷。此方案的供電可靠性高、靈活性好,但經(jīng)濟(jì)性稍差。方案二:采用雙回路線路變壓器組接線形式,運(yùn)行方式如下:正常運(yùn)行時(shí),由10kV電源A和電源B同時(shí)供電,兩個(gè)電源各承擔(dān)一半負(fù)荷。當(dāng)任一電源故障或檢修時(shí),由另一電源承擔(dān)一半負(fù)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(dān)一半負(fù)荷,其供電能力沒有得到發(fā)揮。若需電源A承擔(dān)全部負(fù)荷,則與其連接的變壓器容量也需按承

13、單全部負(fù)荷選擇,單臺變壓器容量不能滿足要求。此方案經(jīng)濟(jì)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(dāng)?shù)毓╇姴块T規(guī)定,電源進(jìn)線第一臺柜為隔離柜,電能計(jì)量柜在進(jìn)線斷路器柜之前,進(jìn)線斷路器柜與進(jìn)線隔離柜、聯(lián)絡(luò)柜與聯(lián)絡(luò)隔離柜加電氣聯(lián)鎖,以防止帶負(fù)荷操作隔離手車。兩個(gè)進(jìn)線斷路器與母聯(lián)斷路器設(shè)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(gè)電源不并聯(lián)運(yùn)行。考慮到經(jīng)濟(jì)性,變電所不設(shè)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(shè)計(jì)變電所設(shè)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(yùn)行方式如下:正常運(yùn)行時(shí),兩臺變壓器同時(shí)運(yùn)行,母聯(lián)斷路器斷開,兩臺變壓器分列運(yùn)行,各承擔(dān)一半負(fù)荷。當(dāng)任一臺變壓器故障或檢修時(shí),切除部分三級負(fù)荷后,閉合母聯(lián)斷路器,由另一臺變壓器承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷及部分三級負(fù)荷。低壓進(jìn)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(fù)荷及開關(guān)配置相應(yīng)選擇。需要說明的是,變電所低壓出線回路的設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)毓╇姴块T規(guī)定,照明負(fù)荷與電力負(fù)荷電價(jià)不同,分開計(jì)量。根據(jù)消防規(guī)范要求,消防用電設(shè)備配電回路集中設(shè)置于低壓配電屏內(nèi),并設(shè)有明顯標(biāo)志。為防止兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行,頓器低壓側(cè)兩臺斷路器與母聯(lián)斷路器實(shí)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(luò)柜的母錢分段處設(shè)置阻火隔斷,以確保一級負(fù)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(shè)計(jì)

16、6.1低壓帶電導(dǎo)體系統(tǒng)型式與低壓系統(tǒng)接地型式選擇低壓帶電導(dǎo)體系統(tǒng)型式:對三相用電設(shè)備組和單相用電設(shè)備組混合配電的線路以及對單相用電設(shè)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(shè)備配電的支線線路,采用單相三線制,將單相負(fù)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(shè)有變電所的民用建筑,故采用TN-S系統(tǒng)。所有受電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分用PE線與系統(tǒng)接地點(diǎn)相連接。6.2低壓配電干線系統(tǒng)接線方式設(shè)計(jì)照明負(fù)荷與電力負(fù)荷分成不同的配電系統(tǒng),以便于計(jì)量和管理;消防用電設(shè)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(fù)荷,容量較大、負(fù)荷集中。在屋頂設(shè)備房設(shè)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(shè)備房、5-25層辦公照明及夾層照明為三級負(fù)荷,負(fù)荷分布范圍廣,總?cè)萘枯^大。5-25層因?yàn)橐鲎?故每間辦公用房均設(shè)置照明配電箱。20-25層因辦公用房不多,每層設(shè)置1臺電能計(jì)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(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域各設(shè)置1臺電能計(jì)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(shè)備房、夾層照明容景較小,各設(shè)置1臺照明配電箱。整個(gè)辦公照明負(fù)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(shè)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(fù)荷,容量較大。每層按防火分區(qū)設(shè)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(jìn)行雙電源自動(dòng)切換。(4地下室照明容量雖小,但為二級負(fù)荷。地下室按防火分區(qū)設(shè)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(jìn)行雙電源自動(dòng)切換。(5各層公共通道照明為一級負(fù)荷,但分布于各層、容量小。1-4層每層按防火分區(qū)設(shè)置2臺通道照明配電箱,由設(shè)置于各層的1臺雙電源自動(dòng)切換配電箱以放射式配

19、電;5-25層每層按防火分區(qū)設(shè)置1臺通道照明配電箱,由每三層設(shè)置的1臺雙電源自動(dòng)切換配電箱以放射式配電。整個(gè)公共通道照明因負(fù)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(yù)分支電纜。(1商場空調(diào)機(jī)組1-4為三級負(fù)荷,容量較大、負(fù)荷集中,對每臺機(jī)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(fù)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(dòng)扶梯為二級負(fù)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(jìn)行雙電源自動(dòng)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(fù)荷,負(fù)荷集中。每處就地設(shè)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(jìn)行雙電源自動(dòng)切換。(5地下室排污泵為-級負(fù)荷,但容量小而分散布置。每處就地設(shè)置控制箱,通過設(shè)于地下室的雙電源自動(dòng)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(fēng)機(jī)、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(fù)荷,負(fù)荷較為集中。每處就地設(shè)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(jìn)行雙電源自動(dòng)切換。(2夾層正壓風(fēng)機(jī)、夾層排煙風(fēng)機(jī)、地下室送風(fēng)機(jī)、地下室排煙風(fēng)機(jī)等均為小容量級負(fù)荷,每處就地設(shè)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(jìn)行雙電源自動(dòng)切換。(3各層應(yīng)急照明及防火卷簾為一級負(fù)荷,但分布于各層、容量小。1-4層每層按防火分區(qū)設(shè)置2臺應(yīng)急照明配電箱,由設(shè)置于各層的1臺雙電源自動(dòng)切換配電箱以放射式配電;5-25層每層按防火分區(qū)設(shè)置1臺應(yīng)急照明配電箱,由每三層設(shè)置的1臺雙電源自動(dòng)切換配電箱以放射式配電。夾層設(shè)置1臺應(yīng)急照明配電箱。整個(gè)應(yīng)急照明及防火卷簾因負(fù)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(yīng)急照明和5-25層應(yīng)急照明及夾層應(yīng)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(yù)分支電纜。(4地下室應(yīng)急照明及防火卷簾為一級負(fù)荷,容量小。地下室按防火分區(qū)設(shè)置2臺