I一.引言目前，網絡和信息發展必須建立在電氣化的基礎上，如果停電，電氣化可能導致這些配電部門的重大經濟損失，并造成不良后果。為了確保正常的生活、工作和學習，正確分配電力是非常重要的。電力分配設計主要包含以下要素：負載計算和主變壓器選擇。在10kv項目中，一個住宅地區的電力和照明系統優先考慮優化資源使用，以減少變電站的噪音污染和環境干擾。在滿足電力和安全要求時，應考慮未來變電站的現代化和維護要求。10kV的低壓配電線路必須簡明易懂，有理布局，不受不同電間隔之間的干擾，有理可靠的網絡設計和有效的保護設備。總的來說，l0kV的電力和照明系統朝著自動化、智能化和標準化發展[1]。該設計主要用于完成某住宅小區10kV電源和供電系統的電氣設計，并通過選擇具有住宅小區代表性的電力建筑來開發其電源和供電系統。實際的設計過程設施包括地理環境中的位置，設備框架和一些建筑物電氣負載，從而分析關于設備負載數據和功率分配系統和安全性，可靠性，經濟性等方面的基本信息。載于主布線形式的每個部分通過負載計算在此基礎上，對各線路的最大持續工作電流及短路進行了計算。最后確定的電力分配系統繼電保護和防雷接地，從而提高了10kV電力供應和分配系統的總電力。二．系統總體設計1.工程基本情況本文介紹了一種以居住為主的綜合型高層住宅區，占地10000平方米，共14層。主要包括小區幼兒園，配電室，排風機，采暖泵，水泵，升降機、消防升降機、消防控制室、值班室等。高層建筑一般采用10kV高壓輸電，并選用高質量電氣設備，配備消防系統與防雷系統，并具有較高智能化水平。為某住宅小區居民樓以及內部照明，本文通過設計10kV配電系統，為消防安全和公共設施進行配電。該裝置由兩根10kV電線配電。高壓兩側通過開放和封閉的車站分布，380V電力線通過電力電纜供給電源[2]。由于電源數量眾多，本文在某住宅小區低壓配電系統設計中采用了一個閉環的1＃居民樓，專門設計和解釋10kV變電站電力和配電系統的電氣設計，包括初級接線圖和二級保護控制方案。2.小區供配電的基本數據（1）開閉站的基本數據開/關的負荷、功率因數和出線方式見表2-1。表2-1開閉站基本數據負荷名稱負荷容量（kVA）功率因數出線方式1＃居民樓672+1210.85電力電纜2＃居民樓336+1750.85電力電纜3＃居民樓336+1750.85電力電纜配電室262+224+293+2360.85電力電纜4＃居民樓336+1800.85電力電纜小區幼兒園6670.85電力電纜站用電26.80.85電力電纜（2）1＃居民樓的基本數據1#單元的設備容量、功率因數和出線方式見下表2-2。表2-21＃居民樓基本數據設備用途設備容量（kW）功率因數出線方式總計8980.9照明(B1AL-1123層)540.85電力電纜照明(B1AL-145層)360.85電力電纜照明(B1AL-167層)360.85電力電纜照明(B1AL-189層)360.85電力電纜照明(B1AL-11011層)360.85電力電纜照明(B1AL-11213層)360.85電力電纜照明(B1AL-2123層)540.85電力電纜照明(B1AL-245層)360.85電力電纜照明(B1AL-267層）360.85電力電纜照明(B1AL-289層）360.85電力電纜照明(B1AL-21011層）360.85電力電纜照明(BAL-21213層）360.85電力電纜1層一5層(a)電熱水器電源301電力電纜6層一10層(a)電熱水器電源241電力電纜11層一14層(a)電熱水器電源241電力電纜1層一5層(b）電熱水器電源301電力電纜6層一10層(b）電熱水器電源241電力電纜11層一14層(b）電熱水器電源241電力電纜采暖循環泵7.50.8電力電纜生活給水泵190.8電力電纜備用(總計)1000.8電力電纜豎井一應急照明120.85電力電纜豎井二應急照明120.85電力電纜變電站配電100.85電力電纜電梯150.6電力電纜消防排風機補水機5.50.8電力電纜消防潛污泵4.50.8電力電纜消防穩壓泵30.8電力電纜消防電梯270.6電力電纜消防控制室50.85電力電纜三．供配電負荷計算與變壓器的選擇1.負荷計算負載計算是住宅小區配電系統設計中最重要的任務之一，負載計算是變壓器功率和輸出側最大連續電流的重要依據[3]。本項目為10kV住宅小區配電網，其內部能源設備以民用為主，故按所要求的系數法進行了計算。（1）單臺用電設備的計算在額定運行條件下，電力設備的負載計算和負載能力符合下列規定：（3-1）式中：為用電設備的安裝容量(kW)，為介質損耗因數正切值，為設備的額定電壓(kV)，為有功計算負荷(kW)，為無功計算負荷(kVAr)，為視在計算負荷(kVA），為計算電流(A)。（2）用電設備組的計算負荷如果要計算主干上的負載，應分成小組，計算每個組的總安裝容量，根據每個組的功率因數、功率因數和每個組功率因數的切線值。(3-2)2.小區供配電負荷計算根據已經得知的負荷計算，由式(3-1)、(3-2)可得：（1）1＃居民樓負荷計算具體設備分類，設備容量，需求系數，計算容量，功率因數，計算電流在1#住宅樓中顯示。表3-21＃居民樓基本數據設備用途設備容量（kW）功率因數需要系數kX計算電流總計8980.90.71739照明(B1AL-1123層)540.850.85205照明(B1AL-145層)360.850.85140照明(B1AL-167層)360.850.85140照明(B1AL-189層)360.850.85140照明(B1AL-11011層)360.850.85140照明(B1AL-11213層)360.850.7142照明(B1AL-2123層)540.850.85205照明(B1AL-245層)360.850.85140照明(B1AL-267層）360.850.85140照明(B1AL-289層）360.850.85140照明(B1AL-21011層）360.850.85140照明(B1AL-21213層）360.850.851421層一5層(a)電熱水器電源3010.7326層一10層(a)電熱水器電源2410.72611層一14層(a)電熱水器電源2410.7321層一5層(b）電熱水器電源3010.7266層一10層(b）電熱水器電源2410.71511層一14層(b）電熱器電源2410.736采暖循環泵7.50.81146生活給水泵190.8122備用(總計)1000.80.836豎井一應急照明120.85122豎井二應急照明120.85122變電站配電100.85118電梯150.6138消防排風機補水機5.50.8111消防潛污泵4.50.819消防穩壓泵30.816消防電梯270.6169消防控制室50.8519（2）開閉站的負荷計算開閉站的具體負荷名稱、低壓側負荷容量、變壓器功率損耗、高壓側負荷容量、功率因數如下變所示。表3-3開閉站的負荷計算表負荷名稱低壓側負荷容量(kVA）功率因數變壓器功率損耗(kVA)高壓側負荷容量(kVA)1＃居民樓672+1210.8525+22815+1642＃居民樓336+1750.8523+21418+2263＃居民樓336+1750.8514+15409+220配電室262+224+293+2360.8515+14+17+13323+277+361+2901＃居民樓336+1800.8529424+211小區幼兒園6670.8524808站用電26.80.850.7427.54總計40400.8549733.無功功率平衡及無功補償（1）無功功率的基本要求在電網中，一般都是按等級分配和局部平衡來進行無功補償。要求有一定的彈性和充足的后備電力[4]。一般情況下，主無功補償器都是在并聯電容中使用的。（2）無功功率平衡及補償低壓配電網中的無功補償設備（1）在低壓配電設備中，一般采用并聯電容器作為補償器件。（2）并聯電容的功率和變壓器的功率是相關的，但是在實踐中，變壓器的功率一般在5%到10%之間，可安裝在高壓側或低壓側[5]。（3）對于低壓配電裝置，功率因數約為0.9。4.變壓器的選擇變壓器是影響電網及電壓等級的主要因素。選擇必須謹慎和理性，否則可能會帶來一些不便。除了負載計算和變壓器所處的環境之外，變壓器的功率和類型計算還應考慮到該地區3至5年的開發計劃，留下一些余量。變壓器的選擇還應考慮輸入和輸出電路的數量，所需的電壓水平等，并應進行徹底的分析和考慮[6]。由于這種結構所需的變壓器在室內，所以，采用干變壓器，并選用SCB9等一系列的變壓器。本系統采用電力系統，電壓10/0.4kV，功率不大于2000kVA，但使用三相變壓器取代單相變壓器。在住宅小區、配電網、變壓器的選取中，變壓器的功率應大于其計算負荷，并應留有一定限度,作為住宅小區是一個重要的負荷[7]。公寓樓，小區幼兒園，配電室，變壓器選擇中的23＃員工也必須大于其計算負荷，其選定的數量可以是一個（負載可忽略不計）。對于打開和關閉站的站功率消耗，由于需要確保打開和關閉站的正常操作，因此，請按上面的方法選擇兩臺變壓器，然后用同樣的方法來選擇電源[8]。以下表格列出了其具體型號的選擇：表3-4變壓器型號表負荷名稱低壓側負荷容量(kVA）功率因數變壓器型號臺數1＃居民樓672+1210.85SCB9-1250/10UK%=622＃居民樓336+1750.85SCB9-1000/10UK%=623＃居民樓336+1750.85SCB9-630/10UK%=62配電室262+224+293+2360.85SCB9-630/10UK%=644＃居民樓336+1800.85SCB9-1250/10UK%=61小區幼兒園6670.85SCB9-1000/10UK%=61站用電26.80.85SCB9-30/10UK%=41在這個結構中，并行電容器安裝在變壓器的低壓一側，作為反應功率補償。以住宅小區和1＃居民樓為例。選擇低壓側安裝并聯電容器。圖3-1變電所電氣主接線一次接線圖四．變電站短路電流的計算1.短路電流計算（1）短路電流計算的基本步驟選擇參考值并計算每個組分的等效反應性（標準值）；給系統制訂等值網絡圖；選擇短路點；4）簡化等距電路，不考慮短路的非周期性成分，計算短路時的全電阻值，計算短路時的全阻尼值，找到短路標記和已知的短電流值;計算短路電流值，最大總電流值和短路功率;繪制當前短路計算結果的表格。（2）各元件標幺值的歸算計算單元參數的公式1）計算線路參數（不考慮電容器）通常傳輸線的阻抗是：（4-1）那么線阻抗是：（4-2）符號說明：x單位阻抗，代表線路l代表傳輸線的長度X代表傳輸線的阻抗2）變壓器參數計算(4-3)符號說明：等效電阻代表變壓器百分數的變壓器阻抗電壓代表額定電壓（線路電壓）千伏代表變壓器額定功率MVA3）電抗器參數計算(4-4)符號說明：是反應堆等效電阻代表反應器電阻的百分值代表額定電壓（線路電壓）千伏變壓器額定功率KA2.變電站的短路電流計算（1）變電站各元器件的有名值和標幺值計算根據上述公式，計算所有成分的已知值和最小值。根據基準容量，基準電壓為10MVA，根據計算表，基準電流為0.557KA:表4-1變壓器參數負荷名稱變壓器型號功率因數臺數有名值（Ω）標幺值1＃居民樓SCB9-1250/10UK%=60.8524.80.482＃居民樓SCB9-1000/10UK%=60.8526.00.603＃居民樓SCB9-630/10UK%=60.8529.50.95配電室SCB9-630/10UK%=60.8549.50.954＃居民樓SCB9-1250/10UK%=60.8514.80.48小區幼兒園SCB9-1000/10UK%=60.8516.00.60站用電SCB9-30/10UK%=40.85120020系統短路容量:A911變換線路143.9MVA，B變364線267.8MVA:（2）系統短路電流的計算由表4-1分析可得所以（4-5）則其有名值為：（4-6）短路沖擊電流：（4-7）最大電流有效值：（4-8）短路容量：（4-9）五．主要的電氣設備選擇1.電氣設備選擇的條件（1）電氣設備選擇的原則選用電器的通用原理[9]是：（1）各種條件下的需求都應該得到滿足，并且要考慮到過量的負載[9];（2）必須符合本地的環境狀況；（3）在選擇向導時，應嘗試選擇相同類型;（4）當項目擴展時，應選擇與舊電器型號相同的新電器;（5）選擇新電器需要進行可靠的測試來獲取數據，需要有能力的機構來確保設備的可靠性[10]。（2）電氣設備選擇的技術條件在額定工況下選用電器額定電壓即：（5-1）額定電流即：（5-2）相應回路的最大持續工作電流2.電氣設備的選擇（1）電壓、電流互感器的選擇1）電壓互感器的選擇條件電壓互感器的選用要視其工作環境和安裝位置而定。變流器的種類及外形。油浸變流器和內置電壓互感器廣泛應用6~35kV室內配電系統[11]。功率和精度等級的選擇。其功率和精度由連接的儀器決定2）電壓互感器的選擇表5-1電壓互感器數據3）電流互感器的選擇條件A.適用范圍：適用于3~20kV的室內配電系統中的陶瓷絕緣電流互感器。B.高壓側額定電壓和電流應滿足：C.準確級和容量的選擇。D.電流互感器的選擇表5-2電流互感器選擇負荷名稱最大持續工作電流(A)電流互感器型號1＃居民樓102.8LZZBJ9-10200/52＃居民樓95.8LZZBJ9-10150/53＃居民樓71.3LZZBJ9-10100/5配電室129.2LZZBJ9-10200/51＃居民樓71.0LZZBJ9-10100/5小區幼兒園54.01LZZBJ9-1075/5站用電1.67LMK3-0.66總計309.2LZZBJ9-10600/5（2）母線及電力電纜的選擇1）母線材料的選擇金屬絲一般為銅、鋁或鋁合金。選用的材料往往要求將環境、安全性、經濟性等因素綜合考慮。2）導線截面選擇驅動裝置的橫斷面大小取決于在很長一段時間內可以產生的電流或者在驅動橫斷面上流動的電流。一個恒定的供熱系統可容許多少電力：（5-3）為一定溫度=25℃時導體工作電流(A)3）母線的選擇經分析初步選用矩形銅母線TMY，其部分參數見下表：表5-3母線參數矩形銅母線(TMY)母線截面和重量(cm2)最大允許持續電流(A)25℃35℃40℃規格重量Kg平放豎放平放豎放平放豎放銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線銅母線6銅0.251720021017618516217115X30.400526127523324521422520X30.53432334028530027128525X30.667545147539441536638530X41.06853662552255048451040X41.42466570058855155158040X51.7881686072176066970550X52.22590695579784073577550X62.671069112594099087336060X63.20412511320110111601016107060X84.27213951475123012951133119560X105.3413601480119513001110120580X64.27215531690136114801260137080X85.69617471900153116651417154080X107.1216651810155715365461475100X65.34191120801674182015461635100X87.1221212310186520251720187010X108.920024001940211018001955注：15X4、20X6、20X8、20X10，25X4，25X6，30X3、30X6、30X8、32X8、40X8、40X10、50X10母排規格亦可選用。故母線選擇詳情如下：主母線型號：TMY-100×103）電力電纜的選擇條件A.線芯和線芯的選型。線芯一般是用銅或鋁心材料制造的。在選用材料時，一般要將環保、安全、經濟等因素考慮在內；模型的選擇通常是可靠和實用的[12]。B.電壓選擇。C.截面選擇與母線類似。（3）其他電氣設備的選擇1）高壓開關柜的選擇總結上述選擇，高壓開關，KYN1-10型手持式移動金屬封閉式開關，機柜尺寸（寬×深×高）800×1660×2300。2）隔離開關的選擇由于開關類型是轉向架開關，隔離開關必須與開關裝置對齊。3）接地開關的選擇配有接地開關的開關。六．變電站設備的保護1.變壓器結構保護措施隨著我國國民生活的飛速發展，變壓器生產技術也在飛速發展，我國自主生產10kV電力變壓器已經和國外先進水平差之不多。現在將針對如何改進變壓器噪音、損耗、滲透、局部放熱以及抗短路等幾方面的結構和工藝作一些介紹。（1）降低變壓器空載損耗以及噪聲1）對電磁計算方案進行了優化，使得磁通量密度得到了合理的控制，以確保在電壓較高時不會發生磁飽和現象。2）通過采用0.3mm的優質冷軋過鋼片并利用帶去毛裝置的800mm硅鋼片自動剪切線剪制，能夠使毛刺保持在0.02mm之內。3）當進行鐵心疊積這一步驟時，可采用無孔工藝，在降低鐵心工藝系數方面有很大的作用。4）采用特殊的工藝和結構能夠使鐵心緊固，芯柱一般采用不綁扎結構，為了使芯柱形成一個整體可以利用專門配制的多組份的固化膠來刷鐵心端面。為了獲得良好的平面和豎直性，可以通過對芯部的夾持力進行合理的控制來實現[12]。5）變壓器的器身和它的油箱的接觸構件也必須采用一些比較特殊的結構，可以盡量的減少振動。6）為了避免油箱發生共振，把油箱表面做成瓦楞形式可以有效的阻止聲波形成規則的反射[13]。（2）降低變壓器溫升和負載損耗1）電線可采用復合線，自粘式換位線或紙張涂層，該方法能有效地降低變壓器的電阻損耗。2）通過合理地選取線圈的形狀來減小電阻損失和減少渦流損失，導線尺寸，電流密度，精細布局和完美的換位措施。3）通過改進變壓器油箱和殼體的結構，也可以很好地減少雜散損耗。4）為了降低線圈的溫度升高，線圈結構可以接受薄紙管和偏轉油系統的結構。通過增加散熱器表面差異，并選擇高質量和高效的散熱器來實現降低變壓器油溫升高[14]。（3）提高抗短路能力1）優化電磁計算方法。可以安裝單獨的電壓調節線圈以平衡線圈的安培分布，并且線圈在相同的中心線上并且對稱地上下形成，這可以很好地降低短路功率。2）動態穩定性的定量計算，以確定軸向拉伸，壓縮應力，緩沖壓縮應力，徑向變形力，不穩定臨界力等，以及安全性必須保持足夠的保險系數。3）高強度絕緣紙管用作低壓線圈骨架，經過特殊處理可顯著提高變壓器的短路電阻能力。厚紙管可用作壓力調節線圈，可大大提高線圈的穩定性和機械強度[15]。（4）低壓側保護1）根據合環操作的需要，確定母線電壓差值。如果合環的需求不能滿足，可以進行下列調節：調節一個與標準電壓偏差比較大的配電變壓器有載分接開關，以減小與其他配電變壓器之間的匯流壓力差。采用合適的無功補償電容器，使母線兩端的電壓差距減小。該母線電壓標準是根據配電系統所采集的電壓或由框型斷路器所獲得的。2）檢查開關彈簧蓄能器的能量儲備。若無法儲存能量，則首先下達能量儲存指令，以儲存能量。2.變電站的接地防雷保護（1）雷電過電壓保護1）直接防雷電保護對于獨立變電站和35kV及以下配電設備，通常不安裝直接防雷裝置，但應安裝在雷電特別強的區域。變壓器門框設計和配電變壓器主接地導體結構小于15米的配電裝置，必須嚴格遵守在變壓器門框設計上在安裝避雷針和電源線前。2）雷電侵入保護A.在設計變電所時，應充分考慮到雷電的影響。B.在變電所的高壓配電網中設置避雷器。C.變電站上的每個總線必須配備一個閥門擋塊。D.在入口線上安裝閥門開關時，應考慮進線數量和開閉站的重要性。E.閥門保持裝置的接地點必須安裝一個集中接地裝置，閥門擋板應連接到變電站的主接地網，接地線最短（包括通過電纜的金屬外殼）。（2）變電站的防雷擊保護1）直接防雷在變電所頂部安裝避雷針或防雷條，拆卸兩條接地線，并與變電所的主接地設備相連。若變電所的主要變電所設于戶外或設有分配站，獨立避雷針必須安裝在變電站外的適當位置，設備高度要保證防雷區域能覆蓋全變電所。如果變電所直接為其它建筑設置了防雷措施，那么不能設置單獨的避雷器。根據規范，一般采用3~6根鋼管作為獨立避雷針。2.5mm和φ50mm，在塔中排列成一列或多邊形，有一根避雷針，每根管子之間的間距為5米。管道頂部和地面。下半部分為0.6米。接地管道是由40毫米*4毫米的鍍鋅鋼板焊接而成。驅動器下部由25mm×4mm鍍鋅扁鋼制成，圈套接地套管焊接連接，并在底座上與避雷針和鋼棒焊接，并與避雷針相連。避雷針采用直徑為1~1.5米的直徑為mm20mm的鍍鋅圓鋼。變電所的主接地設備上的避雷針應至少在3米以上。2）雷電侵入保護A.在10kV電源端子上安裝FS4-10閥門鎖。下導25mm×4mm鍍鋅扁鋼焊接到公共接地網并連接到鎖定接地螺釘。B.GG-1A（F）—54開關裝置，位于10kV的高壓配電室內，與主變壓器相鄰，設有FS4-10開關。為了避免閃電入侵波，主變壓器的主要防護措施是雷擊。C.為避免雷電波侵入，應在低壓線路上安裝380V高壓插座，或使絕緣子鐵腳接地。3.建筑物接地防雷保護1）雷電防雷保護針對該工程的開關站防雷問題，通過分析、計算，確定了BSTG系列三相高壓保護裝置，能夠有效地控制不同類型的真空開關造成的大氣過壓及操作。電壓和性能可以取代六種特別適用于KYN和其他全配電設備的傳統避雷針。所選型號為：BSTG-B-12.7/6002）配電室和1＃居民樓的防雷在這種設計中，電涌保護器直接安裝在低壓側，以防雷擊。居民住宅區的配電房均采用TUR-T2-3+N-40+44P電涌保護裝置，23#職工多層公寓用PRD-40KA/4P。總結本文通過計算負荷，分析初始數據，然后通過分析計算負荷并查閱相應的變壓器模型來確定變壓器功率，計算配電系統每側的負荷。變壓器類型由安全分析，經濟計算確定。在電力系統中，短波的計算是電力設備選型的一個重要依據，也是電力系統設計中的一個基本問題。對各線路的短路電流進行了分析和計算，包括短,啟動電流、短路容量等。不僅檢查先前的基本連接形式，也是配電系統的電子設備選型的重要數據。確定電線的形狀是變電站電氣設計的核心，其含義是不言而喻的。綜合評估和分析綜合初始數據等重要因素，在設計這項工作時，開閉站的主線提供單個主干分段線以確保電源的可靠性，而1＃居民樓使用通常的單線入站線。考慮到安全穩定運行的前提條件，充分考慮經濟因素，選擇相對合適的電氣布線。電力自動化技術是伴隨著新技術的發展而發展起來的。這些新技術在電力系統中得到了廣泛的應用，它把傳統的數據