变电所设计报告书
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目 录
一、设计原始资料 2
1.1设计平面图 2
1.2确定变电所位置 2
1.2.1变电所位置确定 2
1.2.2负荷中心确定 3
二、负荷设计及变压器容量计算 4
2.1负荷统计 4
2.1.1需要系数法 4
2.1.2计算负荷 4
2.2容量计算 7
2.3无功补偿 7
2.4主变压器容量选择 9
2.4.1变压器台数的确定 9
2.4.2变压器容量确定 9
2.4.3方案比较 10
2.4.4方案的确定 10
三、供电系统的拟定 11
3.1 10Kv变电所主接线图 11
四、设备选型 12
4.1高压配电装置及电缆 12
4.2低压配电装置及电缆 12
五、短路电流计算 13
六、设备校验 16
6.1动稳定、热稳定校验 16
6.2过流保护的灵敏度校验 17
一、设计原始资料
设计平面图
/
确定变电所位置
变电所位置确定
应尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗，电压损耗和有色金属损耗；
进出线方便，考虑电源进线方向，偏向电源测；
不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能性；
设备运输方便；
尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段，若无法避免，应位于污染源的上风测；
变电所屋外的配置与其他建筑物、构筑物之间的防火间距负荷规定；
变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离负荷规定。
负荷中心确定
负荷中心可以用负荷指示图、负荷功率矩法或负荷电能矩法近似确定。本课程设计选用负荷指示图确定负荷中心。
负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式，指示在企业或车间的平面图上。各车间的负荷圆的圆心位于车间负荷的“重心”（负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。
负荷圆的半径为r，由车间计算负荷Pc=Kπr2推得
r=
??
??
????
式中，K为负荷圆比例（Kw/mm2）。
负荷设计及变压器容量计算
负荷统计
为了供配电系统在正常条件下可靠的运行，必须正确选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等，这就需要对电力负荷进行计算，即确定计算负荷。本次计算只计算装配车间和机修车间负荷且采用需要系数法。
需要系数法
在所计算范围内（如一条干线、一段母线或一台变压器），用电设备组的计算负荷为并不等于其设备容量，两者之间存在一个比值光系，因此引进需要系数的概念，即
??
??
=
??
??
??
??
式中，Kd需要系数；Pc为计算负荷；Pe为设备容量。
单组用电设备组的计算负荷
??
??
=
??
??
??
??
??
??
=
??
??
tanφ
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
??
??
=
??
??
3
??
??
式中，
??
??
为需要系数，
??
??
为设备容量；tanφ为设备功率因数角的正切值。
计算负荷
金工车间的计算负荷
金工车间（动力）：
??
??
=
??
??1
??
??1
=0.25×764=191kW
??
??
=
??
??1
tanφ
1
=191×
3
=330.82kvar
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
=
191
2
+
330.82
2
+=382kVA
??
??
=
??
??
3
??
??
=
382
3
×0.38
=580.41A
金工车间（照明）：
??
??
=
??
??1
??
??1
=1×17=17kW
??
??
=
??
??1
tanφ
1
=17×0=0kvar
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
=
17
2
+
0
2
=17kVA
??
??
=
??
??
3
??
??
=
17
3
×0.38
=25.83A
工具车间的计算负荷
工具车间（动力）：
??
??
=
??
??2
??
??2
=0.30×360=108kW
??
??
=
??
??
tanφ
2
=108×
1.78
=144kvar
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
=
108
2
+
144
2
=180kVA
??
??
=
??
??
3
??
??
=
180
3
×0.38
=273.49A
工具车间（照明）：
??
??
=
??
??2
??
??2
=0.9×7=6.3kW
??
??
=
??
??
tanφ
2
=6.3×0=0kvar
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
=
6.3
2
+
0
2
=6.3kVA
??
??
=
??
??
3
??
??
=
6.3
3
×0.38
=9.57A
其余车间负荷计算与此过程相同，详情见下。
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
计 算 负 荷
Kd
cosφ
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
90
91.82
128.57
195.35
照明
6
0.8
1
4.8
0.00
4.80
7.29
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
105
122.76
161.54
245.44
照明
8
0.7
1
5.6
0.00
5.60
8.51
3
金工车间
动力
764
0.25
0.5
191
330.82
382.00
580.41
照明
17
1
1
17
0.00
17.00
25.83
4
工具车间
动力
360
0.3
0.6
108
144.00
180.00
273.49
照明
7
0.9
1
6.3
0.00
6.30
9.57
5
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
125
93.75
156.25
237.40
照明
5
0.8
1
4
0.00
4.00
6.08
6
热处理车间
动力
150
0.6
0.8
90
67.50
112.50
170.93
照明
5
0.8
1
4
0.00
4.00
6.08
7
装配车间
动力
180
0.3
0.7
54
55.09
77.14
117.21
照明
6
0.8
1
4.8
0.00
4.80
7.29
8
机修车间
动力
160
0.2
0.65
32
37.41
49.23
74.80
照明
4
0.8
1
3.2
0.00
3.20
4.86
9
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
35
26.25
43.75
66.47
照明
1
0.8
1
0.8
0.00
0.80
1.22
10
仓库
动力
20
0.4
0.8
8
6.00
10.00
15.19
照明
1
0.8
1
0.8
0.00
0.80
1.22
生活区
照明
350
0.7
0.9
245
118.66
272.22
413.61
合计
2994
1134.3
1094.06
此机械厂变电所变压器低压侧计算负荷
全厂的同时性系数
??
??
，
??
q
均为0.9
??
??
=
??
??
??=1
20
??
????
=0.9×1134.3=1020.87kW
??
??
=
??
q
??=1
20
??
????
=0.9×1094.06=984.65kvar
??
??
=
??
??
2
+
??
??
2
=
1020.87
2
+
984.65
2
=1418.35kVA
??
??
=
??
??
3
??
??
=
1418.35
3
×0.38
=2155.02A
2.2容量计算
长期工作制和短时工作制用电设备的设备容量就是该设备的铭牌额定功率
??
??
=300+6+350+8+764+17+360+7+250+5+150+5+180+6+160+4+50+1+20+1+350 =2994Kw
2.3无功补偿
功率因数是衡量供电系统的是否经济运行的一个重要指标。绝大多数用电设备都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数小于1，需要进行无功功率补偿，以提高功率因数。
补偿前的功率因数计算
低压侧的功率因数为：
cos
??
????
=
??
????
??
????
=
1020.87
1418.35
=0.72
因变压器低压侧的功率因数不满足 0.9 的要求，因此要进行无功功率补偿。补偿电容器集中装设在变压器低压母线上。
补偿容量和电容器个数的确定
确定补偿容量
现要求功率因数不低于0.9，设补偿后的功率因数为0.9，其补偿容量按下式计算
??
??.??
=
??
????
(
tan
??
????1
?
tan
??
????2
)
式中，
??
??.??
为补偿容量；
??
????
为平均有功负荷，
tan
??
????1
为补偿前平均功率因数角的正切值；
tan
??
????2
为补偿后平均功率因数角的切值。
在确定并联电容器的容量后，根据产品目录就可以选择并联电容器的型号，并确定并联电容器的数量为
n=
??
??.??
??
??.??
式中，
??
??.??
为单个电容器的额定容量（kvar）。
本次设计选择采用BWF 10.5-40-1型电容器。
确定补偿容量
tan
??
????1
=
tan
cos
?1
0.72
=0.9639，
tan
??
????2
=
tan
cos
?1
0.9
=0.4260
??
??.??
=
??
??
(
tan
??
????1
?
tan
??
????2
)=1020.87×（0.9639-0.4260）=549.126kvar
n=
??
??.??
??
??.??
=
549.126
40
=14
考虑三相均衡分配，应装设15个并联电容器每相5个，所以
实际补偿容量为：
??
??.??
=15×40=600kvar
补偿后的计算负荷和功率因数为：
??
??
=
??
??
2
+
（
??
??
?
??
??.??
）
2
=
1020.87
2
+
（984.65?600）
2
=1090.93kVA
cos
??
????
=
??
????
??
????
=
1020.87
1090.93
=0.936
满足要求。
变压器损耗
?
??
??
=0.015
??
??
=21.28kW
?
??
??
=0.06
??
??
=85kvar
变压器高压侧计算负荷
??
30
=
??
??
+?
??
??
=(1020.9+21.28)=1042.18kW
??
30
=
??
??
+?
??
??
=(384.8+85)=469.8kvar
??
30
=
??
30
2
+
??
30
2
=
1042.18
2
+
469.8
2
=1143.18kVA
??
30
=
??
30
3
??
??
=
1143.18
3
×10
=66A
cos
??
30
=
??
30
??
30
=0.99
高压侧功率因数满足要求
2.4主变压器容量选择
2.4.1变压器台数的确定
（1）应满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当技术经济比较合理时，主变压器选择也可多余两台
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变化较大的，宜采用经济运行方式的变电所，技术、经济合理时可以选择两台主变压器。
（3）三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。
2.4.2变压器容量确定
装单台变压器时，其额定容量
??
??
应能满足全部用电设备的计算负荷
??
??
，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即
??
??
≥（1.15~1.4）
??
??
装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量
??
??
应同时满足下列两个条件。
任一台主变压器单独运行时，应满足总计算负荷60%~70%的要求，即
??
??
=（0.6~0.7）
??
??
任一台主变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷
??
??(Ⅰ+Ⅱ)
的需要，即
??
??
≥
??
??(Ⅰ+Ⅱ)
一般来讲，变压器容量和台数确定是与变电所主接线方案一起确定的，在设计主接线方案时，也要考虑到用电单位对变压器台数和容量的要求。
车间变电所变压器台数和容量的确定
车间变电所变压器台数和容量的确定原则及总降压变电所基本相同，即在保证电能质量的要求下，应尽量减少投资、运行费用和有色金属消耗量。
车间变电所变压器台数选择原则，对于二、三级负荷，变电所只设置一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。
车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000Kva。
2.4.3方案比较
方案一：装设一台主变压器
??
??
≥（1.15~1.4）
??
30
=（1.15~1.4）×1418.35=1631.1~1985.7KVA
方案二：装设两台主变压器
??
??
=（0.6~0.7）
??
30
=（0.6~0.7）×1418.35=851.01~992.8KVA
2.4.4方案的确定
方案的比较
比较项目
装设一台主变加备用电源方案
装设两台主变的方案
技术指标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
单电源供电，可靠性差
供电质量
由于一台主变，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
接有备用电源，灵活性好
由于有两台主变，灵活性较好
扩建适应性
差一些
更好
维修性
容易
困难
经济性
一台更经济
两台成本高
方案的确定
由此，采用装设一台主变加备用电源的方案，故选用一台S11-M2500变压器。
供电系统的拟定
3.1 10Kv变电所主接线图
/
设备选型
4.1高压配电装置及电缆
设备初选：根据我国规定的经济电流密度，铜芯电缆为2.00（A/??
??
2
）
电气设备名称
型号
额定电压（V）
额定电流（A）
高压断路开关
ZN63A-12I
12000
630
高压隔离开关
GN-12
12000
400
高压熔断器
XRNT1-12
12000
高压电缆
4.2低压配电装置及电缆
金工车间电气设备名称
型号
额定电压（V）
额定电流（A）
低压断路开关
CW2-6300
400
6300
低压隔离开关
GN18-0.4
400
100
低压熔断器
RT20
500
630
车间电缆
3×150+70
400
580.41
工具车间电气设备名称
型号
额定电压（V）
额定电流（A）
低压断路开关
CW2-4000
400
100
低压隔离开关
GN18-0.4
400
100
低压熔断器
RT20
500
315
车间电缆
3×150+70
400
273.49
短路电流计算
/
查书中资料S11-M2500变压器参数有：空载损耗2.5Kw、负载损耗19.30Kw、短路阻抗
??
??
%=5%。
高压侧8KM的高压电缆的参数有：
??
??
=0.21??/km，
??
??
=0.363??/km。
低压侧进入金工车间距离为800m，工具车间的距离为500m，且
??
0
=0.116??/km，
??
0
=0.06??/km。由于金工车间的计算电流过大，所以选用两根同样长度的电缆并联进入。
金工车间：
L3:
??
3
=
??
0
×
??
3
×
1
2
=0.116×0.8×
1
2
=0.0464??
??
3
=
??
0
×
??
3
×
1
2
=0.06×0.8×
1
2
=0.024 ??
根据变压器参数：????铜=P负载-P空载=19.3-2.5=16.8Kw
????铜=3
??
2
??
??
=3
??
??
3
??
??
2
??
??
??
??
= ????铜
??
??
2
??
??
2
=16.8×1000×
0.4
2
2500
2
=0.00043 ??
??
??
=
??
????
2
??
??
??=
??
??
??
??
%
Z=
??
????
2
??
??
??
??
%=
400
2
***
×5%=0.0032 ??
??
??
=
??
2
?
??
??
2
=
0.0032
2
?
0.00043
2
=0.00317 ??
高压
??
??
:
??
??
=8×0.21=1.68 ??
??
??
=0.363×8=2.904 ??
系统电抗：
??
??
=
??
????
2
??
??
=
10.5
2
500
=0.22??
把高压侧折算到低压侧有
??
??
′
=
??
2
??
1
2
??=
0.4
10.5
2
×1.68=0.0024??
??
??
′
=
??
2
??
1
2
（
??
??
+
??
??
）=
0.4
10.5
2
×（0.22+2.904）=0.0045??
工具车间： L3:
??
3
=
??
0
×
??
3
=0.116×0.5=0.058??
??
3
=
??
0
×
??
3
=0.06×0.1=0.03 ??
根据变压器参数：????铜=P负载-P空载=19.3-2.5=16.8Kw
????铜=3
??
2
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=
??
??.??????
??
????
≥1.2
式中
??
??
为灵敏系数；
??
????
为瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流整定值；
??
??.??????
为保护线路末端在最小运行方式下的短路电流。
金工车间计算电流为
??
??
=580.41A，其尖峰电流为
??
????
=1160.82A
??
??????
??
????
=2×1160.82=2321.64A
??
????（??）
=2500>2321.64A
??
??
=
??
??.??????
??
????
=
3416
2500
=1.37>1.2
灵敏系数满足要求；
工具车间计算电流为
??
??
=273.49A，其尖峰电流为
??
????
=546.98A
??
??????
??
????
=2×546.98=1093.96A
??
????（??）
=1500>1093.96A
??
??
=
??
??.??????
??
????
=
2838.66
1500
=1.89>1.2
灵敏系数满足要求；
所以，低压断路器满足要求。
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