10KV降压变电站供配电系统设计
1 变电站设计背景
1.1 工厂变配电所的设计
1.1.1 电力用户供电系统的分类
电力用户供配电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）》。
1.大型电力用户供电系统
大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将进线电压降为6-10kV的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间变电所，车间变电所再将电压变为220/380V的低电压供用电设备使用。
某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压深入负荷中心”的供电方式，即35kV的进线电压直接一次降为220/380V的低压配电电压。
2.中型电力用户
一般采用10kV的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V的低电压供用电设备使用。
3.小型电力用户供电系统
对于小型电力用户供电系统，由于所需容量较小，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所，将6-10KV电压降为低压用电设备所需电压。 1.1.2 工厂变配电所的设计原则
1.必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。
2.应做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。
3.应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
4.必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
1.2 原始资料
1.2.1 课题来源
本课题是某机械化安装公司的变电所新建项目。 1.2.2 设计背景
本公司现要新建一个10/0.4kV的变配电所，向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电。
- 1 -
10KV降压变电站供配电系统设计
原先变电所只能满足两个车间、办公楼和生活区的用电负荷。随着近年来，随着企业内部的调整，下属子公司之间的相互合并等原因，公司扩充了规模，兼并了原来其他单位的一些用电设备，因此，原先的变电所已经不能满足需要，要在原址旁边新建一座10/0.4kV变配电所，以满足单位改革后用电负荷的要求。
鉴于公司用电的特殊性，新建变电所的电源取自3km某公司一专用35kV变电站和3km外市供电公司另一相同容量的35kV变电站。
新变电所建成后，能满足现有的生产、生活用电，有效地提高负荷转移能力，进一步提高供电可靠性。
对某机械化安装公司全厂用电设备的统计如表2.1
表2.1 用电负荷统计
用电设备
负荷统计（kW）
负荷类别
机床设备组
433.45 三级
电焊机设备组
129.35 三级
起重机组 113.2 三级
办公楼 住宅区水泵组
30 三级
176 三级
住宅用电 768 三级
厂区照明 29 三级
- 2 -
10KV降压变电站供配电系统设计
2 变电所负荷计算和无功补偿的计算
2.1 计算负荷的方法及负荷计算法的确定
由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线和电气设备。
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在供电设计中，通常采用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备和导体的依据。
用半小时最大负荷计算电流则分别表示为
P30Q30来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计算负荷和、
S30和
I30。
我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。由于需要系数法的优点是简便，适用于全产和车间变电所负荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算采用需要系数法。
2.2 需要系数法的基本知识
(1).需要系数
Kd
需要系数是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值，即
Kd=
PmaxPe/
=
P30Pe/
式(2.1) ，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容
用电设备组的设备容量量
PeKN之和，即
Pe?=
PN。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。
但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷，同时设备本身和配电线路都有功率损耗，因此用电设备组的需要系数为
Kd式中
=
K?KL/
?e?WL 式(2.2)
K?代表设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设
备容量之比;
KL代表设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量
- 3 -
10KV降压变电站供配电系统设计
之比；
?e代表设备组的平均效率；
代表配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与首段功率
?WL之比。
(2).计算用电设备组的计算负荷 在求出有功计算负荷
P30后，可按下列各公式分别求出其余的计算负荷：
Q30=P30tan?
cos?S30P30=
式(2.3)
I30=
S30U/（3N）
式中cos?代表用电设备组的平均功率因数，tan?代表对应于用电设备组cos?的正切值。
(3).计算多组用电设备的计算负荷
在车间变电所低压母线上或配电干线上，常有多种用电设备，应考虑各种用电设备的最大负荷不同时出现的因数，因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应引入有功计算负荷和无功计算负荷的同时系数
NK?P和
K?Q。对有N组用电设备的计算负荷如下：
P30K?=
pN?Pi?130(i)
Q30=
K?Q?Qi?130(i) 式(2.4)
S30=P30?Q3022 ）
K?QI30=
S30/（3UN同时系数K?P和的取值为：
K?Q对车间干线:
K?P取0.85-0.95，取0.90-0.97
K?P对低压母线:
由用电设备组计算负荷直接相加计算，由车间干线计算负荷直接相加计算，
取0.80-0.90，
K?Q取0.85-0.95
K?P取0.90-0.95，
K?Q取0.93-0.97
- 4 -
10KV降压变电站供配电系统设计
2.3 变电所的负荷计算
2.3.1 负荷统计
对某机械化安装公司全厂用电设备的统计如表2.1
表2.1 用电负荷统计
用电设备
负荷统计（kW）
负荷类别
机床设备组
433.45 三级
电焊机设备组
129.35 三级
起重机组 113.2 三级
办公楼 住宅区水泵组
30 三级
176 三级
住宅用电 768 三级
厂区照明 29 三级
2.3.2 负荷计算
按需要系数法计算各组负荷由式子(2.1)和式子(2.3)可知： 有功功率 无功功率 视在功率 上述三个公式中：
P30KdPe=
式(2.5) (2.6) (2.7)
Q30=
P30tan?S30=P30?Q3022Pe：每组设备容量之和，单位为kW；
Kd：需要系数；cos?:
用电设备组的平均功率因数；tan?：对应于用电设备组cos?的正切值。
⒈小批量生产的金属冷加工机床电动机： 查附录A，有功负荷
Kd=
=0.16-0.2（取0.2）cos?=0.5tan?=1.73
P30(1)KdPe(1)= 0.2*433.45=86.69（kW）
- 5 -