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1 概述
本次设计是针对山东威海尚城国际的配电工程进行的初步技术设计.
尚城国际是在山东威海市内为发展旅游业而建的大型商城,分为东楼和西楼两栋近邻的大厦.威海市位于山东半岛最东端,是中韩交流的桥头堡,自然环境秀美、幽静、整洁,被誉为“最适人居城”.威海是一个很有发展潜力的旅游城市,所以尚城国际的规模不亚于大都市的商城.威海市的自然环境与大连很相近,属于海洋性气候,平均空气湿度适中,低温极限在-20˚C左右,高温极限不超过40˚C,无易腐蚀性和易爆炸性等,不需要在设备的选择上做出这方面的特别要求.
由于尚城国际位于市内,接近负荷中心,电源的引入和配出都很方便,高压电压值为10KV,系统容量可视为无穷大.但同时也因为位于市内,所以,配电室只能建在室内,且由于是大型商城,为了合理的布局和顾客安全,故将变电所建设于地下室较为合理；室内变压器宜选用干式变压器；且需要引入双进线以保证供电.
据统计,尚城国际配电工程需要向下面的设备供电：
消防卷帘排风机75KW、东楼电梯36 KW、风机64.5 KW、西楼电梯36 KW、消防泵喷淋泵100 KW、潜水泵1——18.5 KW、潜水泵2——18.5 KW、生活泵30 KW且计算容量为100 KW、西楼照明插座1000 KW、东楼照明插座700 KW、直流屏、备用、生活泵110 KW.
一个配电工程可能有各种组合方案,组合方案的变化必然会影响到投资费用和运行费用的变化.因此,得到可靠、安全、合理、经济的方案是设计工作的核心内容.本设计是针对尚城国际配电工程进行设计,配电方案的线路应比较简单.初步设想应从高压网上引进至高压室,在进行计量后送入变电室,经变电后送到低压室对各设备进行配电.

2 负荷计算
2.1负荷计算的意义及方法
在进行变配电设计前首要任务就是进行负荷计算,所谓负荷计算就是根据用户提供的用电设备安装容量,求出计算负荷,并正确估计用户所需的电力和电量,从而选择与之匹配的变电设备.估算的准确程度,影响着用户电力设计的质量,如估算过高,将增加供电设备的容量,使电网复杂,浪费有色金属,增加初投资和运行管理工作量.但如估算过低,又会使用电设备在投入使用后,供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际符合电流而过热,加速其绝缘老化的速度,降低使用寿命,增大电能损耗,影响供电系统的正常可靠运行.
因此,在为尚城国际工程进行配电设计前,首要任务就是进行负荷计算；并且变电所负荷的大小是确定变电所的供电系统选择变压器容量、导线截面积及量程的依据,同时也是继电保护整定的重要数据.
负荷计算的方法有：利用系数法、二项式法、单位电耗法、需要系数法.目前一般工程的负荷计算主要采用需要系数法或利用系数法,较为方便快捷.需要系数法即变电所各设备的实际负荷容量总是小于它的连接设备额定总容量,其比值叫需要系数Kd.本设计中涉及到的设备需要系数如表2-1[1]
用电设备组名称 Kd cos
tan
电梯类（因本楼为商场用） 0.8～0.9 0.5 1.73
泵、排风机等 0.75～0.85 0.8 0.75
照明、空调等设备插座 0.9～1.0 0.9 0.48
表2-1用电设备的需要系数Kd值
需要系数法求计算负荷公式[1]如下：
Pc•n=KdnPNn （2-1）
Qc•n=Pcn tan n （2-2）
其中Kdx——需要系数
Pc•n——设备的有功功率
Qc•n——设备的无功功率
——自然功率因数角
于是
Pc =∑Pc•i （2-3）
Qc=∑Qc•i （2-4）
Sc= （2-5）
2.2负荷计算
消防卷帘排风机75KW：
Pc•1=Kd1PN1=0.80 75=60KW
Qc•1=Pc1 tan 1=60 0.75=45 KVAR
东楼电梯36 KW
Pc•2=Kd2PN2=0.8 36=28.8KW
Qc•2=Pc2tan 2=28.8 1.73=49.8KVAR
风机64.5 KW
Pc•3=Kd3PN3=0.75 64=48KW
Qc•3=Pc3tan 3=0.75 48=36KVAR
西楼电梯36 KW
Pc•4=Kd4PN4=0.8 36=28.8KW
Qc•4=Pc4tan 4=28.8 1.73=49.8KVAR
消防泵喷淋泵100 KW
Pc•5=Kd5PN5=0.75 100=75KW
Qc•5=Pc3tan 5=0.75 75=56.3KVAR
潜水泵1——18.5 KW
Pc•6=Kd6PN6=0.75 18.5=13.9KW
Qc•6=Pc6tan 6=0.75 13.9=10.4KVAR
潜水泵2——18.5 KW
Pc•7=Kd7PN7=0.75 18.5=13.9KW
Qc•7=Pc7tan 7=0.75 13.9=10.4KVAR
生活泵110 KW
Pc•8=Kd8PN8=0.75 110=82.5KW
Qc•8=Pc8tan 8=0.75 82.5=61.9KVAR
西楼照明插座1000 KW
Pc•9=Kd9PN9=0.9 1000=900KW
Qc•9=Pc9tan 9=0.48 900=432KVAR
东楼照明插座700 KW
Pc•10=Kd10PN10=0.9 700=630KW
Qc•10=Pc10tan 10=0.48 630=302.4KVAR
预留设备用支路100KW——按普通照明插座计算
Pc•11=Kd11PN11=0.95 100=95KW
Qc•11=Pc11tan 11=0.48 95=45.6KVAR
直流屏55 KW——电容储能
Pc•12=Kd12PN12=0.2 55=11KW
有功功率：
Pc =∑Pc•i
= 60+28.8+48+28.8+75+13.9+13.9+82.5+900+630+95+11
=1986.9KW
无功功率：
Qc=∑Qc•i
=45+49.8+48+49.8+56.3+10.4+10.4+61.9+432+302.4+45.6
=1111.6KVAR
总计算容量
Sc=
=2276.7KW
工程自然功率因数：
cos = = = 0.873
由于自然功率因数低于0.9,故应进行无功功率补偿.补偿方法有两种：一种是采用同步调相机；另一种是采用静电电容器.目前本公司的配电低压柜多采用的方法是后者,具体计算在下面选择各个变压器时进行.

3 配电方案
3.1变压器容量和数量的选择
变电器容量和数量的选择,根据计算负荷的大小与负荷等级的需求（大型商场的许多设备——如消防泵、电梯等属于二级负荷）初步设想采用三台变压器对用电设备分组供电.
正常工作状态下,三台变压器同时供电,分别向下列三组供电设备供电：
①二级负荷：东楼电梯36KW、潜水泵1——18.5KW、潜水泵2——18.5KW、消防泵喷淋泵100KW、消防卷帘排风机75KW、西楼电梯36KW、风机64.5KW、 直流屏1路、生活泵1路、备用设备1路
②三级负荷：东楼照明插座700KW
③三级负荷：西楼照明插座1000KW
根据上一章的设备负荷计算可得每组的计算负荷
组别 有功功率P（KW） 无功功率Q（KVAR） 计算负荷S cos
1 456.9 377.2 592.5 0.771
2 630 302.4 700 0.9
3 900 432 1000 0.9
表3-1 三组设备负荷统计表
将第一组负荷等级较高的设备,在其他两组变压器上引出备用支路,大致分组如下：
②东楼照明插座700 KW、东楼电梯36 KW、潜水泵1——18.5 KW、潜水泵2——18.5 KW、消防泵喷淋泵100 KW
③西楼照明插座1000 KW、消防卷帘排风机75KW、西楼电梯36 KW、风机64.5 KW
为了提高对电能利用应对系统进行无功功率补偿.首先,对第一组设备进行无功功率补偿；然后再选择变压器的容量.
一.无功功率补偿
考虑到变压器的无功损耗,将功率因数提高到0.95,则对电容器进行如下计算：
cos =0.771, cos ’=0.95
tan =0.826 , tan ’=0.328
根据公式：
QC=PZ(tan -tan ’)[2] （3-1）
其中：QC——静电电容器补偿容量,（KVAR）；
PZ——此组设备有功功率计算负荷,（KW）.
代入数据得：
QC=456.9(0.826-0.328)
=227.5 KVAR
选用10块CLMD43/25KVAR型电容器,每个电容器的容量为25KVAR.接线方式：选用三角形接线方式.如图3-1所示.
因此,此电容柜的设备容量为250KVAR.
经人工补偿后：
有功功率：
Pm=456.9KW
无功功率：
Qm=QZ-QC=377.2-250=127.2KVAR
视在功率：
Sm= =474.2KVA
功率因数：
cos = =0.964
二.变压器的选择
在初选型前只能对主变压器的损耗进行估算,其计算公式[2]为
ΔPt=0.02Pm （3-2）
ΔQt=0.1Qm （3-3）
其中：ΔPt ——变压器损失有功部分估算值
ΔQt——变压器无功损失部分估算值
Pm ——最大连续有功负荷计算值；
Qm ——补偿后母线最大连续无功负荷计算值
代入数据得： ΔPt=0.02 456.9=9.138KW
ΔQt=0.1 127.2=12.72KVAR
考虑变压器损耗后总功率为：
=Pm+ΔPt=456.9+9.138=466.0KW
=Qm+ΔQt=127.2+12.7=139.9KVAR
= =486.5KVA
第一组设备需要选用的变压器容量为
Sb≥ = （3-4）
其中： ——事故时负荷保证系数,一般取0.8～1[3]；
cos ’——考虑人工补偿和变压器损失后的功率因数.
选择变压器型号为SG10-ڤKVA/10KV/0.4KV——独立三相空气（“干”式）自然循环冷却装置、双绕组、 无励磁调压、铜导线材质[4].
用同样方法求得正常状态下第二、三组的设备计算容量.相关数据表3-2
组别 1 2 3
无功补偿QC（KVAR） 250 250 360
补偿后有功功率Pm(KW) 456.9 630 900
补偿后无功功率Qm(KVAR) 127.2 52.4 72
补偿后视在功率Sm(KVA) 474.2 632.2 902.9
补偿后功率因数Cos
0.964 0.996 0.997
估算的有功功率 (KW)
466.0 642.6 918
估算的无功功率 (KVAR)
139.9 57.64 79.2
估算的视在功率 (KVA)
486.5 645.2 921.4
估算的功率因数Cos ’
0.958 0.996 0.996
初选容量(KVA) 1000 1000 1250
表3-2 三组设备的计算容量
其中1#变压器的额定容量之所以远远大于计算容量,是有两个原因：首先,如果选用800KVA的变压器,则在同一个工程中出现三台不同规格的变压器,不利于日后的维修等,再者当2#或3#变压器出现故障时,无法实现备用.所以,选择1000KVA变压器是合理的.而3#变压器是根据其计算容量而选择,不易为了求同而减小.
2#变压器要为1#变压器所负担的东楼电梯36 KW、潜水泵1——18.5 KW、潜水泵2——18.5 KW、消防泵喷淋泵100 KW提供备用,故应检查其是否满足要求.
P2=761.6KW
Q2=429.3KVAR
= =874.5KVA
选用无功补偿柜补偿功率为250KVAR,
P2=761.6KW
Q2’=429.3-250=179.3KVAR
= =782.4KVA
所以2#变压器容量可满足安全备用要求.
3#变压器为1#变压器所负担的西楼照明插座1000 KW、消防卷帘排风机75KW、西楼电梯36 KW、风机64.5 KW的计算负荷如下：P3=1036.8KW
Q3=562.8KVAR
= =1179.7KVA
选用无功补偿柜补偿功率为360KVAR,
P3=1036.8KW
Q3’=562.8-360=202.8KVAR
S3= =1056.4KVA
所以3#变压器容量可满足安全备用要求.
根据变压器的选型手册可知有关参数表3-3[5]所示.
3.2变压器损耗计算
变压器的损耗计算以其损耗最大的方式考虑.即以最大负荷时一台变压器工作的情况进行计算,此时,负荷率为：
= （3-5）
在三个变压器中,在1#变压器出现故障时,2#、3#变压器的负荷达到最大,且3#变压器的
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