1 引言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

电能是现代工业生产的主要能源和动力。

电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。

如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：首先是安全，在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

其次是要可靠，应满足电能用户对供电可靠性的要求。

再者就是优质，电力系统应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

还有就是要经济，供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

目前，我国一般大、中型城市的市中心地区每平方公里的负荷密度平均已达左右，有些城市市中心局部地区的负荷密度甚至高达上万千瓦，乃至几万千瓦，且有继续增长的势头。

因此供配电系统的发展趋势是：提高供电电压：如以进城，用配电。

以解决大型城市配电距离长，配电功率大的问题，这在我国城市已经有先例。

简化配电的层次：如按的电压等级供电。

逐步淘汰等级：因为过细的电压分级不利于电气设备制造和运行业的发展。

提高设备配套能力，只是由于我国在设备上还不能全面配套而尚未推广。

广泛使用配电自动化系统：借助计算机技术和网络通信技术，对配电网进行离线和在线的智能化监控管理。

做到保护、运行、管理的自动化，提高运行人员工作效率，增强供配电系统可靠性。

1．1 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。

1．2 工厂供电设计的基本内容工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。

其基本内容如下：（1）负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。

考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。

列出负荷计算表、表达计算成果。

（2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

（3）工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。

对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

（4）厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。

参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。

按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。

用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

（5）工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。

由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。

（6）改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。

由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。

如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。

（7）变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。

并根据需要进行热稳定和力稳定检验。

用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

（8）继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。

并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。

（9）变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。

进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。

进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

2 设计任务2．1 设计题目××厂降压变电所的电气设计2．2 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求、确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

2．3 设计依据[1] 工厂总平面布置图图2.1 工厂总平面布置图[2] 工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500h，日最大负荷持续时间为8h。

该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本厂的负荷统计资料如表2-2所示：表2-2 工厂负荷统计资料[3] 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图。

该干线的导线牌号为LJ-150，导线为等边三角形排列，线距1.2m ,干线首端距离本厂约9km。

干线首端所装设的高压短路器断流容量为450MV A，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s ，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km ，电缆线路总长度为20km 。

[4] 气象资料本厂所在地年最高温度38℃，年平均气温为16℃，年最低温度为-10℃，年最热月平均最高温度30℃，年最热月平均气温为25℃，年最热月地下0.8M 处平均温度25℃，常年主导风向为南风，覆冰厚度是3CM ，年雷暴日数35天。

[5] 地质水文资料平均海拔1200M ，地层以沙粘土为主，地下水位3m 。

[6] 电费制度供电贴费800元/KV A 。

每月电费按两部电费制：基本电费为按主变压器容量计为18元/KV A ，动力电费为0.2元/KW.H ，照明电费为0.5元/KW.H 。

工厂最大负荷时功率因数不得小于 0.92 。

3 负荷计算和无功功率补偿3．1 负荷计算[1] 单组用电设备计算负荷的计算公式a) 有功计算负荷（单位为KW ）30P =d K e P ， d K 为系数b) 无功计算负荷（单位为kvar ） 30Q = 30P tan ϕ c) 视在计算负荷（单位为kvA ） 30S =ϕcos 30P d) 计算电流（单位为A ） 30I =NU S 330, N U 为用电设备的额定电压（单位为KV ）[2] 多组用电设备计算负荷的计算公式a) 有功计算负荷（单位为KW ）30P =i p P K ⋅⋅∑∑30式中i P ⋅∑30是所有设备组有功计算负荷之和，p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取0.8~0.95b) 无功计算负荷（单位为kvar ）30Q =i q Q K ⋅⋅∑∑30式中i Q ⋅∑30是所有设备无功计算负荷之和；q K ⋅∑是无功负荷同时系数，可取0.85~0.97c) 视在计算负荷（单位为kvA ） 30S =230230Q P + d) 计算电流（单位为A ） 30I =NU S 330经过计算，得到各厂房和生活区的负荷统计表，如下表所示（额定电压取380V ）表3-1 机械厂负荷计算表3．2 无功功率补偿由上表可知，该厂380V 侧最大负荷时的功率因数是0.74，而供电部门要求该厂10kv 进线侧最大负荷时因数不应低于0.92.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时因数应稍大于0.92，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：)tan (tan 2130ϕϕ-=P QCϕ1tan ——补偿前的自然平均功率因数对应的正切ϕ2tan ——补偿后的功率因数对应的正切值()()()[]var 417var 92.0arccos tan 74.0arccos tan 24.966tan tan 2130k k P QC=-=-=ϕϕ故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，如图3.总共容量84kvar 5=420kvar ⨯。

图3-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案因此无功补偿后工厂380V 侧和10KV 侧的负荷计算如表所示：4 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。

在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x 轴和y 轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，1P 、2P 、 3P 10P 分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定1P （1.3，5.3）、2P （1.3，3.6）、3P （3.5，5.2）、4P （3.5，3.6）、5P （4.2，1.7）、6P （6.7，6.4）、7P （6.7，4.7）、8P （6.7，3.1）、9P （6.7，1.5）、10P （9.5，4.7），并设11P （1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。