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》、GB50053-94 《10kv及以下设计规》、GB50054-95 《低压配电设计规》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容
工厂供电设计主要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
厂房编号 厂房名称 1 铸造车间 负荷类别 设备容量/KW 动力 照明 2 锻压车间 动力 照明 3 金工车间 动力 照明 4 工具车间 动力 照明 5 电镀车间 动力 照明 6 热处理车间 7 装配车间 动力 照明 动力 照明 8 机修车间 动力 照明 9 锅炉房 动力 照明 10 仓库 动力 照明 生活区 照明 380 9 350 8 300 8 320 8 250 8 178 9 180 7 150 4 80 2 27 2 350 需要系数Kd 功率因数cos? 0.3 0.8 0.3 0.8 0.25 0.7 0.3 0.7 0.5 0.9 0.4 0.8 0.3 0.7 0.26 0.8 0.7 0.7 0.3 0.8 0.8 0.70 1.0 0.60 1.0 0.65 1.0 0.60 1.0 0.75 1.0 0.80 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.74 1.0 0.80 1.0 0.90 [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 450MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保
某_机械厂降压变电所的电气设计
