廠用電

一、工廠供電的意義和要求

工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。

眾所周知，電能是現代工業生產的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，

又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經濟，又便于控制、調節

和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業生產及整個國民經濟生活中應

用極為廣泛。

在工廠里，電能雖然是工業生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很

小（除電化工業外）。電能在工業生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中

所占的比重多少，而在于工業生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高

勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產

過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業生產可能造成嚴重

的后果。

因此，做好工廠供電工作對于發展工業生產，實現工業現代化，具有十分重要的意義。由于

能源節約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節約對于國家經濟建設具有十分重要的戰

略意義，因此做好工廠供電工作，對于節約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。

工廠供電工作要很好地為工業生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節能

工作，就必須達到以下基本要求：

（1）安全在電能的供應、分配和使用中，不應發生人身事故和設備事故。

（2）可靠應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。

（3）優質應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求

（4）經濟供電系統的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節約電能和減少有色金屬的

消耗量。

此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前

的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發展。

二、工廠供電設計的一般原則

按照國家標準GB50052-95《供配電系統設計規范》、GB50053-94《10kv及以下設計規

范》、GB50054-95《低壓配電設計規范》等的規定，進行工廠供電設計必須遵循以下原

則：

（1）遵守規程、執行政策；

必須遵守國家的有關規定及標準，執行國家的有關方針政策，包括節約能源，節約有色金屬

等技術經濟政策。

（2）安全可靠、先進合理；

應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率

高、能耗低和性能先進的電氣產品。

（3）近期為主、考慮發展；

應根據工作特點、規模和發展規劃，正確處理近期建設與遠期發展的關系，做到遠近結合，

適當考慮擴建的可能性。

（4）全局出發、統籌兼顧。

按負荷性質、用電容量、工程特點和地區供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是

整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產及發展。作為

從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作

的需要。

三、設計內容及步驟

全廠總降壓變電所及配電系統設計，是根據各個車間的負荷數量和性質，生產工藝對負荷的

要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經濟的分配電能問題。

其基本內容有以下幾方面。

負荷計算

全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的。考慮車間變電所變壓器

的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側計算負荷及總功率因數。列出負荷計算表、

表達計算成果。

2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數及容量選擇

參考電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和

備用的需要，確定變壓器的臺數和容量。

3、工廠總降壓變電所主結線設計

根據變電所配電回路數，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數綜合主變壓器臺數，確定變電

所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經濟，安裝容易維修方便。

4、廠區高壓配電系統設計

根據廠內負荷情況，從技術和經濟合理性確定廠區配電電壓。參考負荷布局及總降壓變電所

位置，比較幾種可行的高壓配電網布置放案，計算出導線截面及電壓損失，由不同放案的可

靠性，電壓損失，基建投資，年運行費用，有色金屬消耗量等綜合技術經濟條件列表比值，

擇優選用。按選定配電系統作線路結構與敷設方式設計。用廠區高壓線路平面布置圖，敷設

要求和架空線路桿位明細表以及工程預算書表達設計成果。

5、工廠供、配電系統短路電流計算

工廠用電，通常為國家電網的末端負荷，其容量運行小于電網容量，皆可按無限容量系統供

電進行短路計算。由系統不同運行方式下的短路參數，求出不同運行方式下各點的三相及

兩相短路電流。

6、改善功率因數裝置設計

按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數，通過查表或計算求出達到供電部門要求數值所需

補償的無功率。由手冊或廠品樣本選用所需移相電容器的規格和數量，并選用合適的電容

器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功

率，改善功率因數。

7、變電所高、低壓側設備選擇

參照短路電流計算數據和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側電器設

備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據

需要進行熱穩定和力穩定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計

成果。

8、繼電保護及二次結線設計

為了監視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母

線分段斷路器及聯絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并

對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數。

設計包括繼電器保護裝置、監視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的

變電所二次結線系統，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成

果。35kv及以上系統尚需給出二次回路的保護屏和控制屏屏面布置圖。

9、變電所防雷裝置設計

參考本地區氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產生反

擊現象的空間距離計算，按避雷器的基本參數選擇防雷電沖擊波的避雷器的規格型號，并確

定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地電

阻計算。

10、專題設計

11、總降壓變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規程

規定，進行內外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。

第二章負荷計算及功率補償

一、負荷計算的內容和目的

（1）計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續性的負荷，其熱效

應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用30分鐘

的最大平均負荷作為按發熱條件選擇電器或導體的依據。

（2）尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上

午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據。在

校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。

（3）平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班

（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。

平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。

二、負荷計算的方法

負荷計算的方法有需要系數法、利用系數法及二項式等幾種。

本設計采用需要系數法確定。

主要計算公式有：有功功率：P30=Pe·Kd

無功功率:Q30=P30·tgφ

視在功率:S3O=P30/Cosφ

計算電流:I30=S30/√3UN

三、各用電車間負荷計算結果如下表：

四、全廠負荷計算

取K∑p=0.92;K∑q=0.95

根據上表可算出：∑P30i=6520kW;∑Q30i=5463kvar

則P30=K∑P∑P30i=0.9×6520kW=5999kW

Q30=K∑q∑Q30i=0.95×5463kvar=5190kvar

S30=(P302+Q302)1/2≈7932KV·A

I30=S30/√3UN≈94.5A

COSф=P30/Q30=5999/7932≈0.75

五、功率補償

由于本設計中上級要求COSφ≥0.9,而由上面計算可知COSф=0.750.9，因此需要進行無功

補償。

綜合考慮在這里采用并聯電容器進行高壓集中補償。

可選用BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89μF

Qc=5999×（tanarccos0.75－tanarccos0.92）Kvar

=2724Kvar取Qc=2800Kvar

因此，其電容器的個數為：n=Qc/qC=2800/100=28

而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數，取28個正好

無功補償后，變電所低壓側的計算負荷為：

S30（2）′=[59992+(5463-2800)2]1/2=6564KV·A

變壓器的功率損耗為：

△QT=0.06S30′=0.06*6564=393.8Kvar

△PT=0.015S30′=0.015*6564=98.5Kw

變電所高壓側計算負荷為：

P30′=5999+98.5=6098Kw

Q30′=(5463-2800)+393.8=3057Kvar

S30′=(P302+Q302)1/2

=6821KV.A

無功率補償后，工廠的功率因數為：

cosφ′=P30′/S30′=6098/6821=0.9

則工廠的功率因數為：

cosφ′=P30′/S30′=0.9≥0.9

因此，符合本設計的要求

第三章變壓器的選擇

（1）主變壓器臺數的選擇

由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當

一臺變壓器發生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續供電，故選兩臺變壓器。

（2）變電所主變壓器容量的選擇

裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量ST應同時滿足以下兩個條件：

①任一臺單獨運行時，ST≥（0.6-0.7）S′30（1）

②任一臺單獨運行時，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

由于S′30（1）=7932KV·A，因為該廠都是上二級負荷所以按條件2選變壓器。

③ST≥（0.6-0.7）×7932=（4759.2～5552.4）KV·A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

因此選5700KV·A的變壓器二臺

第四章主結線方案的選擇

一、變配電所主結線的選擇原則

1.當滿足運行要求時，應盡量少用或不用斷路器，以節省投資。

2.當變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側應采用斷路器分段的單母線接線。

3.當供電電源只有一回線路，變電所裝設單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結線。

4.為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應采用變壓器分列運行。

5.接在線路上的避雷器，不宜裝設隔離開關；但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用

一組隔離開關。

6.6～10KV固定式配電裝置的出線側，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應裝

設線路隔離開關。

7.采用6～10KV熔斷器負荷開關固定式配電裝置時，應在電源側裝設隔離開關。

8.由地區電網供電的變配電所電源出線處，宜裝設供計費用的專用電壓、電流互感器（一般

都安裝計量柜）。

9.變壓器低壓側為0.4KV的總開關宜采用低壓斷路器或隔離開關。當有繼電保護或自動切

換電源要求時，低壓側總開關和母線分段開關均應采用低壓斷路器。

10.當低壓母線為雙電源，變壓器低壓側總開關和母線分段開關采用低壓斷路器時，在總開

關的出線側及母線分段開關的兩側，宜裝設刀開關或隔離觸頭。

二、主結線方案選擇

對于電源進線電壓為35KV及以上的大中型工廠，通常是先經工廠總降壓變電所降為6—1

0KV的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓。

總降壓變電所主結線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設備（變壓器、避雷器、

斷路器、互感器、隔離開關等）及其連接線組成，通常用單線表示。

主結線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經濟性，繼電保護和控制方式都有密切關

系，是供電設計中的重要環節。

一次側采用內橋式結線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖如下這種主結線，

其一次側的QF10跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器QF11和QF

12的內側，靠近變壓器，因此稱為內橋式結線。這種主結線的運行靈活性較好，供電可靠

性較高，適用于一、二級負荷工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發生故障時，

則斷開QF11，投入QF10（其兩側QS先合），即可由WL2恢復對變壓器T1的供電，

這種內橋式結線多用于電源線路較長因而發生故障和停電檢修的機會較多、并且變電所的變

壓器不需要經常切換的總降壓變電所。

2、一次側采用外橋式結線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖(下圖)，這種

主結線，其一次側的高壓斷路器QF10也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器QF

11和QF12的外側，靠近電源方向，因此稱為外橋式結線。這種主結線的運行靈活性也較

好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內橋式結線適用的場合有所不

同。如果某臺變壓器例如T1停電檢修或發生故障時，則斷開QF11，投入QF10（其兩

側QS先合），使兩路電源進線又恢復并列運行。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所

負荷變動較大、適用經濟運行需經常切換的總降壓變電所。當一次電源電網采用環行結線時，

也宜于采用這種結線，使環行電網的穿越功率不通過進線斷路器QF11、QF12，這對改

善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。

3、一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖（見下圖）

這種主結線圖兼有上述兩種橋式結線的運行靈活性的優點，但所用高壓開關設備較多，可供

一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的總降壓變電所

4、一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結線較之采用單母線結線，

供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以

雙母線結線在工廠電力系統在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統的樞紐變電所。本次

設計的電機修造廠是連續運行，負荷變動較小，電源進線較短（2.5km）,主變壓器不需要經

常切換，另外再考慮到今后的長遠發展。采用一、二側單母線分段的總降壓變電所主結線（即

全橋式結線）。

第五章短路計算

一、短路電流計算的目的及方法

短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。

進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件

的額定參數都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得

使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。

接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電

路圖上，只需將被計算的短路電流所流經的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，

然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統來說，由于將電力系統當作無限大容量電源，而且

短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯的方法即可將電路化簡，求出其等效

總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。

短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制

法）。

二、本設計采用標幺制法進行短路計算

1.在最小運行方式下：

（1）確定基準值

取Sd=100MV·A,UC1=60KV,UC2=10.5KV

而Id1=Sd/√3UC1=100MV·A/(√3×60KV)=0.96KA

Id2=Sd/√3UC2=100MV·A/(√3×10.5KV)=505KA

（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值

1）電力系統（SOC=310MV·A）

X1*=100KVA/310=0.32

2）架空線路（XO=0.4Ω/km）

X2*=0.4×4×100/10.52=1.52

3）電力變壓器（UK%=7.5）

X3*=UK%Sd/100SN=7.5×100×103/(100×5700)=1.32

繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。

(3)求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量

總電抗標幺值

X*Σ(K-1)=X1*＋X2*=0.32+1.52=1.84

三相短路電流周期分量有效值

IK-1(3)=Id1/X*Σ(K-1)=0.96/1.84=0.52

3)其他三相短路電流

I"(3)=I∞(3)=Ik-1(3)=0.52KA

ish(3)=2.55×0.52KA=1.33KA

Ish(3)=1.51×0.52KA=0.79KA

4)三相短路容量

Sk-1(3)=Sd/X*Σ(k-1)=100MVA/1.84=54.3

(4)求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量

1)總電抗標幺值

X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*//X4*=0.32+1.52+1.32/2=2.5

2)三相短路電流周期分量有效值

IK-2(3)=Id2/X*Σ(K-2)=505KA/2.5=202KA

3)其他三相短路電流

I"(3)=I∞(3)=Ik-23)=202KA

ish(3)=1.84×202KA=372KA

Ish(3)=1.09×202KA=220KA

4)三相短路容量

Sk-2(3)=Sd/X*Σ(k-1)=100MVA/2.5=40MV·A

在最大運行方式下：

（1）確定基準值

取Sd=1000MV·A,UC1=60KV,UC2=10.5KV

而Id1=Sd/√3UC1=1000MV·A/(√3×60KV)=9.6

Id2=Sd/√3UC2=1000MV·A/(√3×10.5KV)=55KA

（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值

1）電力系統（SOC=1338MV·A）

X1*=1000/1338=0.75

2）架空線路（XO=0.4Ω/km）

X2*=0.4×4×1000/602=0.45

3）電力變壓器（UK%=4.5）

X3*=X4*=UK%Sd/100SN=7.5×1000×103/(100×5700)=13.2

繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。

(3)求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量

1)總電抗標幺值

X*Σ(K-1)=X1*＋X2*=0.75+0.45=1.2

2)三相短路電流周期分量有效值

IK-1(3)=Id1/X*Σ(K-1)=9.6KA/1.2=8KA

3)其他三相短路電流

I"(3)=I∞(3)=Ik-1(3)=8KA

ish(3)=2.55×8KA=20.4KA

Ish(3)=1.51×X*Σ(K-1)8KA=12.1KA

4)三相短路容量

Sk-1(3)=Sd/X*Σ(k-1)=1000/1.2=833MVA

(4)求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量

K1)總電抗標幺值

X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*∥X4*=0.75＋0.45＋13.2/2=7.8

2)三相短路電流周期分量有效值

IK-2(3)=Id2/X*Σ(K-2)=55KA/7.8=7.05KA

3)其他三相短路電流

I"(3)=I∞(3)=Ik-2（3）=7.05KA

ish(3)=2.55×7.05KA=17.98KA

Ish(3)=1.51×7.05KA=10.65KA

4)三相短路容量

Sk-2(3)=Sd/X*Σ(k-2)=1000/7.05=141.8MV·A

三.短路電流計算結果：

1.最大運行方式

2.最小運行方式

第六章導線、電纜的選擇

概述

為了保證供電系統安全、可靠、優質、經濟地運行，進行導線和電纜截面時必須滿足下列條

件:

發熱條件

導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發熱溫度，不應超

過其正常運行時的最高允許溫度。