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工厂供电课程设计

引言

工厂供电系统作为工业生产的“生命线”，其设计的合理性、安全性与经济性直接关系到工厂的正常运营、生产成本及未来发展。工厂供电课程设计作为高等院校电气工程及其自动化、自动化等相关专业连接理论与实践的重要教学环节，旨在培养学生综合运用电力系统分析、供配电技术、电气设备、继电保护等专业知识，独立完成中小型工厂供电系统方案设计、设备选型、参数计算及技术经济分析的能力。本指南将系统阐述工厂供电课程设计的核心流程、关键技术要点及常见问题处理，力求为学生提供一份兼具理论深度与实践指导价值的参考资料。

一、设计任务与原始资料分析

课程设计的首要环节是吃透设计任务书，明确设计对象的规模、性质、主要负荷类型及供电要求。这包括工厂的生产纲领、车间布局、用电设备清单、负荷等级划分（尤其注意一级、二级负荷的供电可靠性保障）等核心信息。原始资料的收集与细致分析是后续一切工作的基础，需重点关注：

1.工厂概况与负荷特性：了解工厂各车间的生产工艺特点，分析用电设备的类型（如动力负荷、照明负荷、电热负荷、整流负荷等）、数量、额定参数（电压、功率、电流）及工作制（连续、短时、断续周期），这直接影响负荷计算的准确性。

2.电源条件：明确可供选择的外部电源情况，如附近电力系统的电压等级、进线方向、供电容量、供电可靠性水平、电价政策（峰谷平电价等）及是否有自备电源（如柴油发电机）的需求。

3.地理与环境条件：厂区地形、气象条件（最高温度、最低温度、湿度、海拔等）以及有无特殊环境要求（如防爆、防腐、防尘），这些因素将影响电气设备的选型、布置及电缆敷设方式。

对原始资料的分析应做到去伪存真、去粗取精，必要时需向指导教师或通过查阅行业资料进行补充和确认，避免因基础数据偏差导致整个设计出现方向性错误。

二、负荷计算与无功功率补偿

负荷计算是供电系统设计的基石，其结果是确定变压器容量、选择电气设备、设计配电系统及整定保护装置的基本依据。

1.负荷计算方法：常用的方法有需要系数法、二项式系数法等。需要系数法因计算简便、结果偏安全，在工厂供电设计中应用最为广泛。计算时需注意对不同类型设备选取合适的需要系数、同时系数及负荷系数，并区分有功功率、无功功率和视在功率的计算逻辑。特别强调，对于大型电动机等启动电流较大的设备，还需进行尖峰电流计算，以校验保护装置的动作特性和导线的动稳定。

2.无功功率补偿：为提高供电系统的功率因数，降低线路损耗，改善电压质量，通常需要进行无功功率补偿。设计中需根据计算出的自然功率因数，结合供电部门的要求（一般要求cosφ≥0.9），确定所需的补偿容量。补偿方式（集中补偿、分组补偿或就地补偿）的选择需综合考虑经济性、补偿效果及维护便利性，目前多采用并联电力电容器进行补偿，需计算确定电容器的容量、组数及接入方式。

三、电源选择与主接线方案设计

电源选择与主接线方案设计是工厂供电系统的“骨架”，直接关系到供电的可靠性、灵活性和经济性。

1.电源选择：根据工厂的负荷等级和规模，结合外部电源条件进行选择。对于一级负荷占比较大的重要工厂，通常需采用双电源供电，确保一路电源故障时另一路能迅速投入。电源电压等级的选择（如10kV、35kV）需与供电部门协商，并综合考虑工厂总计算负荷、输电距离及当地电网规划。

2.主接线设计：主接线应满足安全可靠、运行灵活、操作方便、经济合理及便于扩建等基本要求。对于中小型工厂，常见的高压侧主接线形式有单母线不分段、单母线分段；低压侧多采用单母线分段形式，以提高供电可靠性和灵活性。设计时需绘制清晰的主接线图，标明主要电气设备及其连接关系，并对所选方案进行简要的技术经济比较。

四、短路电流计算

短路电流计算是选择电气设备、校验电气设备的动稳定和热稳定以及整定继电保护装置的重要依据。设计中通常需计算三相短路电流，必要时还需计算两相或单相短路电流。

1.计算步骤：首先绘制短路计算电路图，确定短路计算点（如高压进线端、变压器低压侧母线等）；然后将系统中各元件的参数（电阻、电抗）归算到同一基准值下，形成等值阻抗图；最后利用欧姆定律或对称分量法计算短路电流周期分量有效值、冲击电流、短路容量等关键参数。

2.注意事项：需合理选取电源的等值阻抗，考虑系统运行方式（最大运行方式和最小运行方式）对短路电流大小的影响。

五、电气设备的选择与校验

电气设备的选择应遵循按正常工作条件选择、按短路条件校验的原则。

1.设备类型：主要包括高压断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电流互感器、电压互感器、电力变压器、母线、电缆等。选择时需考虑设备的额定电压、额定电流、额定开断电流（针对断路器）等参数。

2.校验项目：除额定参数外，还需进行短路电流的动稳定校验（校验设备承受短路冲击电流产生的电动力的能力）和热稳定