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1 引言
1.1 工厂供电的意义和要求
随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，对供电系统的设计越来越全面系统。电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统[1]。工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电的可靠性能指标也日益提高。而变电所是电力系统中重要环节，变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全，尤其是现在居民、企业对供电的安全可靠性要求越来越高，因此设计安全、可靠、优质、经济的变电所是至关重要的?2?。
电能是电力工业的基本形态，它是发、送、变、配、用电各个环节电气设备连成的整体。是现代工业生产的主要能源和动力，是人类现代文明的物质技术基础，电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切。由于自然界的一次能源都可转换成电能，且电能转换成其他形式十分方便，电能宜于大量生产、远距离输送和自动控制。所以，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中广泛应用。
所谓电能质量，主要是指是指通过公用电网向用户提供的交流电能的品质。衡量电能质量的主要指标包括电压、频率和波形等，在合格的电能质量下工作，用电设备性能最好、效率最高?3?。
电能质量直接关系到电力系统的供电安全和质量，在工厂里，电能在生产产品所占的成本中比重一般很小，电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大地增加产量，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，改善工人工作条件，并且有利于实现生产过程自动化，而并不仅仅在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重的多少。人类社会生活只有在实现电气化以后，才使得社会秩序和生活质量得到充分保障，从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对生产可能造成严重的后果，不仅会打乱生产和生活秩序，有时甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。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
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援国家经济建设，也具有重大的作用。
基于工厂供电对社会生产和人民生活至关重要的作用，我们对供电部门提出了以下严格要求：
（1） 安全：在电能的生产、供应、分配和使用上，不应该发生意外事故。 （2） 可靠：应满足电能用户对供电可靠性的需求。
（3） 优质：应满足电能用户对电能电压、频率和波形等质量的要求。 （4） 经济：供电系统的建设投资要少，运行和维护费用要低，并应最大限度的节约电能、减少有色金属的消耗量。
1.2 工厂供电设计的一般原则
工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）工厂供电设计必须要遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源和有色金属等技术经济政策。
（2）工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等合理确定设计方案。
（4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当的考虑扩建可能性?4?。
1.3 供配电国内外发展现状
中国电网目前正处于“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期，由于我国能源分布与需求量极不平衡：西部的水力资源占全国 84%，煤炭资源占全国 82%，而能源需求的 75％分布在中、东部。因此，西电东送是我国电力流向的必然趋势，也是 21 世纪国家能源工业建设的基本战略方针[5]。电力事业发展突飞猛进，与此同时，电网的规模逐渐扩大，安全事故的影响范围越来越大，安全问题也越来越突出。
我国传统的电网工程设计存在很多明显的不足之处：设计标准规范不统一；设备型号多、产品通用性差；存在着大量重复性的设计工作；设计评审、批复争
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议多、耗时长；建设和运行维护成本高等。根据具体工程环境、建设要求和运行方式来进行针对性的设计，是一种“量体裁衣”式的设计。目前输变电工程典型设计是一种先进的设计理念，它采用集约化管理的思想，具有统一建设标准规范、发挥规模效益、提高工作效率、降低建设运营和维护成本等优势。这种全新的设计方法和理念，使我国电网工程的设计方式从“量体裁衣”式改变为“成衣定制”式，从而突出了设计重点，加快了设计进度，满足了大规模电网建设的需求?6?。
世界上大多数工业发达的国家都建立了全国统一系统，甚至相邻国家都建立了跨国电力系统。我国的电力行业发展也十分的迅猛。目前全国已有东北、华东、华北、华中、西北、南方6个跨省电网和山东、福建、海南、新疆、西藏等5个独立省（区）网。随着西部大开发战略的实施，建设了内蒙古西部、山西、陕西、宁夏、河南西部火电基地，开发了多个大型水电站，开辟了“西电东送”输电大通道，这些将促进电网的快速发展。
现在世界各地的研究和开发工作主要集中在以下几个方面来使得配电自动化更智能、更符合成本效益，以实现全面大规模电力系统的目标。 ? 电力系统通信协议，实现互联互通 ? 通信系统使其在商业上可行
? 通过仪表电气图，开关设备和变压器使得他们自身智能化 ? 智能远程终端单元 ? 智能仪表系统
? 电力系统算法提供快速、准确的控制决策?7?
随着经济的快速发展，全球资源短缺，环境破坏严重，社会开始对环境保护、节能减排和可持续性发展等问题的重视程度日益提高；同时，随着电力市场化进程的不断推进以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，要求电网必须能够提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应?8?，能够适应多种能源类型发电方式的需要，能够适应用户自主选择的需要，能够更加适应高度市场化的电力交易的需求，进一步提高电网资产利用效率和效益，提供更加优质的服务?9?。智能电网为未来电力系统的最新发展方向?10?。为此，以美国和欧盟为代表国家和组织不约而同地提出要建设安全、灵活、可靠、经济的智能电网。
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智能电网(smart grid)也叫知识型电网(intelligrid)或现代电网(modern grid)，是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统；其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网?11?。
美国对智能电网的研究已经开展了10 年, 对智能电网的构成仍然没有达成共识。但是, 一直致力于推进将智能电网的思想理论变为现实的政府、相关行业、技术和政策团体等都基本认同： 智能电网将利用数字技术, 对系统的所有元件, 从发电到用户用电的各个环节进行综合、实时的监控。根据美国艾克赛尔能源公司分析师最新公布的白皮书, 智能电网被大致定义为: 以最少的人工干预, 把各种燃料转化为电能提供给消费者的智能化、能够自动平衡和自我监测的电网。这样的系统将会最大限度地利用可再生资源, 减少对环境的污染，达到环保经济的目的。智能电网可以监测到当系统出现超载现象时, 灵活改变系统运行方式, 降低设备潮流, 防止发生断电情况。同时,智能电网可以保证用户和公用事业公司的实时沟通, 使用户能够对环境保护和价格进行选择, 使公用事业公司可以优化用户的能源利用?12?。
在中国，国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展以及社会和谐为基本使命, 在认真分析世界电网发展新趋势和中国基本国情的基础上,提出了建设中国特色智能电网。这是一项高度复杂的系统工程，它紧密结合中国能源供应新形势和用电服务新需求, 提出了立足自主创新,注重理论和技术创新与应用，加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展, 具有信息化(实时和非实时信息的高度集成、共享和利用)、数字化(电网对象、结构、特性及状态的定量描述和各类信息的精确高效的采集与传输)、自动化(电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复)、互动化(电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行)等基本特征的智能电网的发展目标?13?。
尽管智能电网的研究与实践尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿景，必将进一步推动电力工业的变革与进步。
1.4 设计的主要内容
本工厂供配电系统的设计是根据厂区每个车间的负荷情况和分布情况，以及生产对负荷的要求并结合国家供电标准确定的。设计的主要内容主要包括以下几
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个方面。 （1）负荷计算
负荷计算是在厂区各车间的具体负荷的基础上进行的。通过计算负荷选择车间变压器，并根据车间变压器的相关参数计算出车变电所变压器的功率损耗，从而计算总降压变电所高压侧的负荷功率因数，然后确定无功补偿容量。最后列出车间负荷的计算表。
（2）确定总降压变电所的位置、型式和主变压器的台数、容量
根据电源进线的方向和工厂的地理环境等确定总降压变电所的位置和型式，结合厂区计算负荷以及扩建的需要确定主变压器的台数和容量。 （3）总降压变电所电气主接线的设计
根据电源进线的回路数，和负荷要求的供电可靠性、连续性，确定变电所高、低压侧的接线方式。
（4）供配电系统短路电流的计算
对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量的系统，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。通过绘制等效电路图，并计算电气元件的电抗标幺值，从而计算各短路点的短路电流。 （5）电气设备的选择和校验
根据短路电流计算的数据和各回路计算负荷的及其对应的额定值，选择变电所高、低压侧电气设备，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等设备。并进行相应的动稳定和热稳定等校验。 （6）变电所进出线的选择
根据电压等级和周围环境情况选择导线的类型，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。 （7）二次回路设计
设计包括控制与信号装置，测量与监视仪表，操作电源与控制电缆组成的二次回路系统。 （8）继电保护配置
根据需要，对总降压变电所的如下设备安装继电保护装置：主变压器、10kV馈电线路、10kV母线。