本次课题设计的是一个机修厂的供配电系统的设计，该机修厂由多个车间组成，每个车间又有动力和照明用电，其中又有二级负荷，所以设计中涉及到方面较多。设计的内容包括：分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择变电所位址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算，选择变电所高低压电气设备，绘制变电所平面。
### 工厂供电课程设计知识点解析
#### 一、课题背景与目的
本次课程设计针对一个机修厂的供配电系统进行设计。该机修厂包含多个车间，每个车间不仅有动力用电需求，还有照明用电需求，且存在二级负荷的情况。因此，设计过程中需综合考虑多个因素。
#### 二、设计内容概述
设计主要包括以下几个方面：
1. **分析变电所任务及用户负荷**：需要了解变电所承担的任务以及用户的具体负荷情况，包括不同类型车间的用电需求。
2. **变电所位置与型式的选定**：基于用户负荷分布情况，合理选择变电所的位置和型式，确保供电的安全性和经济性。
3. **负荷计算**：利用用户提供的数据进行负荷计算，为后续的设备选型提供依据。
4. **无功功率补偿装置确定**：根据负荷计算结果，选择合适的无功功率补偿装置，提高系统的功率因数。
5. **变压器的选择**：根据负荷计算结果，选择合适的变压器容量和数量，以满足负荷需求。
6. **变电站接线方式确定**：根据变压器的选择结果，确定变电站的接线方式，以实现高效稳定的供电。
7. **短路电流计算**：通过短路电流计算，选择合适的导线和电缆截面积，确保电气设备的安全运行。
8. **电气设备选择**：根据计算结果，选择合适的高低压电气设备，确保变电所的安全运行。
9. **绘制变电所平面图**：根据设计方案，绘制详细的变电所平面布局图，为施工提供依据。
#### 三、具体设计步骤
1. **计算负荷**
- 需要系数法是常用的一种方法，通过计算有功功率(P30)、无功功率(Q30)、视在功率(S30)和计算电流(I30)，可以准确地评估各车间的负荷情况。
- 示例：对于动力负荷，假设设备容量为102kW，需要系数(Kd)=0.3，tanφ=1.02，功率因数(cosφ)=0.7，则：
\[
P30 = 102 \times 0.3 = 30.6\text{kW}
\]
\[
Q30 = 30.6 \times 1.02 = 31.2\text{kvar}
\]
\[
S30 = \sqrt{P30^2 + Q30^2} = 43.7\text{kV·A}
\]
\[
I30 = S30 / (\sqrt{3} \times U_{\text{N}}) = 46.5\text{A}
\]
其中，\(U_{\text{N}}\)为额定电压。
- 对于照明负荷，假设设备容量为4kW，需要系数(Kd)=0.9，tanφ=0（即功率因数(cosφ)=1），则：
\[
P30 = 4 \times 0.9 = 3.6\text{kW}
\]
\[
Q30 = 0\text{kvar}
\]
\[
S30 = 3.6\text{kV·A}
\]
\[
I30 = S30 / (\sqrt{3} \times U_{\text{N}}) = 16.4\text{A}
\]
2. **无功补偿**
- 在完成负荷计算后，需要根据结果确定无功补偿装置的类型和容量，以提高系统的功率因数，减少线路损失。
3. **变电所的位置和型式的选择**
- 根据机修厂的地理位置、负荷分布以及未来发展需求等因素综合考虑，选择变电所的最佳位置和型式。
4. **主变压器台数和容量的选择**
- 根据负荷计算结果和负荷等级，选择合适的变压器台数和容量，以满足不同车间的用电需求。
5. **变压器的继电保护**
- 设计合适的继电保护方案，确保变压器在故障情况下能够及时切断，避免事故扩大。
6. **主接线方案的选择**
- 根据变电所的位置、负荷特性和变压器选择结果，确定最优的主接线方案，确保供电的安全性和可靠性。
7. **短路电流计算**
- 进行短路电流计算，选择合适的导线截面积和开关设备，确保电气设备在短路情况下能够安全运行。
8. **变电所一次设备的选择**
- 选择合适的开关设备、保护设备和其他一次设备，确保变电所的正常运行。
9. **变配电所的防雷措施和接地**
- 设计合理的防雷措施和接地系统，确保电气设备在雷击等恶劣天气条件下能够安全运行。
#### 四、设计标准与规范
设计过程中需遵循以下国家标准和技术规范：
- GB50052-95《供配电系统设计规范》
- GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》
- GB50054-95《低压配电设计规范》
这些规范提供了关于供电系统设计的基本原则和技术要求，确保设计的安全性和合理性。
#### 五、设计要求与依据
- **设计要求**：要求设计符合安全、可靠、优质、经济的原则，考虑到工厂生产的发展需求，确保供电系统能够满足当前和未来的需求。
- **设计依据**：除了遵循上述国家标准和技术规范之外，还需结合机修厂的实际需求和地理环境特征进行设计。
#### 六、总结
通过对机修厂供配电系统的详细设计，不仅可以提升学生对电气工程原理的理解，还能培养实际操作能力和解决问题的能力。此外，设计过程中还涉及到了多个领域的知识，如电力系统理论、电气设备选型、继电保护等，这对于提高学生的综合能力具有重要意义。
