全厂计算负荷的确定

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1、全 厂 计 算 负 荷 的 确 定 为 了 选 择 工 厂 变 电 站 各 种 主 要 电 气 设 备 的 规格 型 号 ， 以 及 向 供 电 部 门 提 出 用 电 容 量 申 请 ， 必须 确 定 工 厂 总 的 计 算 负 荷 S30和 I30。 在 前 述 的 内 容 中 ， 我 们 已 经 用 需 要 系 数 法 或二 项 式 系 数 法 确 定 了 单 台 设 备 、 低 压 干 线 、 车间 低 压 母 线 的 计 算 负 荷 。 但 要 确 定 全 厂 的 计 算负 荷 ， 还 要 考 虑 线 路 和 变 压 器 的 功 率 损 耗 以 及无 功 补 偿 。 (1) 有 功

2、功 率 损 耗有 功 功 率 损 耗 是 电 流 流 过 线 路 电 阻 所 引 起 的 ， 故 其 计 算 公 式 为 PWL=3I302RWL 10 3(kw)式 中 ， I30为 线 路 的 计 算 电 流 （ A） ； RWL为 线 路 每 相 的 电 阻 （ ） ， RWL=R0L， R0为 线 路 单位 长 度 的 电 阻 （ /km） ， L为 线 路 的 计 算 长 度 （ km） 。(2) 无 功 功 率 损 耗无 功 功 率 损 耗 是 电 流 流 过 线 路 电 抗 所 引 起 的 ， 故 其 计 算 公 式 为 QWL=3I302XWL 10 3(kvar)式 中 ，

3、XWL为 线 路 每 相 的 电 抗 （ ） ， XWL =X0L， X0为 线 路 单位 长 度 的 电 抗 （ /km） ， 一 般 对 架 空 线 路 ， 其 值 为 0.4/km左右 ， 对 电 缆 线 路 ， 其 值 为 0.08/km左 右 。(3)线 路 上 全 年 的 电 能 损 耗 用 W表 示 ， 其 计 算 公 式 为 ：线 路 的 功 率 损 耗 wL2303 RIWa （ 年 最 大 负 荷 损 耗 小 时 ）的 物 理 含 义 ： 当 线 路 或 变 压器 中 以 最 大 计 算 电 流 流 过 小 时 后 所 产 生 的 电 能 损 耗 ，恰 与 全 年 流 过

4、实 际 变 化 的 电流 时 所 产 生 的 电 能 损 耗 相 等 。 与 Tmax之 间 的 关 系 如 左 图示 。 与 Tmax的 关 系 可 用 公式 表 达 为 ： 8760 2m axT当 cos=1， 且 线 路 电 压 不 变 时 ， 全 年 的 电 能 损 耗 为 ：87603 2m axwL230 TRIWa 例 ： 有 一 条 35kV高 压 线 路 给 某 工 厂 变 电 所 供 电 。 已 知 该 线 路 长度 为 12km； 采 用 钢 芯 铝 线 LGJ 70， 导 线 的 几 何 均 距 为 2.5m，变 电 所 的 总 视 在 计 算 负 荷 S30 491

5、7kVA， 计 算 此 高 压 线 路 的有 功 和 无 功 功 率 损 耗 。解 ： PWL=3I302RWL 10 3(kw) S302RWL/UN2 10 3(kw) =49172/352 0.48 12 10 3 105kW QWL=3I302XWL 10 3(kvar) S302XWL/UN2 10 3(kvar) = 4917 2/352 0.4 12 10 3 94.7kvar导 线 表 变 压 器 的 功 率 损 耗变 压 器 同 样 具 有 电 阻 和 电 抗 ， 所 以 其 功 率 损 耗 也 包 括 有 功 功 率 损 耗和 无 功 功 率 损 耗 两 部 分 。(1)

6、有 功 功 率 损 耗变 压 器 的 有 功 功 率 损 耗 又 由 两 部 分 组 成 ： 铁 损 PFe:铁 损 是 变 压 器 主 磁 通 在 铁 芯 中 产 生 的 有 功 损 耗 。 变 压器 主 磁 通 只 与 外 加 电 压 有 关 ， 当 外 加 电 压 和 频 率 恒 定 时 ， 铁 损 与 负 荷无 关 ， 是 定 值 ， 且 近 似 于 空 载 损 耗 P0。 铜 损 PCu： 铜 损 是 变 压 器 负 荷 电 流 在 一 次 、 二 次 绕 组 的 电 阻 中产 生 的 有 功 损 耗 ， 其 值 与 负 荷 电 流 （ 或 功 率 ） 的 平 方 成 正 比 。 且

7、 近 似于 短 路 损 耗 P k。因 此 变 压 器 的 有 功 功 率 损 耗 为 PT P0 + Pk 2式 中 ， 为 变 压 器 的 负 荷 率 （ = Sc/SN） ， SN为 变 压 器 的 额 定 容 量 ；Sc为 变 压 器 的 计 算 负 荷 ； (2) 无 功 功 率 损 耗变 压 器 的 无 功 功 率 损 耗 也 由 两 部 分 组 成 ： Q0， 是 变 压 器 空 载 时 ， 由 产 生 主 磁 通 的 励 磁 电 流 所 造 成 的 。和 绕 组 电 压 有 关 ， 与 负 荷 无 关 。即式 中 ， I0%为 变 压 器 空 载 电 流 占 额 定 电 流 的

8、 百 分 值 。 QN， 是 变 压 器 负 荷 电 流 在 一 次 、 二 次 绕 组 电 抗 上 所 产 生 的 无功 功 率 损 耗 ， 其 值 与 负 荷 电 流 （ 或 功 率 ） 的 平 方 成 正 比 。即 式 中 ， U k%为 变 压 器 的 短 路 电 压 百 分 值 。因 此 ， 变 压 器 的 无 功 功 率 损 耗 为 在 工 程 设 计 中 变 压 器 的 有 功 损 耗 和 无 功 损 耗 也 可 以 用 下 式 估 算对 普 通 变 压 器 PT 0.02S30, QT 0.08S30对 低 损 耗 变 压 器 PT 0.015S30, QT 0.06S30例

9、： 已 知 某 车 间 变 电 所 选 用 变 压 器 型 号 为 SJL1 1000/10，电 压 10/0.4kV， 其 技 术 数 据 如 下 ： 空 载 损 耗 P0 2kW，短 路 损 耗 PK 13.7kW， 短 路 电 压 百 分 值 UK 4.5， 空载 电 流 百 分 值 I0 1.7， 该 车 间 的 S30 800kVA， 试 计 算该 变 压 器 的 有 功 损 耗 和 无 功 损 耗 。解 : PT P0 + Pk 2=2 13.7 （ 800/1000） 2 10.8kW Q T=SN(I0 /100+2UK /100) =1000 （ 1.7/100+4.5 0.

10、82/100） 45.8kvar变 压 器 表SJL1 1000（ 额 定 容 量 KVA） /10（ 高 压 侧 额 定 电 压 KV） 工 厂 的 功 率 因 数 和 无 功 补 偿 功 率 因 数 cos 值 的 大 小 反 映 了 用 电 设 备 在 消 耗 了 一 定 数 量 有功 功 率 的 同 时 向 供 电 系 统 取 用 无 功 功 率 的 多 少 ,功 率 因 数 高 ,则 取用 的 无 功 功 率 少 ,功 率 因 数 低 ,则 无 功 功 率 大 。1.工 厂 的 功 率 因 数 瞬 时 功 率 因 数 瞬 时 功 率 因 数 可 由 功 率 因 数 表 直 接 测 量

11、 ， 也 可 间 接 测 量 ， 即 由功 率 表 、 电 流 表 和 电 压 表 的 读 数 按 下 式 求 出 ： UIP3cos 瞬 时 功 率 因 数 只 是 用 来 了 解 和 分 析 工 厂 用 电 设 备 在 生 产 过 程中 无 功 功 率 的 变 化 情 况 ， 以 便 采 取 相 应 的 补 偿 措 施 。 工 厂 的 功 率 因 数 和 无 功 补 偿 式 中 W P是 某 一 时 间 内 消 耗 的 有 功 电 能 ； Wq是 某 一 时 间 内 消 耗的 无 功 电 能 。 我 国 电 业 部 门 每 月 向 工 业 用 户 收 取 的 电 费 ， 规 定 要按 月

12、平 均 功 率 因 数 的 高 低 来 调 整 。 （ 其 中 实 际 功 率 因 数 0.85至 0.90者 ， 在 此 期 间 可 不 减 收 电 费 ， 0.85以 下 者 应 增 收 电 费 。 ） 平 均 功 率 因 数 平 均 功 率 因 数 又 称 为 加 权 平 均 功 率 因 数 ， 指 某 一 规 定 时 间 内 功率 因 数 的 平 均 值 ， 按 下 式 计 算 ： 2pq2q2P P )(1 1cos WWWW W 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数最 大 负 荷 时 功 率 因 数 指 在 年 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数 。 可 按 下 式 计算 ：

13、 3030cos SP2. 功 率 因 数 对 供 配 电 系 统 的 影 响 电 能 损 耗 增 加 ： 当 用 电 设 备 的 有 功 功 率 一 定 时 ， 功 率 因数 愈 低 ， 其 供 电 线 路 的 电 流 愈 大 ， 线 路 的 电 力 损 耗 随 之 增 加 。 电 压 损 失 加 大 ： 功 率 因 数 低 ， 通 过 线 路 的 电 流 就 大 ， 线路 电 压 降 亦 随 之 增 加 ， 从 而 影 响 用 电 设 备 的 正 常 运 转 。 供 电 设 备 利 用 率 低 ： 发 电 机 发 出 的 功 率 是 有 限 的 ， 当 无功 功 率 增 加 时 ， 有 功

14、 功 率 下 降 ， 发 电 机 的 效 率 降 低 。国 家 标 准 规 定 ： “ 在 企 业 最 大 负 荷 时 的 功 率 因 数 应 不 低 于 0.9，凡 功 率 因 数 未 达 到 上 述 规 定 的 ， 应 在 负 荷 侧 合 理 装 置 集 中 与 就 地 无 功 补 偿 设 备 ” 。 无 功 功 率 的 补 偿 提 高 自 然 功 率 因 数自 然 功 率 因 数 ： 凡 未 装 任 何 补 偿 设 备 时 的 功 率 因 数提 高 自 然 功 率 因 数 ： 不 添 加 任 何 补 偿 设 备 ， 采 用 科 学 措 施 减 少 用 电 设备 的 无 功 功 率 的 需

15、 要 量 。 它 是 最 经 济 功 率 因 数 提 高 的 方 法 。a.合 理 选 择 电 动 机 的 容 量 ， 使 其 接 近 满 载 运 转 。 一 般 选 择 电 动 机 的 额定 容 量 为 拖 动 负 载 的 1.3倍 。 对 实 际 负 载 不 超 过 额 定 容 量 40 的 电 动机 ， 应 更 换 为 小 容 量 的 电 动 机 。 另 外 ， 异 步 电 动 机 要 向 电 网 吸 收 无功 功 率 ， 而 同 步 电 动 机 则 可 向 电 网 送 出 无 功 功 率 ， 所 以 对 于 负 荷 率在 0.6 0.9的 绕 线 式 电 动 机 ， 必 要 时 可 以

16、 使 其 同 步 化 ， 这 时 电 动 机 可以 向 电 力 系 统 输 送 出 无 功 功 率 ， 以 提 高 功 率 因 数 。电 动 机 空 载 满 载 3.02.0COS 9.085.0COS b.防 止 感 应 电 动 机 空 载 运 转 。 如 设 置 空 载 自 停 装 置 或 降 压 运 行 。c.保 证 电 动 机 的 检 修 质 量 。 电 动 机 的 定 转 子 之 间 气 隙 增 大 和 定 子线 圈 的 减 少 都 会 使 励 磁 电 流 增 大 ， 从 而 增 加 向 电 网 吸 收 的 无 功功 率 。 因 此 ， 检 修 时 要 保 证 电 动 机 结 构 参

17、 数 。d.正 确 选 择 变 压 器 容 量 。 变 压 器 轻 载 时 功 率 因 数 会 降 低 ， 但 满 载时 有 功 损 耗 会 增 大 因 此 ， 正 确 选 择 变 压 器 容 量 要 考 虑 两 者 的平 衡 ， 提 高 变 压 器 的 负 载 率 （ 一 般 为 75 80 比 较 合 适 ） 。对 于 负 载 率 低 于 30 变 压 器 ， 应 予 以 更 换 。e.交 流 接 触 器 （ 感 性 负 载 ） 的 节 电 运 行 。 可 用 大 功 率 晶 闸 管 （ 开关 元 件 ， 小 电 流 控 制 大 电 流 ， 无 需 无 功 功 率 ） 取 代 交 流 接

18、触 器（ 其 线 圈 是 感 性 负 载 ， 消 耗 无 功 功 率 ） ， 或 为 了 减 少 交 流 接 触器 的 功 率 损 耗 ， 将 交 流 接 触 器 改 为 直 流 运 行 （ 无 声 运 行 ） 或 无电 压 运 行 （ 交 流 接 触 器 合 闸 后 用 机 械 锁 扣 装 置 自 行 锁 扣 ） 。 无 功 功 率 的 补 偿 人 工 补 偿 法 ： 自 然 功 率 因 数 的 提 高 往 往 有 限 ， 还 需 采 取 人 工 补 偿 法a.使 用 同 步 电 动 机 在 过 激 磁 方 式 呈 现 容 性 时 运 转 ， 其 功 率 因 数 超 前0.8 0.9时 ，

19、向 供 电 系 统 输 出 无 功 功 率 ， 用 来 补 偿 用 感 性 电 设 备 所需 要 的 无 功 功 率 。 此 补 偿 方 法 因 同 步 机 构 造 复 杂 ， 价 格 较 贵 ， 维 护麻 烦 ， 只 适 用 于 大 型 工 厂 ， 一 般 企 业 不 宜 采 用 。b. 并 联 电 力 电 容 器 。 广 泛 采 用 的 一 种 补 偿 装 置 。 电 力 电 容 器 电 力 电 容 器 在 电 力 系 统 中 的 作 用 由 于 电 力 系 统 不 仅 要 消 耗 有 功 功 率 ， 也 要 消 耗 无 功 功 率 。 把 能 “ 发 出 ” 无 功 电 力 的 电 力

20、电 容 器 并 接 在 负 荷 或 供 电 设 备上 运 行 ， 负 荷 或 供 电 设 备 要 “ 吸 收 ” 的 无 功 电 力 正 好 由 电 容 器“ 发 出 ” 的 无 功 电 力 供 给 ， 从 而 起 到 无 功 补 偿 作 用 用 电 力 电 容 器 改 善 功 率 因 数 ， 可 以 获 得 经 济 效 益 。 但 如 果 电容 性 负 荷 过 大 会 引 起 电 压 升 高 ， 带 来 的 不 良 影 响 。 因 此 要 合 理 选择 电 力 电 容 器 的 安 装 容 量 。 在 变 电 站 6 10kV高 压 母 线 上 进 行 人 工 补 偿 时 ， 一 般 采 用

21、固 定补 偿 ， 其 补 偿 容 量 为 ： 在 变 电 站 0.38kV， 母 线 上 进 行 补 偿 时 ， 都 采 用 自 动 补 偿 ， 即根 据 cos 测 量 值 按 其 设 定 值 自 动 投 入 或 切 除 电 力 变 压 器 。电 力 电 容 器 容 量 的 确 定 )( 2130 tgtgPQc 表 6-4 电 力 电 容 器 部 分 型 号 表 示第 一 位字 母 含 义 第 二 位字 母 含 义 第 三 位字 母 含 义B 标 准 D 充 氮 单 相 F 复 合 介 质Y 移 相 用 W 户 外 式C 串 联 用 Y 油 浸 S 水 冷J 均 压 T 可 调O 耦 合

22、L 氯 化 联 苯 浸 渍 C 冲 击 放 电L 滤 波 用 B 薄 膜M 脉 冲 用 D 一 般 接 地F 防 护 用 R 电 容 式R 电 热确 定 并 联 电 力 电 容 器 的 容 量 后 ， 就 可 以 选 择 电 力 电容 器 的 型 号 规 格 ， 并 确 定 并 联 电 力 电 容 器 的 数 量 。 CY0 .6 -1 0 -1 ： 串 联 油 浸 式 额 定 电 压 为 0 .6 KV， 标 称 容 量 为 1 0 kvar的 单 相 电 容 器 。 c.利 用 同 步 调 相 机 作 为 无 功 功 率 电 源 ， 用 来 补 偿 所 需 要 的无 功 功 率 。 同 步

23、 调 相 机 是 轴 上 不 带 机 械 负 载 的 同 步 电 动 机 。调 节 同 步 调 相 机 的 激 磁 电 流 的 大 小 ， 可 以 改 变 其 输 出 无 功功 率 的 大 小 ， 从 而 提 高 功 率 因 数 。 这 种 方 法 目 前 已 经 很 少使 用 。 无 功 功 率 的 补 偿 动 态 无 功 功 率 补 偿 法 在 现 代 工 业 生 产 中 ， 有 一 些 容 量 很 大 的 冲 击 性 负 荷 （ 如 炼钢 电 炉 、 黄 磷 电 炉 、 轧 钢 机 等 ） ， 他 们 使 电 网 电 压 严 重 波 动 ，功 率 因 数 恶 化 。 一 般 并 联 电

24、容 器 的 自 动 切 换 装 置 响 应 太 慢 无法 满 足 要 求 。 因 此 必 须 采 用 大 容 量 、 高 速 的 动 态 无 功 功 率 补偿 装 置 ， 如 晶 闸 管 开 关 快 速 切 换 电 容 器 ， 晶 闸 管 励 磁 的 快 速响 应 式 同 步 补 偿 机 等 。 目 前 已 投 入 到 工 业 运 行 的 静 止 动 态 无 功 补 偿 装 置 有 ： 可 控饱 和 电 抗 器 式 静 补 装 置 ； 自 饱 和 电 抗 器 式 静 补 装 置 ； 晶 闸 管控 制 电 抗 器 式 静 补 装 置 ； 晶 闸 管 开 关 电 容 器 式 静 补 装 置 ； 强

25、迫 换 流 逆 变 式 静 补 装 置 ； 高 阻 抗 变 压 器 式 静 补 装 置 等 。 无 功 补 偿 后 工 厂 计 算 负 荷 的 确 定 无 功 补 偿 的 并 联 电 容 器 ， 可 装 设 在 车 间 的 低 压 母 线 上 ， 也 可 装设 在 工 厂 的 高 压 母 线 上 ， 在 实 际 应 用 中 ， 电 容 器 尽 可 能 接 在 高 压 侧 ，这 是 因 为 补 偿 所 需 的 电 容 器 容 量 大 小 与 电 压 的 平 方 成 正 比 。 补 偿 后 计 算 公 式 ： 3030 PP C3030 QQQ 23023030 QPS N3030 3 USI 如

26、 某 工 厂 的 有 功 计 算 负 荷 为 650kW， 无 功 计 算 负 荷 为800kvar。 为 使 工 厂 的 功 率 因 数 不 低 于 0.9， 现 要 在 工 厂 变 电站 低 压 侧 装 设 并 联 电 力 电 容 器 组 进 行 无 功 补 偿 ， 问 需 要 装 多少 补 偿 容 量 的 并 联 电 力 电 容 器 ？ 补 偿 前 工 厂 变 电 站 主 变 压 器的 容 量 选 择 为 1250kV， 则 补 偿 后 工 厂 变 电 站 主 变 压 器 的 容量 有 何 变 化 ？步 骤 ：（ 1） 二 次 侧 未 补 偿 前 功 率 因 数（ 2） 二 次 侧 要

27、达 到 的 功 率 因 数 值（ 3） 二 次 侧 要 补 偿 的 无 功 功 率（ 4） 二 次 侧 的 视 在 计 算 负 荷 ， 一 次 侧 考 虑 变 压 器 损 耗 后 的视 在 计 算 负 荷 ， 综 合 考 虑 且 满 足 SN要 比 S30大 一 点 ， 留 有 余量 和 结 合 变 压 器 型 号 ， 决 定 变 压 器 容 量 。 （ 5） 验 证 高 压 侧 功 率 因 数 是 否 大 于 0.9 电 力 变 压 器 的 功 率 损 耗 ， 在 一 般的 负 荷 计 算 中 ， 可 采 用 简 化 公 式来 近 似 计 算 ， 如 ：有 功 功 率 损 耗 ：无 功 功 率 损 耗 ： 式 中 S30为 变 压 器 二 次 侧 的 视 在 计 算 负 荷 ， 它 是 选 择变 压 器 的 基 本 依 据 。 30T 015.0 SP 30T 06.0 SQ 变 压 器 表