負荷計算講訴

1、第四章負荷計算本章學習目標1、掌握計算負荷概念和計算方法。2、掌握網(wǎng)損計算。3、掌握無功補償原理和計算方法。本章教學內(nèi)容1、負荷調(diào)查與分析。2、負荷熱效應與計算負荷概念。3、負荷計算方法。4、功率與電能損耗計算。5、無功功率補償。6、負荷計算示例。本章重點1、計算負荷概念和需要系數(shù)法。2、電網(wǎng)損耗計算。3、無功補償原理與計算。本章難點1、計算負荷概念，二項式法。2、三相不平衡負荷處理。3、變壓器損耗計算。本章學習方法建議及參考資料學習方法：1、掌握等效法的本質(zhì)與要素，并以此理解計算負荷概念、年最大 負荷利用小時數(shù)、年最大損耗小時數(shù)、三相不平衡負荷處理等難點內(nèi) 容。2、熟練掌握變壓器主要參數(shù)，深

2、刻理解這些參數(shù)的含義，并用于 網(wǎng)損計算。3、從感性、容性阻抗出發(fā)理解感性和容性無功功率，理解電流與 無功的關系，進而理解低功率因數(shù)的后果及補償原理和方法。4、從幾種負荷計算方法入手，理解工程問題的不確定性和模糊性， 并因此理解解決手段的局限性和不完美性，更進一步，應學會如何應 用不完美方法得到的結果。參考資料：1、城市電網(wǎng)規(guī)劃與改造.藍毓俊主編.中國電力出版社.2004 年6月2、電力負荷特性分析與預測.趙希正編著.中國電力出版 社.2002年3月4. 1. 1負荷曲線負荷即供配電系統(tǒng)所承擔的任務。全面、準確地認識與掌握負荷 的屬性，是供配電系統(tǒng)設計、運行控制與維護管理的最重要基礎。負 荷屬性

3、包含了很多方面的內(nèi)容，本章主要討論負荷的量值問題。按工程研究的一般方法，對負荷的研究可以從兩方面入手：一是 機理研究，即研究各種用電設備產(chǎn)生電能需求的原理和特性；二是現(xiàn) 象研究，即通過觀察用電設備實際產(chǎn)生了何種電能需求，來總結規(guī)律。 由于供配電系統(tǒng)面對的是大量的各種各樣的用電設備，更關注大量用 電設備總體對電能的綜合需求，因此機理研究的方法在大多數(shù)時候不 適合于供配電系統(tǒng)的負荷研究，工程上主要采用現(xiàn)象研究的方法?，F(xiàn)象研究就要從調(diào)查開始。首先用科學的方法選取被調(diào)查的對象 （樣本），然后對相關的現(xiàn)象和參數(shù)進行記錄，最后對記錄進行分析 計算，找出規(guī)律。電力系統(tǒng)普遍采用負荷曲線來記錄負荷量值隨時間 的

4、變化。常用的負荷曲線有以下幾種。一、即時負荷曲線供配電系統(tǒng)中某一點的有功功率和無功功率瞬時值隨時間變化的 曲線，稱為該點的即時負荷曲線，一般由變配電所的自動記錄儀記錄， 如圖4. 1. 1 -1所示。日負荷曲線以一天為一個報告期，以一定的時間間隔讀取有功和無功功率的 量值大小，并認為在前后兩次讀取的間隔期內(nèi)，功率大小總是等于前 一次讀取的量值，以此繪制出如圖4. 1. 1-2所示的階梯型日負荷曲線。讀取功率值的時 間間隔可以取1 5m i n、3 0 m i n、60 m i n等幾種，現(xiàn) 在也有學者建議取為5min。在供配電系統(tǒng)中，一般采用30min的間隔 取值。為了方便，工程上常用一些典型

5、的日負荷曲線來近似一定時期內(nèi) 的實際日負荷曲線，這些典型負荷曲線主要有冬（夏）日典型日負荷 曲線、最大生產(chǎn)班日負荷曲線等。三、負荷年持續(xù)曲線它不是直接讀取數(shù)據(jù)繪制的曲線，而是對全年日負荷曲線的數(shù)據(jù) 進行統(tǒng)計處理的結果，有時也簡稱年負荷曲線。它的繪制方法如下。將一年中所有日負荷曲線上的功率值由大到小依次排列，并在功 率一時間坐標系上從左到右依次繪制出來，每一功率值所對應的時間 長度為該功率值在一年中出現(xiàn)的累計時間，這樣便得到負荷年持續(xù)曲 線。為減小工作量，工程上一般取典型冬季和夏季日負荷曲線各一條， 并按氣象條件確定一年中冬、夏日的天數(shù)（如南方典型值為冬季165天，夏季200天，北方則相反），據(jù)

6、此繪制出負荷年持續(xù)曲線，如圖4. 1. 1- 3 所示。t/k圖 4l1-34. 1. 2負荷曲線指標負荷曲線給出了負荷量值隨時間變化的直觀圖象，但在大多數(shù)工 程應用中，我們并不關心每一時刻的負荷量值，而是對負荷的某些特 征值感興趣，這些特征值是我們從負荷曲線上提煉出來的，稱為負荷 曲線的指標。工程應用的目的不同，所關注的指標也不同，因此即使 對同一種負荷曲線，也可以提煉出多個指標。將負荷曲線的各種指標 歸納分類，就構成了負荷曲線的指標體系。負荷指標可分為描述型與比較型兩大類。描述型指標是用負荷曲 線上的數(shù)據(jù)直接運算得出的特征值，比較型指標是對描述型指標進行 再運算后得出的特征值。以下介紹幾種

7、常用的負荷曲線指標。一、描述型指標（1）最大（?。┴摵伞蟾嫫冢ㄈ?、月、季、年）內(nèi)記錄的負荷 中，量值最大（?。┑囊粋€，記作pmax （ pmin）和qmax （ qmin）。最大、 最小負荷不僅表明了負荷的極值，還表明了負荷波動的范圍。（2）峰（谷）值時間。報告期（日、月、季、年）內(nèi)最大負荷與 最小負荷出現(xiàn)的時刻，一般以日負荷曲線應用居多。（3）平均負荷。與實際負荷在報告期（日、月、季、年）內(nèi)消耗 電能相等的一個恒定負荷，叫做實際負荷在報告期內(nèi)的平均負荷，記 作 pav、qav。即(4. 1. 2-1 )(4. 1. 2-2)式中：t報告期時間長度（h）;w p報告期的總有功電能（kwh）;

8、w q報告期的總無功電能（k var h ）。我們常用的有：日平均負荷和年平均負荷。二、比較型指標（1）最大峰谷差。報告期（日、月、季、年）內(nèi)最大負荷與最小 負荷之差。（2）有（無）功負荷系數(shù)口（e）。又稱負荷率，指平均負荷與最大負荷之比，即(4. 1. 2-3)(4. 1. 2-4)負荷系數(shù)反映了負荷曲線的波動程度。a的典型值為0. 700. 75,3的典型值為0. 760. 82?？梢?，無功負荷的波動較有功負荷更為平緩。（3）年最大負荷利用小時數(shù)tmax。假設用戶以年最大負荷pmax 持續(xù)運行，要消耗掉實際負荷在全年消耗的電能，需要tmax小時，則 稱t max為年最大負荷利用小時數(shù)，即：

9、耳iwcznax = i-, p #(4. 1. 2-5)式中：pmax 年負荷最大值；p（t）年實際負荷。tmax是一個重要的技術經(jīng)濟指標，它以時間這一參量來反映設備 利用率。因為我們可以認為電力設備容量是按最大負荷配置的，若實 際運行負荷一直持續(xù)為最大負荷，則設備容量在所有時間都被充分利 用，t max為一年的總時間876 9小時。但實際上，在很多時間里運行負 荷并未達到最大負荷值，設備容量閑置程度與運行負荷偏離最大值的 程度和相應的持續(xù)時間相關。tmax巧妙地將偏離程度與持續(xù)時間這兩 個關聯(lián)因素同時包含了進來，只要將實際的tmax與8760小時（一年總 小時數(shù)）作比較，就可得出設備利用率

10、的準確數(shù)據(jù)。tmax典型值的范圍很大，大致為1 500h7000h,其中工業(yè)用戶一 般大于民用用戶，生產(chǎn)過程不間斷的工業(yè)用戶（如化工企業(yè)等）又大 于生產(chǎn)過程可間斷的工業(yè)用戶。提高tmax,不管是對電力企業(yè)還是對 電力用戶都具有積極意義。4. 2.1負荷熱效應一、問題的由來在設計一個供配電系統(tǒng)時，我們首先要知道這個系統(tǒng)承擔的負擔 有多重。假設在設計時已經(jīng)知道系統(tǒng)的負荷曲線，由于負荷總是時刻 變化著的，我們到底應該取曲線上的最大值、平均值還是最小值作為 設計依據(jù)呢？或問，一個量值為1 0 0 k v a、持續(xù)時間為5 m i n的負荷， 與一個量值為75k va、持續(xù)時間為7min的負荷，對供配電

11、系統(tǒng)來說到 底誰是一個更重的負擔？單從負荷本身的角度來看，以上問題是得不到答案的，因為它涉 及到量值大小和持續(xù)時間兩個相互耦合的因素。答案必須從承擔負荷 的對象一一供配電系統(tǒng)上尋找?？疾熵摵稍谙到y(tǒng)上到底產(chǎn)生了些什么效 應，再分析系統(tǒng)對這些效應的承受能力。從系統(tǒng)承受能力的角度，我 們才有可能找到負荷輕重的判據(jù)。負荷在供配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的效應按物理量來分類，可分為電效應 和非電效應。電效應如電壓降落、電能損耗等，非電效應主要是熱效 應和力效應。電效應與非電效應相互之間是有關聯(lián)的。長期的工程實 踐發(fā)現(xiàn)，非電效應中的熱效應是決定系統(tǒng)對負荷承受能力的主要因素 之一。以下就著重對負荷的熱效應進行分析。二、負

12、荷熱效應與系統(tǒng)承載力的關系工程上將設備壽命看作正常工作條件下系統(tǒng)承受負荷能力的最主 要約束條件。電氣設備的壽命主要取決于其長期工作溫度，而工作溫 度又是發(fā)熱和散熱動態(tài)平衡的結果。發(fā)熱主要源于電能損耗，散熱則 主要取決于環(huán)境條件。對于一個已經(jīng)建造好的系統(tǒng)來說，環(huán)境條件是 確定的，因此工作溫度主要取決于發(fā)熱，即電能損耗大小，而損耗大 小又取決于負荷大小與持續(xù)時間。系統(tǒng)對負荷的承受能力與負荷量值 大小這兩個因素，就通過以上途徑相互關聯(lián)起來了。圖4. 2. 1是電氣設備溫升與負荷量值的關系曲線。從圖中可以看出， 設備通電后溫度按指數(shù)規(guī)律上升，經(jīng)過（35）。（。為溫升時間常數(shù)） 達到熱平衡，溫度趨于穩(wěn)定

13、。因此，某一量值的負荷作用于系統(tǒng)上的 時間至少要達到3 t,其熱效應才會充分體現(xiàn)。ffl4 2.1從以上分析可知，以電氣設備工作壽命為約束條件，可將負荷在 系統(tǒng)上達到的溫升作為評價負荷輕重的判據(jù)。若負荷以某一量值持續(xù) 作用時間超過3 g則溫升與負荷量值大小一致，可用負荷量值大小直 接比較；若作用時間小于3 t,則判別會較為復雜，因為一個量值小但 持續(xù)時間長的負荷，可能比一個量值大但持續(xù)時間短的負荷帶來更高 的溫升。4. 2. 2計算負荷概念一、定義計算負荷是一個假想的恒定的持續(xù)性負荷，計算負荷所產(chǎn)生的熱 效應與實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。計算負荷記作pc、qc、sc。計算負荷是實際負荷

14、的一個溫升等效負荷。有了計算負荷，就可 以方便地比較不同負荷在系統(tǒng)上產(chǎn)生的熱效應大小。換句話說，就可 以從熱效應的角度判別不同負荷對系統(tǒng)產(chǎn)生的負擔的輕重。二、工程應用工程上如何求得一個實際變化負荷的計算負荷呢？首先，忽略負 荷曲線上持續(xù)時間小于3。的負荷量值，因為負荷的溫升效應要持續(xù)以 上的時間才能充分體現(xiàn)。然后，列出持續(xù)時間大于3 的所有負荷量值， 其中的最大者，就是計算負荷。若負荷是連續(xù)變化的，可取平均負荷 進行比較。供配電系統(tǒng)中，溫升時間常數(shù)。一般為1030min,取最不利值為 10m in,于是得出工程上確定計算負荷的原則：30 min平均負荷的最大 值，就是計算負荷。一般以日負荷曲線

15、來確定計算負荷。從前面的介紹可知，日負荷 曲線本來就是以30min時間間隔繪制的階梯型曲線，可以近似認為曲 線上的每一個量值都持續(xù)了至少30min。因此，從工程應用的角度看，計算負荷的確定可簡化為：30min階梯型日負荷曲線上的最大值，就是 計算負荷。即：禺式中：pc、qc、sc計算有功功率（kw）、無功功率（kvar）、視在功率（kv a ）;pmax、qmax、3 0 mi n日負荷曲線上的最大有功功率（kw）和最 大無功功率（kvar）;i c計算電流 （a）；un 系統(tǒng)標稱電壓（kv）。實際上，由于pmax、qmax 一般并不出現(xiàn)在同一時刻，因此4 t吊+只是一個偏于保守（偏大）的近似

16、估算，i c也是如此。三、概念的深化與拓展圖4. 2. 2可以幫助我們更好地理解計算負荷的概念。圖（a）和圖（b）分別表示兩臺功率相同、但工作制不同的電動機在導線上產(chǎn)生的 溫升。從圖中可以看出，盡管兩臺電動機的額定功率都為pr,且都以 額定狀態(tài)工作，但連續(xù)工作制電動機的穩(wěn)定溫升。1大于周期工作制電 動機的穩(wěn)定溫升02,與01對應的計算負荷為pr,而與勾對應的計算 負荷則小于procb圖4.2 2計算負荷的概念實際上是工程上一個更普遍的方法一一等效法的 一個應用實例。說到等效，一定要清楚誰與誰等效，什么 效”相等。 在計算負荷的概念中，就是用一個持續(xù)的恒定的假想負荷去等效一個 時刻變化著的負荷，

17、兩者的 溫升”（即 熱效應”）這一效”相等。可以 說，計算負荷雖然反映了實際負荷的長期熱效應，但并未反映實際負 荷的所有屬性，即使從量值上來說也是如此。如電動機啟動時，啟動 電流遠大于額定電流，啟動電流產(chǎn)生的電壓波動就不是計算電流所能 表達的。再如，熔斷器是靠高溫熔斷的，選用時要考慮秒級甚至毫秒 級的短時熱效應，這時計算電流不再有用。在考慮秒級的熱效應時， 工程上常采用另一個概念尖峰電流，它是指持續(xù)時間不小于1秒的 最大電流。尖峰電流也是以一個恒定的交流電流來等效一個變化的實 際電流，依然是以 溫升這一 效”相等為依據(jù)，但考察的是短時溫升。 當我們要計算電動機的啟動電流（一個從通電到啟動完成期

18、間不斷變 化的電流）是否會使熔斷器誤熔斷時，就可以采用尖峰電流進行計算。以上討論是要說明以下兩點。第一，計算負荷是用等效的方法提 出的反映實際負荷長期熱效應的參數(shù)，但它并不能反映負荷的所有屬 性；第二，為了反映負荷的其他屬性，我們還可以提出別的概念或參 數(shù)，只要這些概念或參數(shù)具有技術合理性并被工程界所認可，他們就 可能被普遍應用。4. 3.1需要系數(shù)法對已經(jīng)運行的系統(tǒng)，只要記錄下其日負荷曲線，就可以讀出計算 負荷大小。但在工程設計階段，負荷曲線往往是未知的，這種情況下 如何估算計算負荷大小，就是負荷計算要解決的問題。負荷計算屬于負荷預測的一個分支。所謂預測，大多是依據(jù)過去 的事實（歷史）來推斷

19、未來的情況，其得以成立的前提是這樣一個假 定：未來會按一定的規(guī)律重復歷史。從精確的意義上說，這一假定在 絕大多數(shù)情況下都是不成立的，但在一定的約束條件下，在工程所允 許的誤差范圍內(nèi)，按這一假定作出的預測很多時候還是有實際意義的。 讀者在學習負荷計算方法時，務請牢記這一背景。一、需要系數(shù)需要系數(shù)法是根據(jù)用電設備功率來推測計算負荷的一種負荷計算 方法。先對已經(jīng)運行的系統(tǒng)進行調(diào)查分析，方法為按一定的規(guī)則（如 工藝相關性等）將用電設備進行分組，找出各組設備功率與計算負荷 的關系并提出相應的參數(shù)，然后用這些參數(shù)去推測一個類似的待建系 統(tǒng)的計算負荷。研究發(fā)現(xiàn)，用電設備組的計算有功功率與同組設備功 率總和之

20、比是一個值得關注的參數(shù)，稱其為需要系數(shù)，記作kd,即r 凡2=1式中：k d 用電設備組需要系數(shù)；pc 用電設備組計算負荷；pn1用電設備組單臺設備功率；n設備臺數(shù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，很多同類用電設備組的kd數(shù)值都比較相近，見附 錄1 ,這使我們有理由相信，在待建的系統(tǒng)中，類似的用電設備組也應 該有同樣的需要系數(shù)，這就是我們用需要系數(shù)法進行負荷計算的依據(jù)。kd 一般不等于1。分析發(fā)現(xiàn)，造成pc與日 不相等的原因主要有 以下幾點。（1） 一組設備并不一定同時處于工作狀態(tài)。（2）處于工作狀態(tài)的設備，其工況不一定都處于額定運行狀態(tài)。（3）電動機等電氣設備的額定功率為軸功率，與輸入電功率并不 相等，其間有

21、一個效率的差異。（4）考慮電網(wǎng)損耗，系統(tǒng)向用電設備組提供的功率與設備組消耗 的功率并不相等。以上（1） 、（2）條使kd趨向于小于1,而（3） 、（4）條使kd趨向于大于1。綜合來看，kd 一般總是小于1的。二、需要系數(shù)法的計算步驟1、 設備分組按給定的需要系數(shù)表格（見表4. 3. 1）將用電設備分成若干組。表4. 3. 1用電設備組的需要系數(shù)、二項式系數(shù)及功率因數(shù)值用電設備組名 稱需要系數(shù)kd二項式系數(shù)最大容量設備臺 數(shù)xcos9tg，bc小批生產(chǎn)的金 屬冷加工機床0.16 0.20.140.450.51.73大批生產(chǎn)的金0.18 0.10.550.51.7屬冷加工機床0.2543小批生產(chǎn)的

22、金 屬熱加工機床0.25 0.30.2 40.450.61.33大批生產(chǎn)的金 屬熱加工機床0.3 0.350.260.550.651.17通風機、水泵、 空壓機及電動 發(fā)電機組0.7 0.80.6 50.2 550.80.7 5非連鎖的連續(xù) 運輸機械及鑄 造車間整砂機 械0.5 0.60.40.450.750.8 8連鎖的連續(xù)運 輸機械及鑄造0.65 0.70.60.250.750.8 8車間整砂機械鍋爐房和機加 工、機修、裝配 等類布間的吊 車（ =25%0.1 0.150.060.230.51.73鑄造車間的吊 車（ =25%0.15 0.250.090.330.51.73自動連續(xù)裝料 的

23、電阻爐設備0.75 0.80.70.320.950.33非自動連續(xù)裝 料的電阻爐設 備0.65 0.70.70.320.950.33實驗室用的小 型電熱設備（電 阻爐、干燥箱 等）0.70.70-1.00工頻感應電爐 （未審兒功補 償裝置）0.8-0.352.68高頻感應電爐 （未審兒功補 償裝置0.8-0.61.33電弧熔爐0.9-0.870.5 7點焊機、縫焊機0.35-0.61.33對焊機、怫釘加 熱機0.35-0.71.0 2自動弧焊變壓 器0.5-0.42.29單頭手動弧焊 變壓器0.35-0.352.6 8多頭手動弧焊 變壓器0.4-0.352.6 8單頭弧焊電動 發(fā)電機組0.35

24、-0.61.33多頭弧焊電動 發(fā)電機組0.7-0.750.8 8 如果用電設備組的設備總臺數(shù)n2x時，則最大容量設備臺數(shù) 取x = n/2,且按四舍五入”修約規(guī)則取整數(shù)。這里的cos和tge值均為白熾燈照明數(shù)據(jù)。如為熒光燈照明， 則 cosp = 0. 9 , tgp = 0. 48 ;如為高壓汞燈、鈉燈、則 co sp = 0. 5 , tgf = 1.7 3。2、計算設備功率pn需要系數(shù)法中的設備功率pn并不完全等同于設備額定功率pr,應 按如下方法計算。(1)連續(xù)工作制設備：國=耳(2)斷續(xù)工作制電動機類設備，應統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為25% 時的等效額定功率，即式中：4電動機額定負載持續(xù)

25、率；與一一要求換算到的負載持續(xù)率，本式即25%。(3)斷續(xù)工作電焊機類負荷，應統(tǒng)一換算到負載持續(xù)率為100% 時的等效額定功率，即國=4后(4)照明設備應考慮鎮(zhèn)流器等輔助元件的附加功率：白熾燈光源的照明設備：pn = p.熒光燈光源的照明設備：帶普通型電感鎮(zhèn)流器，pn = 1. 25pr帶節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，pn = 1. 15pr帶電子鎮(zhèn)流器，pn = 1. 10pr高強度氣體放電光源的照明設備：帶普通電感鎮(zhèn)流器，pn = 1. 15pr帶節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，pn=1. 10pr(5)整流變壓器的設備功率是指直流功率。3、單個設備組計算負荷當設備臺數(shù)n3臺時，按以下公式計算。氏=4工國i j=l

26、廠幽kd用電設備組需要系數(shù)，見表4.3.1;pc、qc、sc用電設備組計算負荷（kw）;i c計算電流（a）；p n i用電設備組單臺設備功率（kw）;tan。用電設備組功率因數(shù)角正切值，見表4. 3.1;un 系統(tǒng)標稱電壓（kv）;n設備臺數(shù)。4、多個設備組的計算負荷當供電范圍內(nèi)有若干個性質(zhì)不同的用電設備組時，按以上13的 步驟分別計算每一組的計算負荷，相加之后再乘以同時系數(shù)，即赭=治二心汨qce = gqxoc jj=lscg = j臉 + q為式中：為2、2吃、甌多個用電設備組總的計算有功、無功、視在功 率；%； qcj第j個用電設備組的計算有功、無功功率；m用電設備組數(shù)；&p有功功率同

27、時系數(shù)，一般取值為0. 81.0,對配電干線范 圍內(nèi)的負荷取較小值，對變配電所范圍內(nèi)的負荷取較大值；2無功功率同時系數(shù)，一般取值為0.931.0。有、無功同時系數(shù)是對各用電設備組負荷曲線峰值時間可能不一 致進行修正的系數(shù)。三、對需要系數(shù)法的評價需要系數(shù)法簡單直觀，適用于設備臺數(shù)較多，且設備功率相差不 大的用電設備組負荷計算。但若使用不當，結果可能誤差過大，甚至 出現(xiàn)荒謬的結果，見下例?！纠磕耻囬g有5臺通風設備，其中一臺22kw,另4臺每臺0. 5kw, 試用需要系數(shù)法求其計算有功功率?！窘狻?查表4.3.1, 通風機、水泵、空壓機及電動發(fā)電機組”設備 組，取需要系數(shù)kd = 0. 8,得pc

28、=0. 8x（2 2+4x0.5） kw=1 9. 2kw這一結果顯然是錯誤的。因為即使只有一臺22k w通風設備工作， 按n3的單個用電設備組計算負荷按下式計算。旦二3工瑜+41=1(4. 3. 2-1 )0c 二4t加夕(4. 3. 2-2)式中：b、c二項式系數(shù)，見表 4.3.2;pni用電設備組第i臺設備功率；x 設備組中功率最大的設備臺數(shù)，見表4. 3. 1;p x功率最大的x臺設備的功率之和；pc、qc 計算有功、無功功率。公式(4. 3. 2-1)中第一項與需要系數(shù)法有相同含義，稱為均值項； 第二項是對大功率設備產(chǎn)生的偏差進行修正，稱為附加項。表4. 3. 1用電設備組的需要系數(shù)

29、、二項式系數(shù)及功率因數(shù)值用電設備組名 稱需要系數(shù)kd二項式系數(shù)最大容量設備臺 數(shù)xcos9tgbc小批生產(chǎn)的金 屬冷加工機床0.16 0.20.140.450.51.73大批生產(chǎn)的金 屬冷加工機床0.18 0.250.140.550.51.73小批生產(chǎn)的金 屬熱加工機床0.25 0.30.240.450.61.33大批生產(chǎn)的金 屬熱加工機床0.3 0.350.260.550.651.17通風機、水泵、 空壓機及電動 發(fā)電機組0.7 0.80.6 50.2 550.80.7 5非連鎖的連續(xù) 運輸機械及鑄 造車間整砂機0.5 0.60.40.450.750.8 8械連鎖的連續(xù)運 輸機械及鑄造 車間

30、整砂機械0.65 0.70.60.250.750.88鍋爐房和機加 工、機修、裝配 等類布間的吊 車（ =25%0.1 0.150.060.230.51.73鑄造車間的吊 車（ =25%0.15 0.250.090.330.51.73自動連續(xù)裝料 的電阻爐設備0.75 0.80.70.320.950.33非自動連續(xù)裝 料的電阻爐設 備0.65 0.70.70.320.950.33實驗室用的小 型電熱設備（電 阻爐、干燥箱 等）0.70.70-1.00工頻感應電爐 （未審兒功補 償裝置）0.8-0.352.6 8高頻感應電爐 （未審兒功補 償裝置0.8-0.61.33電弧熔爐0.9-0.870.

31、57點焊機、縫焊機0.35-0.61.33對焊機、怫釘加 熱機0.35-0.71.0 2自動弧焊變壓 器0.5-0.42.29單頭手動弧焊 變壓器0.35-0.352.6 8多頭手動弧焊 變壓器0.4-0.352.68單頭弧焊電動 發(fā)電機組0.35-0.61.33多頭弧焊電動 發(fā)電機組0.7-0.750.8 8注： 如果用電設備組的設備總臺數(shù)n 小相 大荷 荷負 負大最不利的情況（即最我們不分別表述三相實際負荷大小，而是以最大相負荷乘以3作為其等效三相平衡負荷。二、處理的方法三相負荷不平衡緣于單相設備的接入。當系統(tǒng)有單相設備接入時， 應盡量做到三相平衡分配，但有時仍不能做到三相平衡。當不平衡的

32、 單相負荷容量小于三相平衡負荷容量的15%時，可不作處理，否則應 按等效三相平衡負荷處理。要找出最大負荷相，必須先知道每相的負荷大小。當單相設備接 于相電壓時，其消耗功率完全由本相電源供給，因此其容量完全屬于 本相負荷容量；當單相負荷接于線電壓時，其消耗功率由兩相電源共 同供給，其容量分屬不同的相，分解到每一相到底有多少，應進行相 應的換算。這種換算實際就是y-a變換，如圖4. 3. 4所示。圖4. 3. 4 ( a)中負荷全部接于線電壓，圖4. 3. 4 ( b)為其等效相電 壓負荷，等效的原則是各相電源供給的功率不變，或者說各相線電流 不變。按照這一原則，用電路分析方法推導出等效相電壓負荷

33、的計算 公式如下。1 313月=4式+短加%)+寫一瓶儂心)1 31 3q 式-+忑的+忑t皿j1313p2=+存,如劭3)+昂q 一瓶.外)1 31 3qa = 2式-彳+需血的。+。11。4(2)變壓器的年電能損耗t umax式中：awl線路的年有功電能損耗awt變壓器的年有功電能損耗kwh);(kw -h );top變壓器全年投入電網(wǎng)的運行時間(h);tmax年最大負荷損耗小時數(shù)(h)。4. 5.1功率因數(shù)的工程計算一、問題的工程背景所謂工程計算”，是相對于電工學中 原理性計算”而言的，這兩者 有什么不同呢？功率因數(shù)cos 4是反映無功功率相對大小的一個參量，電工學中有 明確的計算方法。

34、但在實際工程中，負荷是時刻變化著的，每一時刻 都有一個瞬時功率因數(shù)值。瞬時功率因數(shù)對系統(tǒng)控制等是一個有用的 參數(shù)，但不適合于電力公司對用戶功率因數(shù)情況的考核，因為不能僅 憑某一個或某幾個瞬時的量值來判斷用戶功率因數(shù)的長期情況。功率因數(shù)的工程計算，就是在這一背景下產(chǎn)生的。作為供方的電 力企業(yè)，需要用恰當?shù)膮?shù)來對用戶功率因數(shù)長期情況作出客觀評價； 而作為需方，電力用戶在系統(tǒng)設計階段就需要通過恰當?shù)膮?shù)，來評 估系統(tǒng)投入運行后能否通過電力企業(yè)的考核。二、電力企業(yè)對電力用戶功率因數(shù)的要求功率因數(shù)這一參量的本質(zhì)是反映無功功率在視在功率中的相對大 小。由于電力公司一般會定期抄表，讀取有功和無功電能數(shù)據(jù)，

35、因此 可以將一定時期內(nèi)無功電能的相對大小作為同期用戶功率因數(shù)的考核 指標，稱為平均功率因數(shù)，記作cos弧v,即阪cos%=| 彳橋+%（4. 5. 1 -1 ）式中：cos （j）a v月（日、年）平均功率因數(shù)；wp月（日、年）有功電能（kwh）;wq月（日、年）無功電能（kvarh）。電力公司對供配電系統(tǒng)平均功率因數(shù)的要求為：10kv及以上用戶 不低于0. 90, 0. 38kv用戶不低于0. 85。對達不到要求的用戶，電力公 司可采取經(jīng)濟處罰措施，甚至停止供電。三、設計階段功率因數(shù)按公式（4. 5. 1 -1 ） 才能計算出來，但在 均功率因數(shù)呢？由于 望根據(jù)這些數(shù)據(jù)來求 公司考核用的功率

36、因 的關系。請看以下簡辱cos批草=大 設在取數(shù)要算平均功率因數(shù)cos v需要掌握系統(tǒng)運行數(shù)據(jù) 階段，尚無系統(tǒng)運行參數(shù)，我們?nèi)绾吻笕∑?計階段我們掌握有計算負荷等數(shù)據(jù)，我們希 均功率因數(shù)，且結果與系統(tǒng)投入運行后電力 一致，這就需要我們找出pc、qc與cos（hv 導過程：(4. 5. 1 -2)式中：a、 3有功、無功負荷系數(shù)；pav、qav考核期平均有功功率（kw）、無功功率（kvar）;t 考核期時長（s）。可見，平均功率因數(shù)理論上完全可以用計算負荷來表達，其準確 度取決于“、3取值與實際情況的差異，以及計算負荷本身的準確度。 公式（4. 5. 1-2）就是供配電工程設計中常采用的功率因數(shù)

37、計算公式。4. 5.2無功補償原理與計算一、提高功率因數(shù)的意義及補償要求的產(chǎn)生無功功率是在電源與負荷之間來回交換的電功率，它是由電感性 和（或）電容性阻抗產(chǎn)生的。供配電系統(tǒng)中的用電設備以電感性居多， 因此在大多數(shù)情況下，總是需要電源提供感性無功功率。按電磁感應原理工作的設備需要建立電磁場才能正常工作，感性 無功功率的作用正是用于建立這個電磁場，因此無功功率不是無用的 功率，對很多設備來說沒有無功功率就不能工作。盡管無功功率不在 負荷中消耗，但它在負荷與電源之間交換時必然會通過電網(wǎng)，會造成 網(wǎng)損增加、電壓損失加大、電網(wǎng)設備和線纜利用率降低等不良后果。 減少電網(wǎng)中的無功功率，對供配電系統(tǒng)具有多方面

38、的重要意義，電力 公司對此也有明確的要求。減少電網(wǎng)中的無功功率首先應著眼于提高自然功率因數(shù)，即提高 設備本身的功率因數(shù)并降低電網(wǎng)的無功功率損耗，這包括合理選用電 動機、變壓器以達到較佳工況、合理選擇變配電所位置以減小線路長 度、合理調(diào)度運行等措施。在采取以上措施后若仍不能滿足功率因數(shù) 要求，則應進行人工補償。二、無功功率補償原理當用戶平均功率因數(shù)達不到要求時，需要進行功率因數(shù)的人工補 償。所謂補償，并不是減少設備本身的無功功率需求，而是減少設備 向電源索取的無功功率。這就需要就近向設備提供其所需的無功功率， 或者說需要在設備附近設置一個無功電源，這個無功電源就叫做補償 裝置。圖4. 5. 2為

39、無功補償?shù)脑恚貉a償前負荷向電源索取無功功率 qc, qc通過整個電網(wǎng)；補償后補償裝置向負荷提供一定量的無功功率 qcc,通過電網(wǎng)的無功功率因此減少為（qc qcc）。電源輸電線混lw配電線路輸電瞬路qq盤無助補償裝置電信0k3d圖452供配電系統(tǒng)多為感性系統(tǒng)，因此無功補償就是向系統(tǒng)注入容性無 功功率。常用的補償裝置有同步發(fā)電機和電容器。同步發(fā)電機主要用 于輸變電系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)，供配電系統(tǒng)中則主要采用電容器補償。近 年來結合電力電子等新技術，出現(xiàn)了兼有無功補償、諧波補償、電壓 波動與閃變補償?shù)榷喾N功能的綜合補償裝置。本節(jié)主要介紹常規(guī)的電 容器補償。三、補償容量計算設用戶補償前的平均功率因數(shù)為c

40、os% ,要求補償后達到cos%則補償前：補償后：tan 做二qav qcc =做 一 qcc式中：pav、qav補償前的平均有功功率（kw）、無功功率（kvar） pc、qc補償前的計算有功功率（kw）、無功功率（kvar） qcc無功補償容量（kvar）;a、 3有功、無功負荷系數(shù)。從上兩式可求出無功補償容量為：qcc 陶（施科t獨苗）四、補償電容器數(shù)量計算補償容量是靠多臺電容器拼搭出來的。設單臺電容器提供的補償 容量為qr,則補償所需電容器臺數(shù)n為：用）絲 2對三相電容器，n必須是整數(shù)；對單相電容器，n不僅必須是整數(shù)， 還必須是3的倍數(shù)，因為補償是針對三相系統(tǒng)的。所以有時實際補償 量會大

41、于計算補償量，這時應對補償后的實際功率因數(shù)重新校核。4. 5.3補償電容器的接線方式、裝設地點及控制方式一、接線方式補償電容器的基本接線有三角形和星形兩種，理論上兩種接法均 可，但在實際工程中，三角形接法時電容器直接接在線電壓上，哪怕 只有一只電容器發(fā)生貫穿性擊穿，就會形成相間短路，故障電流很大， 而星形接法發(fā)生同樣故障時，只是非故障相電容器承受的電壓由相電 壓升高為線電壓，故障電流僅為正常電容電流的3倍，遠小于短路電 流。因此，在較低電壓等級的系統(tǒng)中才采用三角形接線，在高壓系統(tǒng) 中均采用星形接線。就供配電系統(tǒng)來說，10 kv以上系統(tǒng)采用星形或雙 星形接線，0. 38kv系統(tǒng)采用三角形接線。在

42、采用星形接法時，為了充分利用電容器的容量，最好選擇按相 電壓標定額定電壓的電容器，如10kv系統(tǒng)可選用額定電壓11 kv kv的 電容器作星形連接，若選用額定電壓11kv的電容器，因為工作時只承 受相電壓，其實際補償容量僅為標稱容量的1/3。二、裝設地點理論上，補償裝置距負荷越近，補償效果作用范圍越大，但受補 償?shù)呢摵煞秶叫?。在供配電系統(tǒng)中，綜合考慮造價、運行控制、維 護管理等因素，一般有三種安裝方式可供選擇：就地補償，低壓集中 補償和中（高）壓集中補償。1、就地補償將補償裝置設置在用電設備附近，一般與設備一起投切。這種方 式補償效果作用范圍最大，從用電設備至電源的整個電網(wǎng)都減少了無 功功率

43、，但投資大、維護管理不變，且存在涌流沖擊、與用電設備相 互影響等諸多技術問題，一般使用較少。2、低壓集中補償將補償裝置設置在變配電所0. 4kv低壓母線上，通常與變壓器相 對應，一般有手動或自動投切控制。這種方式不能減少低壓母線與用 電設備之間電網(wǎng)的無功功率，但可減少通過變壓器的無功功率，運行、 維護管理都比較方便，是目前較常用的一種方式，適合于大多數(shù)一次 降壓的供配電系統(tǒng)。3、中（高）壓集中補償將補償裝置設置在變配電所中（高）壓母線上，通常與電源進線 相對應。這種方式不能減少通過變壓器的無功功率，補償效果作用范 圍小，但裝設集中，受補償?shù)呢摵煞秶?，一般用于二次降壓的供?電系統(tǒng)中的次級變配電所。三、控制方式因為負荷是時刻變化著的，為了避免過補償?shù)那闆r出現(xiàn)，或為了 避免輕載時電壓偏高，可根據(jù)負荷變化情況對補償容量進行調(diào)整。常 用的方式有以下三種。1、固定無功補償即以恒定的補償容量進行補償，適用于負荷平穩(wěn)的系統(tǒng)。2、手動投切的無功補償根據(jù)系統(tǒng)所需補償量大小手動增加或減少補償電容器的組數(shù)，以 維持設定的功率因數(shù)范圍。這種控制方式適合于自然功率因數(shù)變化較 大，但變化不頻繁且有一定規(guī)律性的系統(tǒng)。3、自動投切的無功補償根據(jù)補償效果自動確定投、切電容器