全廠計算負荷確定

1、全廠計算負荷的確定全廠計算負荷的確定 為了選擇工廠變電站各種主要電氣設備的規(guī)為了選擇工廠變電站各種主要電氣設備的規(guī)格型號，以及向供電部門提出用電容量申請，必格型號，以及向供電部門提出用電容量申請，必須確定工廠總的計算負荷須確定工廠總的計算負荷S30和和I30。 在前述的內(nèi)容中，我們已經(jīng)用需要系數(shù)法或在前述的內(nèi)容中，我們已經(jīng)用需要系數(shù)法或二項式系數(shù)法確定了單臺設備、低壓干線、車二項式系數(shù)法確定了單臺設備、低壓干線、車間低壓母線的計算負荷。但要確定全廠的計算間低壓母線的計算負荷。但要確定全廠的計算負荷，還要考慮線路和變壓器的功率損耗以及負荷，還要考慮線路和變壓器的功率損耗以及無功補償。無功補償。(

2、1) 有功功率損耗有功功率損耗有功功率損耗是電流流過有功功率損耗是電流流過線路電阻線路電阻所引起的，故其計算公式為所引起的，故其計算公式為 PWL=3I302RWL103(kw)式中，式中，I30為線路的計算電流（為線路的計算電流（A）；）； RWL為線路每相的電阻（為線路每相的電阻（），），RWL=R0L，R0為線路單為線路單位長度的電阻（位長度的電阻（/km），），L為線路的計算長度（為線路的計算長度（km）。）。(2) 無功功率損耗無功功率損耗無功功率損耗是電流流過無功功率損耗是電流流過線路電抗線路電抗所引起的，故其計算公式為所引起的，故其計算公式為 QWL=3I302XWL103(kv

3、ar)式中，式中，XWL為線路每相的電抗（為線路每相的電抗（），），XWL =X0L，X0為線路單為線路單位長度的電抗（位長度的電抗（/km），一般對架空線路，其值為），一般對架空線路，其值為0.4/km左左右，對電纜線路，其值為右，對電纜線路，其值為0.08/km左右。左右。(3)線路上全年的電能損耗用線路上全年的電能損耗用W表示，其計算公式為：表示，其計算公式為：線路的功率損耗線路的功率損耗wL2303RIWa （年最大負荷損耗小時）（年最大負荷損耗小時）的物理含義：當線路或變壓的物理含義：當線路或變壓器中以最大計算電流流過器中以最大計算電流流過小時后所產(chǎn)生的電能損耗，小時后所產(chǎn)生的電能損

4、耗，恰與全年流過實際變化的電恰與全年流過實際變化的電流時所產(chǎn)生的電能損耗相等。流時所產(chǎn)生的電能損耗相等。 與與Tmax之間的關(guān)系如左圖之間的關(guān)系如左圖示。示。與與Tmax的關(guān)系可用公的關(guān)系可用公式表達為：式表達為： 87602maxT當當cos=1，且線路電壓不變時，全年的電能損耗為，且線路電壓不變時，全年的電能損耗為 ：876032maxwL230TRIWa例：有一條例：有一條35kV高壓線路給某工廠變電所供電。已知該線路長高壓線路給某工廠變電所供電。已知該線路長度為度為12km；采用鋼芯鋁線；采用鋼芯鋁線LGJ70，導線的幾何均距為，導線的幾何均距為2.5m，變電所的總視在計算負荷變電所的

5、總視在計算負荷S304917kVA，計算此高壓線路的，計算此高壓線路的有功和無功功率損耗。有功和無功功率損耗。解：解： PWL=3I302RWL103(kw) S302RWL/UN2103(kw) =49172/3520.4812103105kW QWL=3I302XWL103(kvar) S302XWL/UN2103(kvar) = 49172/3520.412103 94.7kvar導線表變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗變壓器同樣具有電阻和電抗，所以其功率損耗也包括有功功率損耗變壓器同樣具有電阻和電抗，所以其功率損耗也包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。和無功功率損耗兩部分。(1) 有功

6、功率損耗有功功率損耗變壓器的有功功率損耗又由兩部分組成：變壓器的有功功率損耗又由兩部分組成： 鐵損鐵損PFe:鐵損是變壓器鐵損是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗。變壓的有功損耗。變壓器主磁通只與外加電壓有關(guān)，當外加電壓和頻率恒定時，鐵損與負荷器主磁通只與外加電壓有關(guān)，當外加電壓和頻率恒定時，鐵損與負荷無關(guān)，是定值，且近似于無關(guān)，是定值，且近似于空載損耗空載損耗P0。 銅損銅損PCu：銅損是變壓器：銅損是變壓器負荷電流在一次、二次繞組的電阻負荷電流在一次、二次繞組的電阻中中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負荷電流（或功率）的平方成正比。且近似產(chǎn)生的有功損耗，其值與負荷電流（或功率）的平

7、方成正比。且近似于于短路損耗短路損耗Pk。因此變壓器的有功功率損耗為因此變壓器的有功功率損耗為PT P0 + Pk 2式中，式中，為變壓器的負荷率（為變壓器的負荷率（= Sc/SN），），SN為變壓器的額定容量；為變壓器的額定容量；Sc為變壓器的計算負荷；為變壓器的計算負荷；(2) 無功功率損耗無功功率損耗變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成： Q0，是變壓器空載時，由產(chǎn)生，是變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通主磁通的勵磁電流所造成的。的勵磁電流所造成的。和繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)。和繞組電壓有關(guān)，與負荷無關(guān)。即即式中，式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值。

8、為變壓器空載電流占額定電流的百分值。QN，是變壓器，是變壓器負荷電流在一次、二次繞組電抗負荷電流在一次、二次繞組電抗上所產(chǎn)生的無上所產(chǎn)生的無功功率損耗，其值與負荷電流（或功率）的平方成正比。功功率損耗，其值與負荷電流（或功率）的平方成正比。即即 式中，式中，Uk%為變壓器的短路電壓百分值。為變壓器的短路電壓百分值。因此，變壓器的無功功率損耗為因此，變壓器的無功功率損耗為在工程設計中變壓器的有功損耗和無功損耗也可以用下式估算在工程設計中變壓器的有功損耗和無功損耗也可以用下式估算對普通變壓器對普通變壓器P PT T 0.02S 0.02S3030, , Q QT T 0.08S 0.08S3030

9、對低損耗變壓器對低損耗變壓器P PT T 0.015S 0.015S3030, , Q QT T 0.06S 0.06S3030例：已知某車間變電所選用變壓器型號為例：已知某車間變電所選用變壓器型號為SJL1SJL11000/101000/10，電壓電壓10/0.4kV10/0.4kV，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：空載損耗，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：空載損耗P P0 0 2kW2kW，短路損耗短路損耗P PK K 13.7kW13.7kW，短路電壓百分值，短路電壓百分值U UK K4.54.5，空，空載電流百分值載電流百分值I I0 01.71.7，該車間的，該車間的S S3030800kVA800kVA，試計算，

10、試計算該變壓器的有功損耗和無功損耗。該變壓器的有功損耗和無功損耗。解解: : PT P0 + Pk 2=213.7（800/1000）210.8kWQ QT T=S=SN N( (I I0 0/100+/100+2U UK K/100/100) ) =1000 =1000（1.7/100+4.51.7/100+2 2/100/100）45.8kvar45.8kvar變壓器表SJL1SJL110001000（額定容量（額定容量KVAKVA）/10/10（高壓側(cè)額定電壓（高壓側(cè)額定電壓KVKV）工廠的功率因數(shù)和無功補償工廠的功率因數(shù)和無功補償 功率因數(shù)功率因數(shù)coscos值的大小

11、反映了用電設備在消耗了一定數(shù)量有值的大小反映了用電設備在消耗了一定數(shù)量有功功率的同時向供電系統(tǒng)取用無功功率的多少功功率的同時向供電系統(tǒng)取用無功功率的多少, ,功率因數(shù)高功率因數(shù)高, ,則取則取用的無功功率少用的無功功率少, ,功率因數(shù)低功率因數(shù)低, ,則無功功率大。則無功功率大。1.工廠的功率因數(shù)工廠的功率因數(shù)瞬時功率因數(shù)瞬時功率因數(shù) 瞬時功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由瞬時功率因數(shù)可由功率因數(shù)表直接測量，也可間接測量，即由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：UIP3cos 瞬時功率因數(shù)只是用來了解和分析工廠用電設備在生產(chǎn)過程瞬時功

12、率因數(shù)只是用來了解和分析工廠用電設備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，以便采取相應的補償措施。中無功功率的變化情況，以便采取相應的補償措施。工廠的功率因數(shù)和無功補償工廠的功率因數(shù)和無功補償 式中式中WP是某一時間內(nèi)消耗的有功電能；是某一時間內(nèi)消耗的有功電能；Wq是某一時間內(nèi)消耗是某一時間內(nèi)消耗的無功電能。我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費，規(guī)定要的無功電能。我國電業(yè)部門每月向工業(yè)用戶收取的電費，規(guī)定要按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。（其中實際功率因數(shù)按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。（其中實際功率因數(shù)0.85至至0.90者，在此期間可不減收電費，者，在此期間可不減收電費，0.85以下者應增收電費。）

13、以下者應增收電費。）平均功率因數(shù)平均功率因數(shù) 平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù)，指某一規(guī)定時間內(nèi)功平均功率因數(shù)又稱為加權(quán)平均功率因數(shù)，指某一規(guī)定時間內(nèi)功率因數(shù)的平均值，按下式計算：率因數(shù)的平均值，按下式計算：2pq2q2PP)(11cosWWWWW最大負荷時的功率因數(shù)最大負荷時的功率因數(shù)最大負荷時功率因數(shù)指在年最大負荷時的功率因數(shù)。可按下式計最大負荷時功率因數(shù)指在年最大負荷時的功率因數(shù)?？砂聪率接嬎悖核悖?030cosSP2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 電能損耗增加：當用電設備的有功功率一定時，功率因電能損耗增加：當用電設備的有功功率一定時，功率因數(shù)愈低，其供電線

14、路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。數(shù)愈低，其供電線路的電流愈大，線路的電力損耗隨之增加。 電壓損失加大：功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線電壓損失加大：功率因數(shù)低，通過線路的電流就大，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設備的正常運轉(zhuǎn)。路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設備的正常運轉(zhuǎn)。 供電設備利用率低：發(fā)電機發(fā)出的功率是有限的，當無供電設備利用率低：發(fā)電機發(fā)出的功率是有限的，當無功功率增加時，有功功率下降，發(fā)電機的效率降低。功功率增加時，有功功率下降，發(fā)電機的效率降低。國家標準規(guī)定：國家標準規(guī)定：“在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)應不低于在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)應不低于0.9，凡功率因數(shù)未達到上

15、述規(guī)定的，應在負荷側(cè)合理裝置集中與凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應在負荷側(cè)合理裝置集中與就地無功補償設備就地無功補償設備”。無功功率的補償無功功率的補償提高自然功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)自然功率因數(shù)：凡未裝任何補償設備時的功率因數(shù)自然功率因數(shù)：凡未裝任何補償設備時的功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)：不添加任何補償設備，采用科學措施減少用電設提高自然功率因數(shù)：不添加任何補償設備，采用科學措施減少用電設備的無功功率的需要量。它是備的無功功率的需要量。它是最經(jīng)濟功率因數(shù)提高的方法最經(jīng)濟功率因數(shù)提高的方法。a.合理選擇電動機的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。合理選擇電動機的容量，使其接近滿載運轉(zhuǎn)。一般選擇電動機的額一般選

16、擇電動機的額定容量為拖動負載的定容量為拖動負載的1.3倍。對實際負載不超過額定容量倍。對實際負載不超過額定容量40的電動的電動機，應更換為小容量的電動機。另外，異步電動機要向機，應更換為小容量的電動機。另外，異步電動機要向 電網(wǎng)吸收無電網(wǎng)吸收無功功率，而同步電動機功功率，而同步電動機 則可向則可向 電網(wǎng)電網(wǎng) 送出無功功率，所以對于負荷率送出無功功率，所以對于負荷率在在0.60.9的繞線式電動機，必要時可以使其的繞線式電動機，必要時可以使其同步化同步化，這時電動機可，這時電動機可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率，以提高功率因數(shù)。以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率，以提高功率因數(shù)。電動機電動機 空載空載 滿載滿

17、載3.02.0COS9.085.0COSb.防止感應電動機空載運轉(zhuǎn)防止感應電動機空載運轉(zhuǎn)。如設置空載自停裝置或降壓運行。如設置空載自停裝置或降壓運行。c.保證電動機的檢修質(zhì)量保證電動機的檢修質(zhì)量。電動機的定轉(zhuǎn)子之間氣隙增大和定子。電動機的定轉(zhuǎn)子之間氣隙增大和定子線圈的減少都會使勵磁電流增大，從而增加向電網(wǎng)吸收的無功線圈的減少都會使勵磁電流增大，從而增加向電網(wǎng)吸收的無功功率。因此，檢修時要保證電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。功率。因此，檢修時要保證電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。d.正確選擇變壓器容量。正確選擇變壓器容量。變壓器輕載時功率因數(shù)會降低，但滿載變壓器輕載時功率因數(shù)會降低，但滿載時有功損耗會增大因此，正確選擇變壓器容

18、量要考慮兩者的時有功損耗會增大因此，正確選擇變壓器容量要考慮兩者的平衡，提高變壓器的負載率（一般為平衡，提高變壓器的負載率（一般為7580比較合適）。比較合適）。對于負載率低于對于負載率低于30變壓器，應予以更換。變壓器，應予以更換。e.交流接觸器（感性負載）的節(jié)電運行。交流接觸器（感性負載）的節(jié)電運行?？捎么蠊β示чl管（開可用大功率晶閘管（開關(guān)元件，小電流控制大電流，無需無功功率）取代交流接觸器關(guān)元件，小電流控制大電流，無需無功功率）取代交流接觸器（其線圈是感性負載，消耗無功功率），或為了減少交流接觸（其線圈是感性負載，消耗無功功率），或為了減少交流接觸器的功率損耗，將交流接觸器改為器的功率

19、損耗，將交流接觸器改為直流運行直流運行（無聲運行）或無（無聲運行）或無電壓運行（交流接觸器合閘后用機械鎖扣裝置自行鎖扣）。電壓運行（交流接觸器合閘后用機械鎖扣裝置自行鎖扣）。 無功功率的補償無功功率的補償 人工補償法：自然功率因數(shù)的提高往往有限，還需采取人工補償法人工補償法：自然功率因數(shù)的提高往往有限，還需采取人工補償法a.使用同步電動機在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)使用同步電動機在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前，其功率因數(shù)超前0.80.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補償用感性電設備所時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補償用感性電設備所需要的無功功率。此補償方法因同步機構(gòu)造復雜，價格較

20、貴，維護需要的無功功率。此補償方法因同步機構(gòu)造復雜，價格較貴，維護麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。麻煩，只適用于大型工廠，一般企業(yè)不宜采用。b. 并聯(lián)電力電容器。并聯(lián)電力電容器。廣泛采用的一種補償裝置。廣泛采用的一種補償裝置。 電力電容器電力電容器電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用 由于電力系統(tǒng)不僅要消耗有功功率，也要消耗無功功率。由于電力系統(tǒng)不僅要消耗有功功率，也要消耗無功功率。 把能把能“發(fā)出發(fā)出”無功電力的電力電容器并接在負荷或供電設備無功電力的電力電容器并接在負荷或供電設備上運行，負荷或供電設備要上運行，負荷或供電設備要“吸收吸收”的無功電力正好由電容器

21、的無功電力正好由電容器“發(fā)出發(fā)出”的無功電力供給，從而起到無功補償作用的無功電力供給，從而起到無功補償作用 用電力電容器改善功率因數(shù)，可以獲得經(jīng)濟效益。但如果電用電力電容器改善功率因數(shù)，可以獲得經(jīng)濟效益。但如果電容性負荷過大會引起電壓升高，帶來的不良影響。因此要合理選容性負荷過大會引起電壓升高，帶來的不良影響。因此要合理選擇電力電容器的安裝容量擇電力電容器的安裝容量。 在變電站在變電站6 610kV10kV高壓母線上進行人工補償時，一般采用固定高壓母線上進行人工補償時，一般采用固定補償，其補償容量為：補償，其補償容量為： 在變電站在變電站0.38kV0.38kV，母線上進行補償時，都采用自動補

22、償，即，母線上進行補償時，都采用自動補償，即根據(jù)根據(jù)coscos測量值按其設定值自動投入或切除電力變壓器。測量值按其設定值自動投入或切除電力變壓器。電力電容器容量的確定電力電容器容量的確定)(2130tgtgPQc表表6-4 6-4 電力電容器部分型號表示電力電容器部分型號表示第一位第一位字母字母含義含義第二位第二位字母字母含義含義第三位第三位字母字母含義含義B標準標準D充氮單相充氮單相F復合介質(zhì)復合介質(zhì)Y移相用移相用W戶外式戶外式C串聯(lián)用串聯(lián)用Y油浸油浸S水冷水冷J均壓均壓T可調(diào)可調(diào)O耦合耦合L氯化聯(lián)苯浸漬氯化聯(lián)苯浸漬C沖擊放電沖擊放電L濾波用濾波用B薄膜薄膜M脈沖用脈沖用D一般接地一般接地

23、F防護用防護用R電容式電容式R電熱電熱確定并聯(lián)電力電容器的容量后，就可以選擇電力電確定并聯(lián)電力電容器的容量后，就可以選擇電力電容器的型號規(guī)格，并確定并聯(lián)電力電容器的數(shù)量。容器的型號規(guī)格，并確定并聯(lián)電力電容器的數(shù)量。 CY0.6-10-1：串聯(lián)油浸式額定電壓為：串聯(lián)油浸式額定電壓為0.6KV，標稱容量為，標稱容量為10kvar的單相電容器。的單相電容器。c.利用同步調(diào)相機作為無功功率電源，用來補償所需要的利用同步調(diào)相機作為無功功率電源，用來補償所需要的無功功率。無功功率。同步調(diào)相機是軸上不帶機械負載的同步電動機。同步調(diào)相機是軸上不帶機械負載的同步電動機。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的激磁電流的大小，可以改變其

24、輸出無功調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的激磁電流的大小，可以改變其輸出無功功率的大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少功率的大小，從而提高功率因數(shù)。這種方法目前已經(jīng)很少使用。使用。 無功功率的補償無功功率的補償 動態(tài)無功功率補償法動態(tài)無功功率補償法 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一些容量很大的沖擊性負荷（如煉在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一些容量很大的沖擊性負荷（如煉鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機等），他們使電網(wǎng)電壓嚴重波動，鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機等），他們使電網(wǎng)電壓嚴重波動，功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝置響應太慢無功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝置響應太慢無法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功

25、率補法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補償裝置，如晶閘管開關(guān)快速切換電容器，晶閘管勵磁的快速償裝置，如晶閘管開關(guān)快速切換電容器，晶閘管勵磁的快速響應式同步補償機等。響應式同步補償機等。 目前已投入到工業(yè)運行的靜止動態(tài)無功補償裝置有：可控目前已投入到工業(yè)運行的靜止動態(tài)無功補償裝置有：可控飽和電抗器式靜補裝置；自飽和電抗器式靜補裝置；晶閘管飽和電抗器式靜補裝置；自飽和電抗器式靜補裝置；晶閘管控制電抗器式靜補裝置；晶閘管開關(guān)電容器式靜補裝置；強控制電抗器式靜補裝置；晶閘管開關(guān)電容器式靜補裝置；強迫換流逆變式靜補裝置；高阻抗變壓器式靜補裝置等。迫換流逆變式靜補裝置；高阻抗變壓器式靜補裝置等。 無功補償后工廠計算負荷的確定 無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器，可裝設在車間的低壓母線上，也可裝無功補償?shù)牟⒙?lián)電容器，可裝設在車間的低壓母線上，也可裝設在工廠的高壓母線上，在實際應用中，電容器盡可能接在高壓側(cè)