全厂计算负荷的确定

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（Ω），RWL=R0L，R0为线路单位长度的电阻（Ω/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，XWL为线路每相的电抗（Ω），XWL=X0L，X0为线路单位长度的电抗（Ω/km），一般对架空线路，其值为0.4Ω/km左右，对电缆线路，其值为0.08Ω/km左右。(3)线路上全年的电能损耗用ΔW表示，其计算公式为：线路的功率损耗wL2303RIWaτ（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τ小时后所产生的电能损耗，恰与全年流过实际变化的电流时所产生的电能损耗相等。τ与Tmax之间的关系如左图示。τ与Tmax的关系可用公式表达为：87602maxT当cosφ=1，且线路电压不变时，全年的电能损耗为：876032maxwL230TRIWa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＝4917kVA，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)=×49172/352×0.4×12×10－3＝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)有功功率损耗变压器的有功功率损耗又由两部分组成：①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ΔP0。②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。且近似于短路损耗ΔPk。因此变压器的有功功率损耗为△PT≈ΔP0+ΔPkβ2式中，β为变压器的负荷率（β=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：①△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百分值。②△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，Uk%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：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≈ΔP0+ΔPkβ2=2＋13.7×（800/1000）2＝10.8kW△QT=SN(I0％/100+β2UK％/100)=1000×（1.7/100+4.5×0.82/100）＝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cosφ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①瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，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WP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。）②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：2pq2q2PP)(11cos③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：3030cosSP2.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①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3.0~2.0COS9.0~85.0COSb.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②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，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。电力电容器变电所内的并联电力电容器组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cosφ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。CY0.6-10-1：串联油浸式额定电压为0.6KV，标称容量为10kvar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③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N30303''USI如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。30T015.0SP30T06.0SQ变压器表