全廠計算負(fù)荷的確定

1、全廠計算負(fù)荷的確定,為了選擇工廠變電站各種主要電氣設(shè)備的規(guī)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(fù)荷S30和I30。,在前述的內(nèi)容中，我們已經(jīng)用需要系數(shù)法或二項(xiàng)式系數(shù)法確定了單臺設(shè)備、低壓干線、車間低壓母線的計算負(fù)荷。但要確定全廠的計算負(fù)荷，還要考慮線路和變壓器的功率損耗以及無功補(bǔ)償。,,(1)    有功功率損耗有功功率損耗是電流流過線路電阻所引起的，故其計算公式為

2、 △PWL=3I302RWL×10－3(kw)式中，I30為線路的計算電流（A）； RWL為線路每相的電阻（Ω），RWL=R0L，R0為線路單位長度的電阻（Ω/km），L為線路的計算長度（km）。(2)    無功功率損耗無功功率損耗是電流流過線路電抗所引起的，故其計算公式為

3、 △QWL=3I302XWL×10－3(kvar)式中，XWL為線路每相的電抗（Ω），XWL =X0L，X0為線路單位長度的電抗（Ω/km），一般對架空線路，其值為0.4Ω/km左右，對電纜線路，其值為0.08Ω/km左右。(3)線路上全年的電能損耗用ΔW表示，其計算公式為：,線路的功率損耗,τ（年最大負(fù)荷損耗小時）的物理含義：當(dāng)線路或變壓器中以最大計算電流流過τ小時后所產(chǎn)生的電能損耗，恰與全年流過實(shí)際變化的電流時所產(chǎn)生

4、的電能損耗相等。 τ與Tmax之間的關(guān)系如左圖示。τ與Tmax的關(guān)系可用公式表達(dá)為：,,當(dāng)cosφ=1，且線路電壓不變時，全年的電能損耗為 ：,,例：有一條35kV高壓線路給某工廠變電所供電。已知該線路長度為12km；采用鋼芯鋁線LGJ－70，導(dǎo)線的幾何均距為2.5m，變電所的總視在計算負(fù)荷S30＝4917kVA，計算此高壓線路的有功和無功功率損耗。解： △PWL=3I302RWL×10－3(kw)＝ S302RWL/

5、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,導(dǎo)線表,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

6、包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。(1)    有功功率損耗變壓器的有功功率損耗又由兩部分組成：① 鐵損△PFe:鐵損是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗。變壓器主磁通只與外加電壓有關(guān)，當(dāng)外加電壓和頻率恒定時，鐵損與負(fù)荷無關(guān)，是定值，且近似于空載損耗ΔP0。② 銅損△PCu：銅損是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功損耗，其值與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比。且近似于短路損耗ΔPk。

7、因此變壓器的有功功率損耗為△PT ≈ ΔP0 + ΔPk β2式中，β為變壓器的負(fù)荷率（β= Sc/SN），SN為變壓器的額定容量；Sc為變壓器的計算負(fù)荷；,(2)    無功功率損耗變壓器的無功功率損耗也由兩部分組成：① △Q0，是變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流所造成的。和繞組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無關(guān)。即式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值。②△QN，是變壓器負(fù)荷電流在一次、二

8、次繞組電抗上所產(chǎn)生的無功功率損耗，其值與負(fù)荷電流（或功率）的平方成正比。即 式中，Uk%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,,在工程設(shè)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△PT ≈0.02S30, △QT ≈0.08S30對低損耗變壓器△PT ≈0.015S30, △QT ≈0.06S30,例：已知某車間變電所選用變壓器型號為SJL1－1000/10，電壓10/0.4kV，其技

9、術(shù)數(shù)據(jù)如下：空載損耗△P0 ＝2kW，短路損耗△PK ＝13.7kW，短路電壓百分值UK％＝4.5，空載電流百分值I0％＝1.7，該車間的S30＝800kVA，試計算該變壓器的有功損耗和無功損耗。解: △PT ≈ ΔP0 + ΔPk β2=2＋13.7×（800/1000）2＝10.8kW△QT=SN(I0％/100+β2UK％/100) =1000×（1.7/100+4.5×0.82/100）

10、＝45.8kvar,變壓器表,SJL1－1000（額定容量KVA）/10（高壓側(cè)額定電壓KV）,工廠的功率因數(shù)和無功補(bǔ)償,功率因數(shù)cosφ值的大小反映了用電設(shè)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,功率因數(shù)高,則取用的無功功率少,功率因數(shù)低,則無功功率大。,1.工廠的功率因數(shù),①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，即由功率表、電流表和電壓表的讀數(shù)按下式求出：,瞬時功率因數(shù)只是用

11、來了解和分析工廠用電設(shè)備在生產(chǎn)過程中無功功率的變化情況，以便采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。,工廠的功率因數(shù)和無功補(bǔ)償,,,式中WP是某一時間內(nèi)消耗的有功電能；Wq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(fèi)，規(guī)定要按月平均功率因數(shù)的高低來調(diào)整。（其中實(shí)際功率因數(shù)0.85至0.90者，在此期間可不減收電費(fèi)，0.85以下者應(yīng)增收電費(fèi)。）,②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)功率因數(shù)的平均

12、值，按下式計算：,③最大負(fù)荷時的功率因數(shù)最大負(fù)荷時功率因數(shù)指在年最大負(fù)荷時的功率因數(shù)?？砂聪率接嬎悖?,2. 功率因數(shù)對供配電系統(tǒng)的影響 電能損耗增加：當(dāng)用電設(shè)備的有功功率一定時，功率因數(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，線路電壓降亦隨之增加，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 供電設(shè)備利用率低：發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率是有限的，當(dāng)無功功率

13、增加時，有功功率下降，發(fā)電機(jī)的效率降低。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“在企業(yè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)在負(fù)荷側(cè)合理裝置集中與就地?zé)o功補(bǔ)償設(shè)備”。,無功功率的補(bǔ)償,①提高自然功率因數(shù),自然功率因數(shù)：凡未裝任何補(bǔ)償設(shè)備時的功率因數(shù)提高自然功率因數(shù)：不添加任何補(bǔ)償設(shè)備，采用科學(xué)措施減少用電設(shè)備的無功功率的需要量。它是最經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)提高的方法。a.合理選擇電動機(jī)的容量，使其接近滿載運(yùn)轉(zhuǎn)。一般選擇電動機(jī)的額定容量為

14、拖動負(fù)載的1.3倍。對實(shí)際負(fù)載不超過額定容量40％的電動機(jī)，應(yīng)更換為小容量的電動機(jī)。另外，異步電動機(jī)要向 電網(wǎng)吸收無功功率，而同步電動機(jī) 則可向 電網(wǎng) 送出無功功率，所以對于負(fù)荷率在0.6～0.9的繞線式電動機(jī)，必要時可以使其同步化，這時電動機(jī)可以向電力系統(tǒng)輸送出無功功率，以提高功率因數(shù)。,電動機(jī) 空載 滿載,b.防止感應(yīng)電動機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)。如設(shè)置空載自停裝置或降壓運(yùn)行。c.保證電動機(jī)的檢修質(zhì)量。電動機(jī)的定轉(zhuǎn)

15、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)吸收的無功功率。因此，檢修時要保證電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。d.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(fù)載率（一般為75％～80％比較合適）。對于負(fù)載率低于30％變壓器，應(yīng)予以更換。e.交流接觸器（感性負(fù)載）的節(jié)電運(yùn)行。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

16、（其線圈是感性負(fù)載，消耗無功功率），或?yàn)榱藴p少交流接觸器的功率損耗，將交流接觸器改為直流運(yùn)行（無聲運(yùn)行）或無電壓運(yùn)行（交流接觸器合閘后用機(jī)械鎖扣裝置自行鎖扣）。,無功功率的補(bǔ)償,② 人工補(bǔ)償法：自然功率因數(shù)的提高往往有限，還需采取人工補(bǔ)償法,a.使用同步電動機(jī)在過激磁方式呈現(xiàn)容性時運(yùn)轉(zhuǎn)，其功率因數(shù)超前0.8～0.9時，向供電系統(tǒng)輸出無功功率，用來補(bǔ)償用感性電設(shè)備所需要的無功功率。此補(bǔ)償方法因同步機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，價格較貴，維護(hù)麻煩，只適用于大

17、型工廠，一般企業(yè)不宜采用。b. 并聯(lián)電力電容器。廣泛采用的一種補(bǔ)償裝置。,電力電容器,變電所內(nèi)的并聯(lián)電力電容器組,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。 把能“發(fā)出”無功電力的電力電容器并接在負(fù)荷或供電設(shè)備上運(yùn)行，負(fù)荷或供電設(shè)備要“吸收”的無功電力正好由電容器“發(fā)出”的無功電力供給，從而起到無功補(bǔ)償作用 用電力電容器改善功率因數(shù)，可以獲得經(jīng)濟(jì)效益。但如果電容性負(fù)荷過大會引起

18、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。 在變電站6～10kV高壓母線上進(jìn)行人工補(bǔ)償時，一般采用固定補(bǔ)償，其補(bǔ)償容量為： 在變電站0.38kV，母線上進(jìn)行補(bǔ)償時，都采用自動補(bǔ)償，即根據(jù)cosφ測量值按其設(shè)定值自動投入或切除電力變壓器。,電力電容器容量的確定,表6-4 電力電容器部分型號表示,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。,

19、CY0.6-10-1：串聯(lián)油浸式額定電壓為0.6KV，標(biāo)稱容量為10kvar的單相電容器。,c.利用同步調(diào)相機(jī)作為無功功率電源，用來補(bǔ)償所需要的無功功率。同步調(diào)相機(jī)是軸上不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)。調(diào)節(jié)同步調(diào)相機(jī)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)很少使用。,無功功率的補(bǔ)償,③ 動態(tài)無功功率補(bǔ)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(fù)荷（如煉鋼電爐、黃磷電爐、軋鋼機(jī)等），他們使電網(wǎng)電壓嚴(yán)

20、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(yīng)太慢無法滿足要求。因此必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補(bǔ)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(yīng)式同步補(bǔ)償機(jī)等。 目前已投入到工業(yè)運(yùn)行的靜止動態(tài)無功補(bǔ)償裝置有：可控飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置；自飽和電抗器式靜補(bǔ)裝置；晶閘管控制電抗器式靜補(bǔ)裝置；晶閘管開關(guān)電容器式靜補(bǔ)裝置；強(qiáng)迫換流逆變式靜補(bǔ)裝置；高阻抗變壓器式靜補(bǔ)裝置等。,無功補(bǔ)償后工廠計算負(fù)荷的確定,無功補(bǔ)償?shù)牟?/p>

21、聯(lián)電容器，可裝設(shè)在車間的低壓母線上，也可裝設(shè)在工廠的高壓母線上，在實(shí)際應(yīng)用中，電容器盡可能接在高壓側(cè)，這是因?yàn)檠a(bǔ)償所需的電容器容量大小與電壓的平方成正比。 補(bǔ)償后計算公式：,如某工廠的有功計算負(fù)荷為650kW，無功計算負(fù)荷為800kvar。為使工廠的功率因數(shù)不低于0.9，現(xiàn)要在工廠變電站低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電力電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償，問需要裝多少補(bǔ)償容量的并聯(lián)電力電容器？補(bǔ)償前工廠變電站主變壓器的容量選擇為1250kV，則補(bǔ)償后工廠變電

22、站主變壓器的容量有何變化？,例,解,步驟：（1）二次側(cè)未補(bǔ)償前功率因數(shù)（2）二次側(cè)要達(dá)到的功率因數(shù)值（3）二次側(cè)要補(bǔ)償?shù)臒o功功率（4）二次側(cè)的視在計算負(fù)荷，一次側(cè)考慮變壓器損耗后的視在計算負(fù)荷，綜合考慮且滿足SN要比S30大一點(diǎn)，留有余量和結(jié)合變壓器型號，決定變壓器容量。（5）驗(yàn)證高壓側(cè)功率因數(shù)是否大于0.9,電力變壓器的功率損耗，在一般的負(fù)荷計算中，可采用簡化公式來近似計算，如：,有功功率損耗：無功功率損耗：