1、工礦企業(yè)供電山西大同大學(xué) 張學(xué)成2022/10/14工礦企業(yè)供電山西大同大學(xué) 張學(xué)成2022/10/11 第二章 負(fù)荷計(jì)算與變壓器選擇本章知識(shí)要點(diǎn)需用系數(shù)法統(tǒng)計(jì)負(fù)荷的方法；補(bǔ)償電容器的選擇；主變壓器的選擇；變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及運(yùn)行方式的確定等。本章培養(yǎng)的能力與技能能用需用系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和計(jì)算；能根據(jù)變電所實(shí)際情況確定電容器的補(bǔ)償方案，選擇補(bǔ)償電容器的臺(tái)數(shù)，確定其接線方式；能根據(jù)變電所的負(fù)荷情況，合理選擇變壓器的臺(tái)數(shù)和容量；能正確合理地確定變壓器的運(yùn)行方式。2022/10/142 第二章 負(fù)荷計(jì)算與變壓器選擇本章知識(shí)要點(diǎn)2022/10第一節(jié) 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算的目的為設(shè)備、導(dǎo)線和保護(hù)裝置的選擇

2、等提供計(jì)算依據(jù)。負(fù)荷計(jì)算的方法需用系數(shù)法、二項(xiàng)式法、利用系數(shù)法、單位產(chǎn)品電耗法等。*一、用電設(shè)備功率的確定二、需用系數(shù)法計(jì)算負(fù)荷三、變電所總負(fù)荷的計(jì)算2022/10/143第一節(jié) 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算的目的2022/10/113一、用電設(shè)備功率的確定負(fù)荷計(jì)算時(shí)先換算成統(tǒng)一工作制下的額定功率，然后再進(jìn)行負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。用電設(shè)備的工作制長(zhǎng)時(shí)工作制、短時(shí)工作制、斷續(xù)周期工作制。2022/10/144一、用電設(shè)備功率的確定負(fù)荷計(jì)算時(shí)2022/10/1141. 長(zhǎng)時(shí)工作制用電設(shè)備特點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)連續(xù)運(yùn)行，且負(fù)荷比較穩(wěn)定。如通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、水泵、電爐、照明燈等。換算等于其銘牌上額定功率。2022/10/1451. 長(zhǎng)

3、時(shí)工作制用電設(shè)備特點(diǎn)2022/10/1152短時(shí)工作制用電設(shè)備特點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間短，停歇時(shí)間長(zhǎng)。如車床上的進(jìn)給電機(jī)、小絞車、電動(dòng)閘門等。換算一般按銘牌上的額定功率確定。正常時(shí)不使用，只在事故或檢修時(shí)使用的支線按額定功率確定；干線不考慮。若功率較大，應(yīng)適當(dāng)考慮。2022/10/1462短時(shí)工作制用電設(shè)備特點(diǎn)2022/10/1163斷續(xù)周期工作制用電設(shè)備特點(diǎn)周期性地時(shí)而運(yùn)行、時(shí)而停歇，周期一般不超過10min，如電焊機(jī)、起重吊車等。換算按“熱量等效”的原則，換算成規(guī)定負(fù)荷持續(xù)率下的額定功率。2022/10/1473斷續(xù)周期工作制用電設(shè)備特點(diǎn)2022/10/117功率換算公式起重運(yùn)輸類設(shè)備，換算到暫載率

4、下的額定功率對(duì)于電焊類設(shè)備，換算到暫載率 下的額定功率 2022/10/148功率換算公式起重運(yùn)輸類設(shè)備，換算到暫載率 下例2-1一臺(tái)對(duì)焊機(jī)其額定功率為30kW，負(fù)荷持續(xù)率為60%；一臺(tái)起重機(jī)已知其額定功率為39.6kW，負(fù)荷持續(xù)率為40%。試分別確定其設(shè)備功率。解1電焊類設(shè)備的功率統(tǒng)一換算到 ，其功率為2起重機(jī)類設(shè)備的功率統(tǒng)一換算到 ，其功率為2022/10/149例2-1一臺(tái)對(duì)焊機(jī)其額定功率為30kW，負(fù)荷持續(xù)率為60二、需用系數(shù)法計(jì)算負(fù)荷用電設(shè)備組的實(shí)際負(fù)荷總?cè)萘啃∮谄漕~定容量之和。需用系數(shù)：設(shè)備實(shí)際負(fù)荷容量與額定容量的比值。需用系數(shù)法：根據(jù)用電設(shè)備的額定容量和需用系數(shù)，計(jì)算實(shí)際負(fù)荷容量

5、的方法。2022/10/1410二、需用系數(shù)法計(jì)算負(fù)荷用電設(shè)備組的實(shí)際負(fù)荷總?cè)萘啃∮谄漕~定容1用電設(shè)備的需用系數(shù)一組用電設(shè)備的需用系數(shù)式中 同時(shí)系數(shù) 負(fù)荷系數(shù) 加權(quán)平均效率 2022/10/14111用電設(shè)備的需用系數(shù)一組用電設(shè)備的需用系數(shù)2022/10/2用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電器時(shí)所使用的一個(gè)假想負(fù)荷。導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間約為30min。通常取30min平均最大負(fù)荷作為計(jì)算負(fù)荷。2022/10/14122用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷2022/10/1112負(fù)荷計(jì)算公式用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷式中 需用系數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)，見表2-1和表2-2； 加權(quán)平均功率因數(shù)也可

6、用下式計(jì)算2022/10/1413負(fù)荷計(jì)算公式用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷2022/10/1113三、變電所總負(fù)荷的計(jì)算統(tǒng)計(jì)負(fù)荷方法步驟從系統(tǒng)最末端開始逐級(jí)向電源側(cè)統(tǒng)計(jì)。將用電設(shè)備按生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備裝設(shè)地點(diǎn)分組。按式（2-5）計(jì)算各組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。然后計(jì)算多個(gè)用電設(shè)備組的總負(fù)荷。（干線或變電所）多個(gè)用電設(shè)備組的總負(fù)荷的計(jì)算方法將各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷相加然后乘以組間最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)。2022/10/1414三、變電所總負(fù)荷的計(jì)算統(tǒng)計(jì)負(fù)荷方法步驟2022/10/111干線及變電所總負(fù)荷的計(jì)算多個(gè)用電設(shè)備組的總負(fù)荷按下式計(jì)算式中 組間有功和無功最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，組數(shù)越多，其值越小一般 、 。各級(jí)電網(wǎng)的

7、 或 連乘積不應(yīng)小于0.8。2022/10/1415干線及變電所總負(fù)荷的計(jì)算多個(gè)用電設(shè)備組的總負(fù)荷按下式計(jì)算20第二節(jié) 功率因數(shù)的提高一、提高功率因數(shù)的意義二、提高功率因數(shù)的方法三、電容器的選擇2022/10/1416第二節(jié) 功率因數(shù)的提高一、提高功率因數(shù)的意義2022/10一、提高功率因數(shù)的意義 提高電力系統(tǒng)的供電能力。 減少供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失，提高供電質(zhì)量。 減少供電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗。電費(fèi)獎(jiǎng)懲：一般 給予獎(jiǎng)勵(lì)； 給予罰款。2022/10/1417一、提高功率因數(shù)的意義 提高電力系統(tǒng)的供電能力。2022/二、提高功率因數(shù)的方法1提高負(fù)荷的自然功率因數(shù) 正確選擇并合理使用電動(dòng)機(jī)，盡量選用籠型異

8、步電動(dòng)機(jī)； 合理選擇變壓器容量； 容量大，不需調(diào)速的盡量選用同步電動(dòng)機(jī)。2人工補(bǔ)償法提高功率因數(shù)并聯(lián)電容器。2022/10/1418二、提高功率因數(shù)的方法1提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)2022/1三、電容器的選擇電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算2電容器臺(tái)（柜）數(shù)的確定 電容器臺(tái)數(shù) 每相臺(tái)數(shù) n 應(yīng)取偶數(shù)。當(dāng)選電容柜時(shí)，只需使柜的總數(shù)為偶數(shù)。2022/10/1419三、電容器的選擇電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算2022/10/113.1 電容器的補(bǔ)償方式 單獨(dú)就地補(bǔ)償方式電容器直接與要補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備并聯(lián)，并共用一套開關(guān)控制。用于長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行的補(bǔ)償容量較的設(shè)備，或較長(zhǎng)線路的設(shè)備。 分散補(bǔ)償方式。電容器裝設(shè)在各配電用戶的母線上?？裳b在

9、高壓或低壓側(cè)，或采用高低壓混合補(bǔ)償。用于用電負(fù)荷分散的工礦企業(yè)。 集中補(bǔ)償方式。電容器集中裝在總變電所的6kV10kV高壓母線上;電容器利用率高，管理方便，適用于負(fù)荷較為集中的工礦企業(yè)。2022/10/14203.1 電容器的補(bǔ)償方式 單獨(dú)就地補(bǔ)償方式2022/103.2 補(bǔ)償電容器的接線方式高壓電容器組，宜采用單星形接線或雙星形接線。在中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中，電容器組的中性點(diǎn)不應(yīng)接地。 低壓電容器組，可采用三角形接線或中性點(diǎn)不接地的星形接線。 電容器組的放電裝置，應(yīng)滿足s內(nèi)將電容器組上的剩余電壓降至50V及以下。高壓電容器組放電設(shè)備一般采用電壓互感器。單獨(dú)補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M不需要另外裝設(shè)放電設(shè)

10、備。2022/10/14213.2 補(bǔ)償電容器的接線方式高壓電容器組，宜采用單星形接線第三節(jié) 變壓器的選擇一、變電所主變壓器的選擇二、變壓器損耗的計(jì)算三、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析2022/10/1422第三節(jié) 變壓器的選擇一、變電所主變壓器的選擇2022/10一、變電所主變壓器的選擇1主變壓器臺(tái)數(shù)的確定2主變壓器容量的確定2022/10/1423一、變電所主變壓器的選擇1主變壓器臺(tái)數(shù)的確定2022/101主變壓器臺(tái)數(shù)的確定1）具有一類負(fù)荷的變電所選兩臺(tái)，一臺(tái)停運(yùn)，另一臺(tái)保證一、二類負(fù)荷的用電。并不得小于：礦山 80%，工廠 70%。2）只有二、三類負(fù)荷的變電所可選一臺(tái)，但應(yīng)有其他備用電源。對(duì)季節(jié)或晝

11、夜負(fù)荷變動(dòng)較大的，宜采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，也可選用兩臺(tái)變壓器。2022/10/14241主變壓器臺(tái)數(shù)的確定1）具有一類負(fù)荷的變電所2022/102主變壓器容量的確定_1選兩臺(tái)且同時(shí)運(yùn)行 故障保證系數(shù)，按一、二類負(fù)荷所占比例確定。 且對(duì)煤礦企業(yè) ，工廠企業(yè) 。選兩臺(tái)，一臺(tái)工作一臺(tái)備用2022/10/14252主變壓器容量的確定_1選兩臺(tái)且同時(shí)運(yùn)行 2主變壓器容量的確定_2選一臺(tái)，需考慮15%25%的余量 型號(hào)應(yīng)盡量選擇低損耗、高效率的變壓器。部分電力變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)見表2-3。2022/10/14262主變壓器容量的確定_2選一臺(tái)，需考慮15%25%的余量二、變壓器損耗的計(jì)算1變壓器有功功率損

12、耗有功損耗包括：鐵損、銅損。 2變壓器無功功率損耗包括：空載時(shí)無功損耗、負(fù)荷時(shí)無功損耗。估算：有功損耗無功損耗2022/10/1427二、變壓器損耗的計(jì)算1變壓器有功功率損耗2022/10/1三、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析1無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的概念2變壓器運(yùn)行損耗的計(jì)算3變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2022/10/1428三、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析1無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的概念2022/11無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的概念經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指整個(gè)系統(tǒng)的有功損耗最小，運(yùn)行費(fèi)用最低的一種運(yùn)行方式。無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量輸送1kvar無功功率，在系統(tǒng)中產(chǎn)生的有功損耗的千瓦數(shù)，kW/kvar。其值與電壓變換次數(shù)和輸電距離有關(guān)，一般取0.020.15（平均取0.

13、1），對(duì)于發(fā)電機(jī)直配用戶對(duì)于經(jīng)兩級(jí)變壓的用戶對(duì)于經(jīng)三級(jí)及以上變壓的用戶 2022/10/14291無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的概念經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2022/10/11292變壓器運(yùn)行損耗的計(jì)算單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行損耗 n臺(tái)同容量變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總運(yùn)行損耗 2022/10/14302變壓器運(yùn)行損耗的計(jì)算單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行損耗 20223變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行使變壓器在功率損耗最小的情況下運(yùn)行。變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)下的變壓器負(fù)荷。2022/10/14313變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2022/10/11311）單臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件 變壓器單位容量的運(yùn)行損耗換算值 為最小

14、 令 可得變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為 單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為2022/10/14321）單臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件2022/12）兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷見圖2-2 ，由圖看出 當(dāng) 時(shí)， ，一臺(tái)變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)； 當(dāng) 時(shí)， ，兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)； 當(dāng) 時(shí)， ，一臺(tái)和兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行損耗相等，即2022/10/14332）兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷見圖變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷兩臺(tái)變壓器并聯(lián)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為n臺(tái)容量相同的變壓器，則n臺(tái)與n-1臺(tái)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為 2022/10/1434變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷兩臺(tái)變

15、壓器并聯(lián)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為2例2-2 已知某煤礦年產(chǎn)量為150萬噸，地區(qū)電源電壓為35kV，全礦用電設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)見負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表2-5。試求該礦總降壓變電所的計(jì)算負(fù)荷，選擇主變壓器，計(jì)算全礦噸煤電耗以及確定變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。2022/10/1435例2-2 已知某煤礦年產(chǎn)量為150萬噸，地區(qū)例2-2 解1負(fù)荷統(tǒng)計(jì)1) 用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷以主井提升機(jī)為例計(jì)算各組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。查表2-2得： =0.9， =0.85，則2022/10/1436例2-2 解2022/10/1136例2-2 2）全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 全礦高壓負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。將全礦各組高壓計(jì)算負(fù)荷相加，即將計(jì)算結(jié)果填入表2-4中。2022

16、/10/1437例2-2 2）全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)2022/10/1137例2-2 全礦計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算全礦6kV側(cè)總的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮各組間最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取 ， 。則將計(jì)算結(jié)果填入表2-4中。2022/10/1438例2-2 全礦計(jì)算負(fù)荷。2022/10/1138例2-2 2功率因數(shù)的提高1）電容器補(bǔ)償容量的計(jì)算 電容器所需補(bǔ)償容量。因全礦自然功率因數(shù)，低于0.9，所以應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95 以上。則全礦所需補(bǔ)償容量為：2022/10/1439例2-2 2功率因數(shù)的提高2022/10/1139例2-2 電容器柜數(shù)及型號(hào)的確定。擬采用雙星型接線，接在變電所6kV母線上，因此

17、選用標(biāo)稱容量為30kvar、額定電壓為的電容器。裝于電容器柜中，每柜裝15只，每柜容量為450kvar，則電容器總柜數(shù)應(yīng)為2022/10/1440例2-2 電容器柜數(shù)及型號(hào)的確定。2022/10/1例2-2 由于電容器柜要接在兩段母線上，為了在每段母線上構(gòu)成雙星型接線，因此每段母線上的電容器也應(yīng)分成相等的兩組，每組的電容器柜數(shù)應(yīng)為 取 則電容器柜總數(shù)為 臺(tái)2022/10/1441例2-2 由于電容器柜要接在兩段母線上，為了在每段母線上例2-2 電容器實(shí)際補(bǔ)償容量： 人工補(bǔ)償后的功率因數(shù)：功率因數(shù)符合要求。2022/10/1442例2-2 電容器實(shí)際補(bǔ)償容量：2022/10/114例2-2 3主

18、變壓器的選擇因?yàn)楸咀冸娝幸活愗?fù)荷，所以選擇兩臺(tái)主變壓器，當(dāng)為兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)式（2-11），每臺(tái)變壓器的容量為2022/10/1443例2-2 3主變壓器的選擇2022/10/1143例2-2 經(jīng)統(tǒng)計(jì)全礦一、二類負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷（考慮 ）為： 有功功率12705.0kW，無功功率7398.9kvar。 再考慮一段母線退出運(yùn)行后，電容器補(bǔ)償容量為總補(bǔ)償容量的一半，此時(shí)的無功功率為：7398.9-6530.6/2=4133.6kvar， 所以總的視在功率為 。 占全礦計(jì)算負(fù)荷比例為13360.5/16752.4=0.798，小于0.8，因而故障保證系數(shù)應(yīng)取0.8。查表2-4確定選擇SFL7-16000/35型變壓器兩臺(tái)，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表2-6。2022/10/1444例2-2 經(jīng)統(tǒng)計(jì)全礦一、二類負(fù)荷的計(jì)算負(fù)荷2022/10例2-2 變壓器的負(fù)荷率為2022/10/1445例2-2 變壓器的負(fù)荷率為2022/10/1145例2-2 4全礦總負(fù)荷1）主變壓器損耗計(jì)算變壓器的有功損耗為變壓器的無功損耗為2022/10/1446例2-2 4全礦總負(fù)荷2022/10/1146例2-2 2）全礦總負(fù)荷2022/10/1447例2-2 2