第4章负荷计算.ppt

第4章负荷计算 第1节负荷调查与分析 4 1 1负荷调查工程研究一般方法 机理研究与现象研究简介 本章主要应用现象研究法 现象研究法的一般步骤 观察与记录现象 数据分析处理 找寻规律 利用找出的规律预测将要发生的同类事件 负荷研究常用负荷曲线记录现象 1 即时负荷曲线 记录有功 无功功率瞬时值随时间的变化 2 日负荷曲线 以24小时为报告期 按规定时间间隔记录功率量值 只读取时间间隔点上的量值 并认为间隔期内功率维持读取值 时间间隔一般取30min 一班制工厂日有功负荷曲线 年负荷曲线 3 负荷年持续曲线 记录一年中每个负荷量值所出现的累积时间 非原始记录曲线 实际上是一年中所有日负荷曲线的一个统计结果 4 1 2负荷曲线的指标体系指标是对负荷曲线所记录的现象进行数据处理的结果 它们从不同的角度来透视负荷曲线的特征 将各个指标进行归纳分类 就构成了负荷曲线的指标体系 常将负荷曲线指标分为描述型和比较性两类 描述型指标直接通过负荷曲线运算得出 比较型指标是对描述型指标进行再运算后得出的 1 描述型指标1 最大 小 负荷Pmax Pmin 2 平均负荷Pav 与实际负荷在报告期内消耗电能相等的一个等效恒定负荷 3 峰 谷 值时间 指功率最大值和最小值所对应的时刻 有功和无功功率的峰 谷 值时间通常不重合 2 比较型指标1 最大峰谷差 Pmax Pmax Pmax Pmin2 有 无 功负荷系数 Pav Pmax典型值 0 70 0 75 0 76 0 82 3 年最大负荷利用小时数Tmax 该值范围较大 约1500 7000h 第2节计算负荷概念 计算负荷 是反映实际负荷热效应的一个假想的恒定负荷 计算负荷产生的热效应与实际负荷产生的最大热效应相等 4 2 1负荷热效应电功率通过供配电系统时 因电能损耗发热在系统元件上产生的温升 叫做负荷的热效应 为什么要讨论负荷的热效应 系统承担任务的轻重直接关系到系统承受力的确定 这是设计一个系统时首先要考虑的问题 任务的轻重负与荷量值的大小有何关系 由于负荷是变化的 系统任务的轻重不能仅用负荷量值来表征 那负荷轻重据何以判 从负荷在系统上产生的效应着手寻找判据 工作温度对系统元件意味着什么 寿命 电气设备 线缆的寿命主要取决于绝缘老化速度工作温度 环境温度 工作温升温升是发热与散热共同作用的结果 发热正相关于损耗 散热正相关于温差 负荷热效应的时间特性当温度升高到高于环境温度一定值时 散热与发热平衡 温度达到稳定值 发热时间常数为 一般认为3 以后达到稳定温升 通常取值为10min 4 2 2计算负荷1 定义计算负荷是一个假想的恒定负荷 计算负荷产生的热效应与实际变化负荷产生的最大热效应相等 2 工程上如何确定计算负荷1 原理性方法 由于负荷作用时间超过3 后 其温升才达到稳定值 其热效应才完全体现出来 而 一般取值为10min 因此 工程上确定计算负荷的原理性方法如下 30min 即3 平均负荷的最大值 即为计算负荷 2 学究式操作法 以30min时间标尺为基准的无限次比较法 3 工程实际操作法 以日负荷曲线为依据的确定计算负荷的方法 30min日负荷曲线上的最大值Pmax即为计算负荷Pc 即 PC Pmax QC Qmax 该方法有一定的误差 但满足工程计算要求 简单易行 1电机 2电机 额定功率相等 但计算功率不相等的两台电机 第3节负荷计算 1 对于一个运行中的系统 如何确定其计算负荷 2 对于一个设计中的系统 如何测算其计算负荷 通过用电设备功率预测计算负荷 是一类重要的负荷计算方法 具体有需要系数法 二项式法 利用系数法等 1 需要系数按一定规则将设备分组 统计发现 很多同类用电设备组的计算功率PC与该组设备的设备功率PN i总和之比趋于一致 将该比值称为需要系数Kd 即 4 3 1需要系数法 Kd一般不等于1 原因如下 1 一组设备可能不同时工作 2 工作设备不一定处于额定运行状态 3 电机类设备铭牌功率为机械轴功率 而系统提供的是输入功率 4 系统提供的功率还包括网损 2 设备功率PN设备功率PN不一定等于设备额定功率Pr1 连续工作制电动机类设备 PN Pr2 断续工作制 负载持续率为 r 电动机类设备 应统一换算为 N 25 时的等效额定功率 即 3 照明设备应考虑镇流器等辅助元件消耗的功率 白炽灯 PN Pr普通电感镇流荧光灯 PN 1 25Pr节能电感镇流荧光等 PN 1 15Pr电子镇流荧光灯 PN 1 10Pr普通高强度气体放电灯 PN 1 15Pr节能高强度气体放电灯 PN 1 10Pr4 断续工作制电焊机 统一换算至负载持续率为100 下的等效额定功率 即 3 计算步骤1 设备分组 依据 需要系数表2 计算组内每台设备功率PN 3 单个设备组负荷计算 查出与该设备组对应的需要系数Kd和cos 4 若干设备组 m组 总计算负荷 先分别计算出每一组的需要系数 相加之后乘以有 无功同时系数K P和K Q K P K Q一般取值相等 范围为0 8 1 0 靠电源侧取低限 靠负荷侧取高限 4 对需要系数法的评价优点 直观 方便 缺点 需先期工作成果 需要系数取值有一定随意性 有时计算结果误差过大 适用范围 设备组设备台数多 且个台设备功率相差不大的情况 例 已知某炼钢车间有380V通风机电动机4KW10台 3kW15台 试求其计算负荷 例 某机修车间380V线路上 接有金属切削机床电动机7 5kW5台 4kW6台 1 5kW7台 接有通风机电动机3kW2台 电焊机3 5kW4台 试用需要系数法求此线路上的计算负荷 4 3 2二项式法针对设备台数较少 功率相差较大的情况 将计算负荷看成平均项与大功率设备修正项之和 平均项相当于需要系数法的作法 修正项修正其偏差 式中 b c x tan 均需查表取值 Px为该组中功率最大的x台设备功率之和 其他同需要系数法 多组用电设备组总计算负荷的计算 平均项直接相加 修正项制取最大的一个 式中nj为第j组设备的台数 m为设备组组数 例 某机修车间380V线路上接有金属切削机床20台共50kW 其中较大容量电动机7 5kW1台 4kW3台 2 2kW7台 通风机两台共3kW 电阻炉一台2kW 试用二项式法确定此线路上的计算负荷 4 3 3单位指标法当用电设备功率未知时 可采用单位指标法 1 通过设备安装功率的单位指标 估算出设备总功率 再用需要系数法等方法求取计算功率 2 直接通过计算负荷的单位指标求取计算负荷 以上计算准确性取决于指标数据的有效性 4 3 4关于负荷计算方法的讨论1 方法缺陷的本质成因预测的困境 预测依据失效 现实状况的不确定性 非唯一性 2 对使用有缺陷方法得到的结果的应用工程处理方法 动态反馈与修正 系统协调机制 4 3 5三相负荷不平衡的处理 1 工程界约定俗成 计算负荷数据均以三相平衡为条件给出 不接受按相表达的负荷量值 2 不管三相负荷是否平衡 三相系统的结构一定是对称的 以哪一相负荷为依据构造对称的三相系统 2 解决方法1 就系统构造来看 不平衡三相系统中 负荷最大的一相是最不利情况 应以这一相的负荷和电流为依据构造对称的三相系统 2 用一个平衡的三相负荷去等效实际不平衡的三相负荷 平衡三相负荷每相的负荷量值都等于不平衡三相负荷最大一相的负荷量值 3 具体的工程计算方法等效三相负荷 原最大相负荷x3问题 对接于线间的负荷 折算到每相到底是多少 第4节电网功率与电能损耗计算 网损 过去称为线损 主要有变压器损耗 线路损耗和配电设备损耗三部分 本节重点介绍变压器和线路损耗计算 配电设备损耗一般按变压器和 或 线路损耗的一定百分比估算 功率损耗是时刻变化着的 电能损耗是功率损耗的累积 与累积时长有关 4 4 1功率损耗计算1 线路的功率损耗 以上损耗均为计算负荷产生的功率损耗 在半小时日负荷曲线上即最大负荷产生的功率损耗 通常 架空线路无功损耗远大于有功损耗 电缆线路则相当 2 变压器的功率损耗 例 已知某钢厂轧钢车间变电所计算负荷为 车间变压器型号为S9 1000 10 Yyn0接线 并由表查得空载损耗 短路损耗10 3kW 空载电流百分值 阻抗电压百分值 试求变压器的有功无功功率损耗 4 4 2电能损耗计算等效方法的又一应用 年最大负荷利用小时数 max 假设电能损耗是恒定的 且等于计算负荷 即最大负荷 产生的损耗 则其在 max时间内产生的损耗 与实际变化负荷在一年中产生的损耗相等 1 max的求取方法工程实用方法 查表法 max与Tmax cos 有关 注意 cos 本身在一年内也是变化的 一般取平均值 2 利用 max求取电能损耗线路和变压器的电能损耗分别按以下两式计算 其中top为变压器的在网时间 第5节无功功率补偿 无功功率 在负荷与电源间来回交换的电功率 用于建立工作磁场 缺点 占用系统元件容量 增加电网损耗 感性无功增大电网电压损失 度量 功率因数cos 供电企业对电力用户功率因数提出要求 中 高压用户 cos 0 90低压用户 cos 0 85 4 5 1功率因数计算原理公式 当P Q均随时间变化时 cos 也是一个随时间变化的量 称为瞬时功率因素cos t 瞬时功率对系统运行控制是一个很有用的参数 但不适合于设计阶段对功率因数的估算 供电企业从电能的角度对无功功率进行考核 式中 cos av 月 日 年 平均功率因数 WP 月 日 年 有功电能 kW h WQ 月 日 年 无功电能 kvar h 设计阶段 式中 有功 无功负荷系数 Pav Qav 考核期平均有功功率 kW 无功功率 kvar t 考核期时长 s 4 5 2无功补偿概念 原理及计算为提高功率因数 可减少电源向负荷提供的无功功率 但负荷所需无功功率本身并未减少 因此在电源供给和负荷需求的无功功率之间出现了缺口 将电源所欠无功功率补足 称为补偿 无功电源的相对性 发出感性无功的电源也可看成是吸收容性无功的负载 反之亦然 设置专门的无功补偿装置 就近向负荷提供无功功率 以减少负荷向系统电源索取的无功功率 补偿后 补偿前 式中 1 2 补偿前 后的功率因数角 Pav Qav 补偿前的平均有 无功功率 PC QC 补偿前的计算有 无功功率 QCC 无功补偿容量 有功 无功负荷系数 从上两式可求出无功补偿容量为 4 5 3常见的补偿装置类型常见有同步电机 静止电容器和电力电子补偿装置 输变电系统常用同步电机补偿方式 供配电系统常用电容器补偿方式 4 5 4无功补偿的位置与控制方式1 位置1 就地补偿 指在设备现场对特定设备进行补偿 补偿装置一般与设备一起投切 2 低压集中补偿 指在变配电所380V母线上进行补偿 补偿装置通常与变压器对应设置 3 中 高 压集中补偿 指在变配电所中 高 压母线上进行补偿 补偿装置通常与电源进线对应设置 补偿位置越靠近负荷侧 补偿效果作用范围越大 但受补偿的负荷面越小 2 运行控制方式1 固定无功补偿 补偿量不随负