负荷计算方法无功功率补偿

第二章第二章 高压供电系统设计高压供电系统设计 2.1 负荷计算 为了确定供电系统中各个环节的电力负荷的大小，以便正确地选择供电系统中 的各个元件（包括电力变压器、导线、电缆等）。对电力负荷进行统计计算成为必要。 通过负荷的统计计算求出的用来按发热条件选择供电系统中组成元件的负荷值称为 计算负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定的是否正确合理，将直 接影响到电器和导线选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过 大，造成投资和有色金属的浪费。反之，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产 生过热引起绝缘过早老化、甚至烧毁现象，以致发生事故。同样给国家财产造成损失。 由此可见，正确确定负荷具有重要意义。 2.1.1 确定计算负荷的方法 我国目前采用的确定计算负荷的方法有：需要系数法、二项式法、以概率论为理论 基础的利用系数法、和我国设计部门提出的“ABC”等。下面简单介绍各种方法的特点。 1、按需要系数法确定计算负荷、按需要系数法确定计算负荷 需要系数它与用电设备组的平均加权负荷系数、同时运 30 fZt X elSb KK P K P ； fZ K 行系数、电动机的平均加权效率以及网路供电效率等系数有关，且值恒 t K Sb l X K 小于 1。 （1）单台用电设备计算负荷： ； - 计算负荷，- 电动机的额定容量， ed jS P P jS P ed P - 电动机额定负荷时的效率 对于单个设备如白炽灯、电热器、电炉等。设备容量 Psb： Pjs=Psb （2）成组用电设备的负荷计算 计算负荷表达式： ； exjS PKP jSjS QP tg -计算负荷有功功率 - 无功功率 Kx-需要系数 jS P jS Q - 功率因数角对应的正切值tg （3）多组用电设备的负荷计算 公式： ； )( 11 m xe m jS KPKP 11 () mm jSxe QKK P tg - 同期系数，对于车间干线，可取 ，对于低压母线，由用电 K19 . 0 K 设备组计算负荷直接相加来计算时。 8 . 09 . 0 K 2、二项式法确定计算负荷：、二项式法确定计算负荷： 二项式法是用两个系数表征负荷变化规律的方法。 （1） 对于一组用电设备： 公式：Pjs=CPx+bPe，C，b - 系数（见 P23表 18）。Px-组中 X 台容量 最大的用电设备的总额定容量（kw），Pe-该组中所有用电设备的总额定容 量（kw）计算电流时： ，C1，b1不同工作制的不同类用电设 exjS PbPCI 11 备，规定取用大容量设备的数量 X 不同。金切机床采用 X=5，反复短时工作制 采用 X=3，加热炉 X=2；电焊设备 X=1 等。 （2） 对于不同类用电设备组（m 组）其二项式表达式为： 有功功率： m ex m jS bPCPP 1 max 式中- 各用电设备组算术中第一项 CPx的最大值。max x CP - 所有用电设备组算式中第二项总和。 m e P 1 无功功率： 1 max 1 m jSxe m QCPtgbP tg 式中： - 与相应的功率因数正切值， 1 tgmax x CP - 与各组设备相应的功率因数正切值。tg e bP 3.“ABC”3.“ABC”法法 “ABC”计算负荷的特点是：1）运用概率论的基本原理找出计算负荷与设备容量 之间的关系。2）利用单元功率的概念和“ABC”列表法，将繁杂的功率运算简化为 台数的运算，使运算简单准确，利用“ABC”法计算公式为： BACADKP Ljs 2 D-单台等值功率（KW），一般容量（小于 50KW）的机床，取 D=3KW，对 于电炉等，取 D=9KW。 -该组用电设备的利用系数。（见 P24表 19）. L k ， 。 -该组用电设备中某一单台设备额定功率 i m i i knA. 1 D P K ei i ei P （KW）。- 对应于该功率设备的台数。 i n ； ， i m i i nKB.1321 1 1 1 5 . 1 L k C 无功功率： jSjs QP tg 4、利用系数法（同济大学）、利用系数法（同济大学） 公式：， “其中， Pjs PKP. max PjS QKQ. max 22 jjj QPS Kmax-最大负荷班内的半小时最大平均有功负荷 P30（等于 Pj）与总平均负荷（ ）之比。其值接近于负荷系数的倒数。 P P PjP PPPPK/ 30max ，QP-每一用电设备组在最大负荷班内的平均有功负荷和平均无功负荷。 P P 按利用系数法确定计算负荷时，不论计算范围大小，设备类型多少，都必须先将 各类用电设备组的平均有功负荷 PP和平均无功负荷 QP分别代数相加，求得和 P P ，再依次去求利用系数 KLP 、nyx（有效台数）、Kmax各值。求计算负荷时，只 P Q 需最后乘一次 Kmax值即得，不需再乘同期系数，不必按供电范围逐级求得 Pj 、Qj 、SJ之后，又求得， ，再乘以同期系数。因用利用系数求得的 Pj j P j Q j S 是各类负荷最大值的总和，二者在概念上是有区别的。 纵观上述四种计算负荷的方法，各有特点。 1）需要系数法是当前通用的求计算负荷的方法。公式简单计算方便。为设计人员 普遍接受，需要系数法的数值来源于大量的测定值和统计，这个公式对于单台设备， 用电设备组，一个车间甚至一个工厂的计算负荷均可进行计算。这对于初步设计时估 算全车间或全厂的计算负荷显得尤为方便。其缺点是没有考虑大容量电动机的运行特 性（如起动和过载等）对整个计算负荷 P30，Q30的影响，尤其是当总用电设备台数少 时，其影响较大，但当设备台数足够多容量足够大，其影响是微弱的。 2）二项式法计算负荷时，考虑了电动机台数和大容量电动机对计算负荷的影响， 一般被用来计算车间干线，支干线的负荷，其缺点是 x 的取值仍缺乏足够的理论依据， 没有考虑 x 值随电动机台数的变化而变化，并且由于过分突出 x 台大型设备对电气负 荷的影响，其计算结果要比用需要系数法算出的结果大一些。 3）“ABC”法也把计算负荷看作是平均负荷 PPj与计算负荷对平均负荷参差值的 叠加，但它对这个参数的估计是由设备容量的总平方根表征的。该方根随 m i eii Pn 1 设备台数和设备容量而变化。容量值越大，对方根的影响越大。 i n ei P “ABC”法适应于连续工作制、短时工作制、反复短时工作制类设备。其另一特 点就是它的基本计算系数是最大负荷班的平均利用系数，该系数的数值稳定，易于通过 实测取得，因而本方法具有实用价值。 通过以上三种方法的综合分析，从而充分熟悉了各种方法的优点，缺点和适用范围，根 据本次负荷的特点和性质和鉴于指导老师的意见，本设计对于车间总的负荷计算则采用需 要系数法。 2.1.2 各车间负荷计算： 根据下列公式： 1）单个设备的容量计算： 计算负荷表达式： ； exjS PKP jSjS QP tg -计算负荷有功功率 - 无功功率 Kx-需要系数 jS P jS Q - 功率因数角对应的正切值tg 2）整个车间的负荷计算： 计算负荷表达式： ； )( 11 m xe m jS KPKP 11 () mm jSxe QKK P tg m jsjsjs QPS 1 22 - 同期系数（同时率）。对于车间干线：可取 ，取 0.9； K19 . 0 K 对于低压母线：由于用电设备组计算负荷直接相加来计算时。 8 . 09 . 0 K 各车间变电所的计算负荷计算结果如下表：各车间变电所的计算负荷计算结果如下表： 序车间或用电设备容量 需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量 号设备组名称 （KW) Kx cos 正切 tg 有功 Pjs（千瓦） 无功 Qjs(千乏） 视在 Sjs(千伏安） (台数千伏安） （1 1）11 变电所变电所 1 薄膜车间 16800.60.61.331008.00 1340.64 1677.311677.31 2 原料库 3100.250.51.7377.50 134.08 154.86154.86 3 生活间 2900.811.33232.00 308.56 386.05386.05 4 成品库一 3050.30.51.7391.50 158.30 182.84182.84 5 成品库二 3040.30.51.7391.20 157.78 182.24182.24 6 包装材料库 3000.30.51.7390.00 155.70 179.84179.84 7 小计小计318931891590.20 2255.05 2759.342759.34 K=0.9 时： =0.9*1590.20=1431.18(KW)( 11 m xe m jS KPKP =0.9*2255.05=2029.545KVAR） 11 () mm jSxe QKK P tg = m jsjsjs QPS 1 22 )(41.2483545.202918.1431 22 KVA 查手册选1 变电所变压器型号 SG10-1600KVA/10KV/0.4KV,短路阻抗 UK%=4,D,yn11 序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量 号设备组名称（KW) Kxcos正切 tg 有功 Pjs（千瓦） 无功 Qjs(千乏）视在 Sjs(千伏安）(台数千伏安） （2 2）22 变电所变电所 1 单丝车间 16850.60.61.31011.001314.30 1658.16 2 水泵房及其附 属设备 3200.650.80.75208.00156.00 260.00 3 小计小计200520051219.001470.301909.91 K=0.9 时： =0.9*1219.00=1097.1(KW)( 11 m xe m jS KPKP =0.9*1470.30=1323.27（KVAR） 11 () mm jSxe QKK P tg = m jsjsjs QPS 1 22 )(92.171827.1323 1 . 1097 22 KVA 查手册选2 变电所变压器型号 SG10-1250KVA/10KV/0.4KV,短路阻抗 UK%=4,D,yn11 序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量 号设备组名称 （KW) Kx cos正切 tg 有功 Pjs（千瓦）无功 Qjs(千乏） 视在 Sjs(千伏安） (台数千伏安） （3 3）33 变电所变电所 1 注塑车间 1890.40.61.3375.60 100.55 125.80 1 台 2 管材车间 8800.350.61.33308.00 409.64 512.51 SG10- 800KV/10KV/0.4KV 3 小计小计10691069 383.60 510.19 638.31 K=0.9 时： =0.9*608.60=365.16(KW)( 11 m xe m jS KPKP =0.9*809.44=728.496（KVAR） 11 () mm jSxe QKK P tg = m jsjsjs QPS 1 22 )(48.57417.45924.365 22 KVA 查手册选3 变电所变压器型号 SG10-800KVA/10KV/0.4KV,短路阻抗 UK%=4,D,yn11 序车间或用电 设备容 量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量 号设备组名称 （KW) Kx cos正切 tg 有功 Pjs（千瓦）无功 Qjs(千乏） 视在 Sjs(千伏安） (台数千伏安） （4 4）44 变电所变电所 1 备料复制车间 1380.60.51.7382.80 143.24 165.45 1 台 2 生活间 100.81 8.00 0.00 8.00 SG10-500KVA 3 浴室 30.81 2.40 0.00 2.40 4 锻工车间 300.30.651.179.00 10.53 13.85 5 原料、生活间 150.81 12.00 0.00 12.00 6 仓库 150.80.51.1712.00 14.04 18.47 7 机修模具车间 1000.250.651.7325.00 43.25 49.96 8 热处理车间 1500.60.71.0290.00 91.80 128.56 9 铆焊车间 1800.30.51.7354.00 93.42 107.90 10 小计小计641641 295.20 396.28 494.15 K=0.9 时： =0.9*1870.20=1683.18(KW)( 11 m xe m jS KPKP =0.9*1562.83=1406.547（KVAR） 11 () mm jSxe QKK P tg = m jsjsjs QPS 1 22 )(73.44465.35668.265 22 KVA 查手册选4 变电所变压器型号 SG10-500KVA/10KV/0.4KV,短路阻抗 UK%=4,D,yn11 序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量 号设备组名称 （KW) Kx cos正切 tg 有功 Pjs（千瓦） 无功 Qjs(千乏）视在 Sjs(千伏安） (台数千伏安） （5 5）55 变电所变电所 1 锅炉房 5000.70.750.88350.00308.00 466.22 2 试验室 4250.250.51.73106.25183.81 212.31 3 辅助材料库 4100.20.51.7382.00141.86 163.85 4 油泵房 3150.650.80.75204.75153.56 255.94 5 加油站 3100.650.80.75201.50151.13 251.88 6 办公室、招待所、 食堂 3150.60.61.33189.00251.37 314.50 7 小计 227522751133.501189.73 1643.25 8 全厂合计 96189618 6421.507287.35 9712.93 K=0.9 时： =0.9*1133.50=1020.15(KW) )( 11 m xe m jS KPKP =0.9*1189.73=1070.757（KVAR） 11 () mm jSxe QKK P tg = m jsjsjs QPS 1 22 )(22.1567757.107015.1020 22 KVA 查手册选5 变电所变压器型号 SG10-315KVA/10KV/0.4KV,短路阻抗 UK%=4,D,yn11 2.2 无功功率补偿： 2.2.1 无功补偿的意义： 电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要 组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维 持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力 系统能够安全经济运行。 无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，通过调节控制变量（发 电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节）使系 统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运 行，而且能取得可观的经济效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合 在一起。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分，即它通过调节电容器的安装位置和 电容器的容量，使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。 2.2.2 无功补偿的种类 对于企业及大负荷用电单位，按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压 集中补偿和低压就地补偿。在补偿容量相等的情况下，低压就地补偿减低的线损最大， 因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分，使流经线 路和变压器上的无功电流大大减小，显然此种方法所取得的经济效益最佳。 2.2.3 并联电容器装置设计的一般要求 1高压并联电容器装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分级补偿、 就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。 2变电所里的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划以及国家现行标准 电力系统电压和无功电力技术导则和全国供用电规则的规定计算后确定。当不 具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的 10%30%确定。 3电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。 4当分组电容器按各种容量组合运行时，不得发生谐振，且变压器各侧母线的 任何一次谐波电压含量不应超过现行的国家标准电能质量公用电网谐波的有关规 定。 5高压并联电容器装置应装设在变压器的主要负荷侧。当不具备条件时，可装 设在三绕组变压器的低压侧。 6当配电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器装置。低压并联电 容器装置的安装地点和装设容量，应根据分散补偿和降低线损的原则设置。补偿后的功 率因数应符合现行国家标准全国供用电规则的规定。 2.2.4 并联电容器装置的布置和安装的一般规定 1高压并联电容器装置的布置和安装设计，应利于分期扩建、通风散热、运 行巡视、便于维护检修和更换设备。 2高压并联电容器装置的布置型式，应根据安装地点的环境条件、设备性能 和当地实践经验，选择屋外布置或屋内布置。一般地区宜采用屋外布置；严寒、湿热、 风沙等特殊地区和污秽、易燃易爆等特殊环境宜采用屋内布置。屋内布置的并联电容器 装置，应设置防止凝露引起污闪事故的措施。 3低压并联电容器装置的布置型式，应根据设备适用的环境条件确定采用屋内 布置或屋外布置。 4屋内高压并联电容器装置和供电线路的开关柜，不宜同室布置。 5低压电容器柜和低压配电屏可同室布置，但宜将电容器柜布置在同列屏柜的 端部。 2.3 无功补偿容量的计算： 初步计算总功率： =788.58+759.6+345.24+265.68+196.65=2355.75（KW） 5 1 jS P =1058.967+