负荷计算方法无功功率补偿

1、第二章高压供电系统设计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

2、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需要系数Kx =员="；它与用电设备组的平均加权负荷系数 Kfz、同时运 pe三i - sb行系数Kt、电动机的平均加权效率 qb以及网路供电效率，等系数有关，且Kx值包小于1。(1)单台用电设备计算负荷：PjS=Pd ； & 计算负荷，Ped 电动机的额定容量，刈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

3、组用电设备的负荷计算计算负荷表达式：PjS = KxPe ； QjS = Pjstg中PjS -计算负荷有功功率QjS 无功功率 Kx需要系数tg中功率因数角对应的正切值(3)多组用电设备的负荷计算公式：£ PjS =K工艺（Pe，Kx） ；£ QjS=K=W （KxPe tg矽1-11一 1Kv-同期系数，对于车间干线，可取K£ = 0.A 1,对于低压母线，由用电设 备组计算负荷直接相加来计算时 K£ = 0." 0.8。2、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+bP

4、e, 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：I jS =CFx+b,Pe, G, b1不同工作制的不同类用电设备，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：m有功功率：PjS m = CPx maxbPe1式中（CPx Lax-各用电设备组算术中第一项CP的最大值。m工Pe - 所有用电设备组算式中第二项总和。 1m无功功率：QjS = CPx m

5、a* tg ' bPe tg ： 1式中：tg% -与（CPx max相应的功率因数正切值，tg中-与各组设备bPe相应的功率因数正切值。3. “ABC 法“ABC计算负荷白特点是：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：P = DKL A C A 2BjsD-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。kL-该组用电设备的利J用系数。（见P24表1 9）.A=H m.ki , Ki =P%。

6、%-该组用电设备中某一单台设备额定功率（KW）。i 4Dn 对应于该功率设备的台数。m .11B=£1+2+3+ +（Ki1）Jni; C=1.5 卜1,无功功率：Qjs=Pjstg：4、利用系数法（同济大学）公式：Pjs=Kmax芝Pp,Qjs=Kmax 工Qp,Sj= qjT“其中，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（Z Pp ）之比。其值接近于负荷系数的倒数。Kmax = P30/Z Pp = Pj/Z PpPp , 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。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

7、，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 £ PP和Q Qp ,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 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R、Qj、Sj之后，又求得Z Pj , Z Qj , Z Sj ,再乘以同期系数。因用利用系数求得的 Pj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

8、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”

9、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m叠加，但它对这个参数的估计是由设备容量的总平方根ni Pei表征的。该方根随设备台数ni和设备容量Pei而变化。容量值越大，对方根的影响越大。“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。具另一特点 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

10、：1)单个设备的容量计算：计算负荷表达式：PjS = KxPe ； QjS = Pjstg中PjS -计算负荷有功功率QjS 无功功率 Kx需要系数tg中功率因数角对应的正切值2)整个车间的负荷计算：mm计算负荷表达式：£ PjS =K工芝(Pe Kx)；1一 1mmm'、QjS = K 三、(KxR tg )'、Sjs =" 4 2% Qjs 2111Kv 同期系数(同时率)。对于车间干线：可取 Ke = 0.” 1 ,取0.9;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Ke=0.” 0.8。各车间变电所的计算负荷计算结果如下表:车间或用电设备容

11、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（I）正切tg小有功Pjs （千瓦）无功Qjs（千乏）视在Sjs（千伏安）（台数x千伏安）（1）用1变电所1毒膜车间16800.60.61.331008.001340.641677.312原料库3100.250.51.7377.50232.00134.08308.56154.863生活间2900.811.33386.054成品库一3050.30.51.7391.50158.30182.845成品库二3040.30.51.7391.20157.78182.246包装材料库3000.30.51.7390.00155.

12、70179.847小计31891590.202255.052759.34忌=0.9时：mm'、Pjs = K ” (Pe Kx) =0.9*1590.20=1431.18(KW)1一 1mmQ Qjs =K"Z (KxPe tg邛)=0.9*2255.05=2029.545KVAR)i- im、Sjs =Pjs 2 v Qjs 2 = 1431.18 2 2029.545 2 = 2483.41(KVA)1查手册选N! 1变电所变压器型号SG10-160(H10k%.4 KV,短路阻抗U%=4,D,yn11序号车间或用电设备组名称设备容量（KW）需要系数Kx功率因数cos（I

13、）功率因数角正切tg小计算负荷变压器台数及容量（台数x千伏安）有功Pjs （千瓦） 无功Qjs（千乏）视在Sjs（千伏安）（2）用2变电所1单丝车间16850.60.61.31011.001314.301658.162水泵房及其附属设备3200.650.80.75208.00156.00260.003小计20051219.001470.301909.91忌=0.9时：mm' PjS =K三、(Pe Kx)=0.9*1219.00=1097.1(KW)1一 1mmQ QjS =Ki，£ (KxPe tg5)=0.9*1470.30=1323.27 (KVAR)1一 1工 Sjs

14、 =、：C：Pjs 2 +(ZQjs 2 =&1097.1f +(1323.27)2 = 1718.92(KVA)查手册选N! 2变电所变压器型号SG10-125CK%0 K/0.4 KV,短路阻抗U%=4,D,yn11序号车间或用电设备组名称设备容量（KW）需要系数Kx功率因数cos（I）功率因数角正切tg小计算负荷变压器台数及容量 （台数x千伏安）有功Pjs （千瓦）无功Qjs（千乏）视在Sjs（千伏安）（3）用3变电所1注塑车间1890.40.61.3375.60100.55125.801台2管材车间8800.350.61.33308.00409.64512.51SG10-800

15、K710 KV/0.4 KV3小计1069383.60510.19638.31忌=0.9时:mmPjs =K v (Pe Kx) =0.9*608.60=365.16(KW)1一 1mmQ QjS =KZ z (KxPe tg邛)=0.9*809.44=728.496 (KVAR)1一 1mS Sjs =J(ZPjs 2 +(ZQjs 2 =$365.242 +(459.17f =574.48(KVA)1查手册选N! 3变电所变压器型号5610-80(/10及0.4 KV,短路阻抗U%=4,D,yn11序号车间或用电设备组名称设备容量（KW）需要系数Kx功率因数cos（I）功率因数角正切tg小

16、计算负荷变压器台数及容量 （台数x千伏安）有功Pjs （千瓦）无功Qjs（千乏）视在Sjs（千伏安）（4）用4变电所1备料复制车间1380.60.51.7382.80143.24165.451台2生活间100.818.000.008.00SG10-500KVA3浴室30.812.400.002.404锻工车间300.30.651.179.0010.5313.855原料、生活间150.8112.000.0012.006仓库150.80.51.1712.0014.0418.477机修模具车间1000.250.651.7325.0043.2549.968热处理车间1500.60.71.0290.00

17、91.80128.569聊焊车间1800.30.51.7354.0093.42107.9010小计641295.20396.28494.15忌=0.9时:mmx Pjs =K 三、(Pe Kx) =0.9*1870.20=1683.18(KW)11mmQ QjS =K工工(KxPe tg平)=0.9*1562.83=1406.547 (KVAR)11m'、Sjs =Pjs 2" Qjs 2 = 265.68 2356.65 2 = 444.73(KVA)11计算负荷查手册选N! 4变电所变压器型号SGIO-SOCTZ10KV/0.4 KV,短路阻抗U%=4,D,yn11(5)

18、用5变电所1锅炉房5000.70.750.88350.00308.00466.222试验室4250.250.51.73106.25183.81212.313辅助材料库4100.20.51.7382.00141.86163.854油泵房3150.650.80.75204.75153.56255.945加油站3100.650.80.75201.50151.13251.886办公室、招待所、食堂3150.60.61.33189.00251.37314.507小计22751133.501189.731643.258全厂合计96186421.507287.359712.93序车间或用电设备容量需要系数功

19、率因数功率因数角变压器台数及容量设备组名称（台数X千伏安）号有功Pjs （千瓦） 无功Qjs（千乏）视在Sjs（千伏安）正切tg小(KW)Kxcos（I）忌=0.9时：mm、PjS =K " (Pe Kx)”=0.9*1133.50=1020.15(KW)1一 1mm£ QjS =K£,2 (KxPe tg邛)=0.9*1189.73=1070.757 (KVAR)1一 1m '、Sjs "/C"Pjs 2 " Qjs 2 = , 1020.15 2 1070.757 2 =1567.22（KVA）11查手册选N! 5变电所变

20、压器型号SG10-31EV）10KV/0.4 KV,短路阻抗U%=4,D,yn112.2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

21、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，

22、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

23、，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：5、Pjs =788.58+759.6+345.24+265.68+196.65=2355.75(KW) i5Q Qjs =1058.967+981.05+459.17+356.65+215.53=3071.07 (KVAR) i因在工业企业消耗的无功功率中，电动机占70%,变压器占20%,线路占10%。汇Qjs=