任务4-1.2车间变电所电力负荷的计算及选型

★项目描述：本项目以工厂车间变电所设计与选型计算为载体，分两个任务来学习工厂车间变电所供配电系统的设计与选型、短路电流的计算方法，通过对一组设备进行负荷计算的实例讲控用需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的方法，并根据计算的结果来进行设备的选型以及导线截面的选择，明确计算短路电流的实际意义。通过学习，使学生具备车间变电所供配电系统负荷计算和选型能力，初步具有供配电系统设计思路，能理解短路过程中的相关物理量，并具有短路电流的计算能力。★职业岗位：变电室的运行与维护；设计、研发岗位。项目四

车间变电所的设计与选型计算★教学目标：1.知识目标（1）掌握电力负荷计算及车间变电所主接线图的设计方法。（2）掌握电力设备的选型方法。2.能力目标（1）学会变电所电力负荷的计算，并具备车间变电所主接线图的设计能力。（2）通过电力负荷的计算结果，学会对导线、电气设备进行选择，具备电气设备选型能力。（3）具备团结合作、组织与语言表达能力。项目四

车间变电所的设计与选型计算★任务导入：根据需要，我国每年都要新建和扩建一些企业，因此，需要新建心矿理变电所。在进行一个工矿企业的供配电设计时，首先遇到的是如何确定企业各个建同的电为须荷问题，本任务以一个车间变电所主接线为例，说明如何通过电为金业各，择能也成权知、主变容量、开关及应断器。在用电设各定电压发过为各生路十、交压居常是及开关设备，用它负将是根据或或有电选的大小工理论计算到，如何选择设备最经济，都是本任务要讨论的问题。项目四

车间变电所的设计与选型计算

四、工厂的功率因数

1.功率因数低的原因

由于工厂中不仅有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性变压器，因此功率因数降低，输送的电能不能充分利用，电能浪费严重。《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，100kV·A及以上高压供电的用户，其功率因数应达到0.90以上。其他电力用户，大、中型电力排灌站，趸购转售电企业，其功率因数应为0.85以上”。凡功率因数未达到上述规定的，应增加无功补偿装置，通常采用并联电容器的方法进行补偿，以提高功率因数。

2.工厂无功补偿方法

（1)

在车间变电所低压母线上并联合适的电容器组进行集中补偿，这是工厂普遍采用的一种方式。目前，工厂采用的是自动补偿装置，避免了人工手动补偿投切电容器过多或过少，造成过补偿或欠补偿情况。电容器柜装设在低压配电室内，低压集中补偿电路及补偿范围如图5-1-2所示。

（2)在高压母线并联合适的电容器组进行集中补偿，这是电力、供电部门采用的一种补偿方式。补偿设备一般装设在高压电容室内的电容柜中。高压集中补偿电路及补偿范围如图5-1-3所示。

3.动态无功功率补偿装置

在现代工业生产中有一些容量很大的冲击性负荷（如炼钢电炉、轧钢机等）使电网电压严重波动，功率因数恶化。一般并联电容器的自动切换装置响应太慢，无法满足要求。因此，必须采用大容量、高速的动态无功功率补偿装置，如晶闸管开关，以快速切换电容器。

目前已投入工业运行的静止动态无功功率补偿装置有：可控饱和电抗器式静止补偿装置；自饱和电抗器式静止补偿装置；晶闸管控制电抗器式静止补偿装置；晶闸管开关电容器式静止补偿装置；强迫换流逆变式静止补偿装置；高阻抗变压器式静止补偿装置等。五、无功补偿容量的计算

假设车间低压总进线未补偿之前（不接补偿电容器）的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数分别为P4o、Qo、So、cosp,且补偿之前的功率因数cosφ较低，没有达到国家供电部门规定的0.85及以上。

假设补偿之后（接补偿电容器）的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数分别为P3o、Qo、So、cosφ,要求补偿之后工厂的功率因数（高压侧）要达到0.9以上，考虑到变压器的有功损耗、无功损耗，则通过换算到变压器的低压侧，可得变压器低压侧的功率因数cosφ'提高到0.92。要使较低的功率因数cosφ提高到cosφ,若通过低压母线集中补偿方式进行补偿，这时需在低压母线上并联合适的电容器组。

由于电容器不消耗有功功率，所以补偿之前和补偿之后（接补偿电容器）车间总线的有功功率P30不变，即P30=P30。由图5-1-5可以看到，要使功率因数由cosφ提高到cosφ,需装设无功补偿装置，其

在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，低压侧总的视在计算负荷和计算电流减小，这一方面可使变电所主变压器容量选得小一些。我国供电企业对工业用户实行的是“两部电费制”，即基本电费和电能电费。基本电费是按所装用的主变压器容量来计费的，规定每月按kV·A容量大小交纳电费，容量越大，交纳的基本电费越多，容量减小了，交纳的基本电费就减小了；电能电费是按每月实际耗用的电能kW·h来计算电费的，并且要根据月平均功率因数的高低乘以一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定值的，可减收一定百分率的电费；凡低于规定值的，则加收一定百分率的电费。另一方面，可使导线的线径或母线的尺寸选得小一些，以降低电能损耗，节约电能。综上所述，提高工厂功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本身也是有一定经济实惠的，更重要的是可以选择较小容量的变压器、导线或电缆线，既能节约初建的投资，又能大大降低线损耗。【例5-1-3】某厂拟建10kV降压变电所，装设一台主变压器，已知变电所低压侧有功计算负荷为868.3kW,无功计算负荷为770.4kW.为了使工厂的功率因数不低于0.9,需要在变电所低压侧装设并联电容器进行补偿，问需要装设多少补偿容量？补偿后工厂变电所所选主变压器容量有何变化？

解

：（1）补偿前的变压器容量和功率因数。变压器低压侧视在计算负荷为

主变压器容量的选择条件为SNT》，因此，未进行无功补偿时，选择主变压器容量为1250KV·A型号为S9-1250/10。这时变电所低压侧的功率因数为

上述功率因数即达到了0.9以上的要求。由此例可以看出，采用无功补偿来提高功率因数能使工厂取得可观的经济效果。

六、逐级计算法确定工厂的计算负荷

确定用户的计算錪是选择电源进线和一、二次设备的基本依据，是供配电系统设计的重要组成部分。逐级计算法确定工厂的计算负荷是指从企业的用电负荷开始，逐级由低压向高压、电源方向组成部分。逐级计算法确定工厂的计算负荷是指从企业的用电负荷端开始，逐级由低压向高压、电源方向计算，直至求出电源进线端的计算负荷为止。先以图5－1－6所示的单线图为例，介绍逐级计算法确定工厂计算负荷的方法。（1）在图5-1-6中，首先计算车间变电所1的第一路配电输出（车间动力柜）的节点1的计算负荷。先将用户用电设备的总容量Pe，（不包括备用设备容量）乘以一个需要系数Kd，可得到有功计算负荷，即用户的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流，可分别按式（5-1-6），式（5-1-7）和式（5-1-8）计算。（2）计算第二路配电输出的节点1的计算负荷，计算方法与第一路配电输出的节点1的计算负荷相同，第三路配电输出的节点1的计算负荷的计算负荷也相同。（3）计算完车间变电所1的低压配电输出所有节点的计算负荷后，再按照多组用电设备计算负荷的公式进行计算，其体如下：车间变电所1的变压器低压健总的有功计算负荷，即节点2的计算负荷为（4）计算车间变电所1的节点3（变压然一次侧）的计算负荷。变压器的功率损托可按下列简化公式近似计算：因此，节点3的计算负荷就是节点2的计算负荷和变压器的功率损耗之和，即（5）计算高压进线（节点4）的计算负荷。把各变电所的节点3的负荷看成是多个设备组的负荷，再用式（5-1-22）～式（5-1-25）就可以求出高压进线（节点4）的计算负荷。由于工厂的输配电距离不是很远，因此可以忽略线路损耗。以上计算负荷均忽略线路损耗，即节点4的计算负荷与节点5的计算负荷相同。同理，节点6、节点7的计算负荷也是按照上述逐级计算法来确定工厂的计算负荷的，即节点4的计算负荷与节点5的计算负荷相同。总的无功计算负荷为用同样的方法再计算车间变电所2的计算负荷，依次计算节点1、节点2、节点3的计算负荷.七、尖峰电流及其计算1、定义尖峰电流（peakcurrent）是指持续时间1～2s的短时最大电流。2、用电设备尖峰电流的计算（一）单台用电设备尖峰电流的计算单台用电设备的尖峰电流就是其启动电流（startingcurrent），因此尖峰电流为

（二）多台用电设备尖峰电流的计算引至多台用电设备的线路上的尖峰电流按下式计算：或式中：Ist.max为用电设备中启动电流与额定电流之差为最大的那台设备的启动电流；（Ist-IN）max为用电设备中启动电流与额定电流之差为最大的那台设备的启动电流与额定电流之差；I3o为全部设备投入运行