电力工程基础第三版孙丽华主编课件.ppt

1、2020/7/23,河北科技大学电气工程学院,1,河北科技大学电气工程学院,2,2020/7/23,第2章 负荷计算与无功功率补偿,河北科技大学电气工程学院,3,2020/7/23,一、电力负荷的分级,2.1 概述,河北科技大学电气工程学院,4,2020/7/23,二、用电设备的工作制及设备容量的计算,暂载率（负荷持续率）：指设备工作时间与工作周期的百分比值，即,连续运行工作制（长期工作制） 短时运行工作制（短时工作制） 断续周期工作制（反复短时工作制）,1用电设备的工作制,起重设备：标准暂载率有15%、25%、40%和60% 电焊设备：标准暂载率有50%、65%、75%和100%,河北科技大

2、学电气工程学院,5,2020/7/23,2设备容量Pe的计算,连续运行工作制：,断续周期工作制：其设备容量是指换算到统一暂载率下的额定功率。,折算方法：按同一周期等效发热条件进行换算。,河北科技大学电气工程学院,6,2020/7/23,起重设备：指统一换算到=25%时的额定功率，即,电焊设备：指统一换算到=100%时的额定功率，即,三、负荷曲线,按性质分：有功负荷曲线、无功负荷曲线 ； 按负荷持续时间分：年负荷曲线、月负荷曲线、日负荷曲线、工作班负荷曲线等。,河北科技大学电气工程学院,7,2020/7/23,1. 日有功负荷曲线,2. 年有功负荷曲线,年最大负荷曲线（运行年负荷曲线）,图2-2

3、 年最大负荷曲线,图2-1 日有功负荷曲线 a）折线图 b）梯形图,河北科技大学电气工程学院,8,2020/7/23,取冬季为213天，夏季为152天，则图中功率P1所占时间为：,图2-3 全年时间负荷曲线的绘制 a）冬季典型日负荷曲线 b）夏季典型日负荷曲线 c）全年时间负荷曲线,全年时间负荷曲线（年负荷持续曲线）,河北科技大学电气工程学院,9,2020/7/23,四、与负荷曲线有关的物理量,1年最大负荷和年最大负荷利用小时数,年最大负荷Pmax ：指全年中消耗电能最多的半小时的平均功率，即,年最大负荷利用小时数Tmax：在此时间内，用户以年最大负荷持续运行所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的

4、电能。,可见：年负荷曲线越平坦，Tmax越大；年负荷曲线越陡，Tmax越小。,图2-4 年最大负荷与年最大负荷利用小时数,河北科技大学电气工程学院,10,2020/7/23,2平均负荷与负荷系数,平均负荷Pav：电力负荷在一定时间t 内平均消耗的功率，即,负荷系数 KL：平均负荷与最大负荷的比值，即,年平均负荷:,KL越大，负荷曲线越平坦，负荷波动越小。,图2-5 年平均负荷,河北科技大学电气工程学院,11,2020/7/23,3需要系数和利用系数,需要系数Kd：负荷曲线中的最大负荷与用电设备额定容量的比值，即,利用系数Ku：负荷曲线中的平均负荷与用电设备额容量的比值，即,河北科技大学电气工程

5、学院,12,2020/7/23,计算负荷的定义：根据用电设备安装容量确定的、用以按发热条件选择导体和电气设备时所使用的一个假想负荷，用Pc（或Qc 、Sc 、 Ic ）表示。,通常把根据半小时平均负荷所绘制的负荷曲线上的 “最大负荷”称为计算负荷，并作为按发热条件选择电气设备的依据，因此,一般中小截面导体的发热时间常数为10min以上，而导体通过电流达到稳定温升的时间大约为34，即载流导体大约经半小时（30min）后可达到稳定温升值,一、概述,2.2 计算负荷的确定,河北科技大学电气工程学院,13,2020/7/23,目的：选择电力变压器、开关设备及导线、电缆等 意义：估算过高，使设备和导线选

6、择偏大，投资大；估算过低，使设备和导线选择偏小，运行时过热，加快绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，影响系统的正常运行。 方法：需要系数法、二项式系数法、利用系数法和单位产品耗电量法等 。,二、三相用电设备组的负荷计算,确定用电设备组的计算负荷时，应考虑以下因素：,河北科技大学电气工程学院,14,2020/7/23,各用电设备在工作时，不一定全部在满负荷下运行，因此应考虑一个负荷系数 ;,各用电设备的平均效率 ;,线路的供电效率 。,因此，用电设备组的需要系数可表示为,各用电设备因工作情况不同，可能不同时工作，因此应考虑一个同时使用系数 ;,河北科技大学电气工程学院,15,2020/7/23

7、,需要系数，查表2-1,说明：P30 、 Q30、 S30的单位分别为kW、kvar、kVA,单组用电设备计算负荷的确定,用电设备组的设备容量,河北科技大学电气工程学院,16,2020/7/23,当车间配电干线上有多组用电设备时，各组用电设备的最大负荷不同时出现，此时应计入一个同时系数。,同时系数，取0.850.95,多组用电设备计算负荷的确定,河北科技大学电气工程学院,17,2020/7/23,电力负荷计算表,例2-1（P33）,河北科技大学电气工程学院,18,2020/7/23,对需要系数法的评价,公式简单，计算方便 ； 需要系数法的数值比较完整和准确，查取方便； Kd是针对负荷群而言的，

8、设备台较越多计算越准确（否则计算误差较大，应采用二项式系数法）； 将Kd看成常数，适用于求全厂或大型车间变电所的计算负荷。,三、单相用电设备组的负荷计算,单相设备接于相电压时：,单相设备接于同一线电压时：,河北科技大学电气工程学院,19,2020/7/23,A相:,B相:,C相:,然后分相计算各相的设备容量，则最大负荷相的3倍即为总的等效三相设备容量。,一般情况：应先将接于线电压的单相设备容量换算为接于相电压的设备容量：,河北科技大学电气工程学院,20,2020/7/23,一、功率损耗,1线路的功率损耗,2.3 功率损耗与电能损耗计算,等边三角形排列：,水平等距离排列：,而x1与导线之间的几何

9、均距有关。,其中:,图2-6 三相导线的布置方式 a）等边三角形布置 b）水平等距布置,河北科技大学电气工程学院,21,2020/7/23,变压器的功率损耗,铁心中的有功功率损耗，即铁损 （不变损耗）,变压器的空载损耗 可认为就是铁耗，即,有功功率损耗,消耗在一、二次线圈电阻上的有功功率损耗，即铜耗 （可变损耗）：与负荷电流（或功率）的平方成正比。,变压器的短路损耗 可认为就是额定负载下的铜耗，则任意负载下的铜耗为：,河北科技大学电气工程学院,22,2020/7/23,所以,式中， 为变压器的负荷率。,用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损耗 ：与负荷大小无关，用 来表征。,无功功率损耗,所

10、以,河北科技大学电气工程学院,23,2020/7/23,消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗 ：与负荷电流的平方成正比，用 来表征。,所以 额定负载下的损耗,近似公式：,河北科技大学电气工程学院,24,2020/7/23,二、电能损耗,1线路的电能损耗 ：,的含义：在此时间内，线路持续通过计算电流所（I30）产生的电能损耗与实际负荷电流在全年内所产生的电能损耗相等。,图2-7 与Tmax关系曲线,年最大负荷损耗小时数,河北科技大学电气工程学院,25,2020/7/23,2变压器的电能损耗,由变压器铁损引起的电能损耗：,由变压器铜损引起的电能损耗：,因此，变压器全年的电能损耗为,河北科技大学电

11、气工程学院,26,2020/7/23,三、线损率的计算,1. 线损：发电厂发出来的电能，在电力网输送、变压、配电各环节所造成的损耗，称为电力网的电能损耗，简称为线损。包括理论线损和管理线损两部分。,2. 线损率：指线损电量占电网供电量的百分数，即,河北科技大学电气工程学院,27,2020/7/23,2.4 企业计算负荷的确定,图2-8 负荷计算用供电系统,逐级计算法：从企业的用电端开始，逐级上推，直至求出电源进线端的计算负荷为止。,河北科技大学电气工程学院,28,2020/7/23,用电设备组的计算负荷（图2-8中的1点）,车间变压器低压母线上的计算负荷（图2-8中的2点）,变电所低压母线上所

12、装静电电容器的容量,或,河北科技大学电气工程学院,29,2020/7/23,车间变压器高压侧的计算负荷（图2-8中的3点）,注意：若车间变压器的容量和型号尚未确定，变压器的功率损耗可按近似公式进行计算，即,河北科技大学电气工程学院,30,2020/7/23,车间变电所高压母线上的计算负荷（图2-8中的4点）,总降压变电所出线上的计算负荷 （图2-8中的5点）,河北科技大学电气工程学院,31,2020/7/23,总降压变电所低压母线上的计算负荷 （图2-8中的6点）,企业总计算负荷 （图2-8中的7点）,或,高压电容器的补偿容量,河北科技大学电气工程学院,32,2020/7/23,一、功率因数的

13、计算,瞬时功率因数：,由功率因数表（相位表）直接读出，或按下式求出：,指某一规定时间内，功率因数的平均值。其计算公式为：,均权功率因数：,2.5 功率因数与无功功率补偿,河北科技大学电气工程学院,33,2020/7/23,指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，即,最大负荷时的功率因数：,我国供电部门每月向工业用户收取电费，就是按月均权功率因数的高低来调整的。并规定：高压供电的用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。,注意：在供电设计中考虑无功补偿时，严格地讲，应按均权功率因数否满足要求来计算，但为简便起见，常按最大负荷时的功率因数来计算补偿容量。,河北科技大

14、学电气工程学院,34,2020/7/23,二、无功功率补偿,使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。 使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。 使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。 使发电机的出力下降，发电设备效率降低，发电成本提高。,功率因数低的不良影响：,河北科技大学电气工程学院,35,2020/7/23,提高自然功率因数的方法,用小容量的电动机代替负荷不足的大容量电动机。,正确选用感应电动机的型号和容量。,当电动机的负荷系数 KL70%时，可以不换；当 KL40%时，必须换小电机；当40% KL 70%时，则需经过技术经济比较后再进行更换。,降低感应电动机的端电压就

15、降低了感应电动机的无功功率需要量，从而可提高系统的功率因数。,对负荷不足的电动机可用降低外加电压的办法提高功率因数。,河北科技大学电气工程学院,36,2020/7/23,定子绕组的匝数不能减少。,所以,限制感应电动机的空载运行。 提高感应电动机的检修质量。,当变压器的负荷系数 KL30%时，应考虑换小容量的变压器。,气隙不能增加。,合理使用变压器。,感应电动机同步化运行 。,同步电动机过励磁下可向电网送入无功功率，从而改善功率因数。,河北科技大学电气工程学院,37,2020/7/23,2提高功率因数的补偿法,稳态无功功率补偿设备,采用并联电容器,采用同步补偿机,优点：与同步补偿机相比，因无旋转

16、部分，具有安装简单、运行维护方便、有功功率损耗小及组装灵活、扩充方便等优点，因此是目前工业企业中应用最广泛的无功补偿设备。,实质上是空载运行的同步电动机，通过调节其励磁电流可以起到补偿系统无功功率的作用。由于它为旋转机械，安装和运行维修都相当复杂，所以在企业供配电系统中很少应用。,河北科技大学电气工程学院,38,2020/7/23,投切方式：手动、自动（无功自动补偿装置）； 控制方式：按母线电压的高低、无功功率的大小、功率因数的大小等进行控制； 电容器组数：4、6、8、10、12等； 电容器分组应满足以下条件：,分组电容器投切时，不应产生谐振； 适当减少分组组数和加大分组容量； 应与配套设备的

17、技术参数相适应； 满足电压偏移的允许范围。,动态无功功率补偿设备 静补装置（SVC）,河北科技大学电气工程学院,39,2020/7/23,静补装置由可控的可调电抗器与电容器并联组成，电容器发出无功功率，可控电抗器吸收无功功率。它可以迅速地按照负荷的变动情况改变无功功率的大小和方向，具有响应速度快、平滑调节性能好、补偿效率高、维修方便及谐波、噪声、损耗均小等优点 ，尤其适用于冲击性负荷的无功补偿 。,三、电容器并联补偿的工作原理,图2-9 电容器无功补偿原理图,在R、L电路中并联电容器C后：,河北科技大学电气工程学院,40,2020/7/23,欠补偿 ：补偿后电流 落后电压,四、电容器的接线方式

18、与装设位置,1电容器的接线方式,低压电容器组一般接成三角形。高压电容器组宜接成星形，但容量较小（450kvar及以下）时可接成三角形。,由于 ，而 ，因此电容器接成三角形时的容为采用星形接线时的3倍 。 采用三角形接线时，一电容器断线，三相线路仍能得到无功补偿；而采用星形接线时，一相电容器断线，该相将失去补偿，造成三相负荷不平衡。 采用三角形接线时，任一电容器击穿将造成两相短路，有可能发生电容器爆炸 ；而采用星形接线时，若一相电容器击穿，短路电流数值相对较小。,过补偿 ：补偿后电流 超前电压,注意：一般都不采用过补偿，因为这将引起变压器二次侧电压的升高，会增大电容器本身的损耗，使温升增大，电容器寿命降低，同时还会使线路上的电能损耗增加。,河北科技大学电气工程学院,41,202