第二章负荷计算0809ppt课件

1、电力工程系Department of Electrical Engineering供电技术供电技术蒋智二章 负荷计算与功率因素补偿 电力负荷和负荷曲线电力负荷和负荷曲线 负荷计算的方法负荷计算的方法 企业负荷的确定和变压器选择企业负荷的确定和变压器选择 功率因数补偿技术功率因数补偿技术第二章第二章 负荷计算与功率因素补偿负荷计算与功率因素补偿学习本章首先要明确的三个基本问题：什么是负荷？为什么要进行负荷计算？怎样进行负荷计算？概念：概念：“电力负荷在不同的场合可以有不电力负荷在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，同的含义，它可以指用电设备或用电单位

2、，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。的大小。 n负荷分类：n按用途可分为：照明负荷和动力负荷n按行业分：工业负荷、非工业负荷和居民生活负荷民用电）n电力负荷设备按工作制的分类n长期连续工作制n短时工作制 n断续周期工作制2 2 工厂常用用电负荷设备类型工厂常用用电负荷设备类型 生产加工机械的拖动设备；生产加工机械的拖动设备；电焊、电镀设备；电焊、电镀设备；电热设备；电热设备；照明设备。照明设备。 2 为什么负荷计算n作为电能买卖双方，首先要明确的问题：买卖作为电能买卖双方，首先要明确的问题：买卖多少电？多少电？n作为电能交换的技术平台，要考虑供

3、电系统承作为电能交换的技术平台，要考虑供电系统承担的负荷有多重？担的负荷有多重？n负荷计算具体用途负荷计算具体用途n安排供电方案及系统运行方式安排供电方案及系统运行方式n供电系统电气设备选择导线、开关等）供电系统电气设备选择导线、开关等）n继电保护整定继电保护整定n选择仪表量程选择仪表量程3 怎样进行负荷计算n负荷调查统计找规律n制作负荷曲线需要系数法需要系数法利用系数法利用系数法负荷计负荷计算方法算方法二项式系数法二项式系数法单位产品电耗法单位产品电耗法第一节第一节 负荷曲线及参数负荷曲线及参数什么是负荷曲线？ 电力负荷随时间变化的曲线，反映了用户用电的特点和规律。描述负荷变化趋势的数学手段

4、：可用来预测负荷变化趋势。负荷曲线用途确定系统运行方式安排供电计划安排设备检修计划负荷统计计算负荷曲线分类负荷曲线分类按负荷性质分按负荷性质分有功负荷曲线有功负荷曲线无功负荷曲线无功负荷曲线按负荷变动的时间分按负荷变动的时间分日负荷曲线日负荷曲线(24h)(24h)年负荷曲线年负荷曲线8760h8760h n日负荷曲线的绘制 n以某个监测点为参考点，在24h中各个时刻记录有功功率表的读数，逐点绘制而成折线形状，称折线形负荷曲线。n通过接在供电线路上的电度表，每隔一定的时间间隔一般为半小时将其读数记录下来， 求出0.5h的平均功率，再依次将这些点画在坐标上，把这些点连成阶梯状的是阶梯形负荷曲线。

5、n工程上常用典型的日负荷曲线近似一定时期的实际负荷曲线，如冬夏日典型负荷曲线等。日负荷曲线的绘制图日负荷曲线的绘制图 负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动负荷曲线通常都绘制在直角坐标上，横坐标表示负荷变动时间，纵坐标表示负荷大小功率时间，纵坐标表示负荷大小功率kWkW、kvarkvar）。）。日有功负荷曲线日有功负荷曲线依点连成的负荷曲线依点连成的负荷曲线梯形负荷曲线梯形负荷曲线n年负荷曲线年负荷曲线n年负荷曲线又分为年每日最大负荷曲线和年负荷曲线又分为年每日最大负荷曲线和年持续负荷曲线。年持续负荷曲线。 n年每日最大负荷曲线可根据全年日负荷曲年每日最大负荷曲线可根据全年日负荷曲

6、线间接制成。反映一年内逐月或逐日线间接制成。反映一年内逐月或逐日电力系统最大负荷的变化。电力系统最大负荷的变化。n年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，年持续负荷曲线的绘制，是不分日月先后，将一年中所有日负荷曲线上的功率值累计将一年中所有日负荷曲线上的功率值累计持续时间由大到小依次排列组成。持续时间由大到小依次排列组成。年负荷曲线年负荷曲线年负荷持续时间曲线，年负荷持续时间曲线，反映了全年负荷变动反映了全年负荷变动与对应的负荷持续时与对应的负荷持续时间全年按间全年按8760h计计的关系。的关系。年每日最大负荷曲线，年每日最大负荷曲线，反映了全年当中不同反映了全年当中不同时段的电能消耗水平，时段

7、的电能消耗水平，是按全年每日的最大是按全年每日的最大半小时平均负荷来绘半小时平均负荷来绘制的。制的。n工程上，企业的年有功负荷曲线可以根据企业工程上，企业的年有功负荷曲线可以根据企业一年中具有代表性的冬季和夏季的日有功负荷一年中具有代表性的冬季和夏季的日有功负荷曲线来绘制。曲线来绘制。n图图c c就假定是绘制我国南方某企业的年负荷曲线。就假定是绘制我国南方某企业的年负荷曲线。 165)(2002222 tttT年最大负荷年最大负荷Pmax Pmax 年负荷持续时间曲线上的最大负荷，年负荷持续时间曲线上的最大负荷， 它是全年它是全年中负荷最大的工作班消耗电能最多的半小时平中负荷最大的工作班消耗电

8、能最多的半小时平均负荷均负荷P30P30。年最大负荷利用小时年最大负荷利用小时TmaxTmax假设负荷按最大负荷假设负荷按最大负荷PmaxPmax持续运行时，在此时持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实间内电力负荷所耗用的电能与电力负荷全年实际耗用的电能相同。际耗用的电能相同。l负荷曲线的几个指标负荷曲线的几个指标平均负荷平均负荷平均负荷就是负荷在一定时间平均负荷就是负荷在一定时间t t内平均消内平均消耗的功率耗的功率tWPtav年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总年平均负荷就是全年工厂负荷消耗的总功率除全年总小时数。功率除全年总小时数。 8760aavWP负荷系数负荷系数:

9、 : 负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的负荷系数又称负荷率，它是用电负荷的平均负荷平均负荷Pav,Pav,与其最大负荷与其最大负荷PmaxPmax的比值，的比值，即即 n计算负荷计算负荷n计算负荷，是在设计阶段通过统计计算求计算负荷，是在设计阶段通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中导出的，用来按发热条件选择供电系统中导体和电气设备的假想负荷。体和电气设备的假想负荷。n计算负荷是供电设计计算的基本依据。工计算负荷是供电设计计算的基本依据。工程上常取半小时平均最大负荷程上常取半小时平均最大负荷P30亦即亦即年最大负荷作为计算负荷。年最大负荷作为计算负荷。第二节第二节 负荷计算的方法负荷

10、计算的方法负荷计算:是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。PC-负荷的有功计算负荷 QC-负荷的无功计算负荷SC-负荷的视在计算负荷 IC-负荷的计算电流用电设备容量的确定用电设备容量的确定n设备容量的定义设备容量的定义 n设备的銘牌额定功率设备的銘牌额定功率PNPN经过换算至统一规经过换算至统一规定的工作制下的定的工作制下的“额定功率称为设备容额定功率称为设备容量，用量，用PePe来表示。来表示。n留意：设备容量与设备额定功率的概念及留意：设备容量与设备额定功率的概念及不同点不同点n为什么要换算设备容量？为什么要换算设备容量？n目的：目的：n负荷统

11、计计算；负荷统计计算；n困难：困难：n设备种类不同；设备种类不同；n设备工作制不同；设备工作制不同； 工厂用电设备的工作制工厂用电设备的工作制长期连续工作制设备长期连续工作制设备短时工作制设备短时工作制设备反复短时工作制设备反复短时工作制设备 设备容量的确定方法长期工作制和短期工作制的用电设备 长期工作制和短时工作制的设备容量就是所有设备的銘牌额定功率，即 Pe=PN 反复短时工作制的用电设备 反复短时工作制的设备容量是指某负荷持续率的额定功率换算到统一的负荷持续率下的功率。%1000tttN（31）工作时间工作时间停歇时间停歇时间同一设备在不同的暂载率下工作时，其输出功同一设备在不同的暂载率

12、下工作时，其输出功率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转率是不同的。在计算其设备容量时，必须先转换到一个统一的换到一个统一的下。下。n 断续工作制电气设备的功率与负荷持续断续工作制电气设备的功率与负荷持续率的关系率的关系NN/PP假如设备在假如设备在NN下的额定容量为下的额定容量为PNPN，则换算到，则换算到下的设备容量下的设备容量PP为：为：对起重电动机应统一换算到对起重电动机应统一换算到=25%=25%，换算公式为：，换算公式为： NNNNePPP225（32）起重电动机起重电动机换算后设换算后设备容量备容量（换算前设（换算前设备铬牌额定功备铬牌额定功率率设备铬牌暂载设备铬牌暂载率率对电

13、焊机设备，应统一换算到对电焊机设备，应统一换算到=100%=100%，换算，换算公式为：公式为： NNNNeSPPcos电焊机设备电焊机设备设备铬牌额定容量设备铬牌额定容量设备铬牌功率因数设备铬牌功率因数需要系数法需要系数法 需要系数需要系数KdKd 由于一个用电设备组中的设备并不一定同由于一个用电设备组中的设备并不一定同时工作，工作的设备也不一定都工作在额时工作，工作的设备也不一定都工作在额定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电定状态下，另外考虑到线路的损耗、用电设备本身的损耗等因素，设备或设备组的设备本身的损耗等因素，设备或设备组的计算负荷等于用电设备组的总容量乘以一计算负荷等于用电设备组的

14、总容量乘以一个小于个小于1 1的系数，叫做需要系数，用的系数，叫做需要系数，用KdKd表表示。示。 需要系数的含义需要系数的含义niidcPKP11eWLdKKK需要需要系数系数同时系数同时系数K：并：并非供电范围内的非供电范围内的所有用电设备都所有用电设备都会同时投入使用会同时投入使用负荷系数负荷系数KL：并：并非投入使用的所有非投入使用的所有电气设备任何时候电气设备任何时候都会满载运行都会满载运行电气设备的平均效电气设备的平均效率率e：电气设备：电气设备额定功率与输入功额定功率与输入功率不一定相等率不一定相等 线路的平均效率线路的平均效率W1 ：考虑直：考虑直接向电气设备配接向电气设备配电

15、的配电线路上电的配电线路上的功率损耗后，的功率损耗后，电气设备输入功电气设备输入功率与系统向设备率与系统向设备提供的功率不一提供的功率不一定相同定相同 注：工程实际中，很难通注：工程实际中，很难通过过Kd的表达式来求得需要的表达式来求得需要系数，一般都是通过查表系数，一般都是通过查表求得其经验值求得其经验值在确定了设备容量之后，可分别按下列情况按需在确定了设备容量之后，可分别按下列情况按需用系数确定计算负荷。用系数确定计算负荷。（1对对12台用电设备宜取台用电设备宜取 (2) 用电设备组的计算负荷用电设备组的计算负荷 1dK 用需用系数法计算电力负荷用需用系数法计算电力负荷cadN,caN22

16、cacacacacaNkWkvarkVA/( 3),PKPQPSPQISUtan , , A (3)在确定多组用电设备的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不会同时出现的因素，计入一个同时系数K。 casidiNii=1casidiNii=122cacacacacaN1,2,3,/( 3)mmiPKKPimQKKPSPQISUt ann例例 2-12-1某小批量生产车间某小批量生产车间380V380V线路上接有金属切削机床线路上接有金属切削机床共共2020台其中台其中10.5kW-410.5kW-4台，台，7.5kW-87.5kW-8台，台，5kW-85kW-8台），台），车间有车间有38

17、0V380V电焊机电焊机2 2台每台容量台每台容量20kVA20kVA， ），车间有吊车），车间有吊车1 1台台11kW11kW， ），试计算此车间的计算负荷。），试计算此车间的计算负荷。 %65N5 .0cosN%25N解：（解：（1 1金属切削机床组的计算负荷金属切削机床组的计算负荷 查表查表3.23.2取需要系数和功率因数为：取需要系数和功率因数为：73. 1tan 5 . 0cos 2 . 0，dKkW4.281422.0)1(30Pvark1 .494 .2873. 1)1 (30QkVA8 .561 .494 .2822)1(30SA3.8638.038.56)1(30I所以，有所

18、以，有（2 2电焊机组的计算负荷电焊机组的计算负荷查表查表 取需要系数和功率因数为：取需要系数和功率因数为：68. 2tan 35. 0cos 35. 0，dKkW6 . 51 .1635. 0)2(30Pkvar0 .1568. 26 . 5)2(30QkVA0 .160 .156 . 522)2(30SA3 .2438. 0316)2(30I（3 3吊车组的计算负荷吊车组的计算负荷查表取需要系数和功率因数为查表取需要系数和功率因数为73. 1tan 5 . 0cos 15. 0，dKkW11)3(30Pvark03.1973.111)3(30QkVA2203.191122)3(30SA47

19、.3338. 0*322)3(30I（4 4全车间的总计算负荷全车间的总计算负荷 查表取同时系数查表取同时系数 ，所以全车间的计算负荷为：，所以全车间的计算负荷为： 8 . 0KkW36)116 . 54 .28(8 . 030eiPKPvark504.66)03.19151 .49(8 . 030eiqQKQkVA75504.66362230SA08.11438.037530I4 4 二项式法确定计算负荷二项式法确定计算负荷 n当确定的用电设备台数较少而容量差别相当大的低压支线和干线的 计算负荷时，采用二项式法。n对于同一工作制的单组用电设备，n二项式系数法 的基本公式为: 221tanca

20、cacacacaNxcaQPSPQPbPcP但是必须注意：按二项式系数法确定计算负荷时，如果设备总台数n2x时，则x 宜相应取小一些，建议取为x=n/2如果用电设备组只有12台设备时，就可认为P30=Pe，即 b= 1、c=0。 第三节第三节 企业负荷的确定与变压器的选择企业负荷的确定与变压器的选择1 1、供电线路的功率损耗、供电线路的功率损耗 (kvar) 103(kw) 1033232XIQRIPclcl一一 供电系统的功率损耗和电能损耗供电系统的功率损耗和电能损耗2 2、变压器的功率损耗、变压器的功率损耗20020020100%100% 100%100%UISSSUSISQSSQQQNN

21、cNNTNcNT202NckTNccuFeTSSPPPSSPPP有功损耗无功损耗 在负荷计算中，变压器的有功损耗和无功损耗可按下式近似计算： (kvar) )10. 008. 0( (kw) 02. 0CaTCaTSQSP 3 3、 企业年电能损耗企业年电能损耗lcalPRIW23208760kTPPW线路年平均损耗变压器年平均损耗 ：称为最大负荷损耗小时数。：称为最大负荷损耗小时数。 其物理意义为：当线路和变压器中以最大其物理意义为：当线路和变压器中以最大负荷电流负荷电流 流过流过 小时后所产生的小时后所产生的 电能损耗，等于实际变化电流时全年的电电能损耗，等于实际变化电流时全年的电能损耗。

22、能损耗。 : PPca为线路的负荷系数。为线路的负荷系数。 caI二二 企业计算负荷的确定企业计算负荷的确定1 1 总负荷计算原则：总负荷计算原则： 求各用电设备的设备容量求各用电设备的设备容量 用需要系数法逐级计算用需要系数法逐级计算 在配电点要考虑同时系数在配电点要考虑同时系数 在变压器的安装处要考虑变压器的损耗在变压器的安装处要考虑变压器的损耗 线路中的损耗原则可不考虑线路中的损耗原则可不考虑 在并联电容安装处，要考虑补偿容量在并联电容安装处，要考虑补偿容量2 2 总负荷计算的步骤总负荷计算的步骤 根据负荷分布确定供电系统根据负荷分布确定供电系统 供给单台用电设备的支线的计算负荷确定供给

23、单台用电设备的支线的计算负荷确定计算目的：用于选择其开关设备和导线截计算目的：用于选择其开关设备和导线截面面本卷须知：首先确定不同工作制和计及工本卷须知：首先确定不同工作制和计及工作效率的设备容量作效率的设备容量 。 计算负荷为：计算负荷为： NP NcaPPtan2212cacacaxcaPQPKPl 用电设备组计算负荷的确定用电设备组计算负荷的确定l计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电计算目的：用来选择车间配电干线及干线上的电 气设备。气设备。l本卷须知：不计设备备用容量。本卷须知：不计设备备用容量。l 计算负荷为：计算负荷为： n车间变电所低压母线计算负荷的确定车间变电所低压母线计

24、算负荷的确定n计算目的：以此选择车间变电所的变压器容计算目的：以此选择车间变电所的变压器容量。量。n本卷须知：减去无功补偿容量本卷须知：减去无功补偿容量n 需要选用同时系数需要选用同时系数n 计算负荷为：计算负荷为：2323caQcacaPcaQPQPKPn车间变电所高压母线的计算负荷确定车间变电所高压母线的计算负荷确定n计算目的：依次选择高压配电线及其上的计算目的：依次选择高压配电线及其上的电气设备。电气设备。n本卷须知：计入变压器损耗；估算法的应本卷须知：计入变压器损耗；估算法的应用。用。n 计算负荷为：计算负荷为：QQQPPPcacacaca3434总降变电所低压侧母线的计算负荷确定总降

25、变电所低压侧母线的计算负荷确定计算目的：选主变压器及母线等设备。计算目的：选主变压器及母线等设备。本卷须知：计入线路损耗；减去无功补本卷须知：计入线路损耗；减去无功补偿容量。偿容量。 计算负荷为：计算负荷为：QQKQPPKPcaQcacaPca4545总降变电所高压侧的计算负荷确定总负总降变电所高压侧的计算负荷确定总负荷）荷） 计算负荷为：计算负荷为：TcacaTcacaQQQPKPP5656n最后，求得最大负荷时的功率因数和需要最后，求得最大负荷时的功率因数和需要系数的计算值系数的计算值NcacaacacacaPPKQPP6)(262666cos 留意： 是针对负荷群制定的，对于单台设备，不

26、存在需要稀疏。设备台数越多， 越准确；在查表取用需要系数时，注意负荷群的划分；aKaK计算负荷计算负荷 就是用户向供电部门提供的就是用户向供电部门提供的最大有功负荷全厂总容量），作为申请用最大有功负荷全厂总容量），作为申请用电之用。功率因素可供判断是否进行无功补电之用。功率因素可供判断是否进行无功补偿。需要系数用来和现有手册作比对。偿。需要系数用来和现有手册作比对。6caP三三 变压器选择及经济运行变压器选择及经济运行（一变压器台数选择（一变压器台数选择1变电站变压器台数原则变电站变压器台数原则根据供电可靠性要求选择变压器是否有备用根据供电可靠性要求选择变压器是否有备用根据供电经济性要求选择变

27、压器台数根据供电经济性要求选择变压器台数根据供电安全性要求选择变压器台数根据供电安全性要求选择变压器台数2两台变压器互为备用的方式两台变压器互为备用的方式明备用。明备用。 暗备用。暗备用。 三三 变压器选择及经济运行变压器选择及经济运行（二变压器容量选择（二变压器容量选择1安装单台变压器时的容量选择安装单台变压器时的容量选择 SN.TSca2安装两台变压器时任意单台容量选择安装两台变压器时任意单台容量选择 应同时满足下列两个条件应同时满足下列两个条件caTNcaTNSSSS)7 . 06 . 0(.)(.四四 变压器的经济运行变压器的经济运行（一变压器额定参数（一变压器额定参数额定容量额定容量

28、额定电压与变比额定电压与变比额定电流额定电流（二变压器试验参数（二变压器试验参数励磁电流励磁电流I0空载有功损耗空载有功损耗P0和空载无功损耗和空载无功损耗Q0短路电压短路电压Uk短路有功损耗短路有功损耗Pk和短路无功损耗和短路无功损耗Qk（三变压器有功损耗和无功损耗的概念（三变压器有功损耗和无功损耗的概念有功损耗：电能量的损失有功损耗：电能量的损失无功损耗：电能量的占用、耗费无功损耗：电能量的占用、耗费（四无功功率经济当量（四无功功率经济当量Kq变压器的无功损耗占用引发的线路损耗问题变压器的无功损耗占用引发的线路损耗问题（五变压器综合功率损耗（五变压器综合功率损耗变压器有功损耗与变压器的无功

29、消耗占用共同变压器有功损耗与变压器的无功消耗占用共同引发的电网损耗和变压器本身的有功损耗之和引发的电网损耗和变压器本身的有功损耗之和第四节第四节 功率因素补偿技术功率因素补偿技术tUItUIuiptIitUu2sinsin)2cos1 (cos)sin(2sin2一、功率因素概论一、功率因素概论1. 定义定义SPQPSUIScos222sincosUIQUIP2 2 企业供电系统的功率因素企业供电系统的功率因素22coscacacacacaQPPSP公式公式1 1计算功率因素计算功率因素统计备用统计备用 公式公式 2 222222222)()(coscacacaavavavQPPavQaPaPtQtPtPWWW平均功率因数平均功率因数用户设计阶段得用户设计阶段得到到均权功率因数均权功率因数电力公司调整电电力公司调整电费费3 3 提高负荷功率因素的意义提高负荷功率因素的意义n提高电力系统的供电能力n降低网络中的功率损耗n减少网络中的电压损失，提高供电质量n降低电能成本n国家相关规定：n我国有关规程规定：高压供电的工厂，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，其它工厂则不得低于0.