第二章 负荷计算及变压器选择

工矿企业供电山西大同大学张学成2023/2/3

第二章负荷计算与变压器选择本章知识要点需用系数法统计负荷的方法；补偿电容器的选择；主变压器的选择；变压器经济运行分析及运行方式的确定等。本章培养的能力与技能能用需用系数法进行负荷统计和计算；能根据变电所实际情况确定电容器的补偿方案，选择补偿电容器的台数，确定其接线方式；能根据变电所的负荷情况，合理选择变压器的台数和容量；能正确合理地确定变压器的运行方式。2023/2/32第一节负荷计算负荷计算的目的为设备、导线和保护装置的选择等提供计算依据。负荷计算的方法需用系数法、二项式法、利用系数法、单位产品电耗法等。**********************************************一、用电设备功率的确定二、需用系数法计算负荷三、变电所总负荷的计算2023/2/33一、用电设备功率的确定负荷计算时先换算成统一工作制下的额定功率，然后再进行负荷的统计计算。用电设备的工作制长时工作制、短时工作制、断续周期工作制。2023/2/341.长时工作制用电设备特点长时连续运行，且负荷比较稳定。如通风机、压风机、水泵、电炉、照明灯等。换算等于其铭牌上额定功率。2023/2/352．短时工作制用电设备特点运行时间短，停歇时间长。如车床上的进给电机、小绞车、电动闸门等。换算一般按铭牌上的额定功率确定。正常时不使用，只在事故或检修时使用的支线按额定功率确定；干线不考虑。若功率较大，应适当考虑。2023/2/363．断续周期工作制用电设备特点周期性地时而运行、时而停歇，周期一般不超过10min，如电焊机、起重吊车等。换算按“热量等效”的原则，换算成规定负荷持续率下的额定功率。2023/2/37功率换算公式起重运输类设备，换算到暂载率下的额定功率对于电焊类设备，换算到暂载率下的额定功率

2023/2/38[例2-1]一台对焊机其额定功率为30kW，负荷持续率为60%；一台起重机已知其额定功率为39.6kW，负荷持续率为40%。试分别确定其设备功率。解1．电焊类设备的功率统一换算到，其功率为2．起重机类设备的功率统一换算到，其功率为2023/2/39二、需用系数法计算负荷用电设备组的实际负荷总容量小于其额定容量之和。需用系数：设备实际负荷容量与额定容量的比值。需用系数法：根据用电设备的额定容量和需用系数，计算实际负荷容量的方法。2023/2/3101．用电设备的需用系数一组用电设备的需用系数式中同时系数负荷系数加权平均效率2023/2/3112．用电设备的计算负荷计算负荷是按发热条件选择导体和电器时所使用的一个假想负荷。导体达到稳定温升的时间约为30min。通常取30min平均最大负荷作为计算负荷。2023/2/312负荷计算公式用电设备组的计算负荷式中需用系数和加权平均功率因数，见表2-1和表2-2；加权平均功率因数也可用下式计算2023/2/313三、变电所总负荷的计算统计负荷方法步骤从系统最末端开始逐级向电源侧统计。将用电设备按生产环节和设备装设地点分组。按式（2-5）计算各组用电设备的计算负荷。然后计算多个用电设备组的总负荷。（干线或变电所）多个用电设备组的总负荷的计算方法将各用电设备组的计算负荷相加然后乘以组间最大负荷同时系数。2023/2/314干线及变电所总负荷的计算多个用电设备组的总负荷按下式计算式中组间有功和无功最大负荷同时系数，组数越多，其值越小一般、。各级电网的或连乘积不应小于0.8。2023/2/315第二节功率因数的提高一、提高功率因数的意义二、提高功率因数的方法三、电容器的选择2023/2/316一、提高功率因数的意义⑴提高电力系统的供电能力。⑵减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。⑶减少供电网络的电能损耗。电费奖惩：一般给予奖励；给予罚款。2023/2/317二、提高功率因数的方法1．提高负荷的自然功率因数⑴正确选择并合理使用电动机，尽量选用笼型异步电动机；⑵合理选择变压器容量；⑶容量大，不需调速的尽量选用同步电动机。2．人工补偿法提高功率因数并联电容器。2023/2/318三、电容器的选择１．电容器补偿容量的计算2．电容器台（柜）数的确定电容器台数每相台数n应取偶数。当选电容柜时，只需使柜的总数为偶数。2023/2/3193.1电容器的补偿方式⑴单独就地补偿方式电容器直接与要补偿的设备并联，并共用一套开关控制。用于长时运行的补偿容量较的设备，或较长线路的设备。⑵分散补偿方式。电容器装设在各配电用户的母线上。可装在高压或低压侧，或采用高低压混合补偿。用于用电负荷分散的工矿企业。⑶集中补偿方式。电容器集中装在总变电所的6kV～10kV高压母线上;电容器利用率高，管理方便，适用于负荷较为集中的工矿企业。2023/2/3203.2补偿电容器的接线方式高压电容器组，宜采用单星形接线或双星形接线。在中性点非直接接地的电网中，电容器组的中性点不应接地。低压电容器组，可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线。电容器组的放电装置，应满足５s内将电容器组上的剩余电压降至50V及以下。高压电容器组放电设备一般采用电压互感器。单独补偿的电容器组不需要另外装设放电设备。2023/2/321第三节变压器的选择一、变电所主变压器的选择二、变压器损耗的计算三、变压器经济运行分析2023/2/322一、变电所主变压器的选择1．主变压器台数的确定2．主变压器容量的确定2023/2/3231．主变压器台数的确定1）具有一类负荷的变电所选两台，一台停运，另一台保证一、二类负荷的用电。并不得小于：矿山80%，工厂70%。2）只有二、三类负荷的变电所可选一台，但应有其他备用电源。对季节或昼夜负荷变动较大的，宜采用经济运行方式的变电所，也可选用两台变压器。2023/2/3242．主变压器容量的确定_1选两台且同时运行——故障保证系数，按一、二类负荷所占比例确定。且对煤矿企业，工厂企业。选两台，一台工作一台备用2023/2/3252．主变压器容量的确定_2选一台，需考虑15%～25%的余量型号应尽量选择低损耗、高效率的变压器。部分电力变压器技术数据见表2-3。2023/2/326二、变压器损耗的计算1．变压器有功功率损耗有功损耗包括：铁损、铜损。

2．变压器无功功率损耗包括：空载时无功损耗、负荷时无功损耗。估算：有功损耗无功损耗2023/2/327三、变压器经济运行分析1．无功功率经济当量的概念2．变压器运行损耗的计算3．变压器经济运行2023/2/3281．无功功率经济当量的概念经济运行指整个系统的有功损耗最小，运行费用最低的一种运行方式。无功功率经济当量输送1kvar无功功率，在系统中产生的有功损耗的千瓦数，kW/kvar。其值与电压变换次数和输电距离有关，一般取0.02～0.15（平均取0.1），对于发电机直配用户对于经两级变压的用户对于经三级及以上变压的用户2023/2/3292．变压器运行损耗的计算单台变压器运行时的运行损耗n台同容量变压器并联运行时的总运行损耗

2023/2/3303．变压器经济运行变压器经济运行使变压器在功率损耗最小的情况下运行。变压器的经济负荷经济运行状态下的变压器负荷。2023/2/3311）单台变压器的经济负荷单台变压器经济运行的条件变压器单位容量的运行损耗换算值为最小令可得变压器的经济负荷为单台变压器运行时的经济负荷率为2023/2/3322）两台变压器经济运行的临界负荷变压器经济运行的临界负荷见图2-2，由图看出当时，，一台变压器运行经济；当时，，两台变压器并联运行经济；当时，，一台和两台变压器并联运行损耗相等，即2023/2/333变压器经济运行的临界负荷两台变压器并联经济运行的临界负荷为n台容量相同的变压器，则n台与n-1台经济运行的临界负荷为2023/2/334[例2-2]

已知某煤矿年产量为150万吨，地区电源电压为35kV，全矿用电设备的技术数据见负荷统计表2-5。试求该矿总降压变电所的计算负荷，选择主变压器，计算全矿吨煤电耗以及确定变压器的经济运行方式。2023/2/335[例2-2]

解1．负荷统计1)用电设备组的计算负荷以主井提升机为例计算各组用电设备的计算负荷。查表2-2得：=0.9，=0.85，则2023/2/336[例2-2]

2）全矿负荷统计⑴全矿高压负荷统计。将全矿各组高压计算负荷相加，即将计算结果填入表2-4中。2023/2/337[例2-2]

⑵全矿计算负荷。计算全矿6kV侧总的计算负荷时，应考虑各组间最大负荷同时系数，取，。则将计算结果填入表2-4中。2023/2/338[例2-2]

2．功率因数的提高1）电容器补偿容量的计算⑴电容器所需补偿容量。因全矿自然功率因数，低于0.9，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.95以上。则全矿所需补偿容量为：2023/2/339[例2-2]

⑵电容器柜数及型号的确定。拟采用双星型接线，接在变电所6kV母线上，因此选用标称容量为30kvar、额定电压为的电容器。装于电容器柜中，每柜装15只，每柜容量为450kvar，则电容器总柜数应为2023/2/340[例2-2]

由于电容器柜要接在两段母线上，为了在每段母线上构成双星型接线，因此每段母线上的电容器也应分成相等的两组，每组的电容器柜数应为取则电容器柜总数为台2023/2/341[例2-2]

⑶电容器实际补偿容量：⑷人工补偿后的功率因数：功率因数符合要求。2023/2/342[例2-2]

3．主变压器的选择因为本变电所有一类负荷，所以选择两台主变压器，当为两台变压器同时运行时，根据式（2-11），每台变压器的容量为2023/2/343[例2-2]

经统计全矿一、二类负荷的计算负荷（考虑）为：有功功率12705.0kW，无功功率7398.9kvar。再考虑一段母线退出运行后，电容器补偿容量为总补偿容量的一半，此时的无功功率为：7398.9-6530.6/2=4133.6kvar，所以总的视在功率为。占全矿计算负荷比例为13360.5/16752.4=0.798，小于0.8，因而故障保证系数应取0.8。查表2-4确定选择SFL7-16000/35型变压器两台，其主要技术数据见表2-6。2023/2/344[例2-2]

变压器的负荷率为2023/2/345[例2-2]

4．全矿总负荷1）主变压器损耗计算变压器的有功损耗为变压器的无功损耗为2023/2/346[例2-2]

2）全矿总负荷2023/2/3