电力工程基础 第六章 电力负荷特性和计算分析

第一节负荷曲线与特性分析一、电力系统负荷的构成

电力系统的总负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和。用电设备大致分为异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流设备、照明设备等几大类。

将各工业部门消费的功率与农业、交通运输和市政生活消费的功率相加就可得到电力系统的综合用电负荷。综合用电负荷加网络中损耗的功率为系统中各发电厂应供出的功率，因而称作电力系统的供电负荷。供电负荷再加各发电厂本身消费的功率——厂用电，为系统中各发电机应发出的功率，称作电力系统的发电负荷。第一节负荷曲线与特性分析表6－1几种工业部门用电设备比重的统计

注（1）比重按功率计。（2）照明设备的比重很小，未统计在内。第一节负荷曲线与特性分析二、用电设备的工作制

我国低压电器行业采用了IEC34－1规定的八种工作制中的三种，即长期连续工作制S1、短时工作制S2和断续周期工作制S3。（1）长期工作制S1

在恒定负载（如额定功率）下连续运行相当长时间，可以使设备达到热平衡的工作条件。第一节负荷曲线与特性分析（2）短时工作制S2

设备在额定工作电流恒定的一个工作周期内不会达到允许温升，而在两个工作周期之间的间歇又很长，能使设备冷却到环境温度值。（3）断续周期工作制S3

这类工作制的用电设备周期性的工作、停歇，反复运行，而且工作和停歇的时间都很短，周期一般不超过10min，使设备既不能在一个工作时间内升温到额定值，也不能在一个停歇时间内冷却到环境温度。断续周期工作制的用电设备可用“负荷持续率”（又称暂载率）来表征其工作性质。第一节负荷曲线与特性分析

负荷持续率为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用表示式中T—工作周期；

tg—工作周期内的工作时间；

t0—工作周期内的停歇时间。第一节负荷曲线与特性分析三、负荷曲线

负荷曲线是指在某一时间段内描绘负荷随时间的推移而变化的曲线。按负荷性质可绘制有功和无功的负荷曲线；按负荷持续时间可绘制日、月和年的负荷曲线；

第一节负荷曲线与特性分析

有功功率负荷曲线对电力系统的运行十分有用，电力系统的设计生产主要是建立在预测的有功负荷曲线的基础之上的。以下介绍几种典型的负荷曲线。（一）日负荷曲线

日负荷曲线表示一天24h内负荷变化的情况。第一节负荷曲线与特性分析第一节负荷曲线与特性分析（二）年最大负荷曲线

可根据典型日负荷曲线间接制成，表示从年初到年终的整个1年内的逐月（或逐日）综合最大负荷的变化情形。（三）年负荷持续曲线

年负荷持续曲线是不分日月先后的界限，只按全年的负荷变化，根据各个不同的负荷值在一年中的累计持续时间而重新排列组成的反映了工厂全年负荷变动与负荷持续时间的关系。第一节负荷曲线与特性分析图6－2年最大负荷曲线第一节负荷曲线与特性分析图6－3年负荷持续曲线第一节负荷曲线与特性分析四、负荷曲线的特征指标分析

分析负荷曲线可以了解负荷变动的规律。从工厂来说，可以合理地、有计划地安排车间、班次或大容量设备的用电时间，从而降低负荷高峰，填补负荷低谷，这种“削峰填谷”的办法可使负荷曲线比较平坦，调整负荷既提高了供电能力，也是节电的措施之一。从负荷曲线上还可以求得一些有用的参数。第一节负荷曲线与特性分析（1）年最大负荷Pmax，负荷曲线上的最高点，（2）年最小负荷Pmin，负荷曲线上的最低点（3）全年消耗的电量AY为

全日消耗的电量AD为第一节负荷曲线与特性分析（4）年最大负荷利用小时数Tmax

（5）平均负荷Pav（6）负荷率:平均负荷与最大负荷的比值有功负荷率无功负荷率第二节负荷计算的方法

所谓计算负荷，就是在已知用电设备性质、容量等条件的情况下，按照一定的方法和规律，通过计算确定的电力负荷。 它包括有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流、尖峰电流等内容。求计算负荷的这项工作称作为负荷计算。第二节负荷计算的方法对于同一类型的用电设备组、同一类型车间或同一类企业，其负荷曲线具有相似的形状。

典型负荷曲线就作为负荷计算时各种必要系数的基本依据。 利用这种系数，根据工厂所提供的用电设备容量、将其变换成电力设备所需要的假想负荷——计算负荷。

用计算负荷选择供电系统中的导线和电缆截面积，确定变压器容量，选择电气设备参数、整定保护装置动作值。第二节负荷计算的方法一、计算负荷的意义“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷。计算负荷产生的热效应需和实际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据计算负荷来选择导线及设备，在实际运行中它们的最高温升就不会超过容许值。

通常我们把根据半小时（30min）的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。

第二节负荷计算的方法二、确定计算负荷的系数

比较、分析大量的负荷曲线，又可以发现同一类型的工业企业（或同一类型车间、设备）的负荷曲线，均有大致相似的形状。从中可发现数值较相近的系数。1、需要系数Kd

第二节负荷计算的方法2、利用系数KU

利用系数可定义为：3、同时系数有功同时系数：

无功同时系数：

第二节负荷计算的方法4、形状系数KZ

形状系数可定义为5、附加系数Kf

附加系数可定义为

第三节工厂供电负荷的统计计算示例不能用简单地把所有用电设备的容量相加的方法来确定计算负荷。一、计算负荷的估算法

在作设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，车间或企业的年平均有功功率和无功功率可估算。第三节工厂供电负荷的统计计算示例（一）单位产品耗电量法已知企业的生产量n及每一单位产品电能消耗量W,可先求出企业年电能需要量Wn。于是可以求得最大有功功率如下：

式中Tmax—年最大有功负荷利用小时数第三节工厂供电负荷的统计计算示例（二）车间生产面积负荷密度法当已知车间生产面积负荷密度指标ρ（单位为kW/m2）时，车间的平均负荷按下式求得式中A—车间生产面积。第三节工厂供电负荷的统计计算示例二、求计算负荷的方法（一）对用电设备（电动机、电热设备等）

设备额定容量就作为计算负荷对短时工作制设备应先将容量换算到规定的负荷持续率第三节工厂供电负荷的统计计算示例（二）多组用电设备的负荷计算

1、需要系数法

用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下：⑴将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。⑵查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。于是

用需要系数法求车间或全厂计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数。第三节工厂供电负荷的统计计算示例例：某机修车间380V线路上，接有冷加工机床26台，共165.5kW，起重机4台（JC=25%），共29.3kW，通风机8台共8kW，请用需要系数法求该线路上的计算负荷。

用电设备名称Kdcosφtgφ冷加工机床电动机0.20.51.73起重机0.150.51.73通风机0.650.80.75第三节工厂供电负荷的统计计算示例各组计算负荷

第三节工厂供电负荷的统计计算示例总计算负荷负荷

第三节工厂供电负荷的统计计算示例2、形状系数法用形状系数法求计算负荷的具体步骤如下：⑴将用电设备分组，求出各用电设备组的总额定容量。⑵查出各组用电设备的利用系数及对应的功率因数。⑶求负荷的有效值Pca

用第2种方法求计算负荷不需要乘以同期系