供配电专业考试-3章 供配电系统案例题

3章案例题【案例13】某省会城市综合体项目，地上4栋一类高层建筑，地下室连成一体，总建筑面积280,301m2，建筑面积分配见下表，设置10kV配电站一座，请回答下列电气设计过程中的问题，并列出解答过程。建筑区域五星级酒店金融总部办公大楼出租商务办公大楼综合商业大楼合计建筑面积（m2）58,74975,86068,42377,222280,3016．已知10kV电源供电线路每回最大电流600A，本项目方案设计阶段负荷估算见下表，请说明规范要求应向电力公司至少申请几回10kV供电线路？建筑区域建筑面积（m2）装机指标(VA/m2)变压器装机容量（kVA）预测负荷率（%）预测一、二级负荷容量（kVA）五星级酒店58,794972x16002x1250602,594金融总部办公大楼75,8601064x2000602,980出租商务办公大楼68,4251052x20002x1600602,792综合商业大楼77,2221506x2000603,600合计280,301117329006011,960A．1回供电回路B．2回供电回路C．3回供电回路D．4回供电回路答案：[C]解答过程：*满足正常负荷要求：计算电流Ic=(0.6×32900)/(√3×10)=1140A，需要2回线。*满足一、二级负荷要求：依据GB50052-2009之4.O.5条{或《配电手册》P30之（7）}，同时供电的两回及以上供配电线路中.当有一回路中断供电时，其余线路应能满足全部一级负荷及二级负荷。一、二级负荷计算电流I1+2=11960/(√3×10)=691A，需要2回线加1回线。【点评】有人认为应按变压器装设容量计算，Ic=1900A，需要4回线。这样就失去了最重要的考点，看来不符合题意。7．.裙房商场电梯数量见下表，请按需要系数法计算（同时系数取0.8）供全部电梯的干线导体载流量不应小于下列哪一项？设备名称功率（kVA）额定电压数量（部）需用系数直流客梯5038060.5交流货梯32（注）38020.5交流客梯4（注）38020.5注：持续运行时间1h额定容量。A．226.1AB．294.6AC．361.5AD．565.2A答案：[B]解答过程：依据《配电手册》P734、735之（1）、（2），列表计算。设备名称铭牌功率/kVA计算系数需用系数计算功率/kVA直流客梯50×61.40.5210交流货梯32×20.90.528.8交流客梯4×20.90.53.6合计242.2乘以同时系数0.8193.9计算电流294.6【点评】这是非典型“负荷计算”题；实际上是跨章题。这是第一次考GB50055即《配电手册》第十二章。这一动向值得注意。【回顾】2011年,我在讲解前一年的案例题时，写了下面一段话：（1）电动机的额定功率为轴功率（输出功率），额定电流为输入电流，因此，计算额定电流时应除以效率。（2）在负荷计算中，电动机的设备功率直接取轴功率；输入功率与输出功率的差异已揉在需要系数或利用系数中。（3）负荷计算的方法不能用于单台用电设备。末端线路的计算电流按GB50055，详见《配电手册》第十二章。两年后，2013年的案例题考到了末端线路的计算电流！【延伸】第一章的设备功率与第十二章的计算电流对比：电动机、起重机、电梯、电焊机电阻炉、整流器。8．已知设计选用额定容量为1600kVA变压器的空载损耗2110W，负载损耗10250W，空载电流0.25%，阻抗电压6%，计算负载率51%的情况下，变压器的有功及无功损耗应为下列哪组数值？A．59.210kW，4.150kvarB．6.304kW，4.304kvarC．5.228kW，1.076kvarD．4.776kW，28.970kvar答案：[D]解答过程：依据《配电手册》P16式1-49、50有功损耗4.776kW无功损耗【延伸】详细计算∆Q=概略计算（负荷率不超过85%时）ΔPT=0.01Sc；ΔQT=0.05Sc9．室外照明电源总配电柜三相供电，照明灯具参数及数据见下表，当需用系数Kx=1时，计算室外照明总负荷容量为下列哪项数值？灯具名称额定电压光源功率（W）电器功率（W）功率因数cosφ数量（盏）接于线电压的灯具数（盏）UVVWWU大功率金卤投光灯单相380V10001050.818468注：U、V、W为相序符号已查线间负荷换算系数：P(uv)u=p(vw)v=p(wu)w=0.72P(uv)v=p(vw)w=p(wu)u=0.28q(uv)u=q(vw)v=q(wu)w=0.09q(uv)v=q(vw)w=q(wu)u=0.67A．19.85kVAB．24.8kVAC．23.45kVAD．29.24kVA答案：[D]解答过程：依据配电手册》P12式1-28~33.灯具设备功率P=1000+105=1105W=1.105kW设备名称设备功率/kW台数功率因数各线间设备功率/kW换算系数需要系数各相需要功率相序pq有功/kW无功/kvarUVVWWUUVWUVW单相380V灯具1.10540.84.42U0.720.0913.180.40V0.280.671.242.9666.63V0.720.094.770.60W0.280.671.864.4488.84W0.720.096.360.80U0.280.672.485.92共计5.666.018.226.323.565.24等效负荷Pd=3PW=24.66Qd=3QW=15.72Sd=24.66【点评】1）请注意：无功计算功率=设备功率×换算系数q×需要系数（不能用P乘tanφ）!2）如用简化方法计算（按式1-34），结果为29.64kVA，误差很小。本题无接于相电压的设备，本来不必用精确法！10．酒店自备柴油发电机组带载负荷统计见下表，请计算发电机组额定视在功率不应小于下列那组数值？（同时系数取1）用电设备组名称功率/kW需要系数cosφ备注照明负荷560.60.9火灾时可切除动力负荷1670.60.8火灾时可切除UPS1200.80.9功率单位kVA24h空调负荷1250.70.8火灾时可切除消防应急照明10010.9消防水泵13010.8消防风机34810.8消防电梯4010.5A．705kVAB．874kVAC．915kVAD．1133kVA答案：[B]解答过程：依据配电手册》P2~3，列表计算。设备名称设备功率/kWKxcosφtanφP(kW)Q(kvar)S(kVA)UPS120×0.9=1080.80.90.48486.441.8应急照明10010.90.48410048.4消防水泵13010.80.7513097.5消防风机34810.80.75348261消防电梯4010.51.7324069.3合计704.4518.0874.4【点评】1）本题是”消防设备可不计入”的逆运用。近年来，题目求变的趋势越来越明显！2）我们一贯反对“自备”发电机组的提法，主张明确区分应急电源和备用电源。请注意，二者负荷取舍正好相反！【延伸】1）应建立“计算范围”的概念。计算负荷是按配电点（配电箱、配电线路、变电所母线等）划分的，各有其计算范围，并存在上下级关系。2）计算范围内存在多台设备时，计取设备功率的原则是“不同时出现者不叠加”，如备用设备、季节性负荷、消防设备等。但处于不同计算范围时，另当别论。【案例12】某小型企业拟新建检修车间、办公房屋和10/0.4kV车间变电所各一处。变电所设变压器一台，车间用电负荷及有关参数见下表：设备组名称单位数量设备组总容量电压V需要系数cosφ/tgφ小批量金属加工机床台1560kW3800.50.7/1.02恒温电热箱台33×4.5kW2200.81.0/0交流电焊机（ε=65%）台132kVA单相3800.50.5/1.73泵、风机台620kW3800.80.8/0.75吊车（ε=40%）台130kW3800.250.5/1.73消防水泵台22×45kW3801.00.8/0.75空调（单冷）台66×1kW2201.00.8/0.75电暖气台22×1.5kW2201.01.0/0照明台20kW2200.90.8/0.75请回答以下问题，并列出解答过程：1、当采用需要系数法计算负荷时，吊车的设备功率与下列哪个数值最接近？（A）19Kw（B）30kW（C）38kW（D）48kW答案【C】解答过程：依据《配电手册》P2式1-137.95kW【点评】与2011年题完全相同。2、计算交流电焊机的等效三相负荷（设备功率）与下列哪个数值最接近？（A）18Kw（B）22kW（C）28kW（D）39kW答案【B】解答过程：依据《配电手册》P2式1-3和P13式1-36电焊机的设备功率12.9kW等效三相设备功率=22.34kW【点评】这里不必考虑是否单相负荷超过15%的条件，因为题目明确要求“计算……等效三相负荷”。(2011年也考过类似的题。)3、假定吊车的设备功率为40kW，电焊机的等效三相负荷（设备功率）为30kW，变电所低压侧无功补偿容量为60kvar，用需要系数法计算该变电所0.4kV侧总计算负荷（视在功率）与下列哪个数值最接近？（同时系数取0.9，除电焊机外的其余单相负荷按平均分配到三相考虑。）（A）80kVA（B）100kVA（C）125kVA（D）160kVA答案【B】解答过程：依据《配电手册》P3，列表计算如下：设备组名称设备功率kW需要系数cosφtgφ计算功率Pc（kW）Qc（kvar）Sc（kVA）机床600.50.71.023030.6电热箱13.50.81.0010.80电焊机300.50.51.731526泵、风机200.80.80.751612吊车400.250.51.731017.3空调61.00.80.7564.5照明200.90.80.751813.5合计105.8103.9乘上同时系数0.995.293.5无功补偿-60总计95.233.5100.9依据《配电手册》P2，消防水泵不计入；制冷与采暖负荷取其较大者。【点评】1）这是首次涉及季节性负荷。注意：季节性负荷通常是夏季和冬季不同时出现者，要在相互比较中鉴别出来。2）虽然本题既有线间负荷又有相负荷，但有明确提示：“除电焊机外的其余单相负荷按平均分配到三相考虑”。这样，我们就可以把其余相负荷视同三相负荷，不必按精确法进行计算。3）本题注重技术，数字简单,彰显大家风范。不像有的题要求准确到小数点后四位。4、假定该变电所总计算负荷有功功率为120kW，自然平均功率因数为0.75，如果测得0.4kV侧的平均功率因数使其提高到0.9，计算最小的无功补偿容量与下列哪个数值最接近？（假定平均有功负荷系数=1。）（A）30kvar（B）50kvar（C）60kvar（D）75kvar答案【B】解答过程：依据《配电手册》P21式1-57tgφ1=0.882；tgφ2=0.484；α=1QC=αPc（tgφ1-tgφ2）=120（0.882–0.484）=47.8kvar【点评】依据《钢铁手册》和改正后的《配电手册》，按平均功率因数计算补偿容量时，应乘上α。本题明确α=1,可消除答题的任何疑虑。5、为了限制并联电容器合闸涌流，拟在低压电容器组的电源侧设置串联电抗器，请问此时电抗率应该选择下列哪个数值？（A）0.1%~1%（B）3%（C）4.5%~6%（D）12%答案【A】解答过程：依据GB50227-2008的5.5.2条，仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%~1%。【点评】这是跨章的延伸题。负荷计算的题，通常延伸到无功补偿、变压器选择等。串联电抗器通常用于高压补偿装置。低压电容器内部多有限流线圈，或采用专用接触器（带合闸电阻）限制涌流。【案例11】某工段的用电设备的额定参数及使用情况如下：设备名称额定功率（kW）需要系数功率因数备注金属冷加工机床400.20.5起重机用电动机300.30.5负荷持续率为40%电加热器201.00.98单台，单相380V冷水机组、空调风机400.850.8高强气体放电灯80.90.6含镇流器的功率损耗荧光灯40.90.9含电感镇流器的功率损耗，有补偿请回答下列问题，并列出解答过程：（计算时取小数点后两位）1.采用需要系数法计算起重机的设备功率为下列哪项数值？（A）9kW（B）30kW（C）37.8kW（D）75kW答案【C】解答过程：依据《配电手册》P2式（1-1）37.95kW2.采用需要系数法简化计算电加热器的等效三相负荷应为下列哪项数值？（A）20kW（B）28.28kW（C）34.60kW（D）60kW答案【C】解答过程：依据《配电手册》P13式（1-36）=34.64kW【点评】本题电加热器的需要系数为1，即设备功率与计算功率相等，因此，不必考虑“等效三相负荷”是指什么功率了。3.假设经需要系数法计算得出起重机设备功率为33kW，电加热器等效三相负荷为40kW，考虑有功功率同时系数0.85、无功功率同时系数0.90后，本工段总用电设备组计算负荷应为下列哪项数值？（A）127.63kVA（B）110.78kVA（C）95.47kVA（D）93.96kVA答案【B】解答过程：依据《配电手册》P3，列表计算如下：设备组名称设备功率（kW）需要系数Kxcosφtgφ计算功率Pc（kW）Qc（kvar）Sc（kVA）机床400.20.51.73813.8起重机330.30.51.739.917.1电加热10.980.203408.1空调类400.850.80.753425.5高强灯80.90.61.337.29.6荧光灯40.90.90.4843.61.7合计102.775.8总计:乘上同时系数K∑p=0.85，K∑q=0.987.368.2110.784.假设本工段计算负荷105kVA，供电电压为220/380V时，本工段计算电流应为下列哪项数值？（A）142.76A（B）145.06A（C）159.72A（D）193.92A答案【C】解答过程：依据《配电手册》P3式（1-8）：=159.72A【点评】这个小题没有“陷阱”，就是这么简单。这种情况下，我们要有“定力”。该提醒的是：国际上改用U0/U（相电压/线电压），表示三相四线制系统的电压。【延伸】借此机会，讲一下各种计算中电压如何取：（1）在负荷计算中，采用系统标称电压。（2）计算降压变压器额定电流时，一次侧取中间抽头额定电压（通常为系统标称电压），二次侧额定电压应取铭牌值（通常比系统标称电压高5%）。计算变压器变比时，两侧电压的取值同上。（3）计算短路电流时，基准电压采用平均电压，即系统标称1.05倍。（4）计算过电压水平时，采用最高电压，详见11章。5．采用熔断器保护，按过负荷要求选择低压电缆截面。（略,任老师讲解。）【案例10】某企业拟建一座10kV变电所，用电负荷如下:a.一般工作制大批量冷加工机床类设备152台，总功率448.6kW；b.焊接变压器组（ε=65%，cosφ=0.5）6×23kVA+3×32kVA、总设备功率94.5kW，平均有功功率28.4kW，平均无功功率49kvar；c.泵、通风机类共30台，总功率338.9kW，平均有功功率182.6kW，平均无功功率139.6kvar；d.传送带10台，总功率32.6kW,平均有功功率16.3kW，平均无功功率14.3kvar。1.请计算单台23kVA焊接变压器的设备功率，并采用需要系数法计算一般工作制大批量冷加工机床类设备的计算负荷（需要系数取最大值）。计算结果最接近下列哪一项数值？（A）9.3kW、机床类设备的有功功率89.72kW、无功功率155.2kvar（B）9.3kW、机床类设备的有功功率71.78kW、无功功率124.32kvar（C）9.3kW、机床类设备的有功功率89.72kW、无功功率44.86kvar（D）55.8kW、机床类设备的有功功率89.72kW、无功功率67.29kvar答案【A】解答过程：依据《配电手册》P2、P3计算。单台焊接变压器的设备功率：9.3kW大批量冷加工机床类的需要系数查表1-1，取上限0.2，功率因数取0.5，则：Pc=KxPe=0.2×448.6=89.7kWQc=Pctanφ=89.72×1.73=155.2kvar2.采用利用系数法（KL=0.14,tgφ=1.73）计算机床类设备组的平均有功功率、无功功率、变电所供电所有设备的平均利用系数（按有效使用台数等于实际设备台数考虑）、变电所低压母线最大系数（达到稳定温升的持续时间按一小时计）。其计算结果最接近下列哪一项数值？（A）89.72kW、155.4kvar、0.35、1.04（B）62.8kW、155.4kvar、0.32、1.07（C）62.8kW、31.4kvar、0.32、1.05（D）62.8kW、108.64kvar、0.32、1.05答案【D】解答过程：依据《配电手册》P7、P8计算。机床类设备组的平均功率：Pav=KlPe=0.14×448.6=62.8kWQav=Pavtanφ=62.8×1.73=108.6kvar设备功率之和∑Pe=448.6＋94.5＋338.9＋32.6=914.6kW平均功率之和∑Pav=62.8＋28.4＋182.6＋16.3=290.1kW平均利用系数Klav=∑Pav/∑Pe=290.1/914.6=0.32设备有效台数按实际台数nyx=152＋9＋30＋10=201查表1-9，半小时最大负荷Km为1.07；一小时最大负荷Km（t=1）==1.049【点评】1）“有效台数等于实际设备台数”，这就把最复杂的计算绕过去了。但仍然需要8步才得出结果！（题中用“有效使用台数”一词，当系出自钢铁“门派”。）2）这是历年考试中最深入利用系数法的题目，有助于复习其计算过程；其中Km的换算虽增加了题目难度，却显示了利用系数法的优势。3.若该变电所补偿前的计算负荷为PC=290.10kW、QC=310.78kvar,如果要求平均功率因数补偿到0.9，请计算补偿前的平均功率因数（年平均负荷系数α=0.75，β=0.8）和需要补偿的容量应为下列哪组数值？（A）0.57、275.12kvar（B）0.65、200.54kvar（C）0.66、191.47kvar（D）0.66、330.7kvar答案【C】解答过程：依据《配电手册》P21式1-55、1-57计算：0.659tgφ1=1.143；tgφ2=0.484QC=Pc（tgφ1-tgφ2）=209.1（1.143–0.484）=191.2kvar【点评】采用平均功率因数却用最大负荷进行计算，其结果没有物理意义；其算法在数学上不成立（上一步α=0.75，下一步α=1，计算结果必然错误）。因此，计算补偿容量时，本应乘上α。但早期印刷的《配电手册》漏掉此系数，导致歧义。可用凑得数的方法判断出题者的原意。本案显然是不乘α的。4.若该变电所补偿前的计算负荷为PC=390.10kW、QC=408.89kvar,实际补偿容量为280kvar，忽略电网损耗，按最低损失率为条件选择变压器容量并计算变压器负荷率。其计算结果最接近下列哪组数值？（A）500kVA、82%（B）800kVA、51%（C）800kVA、53%（D）1000kVA、57%答案【】解答过程：（略，节能题）5.请判断在变电所设计中，下列哪项不是节能措施？请说明依据和理由。（A）合理选择供电电压等级（B）为了充分利用设备的容量资源，尽量使变压器满负荷运行（C）提高系统的功率因数（D）选择低损耗变压器答案【】解答过程：（略，节能题）【案例09】某车间变电所设置一台10/0.4kV、630kVA变压器，其空载有功损耗1.2kW、满载有功损耗6.2kW。车间负荷数据如下：设备名称额定功率相数/电压额定负载持续率需要系数cosφ对焊机1台97kVA1/38020%0.350.7消防水泵1台30kW3/3800.80.8起重机1台30kW3/38040%0.20.5风机、水泵等360kW3/3800.80.8有功和无功功率同时系数K∑p、K∑q均为0.91、对焊机的等效三相设备功率为哪项？（A）67.9Kw（B）52.6kW（C）30.37kW（D）18.4kW答案【B】解答过程：依据《配电手册》P2式1-3和P13式1-36：单相设备功率30.37kW等效三相设备功率52.6kW2、采用利用系数法计算时，起重机的设备功率为哪项？（A）37.95kW（B）30kW（C）18.97kW（D）6kW答案【C】解答过程：依据《配电手册》P2式1-2：18.97kW3、假设采用需要系数法计算出对焊机的等效三相设备功率为40kW，起重机的设备功率为32kW，为选择变压器容量，求0.4kV侧计算负荷的有功功率为哪项？（A）277.56kW（B）299.16kW（C）308.4kW（D）432kW答案【A】解答过程：依据《配电手册》P3式1-5、1-9，列表计算如下：设备名称设备功率Pe（kW）需要系数计算功率Pc（kW）对焊机400.3514起重机320.26.4风机、水泵等3600.8288小计308.4乘以同时系数0.9共计432277.56注：消防水泵不计入。4、假设变电所0.4kV侧计算视在功率为540kVA，功率因数为0.92，问变电所10kV侧计算有功功率为哪项？（A）593kW（B）506kW（C）503kW（D）497kW答案【C】解答过程：依据《配电手册》P16式1-49，计算如下：0.4kV侧计算有功功率P0.4=Sccosφ=540×0.92=496.8kW变压器有功功率损耗5.8kW10kV侧计算有功功率P10=P0.4+ΔPT=496.8+5.8=502.6kW【延伸】三绕组变压器损耗的计算相当复杂，考到的概率很低。双绕组变压器损耗的计算，请熟练掌握。特别是变压器无功功率损耗计算。近似计算kvar详细计算∆Q=变压器功率损耗的概略计算（负荷率不超过85%时）如下：ΔPT=0.01ScΔQT=0.05Sc5、假设变电所0.4kV侧计算视在功率，补偿前为540kVA，功率因数为0.80,问功率因数补偿到0.92,变压器的有功功率损耗为哪项？（A）3.45kW（B）4.65kW（C）6.02kW（D）11.14kW答案【B】解答过程：依据同上，计算如下：计算有功功率Pc=Sc1cosφ1=540×0.8=432kW补偿后计算视在功率Sc2=Pc/cosφ2=432/0.92=470kVA变压器有功功率损耗4.65kW【点评】本题的计算并不复杂，但需要灵活运用相关计算式。【案例08】已知某企业总计算负荷Pjs=18MW，Qjs=8.8Mvar，年平均有功负荷系数0.7，年平均无功负荷系数0.8，年实际工作小时数5000h，年最大负荷利用小时数3500h。1、已知有一台额定功率40kW、负载持续率为40%的吊车，采用需要系数法进行负荷计算时该设备功率是：（A）51kW

（B）16kW

（C）100kW

(D)32kW答案【A】解答过程：依据《配电手册》P2式1-1:50.6kW2、已知有一台10kV同步电动机，额定容量4000kVA，额定功率因数0.9（超前），负荷率0.75，无功功率增加系数0.36。计算其输出无功功率。（A）1760kvar（B）1795kvar（C）2120kvar（D）2394kvar答案【C】解答过程：依据《配电手册》P22式1-61：2120kvar【点评】计算并不困难，但这个计算式是放在提高自然功率因数那部分。无功功率增加系数γ的计算比较困难，通常做成曲线供查取。3、已知一车间计算负荷Sjs1=5000kVA，cosφ1=0.85；二车间计算负荷Sjs2=4000kVA，cosφ2=0.95.计算两车间总计算负荷。（A）9000kVA（B）8941kVA（C）9184kVA（D）10817kVA答案【B】解答过程：依据《配电手册》P2、P3，式1-4、1-6，列表计算如下：负荷名称计算负荷（kVA）cosφtgφP（kW）Q（kvar）S（kVA）一车间50000.850.6242502635二车间40000.950.32938001250总计8050388589384、计算该企业自然平均功率因数。（A）0.87（B）0.9（C）0.92（D）0.88答案【A】解答过程：依据《配电手册》P21式1-55：0.8735、计算该企业的年有功电能消耗量。（A）90000MWh（B）44100MWh（C）70126MWh（D）63000MWh答案【D】解答过程：依据《配电手册》P15式1-55：63000MWh【点评】年有功电能消耗量更好的算法是，依据《钢铁手册》（上）P112式（2-68）：63000MWh（《配电手册》漏了，应予补入）【要点】电能消耗量是负荷曲线下面的面积，等于平均负荷（αРc）乘实际工作时间，或计算负荷乘最大负荷利用小时数Tmax。注意，两组数据不能交叉用！【案例07】某车间有下列用电负荷：机床：80kW2台；60kW4台；30kW15台。通风机：80kW4台，其中备用1台；60kW4台，其中备用1台；30kW12台，其中备用2台。电焊机：三相380V，75kW4台，50kW4台30kW10台，负载持续率100%。起重机：160kW2台，100kW2台，80kW1台，其负载持续率25%。照明：采用高压钠灯，功率~220V，400W，数量90个，镇流器的功率消耗为灯管功率的8%。负荷计算系数表设备名称需要系数Kxcbncosφtgφ机床0.150.40.1450.51.73通风机0.80.250.6550.80.75电焊机0.500.3500.61.33起重机0.150.20.0630.51.73照明（含镇流器）0.90.451.98有功和无功功率同时系数K∑p、K∑q均为0.9上述负荷中通风机为二类级负荷，其余为三类级负荷。请回答下列问题：1.采用需要系数法确定本车间的照明计算负荷，并确定把照明负荷功率因数提高到0.9，计算需要无功功率的补偿容量是多少？（A）58.16kvar（B）52.35kvar（C）48.47kvar（D）16.94kvar答案【B】解答过程：依据《配电手册》P2、P3、P21。气体放电灯的设备功率应计入镇流器损耗，即Pe=0.4×90×1.08=38.88kW；照明负荷计算功率Pc=KxPe=0.9×38.88=34.99kW。功率因数提高到0.9所需的补偿容量QC=Pc（tgφ1-tgφ2）=34.99（1.98-0.