发电厂课程设计一负荷计算与无功功率补偿

负荷计算与无功功率补偿第一节概述一、计算负荷的概念计算负荷是根据已知的用电设备容量按一定统计方法确定的，预期不变的最大假想负荷，作为按发热条件选择供电系统各元件的依据。二、负荷曲线负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。042200400148610121816202224800600P/kWt/h一班制工厂日有功负荷曲线绘制负荷曲线采用的时间间隔△t为30min。求确定计算负荷的有关系数，一般是依据用电设备组最大负荷工作班的负荷曲线。续上页从发热等效的观点来看，计算负荷实际上与年最大负荷是基本相当的。所以计算负荷也可以认为就是年最大负荷，即Pc=Pm＝P30。年负荷曲线P/kW876080006000400020000t/h200400600800Pm年最大负荷Pm——全年中有代表性的最大负荷班的半小时最大负荷。三、确定计算负荷的系数1.需要系数Kd需要系数定义为：mdePKP设备容量Kd值的相关因素：用电设备组中设备的负荷率；设备的平均效率；设备的同时利用系数；电源线路的效率。Kd值只能靠测量统计确定。利用系数定义为：2.利用系数KuavuePKPKu可查附录表5Pe0.38kVMMMPm续上页3.附加系数KamaavPKPKa值与设备容量差别程度、设备台数和利用系数有关。为便于分析比较，从导体发热的角度出发，不同容量的用电设备需归算为同一容量的用电设备，于是可得到其等效台数neq为：2e.i2e.ieqeqPPnn附加系数定义为：根据利用系数Ku和等效台数neq查附录表6，可得到附加系数Ka值。2e.ieq2e.iPnP续上页年最大负荷利用小时数Tmax是假设电力负荷按年最大负荷Pm持续运行时，在此时间内电力负荷所耗用的电能恰与电力负荷全年实际耗用的电能相同。amaxmWTP4.年最大负荷利用小时数08760年负荷曲线PmPt/hTmax第二节三相用电设备组计算负荷的确定一、单位容量法在进行供电工程方案设计阶段，可采用单位容量法确定计算负荷。二、需要系数法1.单位产品耗电量法2.单位面积负荷密度法（一）一组用电设备的计算负荷按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式为cctanPQcmdePPKPcccosPSccN3SIU有功计算负荷（kW）无功计算负荷（kvar）视在计算负荷（kVA）计算电流（A）例2-1解此机床组电动机的总容量为例1已知某机修车间的金属切削机床组，拥有电压380V的三相电动机22kW2台，7.5kW6台，4kW12台，1.5kW6台。试用需要系数法确定其计算负荷Pc、Qc、Sc和Ic。查附录表1“小批生产的金属冷加工机床电动机”项得Kd＝0.2、cosφ＝0.5、tanφ＝1.73。因此可得Pe＝＝22kW×2＋7.5kW×6＋4kW×12＋1.5kW×6N.iPPc=KdPe＝0.2×146kW=29.2kWcctan=29.2kW1.73=50.52kvarQPcc29.2kW58.4kVAcos0.5PSccN58.4kVA88.73A330.38kVSIU=146kW在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑。续上页cpc.iPKPcqc.iQKQ22cccSPQccN3SIU注意：总的视在计算负荷和计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和乘以K∑来计算。(二)多组三相用电设备的计算负荷0.38kVPc,QcSc,IcPc1,Qc1Pc2,Qc2Pci,Qci例2某380V线路上，接有水泵电动机（15kW以下）30台共205kW，另有通风机25台共45kW，电焊机3台共10.5kW（ε=65%）。试确定线路上总的计算负荷。例2-2解先求各组用电设备的计算负荷Qc1＝Pc1tanφ＝164kW×0.75=123kvar1．水泵电动机组查附录表1得Kd=0.7~0.8(取0.8），cosφ＝0.8，tanφ＝0.75，因此2.通风机组查附录表1得Kd=0.7~0.8（取0.8），cosφ=0.8,tanφ=0.75,因此Pc2=0.8×45kW=36kWQc2=36kW×0.75=27kvarPc1=Kd1Pe1＝0.8×205kW=164kW续上页3.电焊机组查附录表1得Kd=0.35，cosφ=0.35，tanφ=2.68。Pc3=0.35×8.46kW=2.96kWPc＝0.95×(164＋36＋2.96)kW=192.81kWQc＝0.97×(123+27+7.94)kvar=153.20kvar总计算负荷（取K∑p＝0.95，K∑q＝0.97）为Sc==246.26kVAIc=246.26kVA/(×0.38kV)=374.2A22192.81153.203Qc3=2.96kW×2.68=7.94kvar65%100%在ε＝100%下的设备容量：Pe=10.5=8.46kW。第三节变配电所所址选择2(/)kWmm一、选择的一般原则接近负荷中心，进出线方便，接近电源侧，设备运输方便等。二、负荷中心的确定（-）利用负荷圆在工厂总平面图上，按适当的比例K作出各车间的负荷圆。其圆心一般选在车间的中央，圆半径为30PrK111222333(,),(,),(,)PxyPxyPxy(,)Pxy（二）利用负荷功率法在工厂总平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的x轴和y轴，测出各车间负荷点的坐标位置，例如等，工厂的负荷中心设在仿照计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：112233123112233123()()iiiiiiPxPxPxPxxPPPPPyPyPyPyyPPPP第四节无功功率补偿一、功率因数定义1．瞬时功率因数监测负荷用。cos3PPSUI2．平均功率因数调整电费用。pav22pqcos3．最大负荷时的功率因数确定需要无功补偿容量用。cccosPSSCSCPCQCQC二、无功补偿容量的确定QN.C=Qc－Qc’＝Pc(tanφ-tanφ’)QN.C稳态无功功率补偿设备，主要有同步补偿机和并联电容器（自愈式）。三、无功补偿装置的选择低压并联电容器装置根据负荷变化相应自动循环投切的电容器组数，在无功补偿容量QN.C确定后可根据选定的单组容量qNC来选择：N.CN.CQnq动态无功功率补偿设备（SVC）用于急剧变动的冲击负荷如炼钢电弧炉、轧钢机等的无功补偿。例3某用户10kV变电所低压计算负荷为800kW＋580kvar。若欲使低压侧功率因数达到0.92，则需在低压侧进行补偿的并联电容器无功自动补偿装置容量是多少？并选择电容器组数及每组容量。例2-3解：（1）求补偿前的视在计算负荷及功率因数（2）确定无功补偿容量＝800×(tanarccos0.810－tanarccos0.92)2222ccc800580kVA988.1kVASPQcc800kWcos0.810988.1kVAPSNCc(tantan')QP＝238.4kvar续上页（3）选择电容器组数及每组容量初选BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=20kvar。NCNC238.4kvar11.9220kvarQnq取12组2222cccNC()800(580240)869.3kVASPQQ补偿后的视在计算负荷减少118.8kVA。第五节电力变压器的选择一、电力变压器的型式选择电力变压器型式选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品。油浸式如S9、S9-M、S11型等，一般为自冷式。干式如SCB10、SG10型等，可带风机冷却。绝缘与冷却方式35～110/10.5kV总降压变压器为Y,d11。10/0.4kV配电变压器一般为Y,yno或D,yn11。联结组别续上页D,yn11联接的优点：①有利于单相接地故障的切除；②有利于抑制零序谐波；③单相负载能力强。bancBACUcUbUaUabUCUBUAUABY,yno联接绕组接线图及相量图acbnUCUABUA=UBUabUaUbUcD,yn11联接绕组接线图及相量图二、电力变压器的台数与容量选择（二）容量的选择容量还应满足大型电动机及其它冲击负荷的起动要求。一般单台车间变容量不宜大于1250kVA。（一）台数的选择考虑因素：①供电可靠性要求②负荷变化与经济运行③集中负荷容量大小①对单台变压器满足条件：SNTSC（应留有10～20％余量）②对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件：SNT≈0.7Sc且SNT≥Sc（Ⅰ+Ⅱ）保证负荷的正常运行例5-1例4某工业企业拟建造一座10/0.38kV变电所，所址设在厂房建筑内。已知总计算负荷为1800kVA，其中一、二级负荷900kVA，COSφ＝0.8。试初选其主变压器的型式、台数和容量。选用SCB10型10/0.4kV电力变压器。无载调压，分接头±5%，联接组别Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP20防护外壳。每台变压器容量SNT≈0.7×1565kVA≈1096kVA，且SNT≥783kVA，因此初选每台变压器容量为1000kVA。解1.选择变压器型式因有较多的一、二级负荷，故初选两台主变压器。无功补偿后的总计算负荷Sc＝1800kVA×0.8／0.92＝1565kVA，其中Sc（Ⅰ＋Ⅱ）＝900kVA×0.8／0.92＝783kVA。2.选择变压器台数3.选择每台变压器的容量第六节供电系统的总计算负荷一、供电系统的功率损耗（一）电力线路的功率损耗有功损耗（kW）无功损耗（kvar）（二）电力变压器的功率损耗有功损耗23WL310cPIR23WL310cQIXX=x0lR=r0l22ccTFecu.N0kN.TN.TSSPPPPPSS无功损耗22c0ckT0NN.TN.TN.T%%100100SISUQQQSSS简化公式：ΔPT≈0.01Sc；ΔQT≈0.05Sc。例5某工厂有一个35/10kV总降压变电所，分别供电给1＃～4＃车间变电所及4台冷却水泵用的高压电动机（PN＝4×300kW、Kd＝0.8、cosφ＝0.8），10kV母线上接有2700kvar无功补偿电容器组。已知1＃～4＃车间变电所10kV侧计算负荷分别为：1＃为1430kW＋j1230kvar；2＃为1350kW＋j1200kvar；3＃为1260kW＋j1030kvar；4＃为960kW＋j750kvar。试计算该总降压变电所35kV侧计算负荷及功率因数大小（取K∑=0.9）。例2-4解：（1）求10kV母线计算负荷1＃车间变电所Pc1＝1430kW，Qc1＝1230kvar2＃车间变电所Pc2＝1350kW，Qc2＝1200kvar3＃车间变电所Pc3＝1260kW，Qc3＝1030kvar4＃车间变电所Pc4＝960kW，Qc4＝750kvar高压电动机组Pc5＝KdPN=0.8×4×300kW＝960kWQc5＝Pc5tanφ=960×0.75＝720kvar10kV母线计算负荷=0.9×（1430+1350+1260+960+960）＝5364kWcpc.iPKPCT0.38kV低压集中补偿10kV如下图，变电所低压母线的视在计算负荷为'2'222c.2c.2c.2c.2c.2NC()SPQPQQ变电所高压侧计算负荷为低压母线的计算负荷加上变压器的损耗，即Pc.1=Pc.2+ΔPT；Qc.1=Q’c.2+ΔQT22c.1c.1c.1SQPc.1c.11N3SIU二、供电系统的总计算负荷一般采用逐级计算法由用电设备处逐步向电源进线侧计算。各级计算点的选取，一般为各级配电箱（屏）的