第二章 负荷计算及变压器选择

2020年2月28日工矿企业供电山西大同大学张学成2020年2月28日2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。2020年2月28日3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2020年2月28日4一、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。2020年2月28日51.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。2020年2月28日62．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。2020年2月28日73．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。2020年2月28日8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NNNNNNN225%εεεPPPP25%100%NNNNNNNNNNcos100%PPPPS2020年2月28日9[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100%25%NNN300.623kWPPNNN22400.450.6kWεPP2020年2月28日10二、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。2020年2月28日111．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wmwlosideKKKsiNsiNKPPlosiΣNsiKPPnnnPPPPPP212211wm2020年2月28日122．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。2020年2月28日13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wmcawmcacaNdecacostancaPSPQPKPnnnPPPPPP212211wmcoscoscoscos2020年2月28日14三、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。2020年2月28日15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。22casqcaspQPSQKQPKP95.0~85.0spK97.0~9.0sqKspKsqK2020年2月28日16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2020年2月28日17一、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。9.0cos9.0cos2020年2月28日18二、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。NATacPΣSΣQΣQCQacSac2020年2月28日19三、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。)tan(tanacNATCPQC2wNCNC()QNUqU3Nn2020年2月28日203.1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。2020年2月28日213.2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。2020年2月28日22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2020年2月28日23一、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2020年2月28日241．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。2020年2月28日252．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tpNTtpacaccosKPSKStpK8.0tpK7.0tpKNTacSS2020年2月28日262．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。NTac(1.15~1.25)SS2020年2月28日27二、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2TiTNTPPP220zTiTNTNTNT%%100100IuQQQSSTTTT1.002.0QQPP2020年2月28日28三、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2020年2月28日291．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04.0~02.0ecK07.0~05.0ecK15.0~08.0ecK2020年2月28日302．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221TecTiTNTeciTNT()PPKQPPKQQ2T1iTeciTNTecNTNT()SPPKQPKQS2TiTeciTNTecNTNT()()nSPnPKQnPKQnS2020年2月28日313．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。2020年2月28日321）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T/PSTTd(/)/d0PSSiTeciTecNTNTecNTPKQSSPKQeciTeciTecNTNTecNTSPKQSPKQ2020年2月28日332）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crTSSPPcrTSSPPcrTSSPP2TiTeciTNTecNTNT2TiTeciTNTecNTNT()()2()2()()2SPKQPKQSSPKQPKQS2020年2月28日34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iTeciTcrNTNTecNT2PKQSSPKQiTeciTcrNTNTecNT(1)PKQSSnnPKQ2020年2月28日35[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。2020年2月28日36[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deKwmcoscadeNcacawm2222cacaca0.920001800.0kWtan1800.00.621116.0kvar1800.01116.02117.6kVAPKPQPSPQcacaNacamax2117.6203.8A3361800.035005400.0MWhSIUWPT2020年2月28日37[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。caca1800.01280.06433.118073.5kW1116.0793.65017.811091.9kvarPQ2020年2月28日38[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