第三章 负荷计算及无功功率补偿
3．1负荷计算
3.1.1 负荷计算的意义
计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流导体一般通电半小时后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为发热条件选择电器元件的计算负荷。有功负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，计算电流表示为I30。
用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各个普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。关于以概率论为理论基础而提出的用以取代二项式发达利用系数法，由于其计算比较繁复而未能得到普遍应用，所以只介绍需要系数法与二项式法。
当用电设备台数多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算。 当用电设备台数少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算。
根据原始资料，用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算[1]
。
3.1.2 按需要系数法确定计算负荷
根据原始资料分析，本论文负荷是多组用电设备计算，所以，要根据多组用电设备计算负荷的计算公式来计算。
有功计算负荷的计算公式[9]
：
P30?K?p??P30i
式中?P30i—所有设备组有功计算负荷P30之和； K?p—有功符合同时系数，本文资料有提供为0.9 无功计算符合（单位为kVar）的计算公式：
Q30=P30?tg?
式中tg?—对应于用电设备组功率因数cos?的正切值，本设计资料有提供。 视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：
SP2230?30?Q30 计算电流（单位为A）的计算公式：
I30?S30UN?3 6
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
由以上公式可得6KV计算负荷及各车间380V计算负荷如表3.1及表3.2所示 所示计算过程见附录A
表3.1各车间380伏计算负荷
序 号 车间或电 单位名称 设备 K x容量 (千cos? tg? 计 算 负 荷 P30 Q30 S30 变压器台 备注 数及容量 K? (千瓦) (千乏) (千伏安) 0.4 0.4 0.7 0.3 0.75 0.85 0.25 0.3 0.35 0.65 0.7 0.6 0.45 0.8 0.75 0.65 0.55 0.6 1.17 1.02 1.33 1.98 0.75 0.88 1.17 1.52 1.33 800 400 77 477 360 21 381 331.5 37.5 66 65.03 936 408 102.4 510.4 712.8 15.75 1231.3 571.4 128.1 699.5 798.6 26.25 瓦) (1) No1变电所 1 铸钢车间 2000 2X1250
2X500 2X800 1X1000
0.9 0.9 0.9 (2) No2变电所 1 2 3 铸铁车间 砂库 小计 1000 110 (3) No3变电所 1 2 3 铆焊车间 1水泵房 小计 1200 28 728.55 739.9 291.7 43.9 100.3 86.5 442 57.7 120 108.2 (4) No4变电所 1 2 3 4 空压站 机修车间 锻造车间 术型车间 390 150 220 185.85 5 6 7 制材场 综合楼 小计 20 20 0.28 0.9 0.75 0.75 0.6 1 0.8 0.8 0.65 0.8 1.33 0 0.75 0.75 1.17 0.75 5.6 18 7.45 0 9.33 25.5 1X400
0.9 523.65 529.85 762.73 225 21 26.4 9.1
(5) No5变电所 1 2 3 4 锅炉房 2水泵房 300 28 168.75 281.25 15.75 30.88 6.825 26.25 40.6 仓库(1，2) 88.12 0.3 污水提升站 14 0.65 11.375 5 小计 281.536 222.255 358.692 0.9 7
说明：No1,No2,No3车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。
表3.2 各车间6KV高压负荷
序 号 1 2 3 4 车间或电 单位名称 电弧炉 工频炉 变压机 小计 设备 容量 (千瓦) 2X 1250 0.9 2 X 300 0.8 0.87 0.9 0.57 0.48 0.62 计 算 负 荷 Kx cos? tg? P Q S 说 明 (千瓦) (千乏) (千伏安) 2025 480 425 3155 1282.5 2586.2 230.4 263.5 533.33 500 2 X 250 0.85 0.85 1776.4 3620.7 3.2 无功功率补偿
工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿．要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，我们取cosφ’=0.92 补偿前功率因数：
cos?1?P S(3.5)
cos?1?
P4912.4??0.76 S6440.1 tg?1?0.85
补偿后功率因数：
根据系统要求，变压器高压侧的功率因数应大于0.9。因此变电所低压侧补偿后的功率因数可取：cos?1=0.92 则有tg?1=0.314 故补偿容量：
Qc?P30(tg?1?tg?2)= 2633.04kvar (3.6)
取标准值QC=2700kvar
S?4912.42?(4164.6?2700)2?5126.2kVA
根据上面的计算可以初步选出主变压器： 可选变压器S9-6300/35
SN?6300kVA I%?0.7
8
PFe?7.9 PCu?34.5
补偿后总降压变电所低压侧计算负荷： 有功功率补偿前后不变： P'30?P30?4912.4kW
无功功率变化为：
Q'30?Q30?QC?4164.6?2700?1464.6kvar 视在功率变化为： S'30?P'2230?Q'30?4912.42?1464.62?5126.2kVA
其中Qc为无功补偿。
cos?P'302?Q'?4912.4?0.958 305126.2损耗计算：
变压器是一种能量转换装置，在转换能量过程中必然同时产生损耗。变压器的损耗可以分为铁损耗和铜损耗。变压器的基本铁损耗就是主磁通在铁心中引起的磁滞损耗和涡流损耗。变压器的基本铜损耗是指电流流过时所产生的直流电阻损耗。我们可以同过查询变压器得到空载损耗和短路损耗，也就是铁损耗和铜损耗。 通过查阅文献[3，40—43]，可得功率损耗公式： ?Pb?PFe??2?PCu
PFe—铁损耗 PCu—铜损耗
?Pb—有功功率损耗 β—负载系数
负载系数可以通过系统最大工作电流与变压器最大工作电流的比计算得出，通过查阅变压器的数值可以得出：
5126.2??I2I?35?32N6300?0.81
35?3?Pb?7.9?0.81?34.5?30.5kW
无功功率的计算：
一台变压器的空载无功功率的损耗计算公式为：
?Q1?I0%SN100 I0%—变压器空载电流。
9
(3.7)
(3.8)
?Q2?Ud(%)SN 100(3.9)
Ud(%)--变压器阻抗电压。
根据上面2个公式相加便得出无功功率损耗如下：
SNSN ?Ud(%)100100SNSN63006300?Qb?I0%?Ud(%)?0.7??7.5??516.5kVar
100100100100?Qb?I0%(3.10)
补偿后的功率因素：
总降压变电所高压母线计算负荷
P30?P'30??P30?4912.4?30.5?4942.9kW
Q30?Q'30??Q30?1464.6?516.6?1981.18kVar
22S30?P30?Q30?5325.2kVA
高压侧平均功率因数为：
cos?1p?满足要求。
P4950.9??0.93?0.9 S5325.2 一般此类系统采用并联电容器进行补偿。即在6kV母线上每相设计3个型号为BWF6.3-100-1(额定容量为100kVar)的并联电容补偿器。
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