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第2章 负荷计算和无功补偿
2.1负荷计算
2.1.1变电所原始负荷资料
本变电所负荷主要以生活用电和农业灌溉为主，有一处二类负荷，其余均为三类负荷，35kV单回路进线、10kV侧采用单母线分段接线、6条10kV出线。负荷统计如下表所示。
表2.1负荷统计表
回路 序号 回路 名称 用户类型 设备 容量 （kW） 700 800 400 700 700 600 200 800 900 600 700 600 500 需用 系数 0.7 0.5 0.7 0.75 0.6 0.85 0.8 0.8 0.6 0.75 0.8 0.8 0.85 功率 因数 0.92 0.81 0.7 0.92 0.6 0.8 0.83 0.92 12 商业用电 生活用电 5 第五区 灌溉用电 生活用电 6
第六区 灌溉用电 0.82 0.82 0.92 10 16 1 3 0.81 0.92 10 12 1 3 13 1 3 2 13 2 2 15 20 1 3 20 15 1 3 变压器 线长 供电 台数 （km） 回路 负荷 级别 生活用电 1 第一区 商业用电 农产品加工 生活用电 2 第二区 工业用电 灌溉用电 3 第三区 医院用电 生活用电 4 第四区 2.1.2负荷计算方法
我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项系数法。
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需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，适用于计算变配电负荷，最为简便。二项式法适用于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。因此，本设计选用需要系数法来计算负荷[2]。 主要的公式有：
有功计算负荷
P30?KdPe （2.1）
无功计算负荷
Q30?P30tan? （2.2）
视在计算负荷 S30?计算电流
I30?S303UNP30 （2.3） co?s （2.4）
式中 Kd——为用电设备组上的需要系数。 Pe——为用电设备组上的总容量之和。 co?s——为用电设备组的平均功率因数。 tan?——为对应用电设备组cos?的正切值。 UN——为用电设备组的额定电压。 2.1.3负荷计算过程 第一区负荷计算：
生活用电
P30= Kd·Pe=0.7×700=490 kW
Q30= P30·0.43=210.7 kvar tg?=490×
商业用电
P30= Kd·Pe=0.5×800=400 kW
Q30= P30·0.72=288kvar tg?=400×
农产品加工
P30= Kd·Pe=0.7×400=280 kW
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Q30= P30·1.02=285.6 kvar tg?=280×
第一区合计
?P30= 490+400+280=1170 kW ?Q30=210.7+288+285.6=784.3 kvar
因此，总的计算负荷为（有功同时系数与无功同时系数K?p=0.9，K?q =0.95）
P30=?P30·0.9=1053 kW K?p=1170×
Q30=?Q30·0.95=745.1 kvar K?q=784.3× S30=P302?Q302=1290 kVA I30?S303UN?12903?10?74.48A
其他区负荷计算与一区类似，省略。 全区总负荷计算： 各区总设备容量
?P=1900+2000+200+1700+1300+1100=8200 kW
e 各区总有功功率
?P30=1053+1309.5+144+1062+891+814.5=5274 kW
各区总无功功率
?Q30=745.1+1094+103.4+630.8+543+478.7=3595 kvar
各区总视在功率
S30=
总计算电流
I30=S30 /3UN =6383 /3×10= 367.2A
总平均功率因数 cos??全区用电负荷，见表2.2。
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22P30?Q30=6383 kVA
?PS3030?0.83
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表2.2 全区用电负荷计算
回 路 名 称 设备 需用 容量 系数 P（ Kd ekW）700 800 400 1900 合计 生活用电设备 第 二 区 工业用电设备 灌溉用电设备 合计 医院用电设备 合计 生活用电设备 第四区 商业用电设备 合计 生活用电设备 第五区 灌溉用电设备 合计 生活用电设备 第六区 总区 灌溉用电设备 合计 600 500 1100 8200 600 700 1300 0.8 0.85 800 900 1700 0.75 0.8 200 200 0.8 0.6 700 700 600 2000 0.8 0.75 0.6 0.85 0.7 0.5 0.7 功率 因数 计算负荷 有功 功率 490 400 280 1170 1053 525 420 510 1455 1309.5 160 160 144 640 540 1180 1062 450 540 990 891 480 425 905 814.5 5274 无功 功率 210.7 288 285.6 784.3 745.1 225.8 558.6 367.2 1151.6 1094 108.8 108.8 103.4 275.2 388.8 664 630.8 193.2 378 571.5 543 206.4 297.5 503.9 478.7 3595 视在 功率 1290 1706.4 177.3 1235.2 1043.4 944.7 6383 计算电流 74.5 98.5 10.2 71.3 58.2 54.5 367.2 用电设备名称 cos?/tan? 0.92/0.43 0.81/0.72 0.7/1.02 0.82/0.7 0.92/0.43 0.6/1.33 0.82/0.7 0.77/0.82 0.83/0.68 0.81/0.72 0.92/0.43 0.81/0.72 0.86/0.6 0.92/0.43 0.82/0.7 0.85/0.62 0.92/0.43 0.82/0.7 0.86/0.6 0.83/0.67 生活用电设备 第 一 区 商业用电设备 农场品加工设备 第三区 合计
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2.2无功补偿
在工程设计的过程中，由于存在大量的感性负荷，从而使功率因数降低，如果在其充分发挥设备的潜力，改善设备运行性能，提高其自然功率因数的情况下，尚未达到规定的工程功率因数，则需考虑增设无功功率补偿装置。
1、功率因数的危害及改善方法
功率因数是指任意二端网络两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦（用cos?表示），在数值上功率因数是有功功率与视在功率的比值[3]。
2、功率因数对供电系统的影响
在供电系统中输送的有功功率不变的情况下，无功功率增大，即功率因数下降，会出现如下情况：
（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和无功损耗增加； （2）系统中的总电流会增加；
（3）功率因数过低会使线路的电压损耗增大； （4）使电力系统的电气容量不能充分利用。 3、无功补偿整定
按规定变电所的高压侧的功率因数cos??0.9，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应该略高于0.90，这里取cos?2?0.93。假设功率因数
???,视由cos?提高到cos?2，这时有功功率P30不变的条件下，无功功率由Q30提高到Q30??。要使低压侧的功率因数由在功率将由S30减小到S30???。相应的负荷电流I30也减为I300.83提高到0.93，则低压侧需增设并联电容器 。补偿电容器容量计算如下：
补偿前的变压器容量和功率因数为
S30=
22P30?Q30=6383 kVA
主变电器容量选择条件为SN?T?S30，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选。
这时变电所低压侧的功率因数为
P?cos??S3030?0.83
要使低压侧功率因数由0.83提高到0.93，低压侧需装设的并联电容器容量为
Qc= 5311×(tanarccos0.83–tanarccos0.93)kvar=1487
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