發(fā)電廠課程設(shè)計一負(fù)荷計算與無功功率補償

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1、負(fù)荷計算 與無功功率補償 第一節(jié) 概 述 一 、 計算負(fù)荷的概念 計算負(fù)荷是根據(jù)已知的用電設(shè)備容量按一定統(tǒng)計方法確定 的 ， 預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷 ， 作為按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng) 各元件的依據(jù) 。 二、負(fù)荷曲線 負(fù)荷曲線是表征電力負(fù)荷隨時間變動情況的圖形。 0 42 200 400 1486 10 12 1816 20 22 24 800 600 P /kW t /h一班制工廠日有功負(fù)荷曲線 繪制負(fù)荷曲線采用的時間間隔 t為 30min。 求確定計算負(fù) 荷的有關(guān)系數(shù)，一 般是依據(jù)用電設(shè)備 組最大負(fù)荷工作班 的負(fù)荷曲線。 續(xù)上頁 從發(fā)熱等效的觀點來看，計算負(fù)荷實際上與年最大負(fù)荷 是基本相當(dāng)?shù)摹?/p>

2、所以計算負(fù)荷也可以認(rèn)為就是年最大負(fù)荷， 即 Pc=Pm P30。 年負(fù)荷曲線 P /kW 87608000600040002000 0 t /h 200 400 600 800 P m 年最大負(fù)荷 Pm 全年中有代表性的最大負(fù)荷班的半小 時最大負(fù)荷。 三、確定計算負(fù)荷的系數(shù) 1. 需要系數(shù) Kd 需要系數(shù)定義為： m d e PK P 設(shè)備容量 Kd值的相關(guān)因素：用電設(shè)備組中設(shè)備的負(fù)荷率； 設(shè)備的平均效率； 設(shè)備的同時利用系數(shù)； 電源線路的效率 。 Kd值 只能靠測量統(tǒng)計確定 。 利用系數(shù)定義為： 2. 利用系數(shù) Ku av u e PK P Ku可查附錄表 5 Pe 0.38kV M M M

3、 Pm 續(xù)上頁 3. 附加系數(shù) Ka m a av PK P Ka值與設(shè)備容量差別程度、設(shè)備臺數(shù)和利用系數(shù)有關(guān)。 為便于分析比較，從導(dǎo)體發(fā)熱的角度出發(fā)，不同容量的用 電設(shè)備需歸算為同一容量的用電設(shè)備，于是可得到其等效臺數(shù) neq為： 2 e .i2 e .i e q eq P Pn n 附加系數(shù)定義為： 根據(jù)利用系數(shù) Ku和等效臺數(shù) neq查附錄表 6，可得到附加系數(shù) Ka值。 2e .i eq 2 e .i P n P 續(xù)上頁 年最大負(fù)荷利用小時數(shù) Tmax是假設(shè)電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷 Pm持續(xù)運行時 ， 在此時間內(nèi)電力負(fù)荷所耗用的電能恰與電力負(fù) 荷全年實際耗用的電能相同 。 a m a x

4、m WT P 4. 年最大負(fù)荷利用小時數(shù) 0 8760 年負(fù)荷曲線 P m P t /h T max 第二節(jié) 三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷 的確定 一 、 單位容量法 在進(jìn)行供電工程方案設(shè)計階段 ， 可采用單位容量法確定計 算負(fù)荷 。 二 、 需要系數(shù)法 1. 單位產(chǎn)品耗電量法 2. 單位面積負(fù)荷密度法 （ 一 ） 一組用電設(shè)備的計算負(fù)荷 按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計算負(fù)荷的基本公式為 cc t a nPQ c m d eP P K P c c c os PS c c N3 SI U 有功計算負(fù)荷 （ kW） 無功計算負(fù)荷 （ kvar） 視在計算負(fù)荷 （ kVA） 計算電流 （ A） 例 2-

5、1 解 此機床組電動機的總?cè)萘繛?例 1 已知某機修車間的金屬切削機床組 ， 擁有電壓 380V 的三相電動機 22kW2臺 ， 7.5kW6臺 ， 4kW12臺 ， 1.5kW6臺 。 試用需要系數(shù)法確定其計算負(fù)荷 Pc、 Qc、 Sc和 Ic。 查附錄表 1“ 小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機 ” 項得 Kd 0.2、 cos 0.5、 tan 1.73。 因此可得 Pe 22 kW 2 7.5 kW 6 4kW 12 1.5kW 6 N.iP Pc=KdPe 0.2 146kW=29.2kW cc t a n = 2 9 . 2 k W 1 . 7 3 = 5 0 . 5 2 k v a

6、rQP c c 2 9 . 2 k W 5 8 . 4 k V A c o s 0 . 5 PS c c N 5 8 . 4 k V A 8 8 . 7 3 A 3 3 0 . 3 8 k V SI U =146 kW 在確定低壓干線上或低 壓母線上的計算負(fù)荷時，可 結(jié)合具體情況對其有功和無 功計算負(fù)荷計入一個同時系 數(shù) K 。 續(xù)上頁 c p c . iP K P c q c .iQ K Q 22c c cS P Q cc N3 SI U 注意：總的視在計算負(fù)荷和計算電流不能用各組的視在計算負(fù)荷 或計算電流之和乘以 K來計算 。 (二 )多組三相用電設(shè)備的計算負(fù)荷 0.38kV Pc , Q

7、c Sc , Ic Pc1 , Qc1 Pc2 , Qc2 Pci , Qci 例 2 某 380V線路上 ， 接有水泵電動機 （ 15kW以下 ） 30臺 共 205kW， 另有通風(fēng)機 25臺共 45kW， 電焊機 3臺共 10.5kW（ =65%） 。 試確定線路上總的計算負(fù)荷 。 例 2-2 解 先求各組用電設(shè)備的計算負(fù)荷 Q c1 Pc1 tan 164kW 0.75=123kvar 1 水泵電動機組 查附錄表 1得 Kd=0.70.8(取 0.8） ， cos 0.8， tan 0.75， 因此 2 . 通風(fēng)機組 查附錄表 1 得 Kd=0.70.8（ 取 0.8） ， cos=0.

8、8, tan=0.75, 因此 P c2=0.8 45kW=36kW Q c2=36kW 0.75=27kvar Pc1= Kd1Pe1 0.8 205kW=164kW 續(xù)上頁 3. 電焊機組 查 附 錄 表 1 得 Kd=0.35， cos=0.35， tan=2.68。 P c3=0.35 8.46kW=2.96kW Pc 0.95 (164 36 2.96)kW=192.81kW Qc 0.97 (123+27+7.94)kvar=153.20kvar 總計算負(fù)荷 （ 取 Kp 0. 95， Kq 0. 97 ） 為 Sc= =246.26kVA Ic=246.26kVA/( 0.38k

9、V)=374.2A 221 9 2 . 8 1 1 5 3 . 2 0 3 Q c3=2.96kW 2.68=7.94kvar 65% 100% 在 100%下的設(shè)備容量： Pe=10.5 =8.46kW。 第三節(jié) 變配電所所址選擇 2( / )k W m m 一 、 選擇的一般原則 接近負(fù)荷中心 ， 進(jìn)出線方便 ， 接近電源側(cè) ， 設(shè)備運輸方便等 。 二、負(fù)荷中心的確定 （ -） 利用負(fù)荷圓 在工廠總平面圖上 ， 按適當(dāng)?shù)谋壤?K 作出各車間的負(fù)荷圓 。 其圓心一般選在車間的中 央 ， 圓半徑為 30Pr K 1 1 1 2 2 2 3 3 3( , ) , ( , ) , ( , )P x

10、 y P x y P x y ( , )P x y （ 二 ） 利用負(fù)荷功率法 在工廠總平面圖的下邊和左側(cè) ， 任作一直角 坐標(biāo)的 x軸和 y軸 ， 測出各車間負(fù)荷點的坐標(biāo)位置 ， 例如 等 ， 工 廠的負(fù)荷中心設(shè)在 仿照計算重心的力矩方程 ， 可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： 1 1 2 2 3 3 1 2 3 1 1 2 2 3 3 1 2 3 () () ii i ii i P x P x P x P x x P P P P P y P y P y P y y P P P P 第四節(jié) 無功功率補償 一 、 功率因數(shù)定義 1瞬時功率因數(shù) 監(jiān)測負(fù)荷用。 c o s 3 PP S UI 2平均功率因數(shù) 調(diào)

11、整電費用。 p av 22 pq c o s W WW 3最大負(fù)荷時的功率因數(shù) 確定需要無功補償容量用 。 c c co s PS S C S C P C Q C Q C 二、無功補償容量的確定 QN.C=Qc Qc Pc(tan-tan) QN.C 穩(wěn)態(tài)無功功率補償設(shè)備 ， 主要 有同步補償機和并聯(lián)電容器 （ 自愈 式 ） 。 三、無功補償裝置的選擇 低壓并聯(lián)電容器裝置根據(jù)負(fù)荷 變化相應(yīng)自動循環(huán)投切的電容器組數(shù) ， 在無功補償容量 QN.C確定后可根據(jù)選 定的單組容量 qNC來選擇： N.C N.C Qn q 動態(tài)無功功率補償設(shè)備 （ SVC） 用于急劇變動的沖擊負(fù)荷 如煉鋼電弧爐 、 軋鋼

12、機等的無功補償 。 例 3 某用戶 10kV變電所低壓計算負(fù)荷為 800kW 580kvar。 若 欲使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到 0.92，則需在低壓側(cè)進(jìn)行補償?shù)牟⒙?lián)電容 器無功自動補償裝置容量是多少？并選擇電容器組數(shù)及每組容量 。 例 2-3 解：（ 1）求補償前的視在計算負(fù)荷及功率因數(shù) （ 2）確定無功補償容量 800 (tanarccos0.810 tanarccos0.92) 2 2 2 2c c c 8 0 0 5 8 0 k V A 9 8 8 . 1 k V AS P Q c c 800 kWc os 0.8 10 988 .1 kV A P S N C c ( t a n t a n

13、 )QP 238.4kvar 續(xù)上頁 （ 3）選擇電容器組數(shù)及每組容量 初選 BSMJ0.4-20-3 型自愈式并聯(lián)電容器 ， 每組容量 qN.C=20kvar。 NC NC 238 .4 k v a r 11.92 20 k v a r Qn q 取 12組 2 2 2 2c c c N C( ) 8 0 0 ( 5 8 0 2 4 0 ) 8 6 9 . 3 k V AS P Q Q 補償后的視在計算負(fù)荷 減少 118.8kVA。 第五節(jié) 電力變壓器的選擇 一 、 電力變壓器的型式選擇 電力變壓器型式選擇是指確定變壓器的相數(shù)、調(diào)壓方式、 繞組型式、絕緣及冷卻方式、聯(lián)結(jié)組別等，并應(yīng)優(yōu)先選用技

14、術(shù) 先進(jìn)、高效節(jié)能、免維護的新產(chǎn)品。 油浸式 如 S9、 S9-M、 S11型等 ， 一般為自冷式 。 干 式 如 SCB10、 SG10型等 ， 可帶風(fēng)機冷卻 。 絕緣與 冷卻方式 35 110/10.5kV總降壓變壓器為 Y,d11。 10/0.4kV配電變壓器一般為 Y,yno或 D,yn11。 聯(lián)結(jié) 組別 續(xù)上頁 D,yn11聯(lián)接的優(yōu)點：有利于單相接地故障的切除 ； 有利于抑制零序諧波； 單相負(fù)載能力強。 ba nc BA C U c U b U a U a b U C U B U A U AB Y,yno聯(lián)接繞組接線圖及相量圖 a cb n U C U ABU A = U B U a

15、bU a U bU c D,yn11聯(lián)接繞組接線圖及相量圖 二、電力變壓器的臺數(shù)與容量選擇 （二）容量的選擇 容量還應(yīng)滿足大型電動機及其它沖擊負(fù)荷的起動要求 。 一般單臺車間變?nèi)萘坎灰舜笥?1250kVA。 （ 一 ） 臺數(shù)的選擇 考慮因素 ： 供電可靠性要求 負(fù)荷變化與經(jīng)濟運行 集中負(fù)荷容量大小 對單臺變壓器 滿足條件 ： SNTSC （ 應(yīng)留有 10 20 余量 ） 對兩臺變壓器 （ 一般為等容量 ， 互為備用 ） 滿足條件： SNT0.7Sc 且 SNTSc（ + ） 保證負(fù)荷 的正常運行 例 5-1 例 4 某工業(yè)企業(yè)擬建造一座 10/0.38kV變電所，所址設(shè)在廠房 建筑內(nèi)。已知總計

16、算負(fù)荷為 1800kVA， 其中一、二級負(fù)荷 900kVA， COS 0.8。 試初選其主變壓器的型式、臺數(shù)和容量。 選用 SCB10型 10/0.4kV電力變壓器。無載調(diào)壓，分接頭 5%， 聯(lián)接組別 Dyn11， 帶風(fēng)機冷卻并配置溫控儀自動控制，帶 IP20防 護外殼。 每 臺 變 壓 器 容 量 SNT0.7 1565kVA1096kVA， 且 SNT783kVA， 因此初選每臺變壓器容量為 1000kVA。 解 1.選擇變壓器型式 因有較多的一 、 二級負(fù)荷 ， 故初選兩臺主變壓器 。 無功補償后的總計算負(fù)荷 Sc 1800kVA 0.8 0.92 1565kVA， 其中 Sc（ ） 9

17、00kVA 0.8 0.92 783kVA。 2.選擇變壓器臺數(shù) 3.選擇每臺變壓器的容量 第六節(jié) 供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷 一 、 供電系統(tǒng)的功率損耗 （ 一 ） 電力線路的功率損耗 有功損耗 （ kW） 無功損耗 （ kvar） （ 二 ） 電力變壓器的功率損耗 有功損耗 23WL 3 10cP I R 23WL 3 1 0cQ I X X=x0l R=r0l 22 cc T F e c u.N 0 k N .T N .T SSP P P P P 無功損耗 22 c 0 ck T 0 N N . T N . T N . T % % 1 0 0 1 0 0 S I SUQ Q Q S SS 簡化

18、公式： PT 0.01Sc ； QT 0.05Sc 。 例 5 某工廠有一個 35/10kV總降壓變電所，分別供電給 1 4 車間變電所及 4臺冷卻水泵用的高壓電動機 （ PN 4 300kW、 Kd 0.8、 cos 0.8）， 10kV母線上接有 2700kvar無 功補償電容器組。已知 1 4 車間變電所 10kV側(cè)計算負(fù)荷分別 為： 1 為 1430 kW j1230kvar； 2 為 1350 kW j1200kvar； 3 為 1260 kW j1030kvar； 4 為 960 kW j750kvar。 試計算該總降 壓變電所 35kV側(cè)計算負(fù)荷及功率因數(shù)大?。ㄈ?K =0.9）

19、。 例 2-4 解：（ 1）求 10kV母線計算負(fù)荷 1 車間變電所 Pc1 1430 kW， Qc1 1230kvar 2 車間變電所 Pc2 1350 kW， Qc2 1200kvar 3 車間變電所 Pc3 1260 kW， Qc3 1030kvar 4 車間變電所 Pc4 960 kW， Qc4 750kvar 高壓電動機組 Pc5 Kd PN =0.8 4 300kW 960 kW Qc5 Pc5tan=960 0.75 720 kvar 10kV母線計算負(fù)荷 =0.9 （ 1430+1350+1260+960+960） 5364 kW c p c. iP K P C T 0.38k

20、V 低壓集中補償 10kV 如下圖 ， 變電所低壓母線的視在計算負(fù)荷 為 2 2 2 2c . 2 c . 2 c . 2 c . 2 c . 2 N C()S P Q P Q Q 變電所高壓側(cè)計算負(fù)荷為低 壓母線的計算負(fù)荷加上變壓器的 損耗 ， 即 Pc.1= Pc.2 +PT； Qc.1= Qc. 2 +QT 22c . 1 c . 1 c . 1SQP c .1 c .1 1N3 SI U 二、供電系統(tǒng)的總計算負(fù)荷 一般采用逐級計算法由用電設(shè)備處逐步向電源進(jìn)線側(cè)計算 。 各級計算點的選取 ， 一般為各級配電箱 （ 屏 ） 的出線和進(jìn)線 、 變電所低壓出線 、 變壓器低壓母線 、 高壓進(jìn)線

21、等處 。 續(xù)上頁 （ 2）求 35kV側(cè)計算負(fù)荷 變壓器損耗 PT0.01Sc 0.01 5638 56.38 kW QT0.05Sc 0.05 5638 281.9 kvar c c . N.iCQ K Q Q 0.9 (1230+1200+1030+750+720) 2700 1737 kvar 2 2 22 5 3 6 4 1 7 3 7 = 5 6 3 8 k V Ac c cSQ P 2 2 22.1 .2 .2 5 4 2 0 . 4 2 0 1 8 . 9 5 7 8 4 . 2 k V Ac c cSQ P .1 .1 .1 5420.4c os 0.93 7 5784.2 c c P S 35kV側(cè)計算負(fù)荷 Pc.1= Pc.2 +PT 5364+56.38 5420.4kW Qc.1= Qc.2 +QT 1737+281.9 2018.9 kvar