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1、1 第二章高压供电系统设计为了确定供电系统中各个环节的电力负荷的大小，以便正确地选择供电系统中的各个元件包括电力变压器、导线、电缆等。对电力负荷进行统计计算成为必要。通过负荷的统计计算求出的用来按发热条件选择供电系统中组成元件的负荷值称为计算负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定的是否正确合理，将直接影响到电器和导线选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的浪费。反之，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热引起绝缘过早老化、甚至烧毁现象，以致发生事故。同样给国家财产造成损失。由此可见，正确确定负荷具有重要意义。我国目前采用确实定计算
2、负荷的方法有：需要系数法、二项式法、以概率论为理论基础的利用系数法、和我国设计部门提出的“ABC”等。下面简单介绍各种方法的特点。1、按需要系数法确定计算负荷需要系数30fZtXelSbKKPKP； 它与用电设备组的平均加权负荷系数fZK、同时运行系数tK、电动机的平均加权效率Sb以及网路供电效率l等系数有关，且XK值恒小于 1。1单台用电设备计算负荷：edjSPP；jSP- 计算负荷，edP- 电动机的额定容量，-电动机额定负荷时的效率对于单个设备如白炽灯、电热器、电炉等。设备容量Psb： Pjs=Psb2成组用电设备的负荷计算计算负荷表达式：exjSPKP；jSjSQP tgjSP-计算负
3、荷有功功率jSQ- 无功功率Kx-需要系数tg- 功率因数角对应的正切值3多组用电设备的负荷计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页2 公式：)(11mxemjSKPKP；11()mmjSxeQKK PtgK- 同期系数，对于车间干线， 可取19.0K，对于低压母线，由用电设备组计算负荷直接相加来计算时8.09.0K。2、二项式法确定计算负荷：二项式法是用两个系数表征负荷变化规律的方法。（1） 对于一组用电设备：公式：Pjs=CPx+bPe，C，b - 系数见 P23表 18。Px-组中 X 台容量最大的用电设备的总
4、额定容量kw， Pe-该组中所有用电设备的总额定容量kw计算电流时：exjSPbPCI11，C1，b1不同工作制的不同类用电设备，规定取用大容量设备的数量X不同。金切机床采用X=5，反复短时工作制采用X=3，加热炉 X=2；电焊设备 X=1等。（2） 对于不同类用电设备组m组其二项式表达式为：有功功率：mexmjSbPCPP1max式中maxxCP- 各用电设备组算术中第一项CPx的最大值。meP1- 所有用电设备组算式中第二项总和。无功功率：1max1mjSxemQCPtgbP tg式中：1tg- 与maxxCP相应的功率因数正切值，tg- 与各组设备ebP相应的功率因数正切值。3. “AB
5、C ”法“ABC ”计算负荷的特点是： 1运用概率论的基本原理找出计算负荷与设备容量之间的关系。 2利用单元功率的概念和“ ABC ”列表法，将繁杂的功率运算简化为台数的运算，使运算简单准确，利用“ABC ”法计算公式为：BACADKPLjs2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3 D-单台等值功率 KW ，一般容量小于50KW的机床，取 D=3KW ，对于电炉等，取 D=9KW 。Lk-该组用电设备的利用系数。见P24表 19. imiiknA.1，DPKeii。eiP-该组用电设备中某一单台设备额定功率 KW 。
6、in- 对应于该功率设备的台数。imiinKB.13211；115 . 1LkC，无功功率：jSjsQP tg4、利用系数法同济大学公式：PjsPKP.max，PjSQKQ.max，22jjjQPS“其中，Kmax-最大负荷班内的半小时最大平均有功负荷P30等于 Pj 与总平均负荷PP 之比。其值接近于负荷系数的倒数。PjPPPPPK/30maxPP，QP-每一用电设备组在最大负荷班内的平均有功负荷和平均无功负荷。按利用系数法确定计算负荷时，不管计算范围大小， 设备类型多少， 都必须先将各类用电设备组的平均有功负荷PP和平均无功负荷QP分别代数相加，求得PP 和PQ ，再依次去求利用系数KLP
7、、nyx有效台数、 Kmax各值。求计算负荷时，只需最后乘一次Kmax值即得，不需再乘同期系数，不必按供电范围逐级求得Pj 、Qj、SJ之后，又求得jP ，jQ ，jS，再乘以同期系数。因用利用系数求得的Pj是各类负荷最大值的总和，二者在概念上是有区别的。纵观上述四种计算负荷的方法，各有特点。1需要系数法是当前通用的求计算负荷的方法。公式简单计算方便。为设计人员普遍接受， 需要系数法的数值来源于大量的测定值和统计，这个公式对于单台设备， 用电设备组，一个车间甚至一个工厂的计算负荷均可进行计算。这对于初步设计时估算全车间或全厂的计算负荷显得尤为方便。其缺点是没有考虑大容量电动机的运行特性如起动和
8、过载等对整个计算负荷P30，Q30的影响，尤其是当总用电设备台数少时，其影响较大，但当设备台数足够多容量足够大，其影响是微弱的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页4 2二项式法计算负荷时，考虑了电动机台数和大容量电动机对计算负荷的影响，一般被用来计算车间干线，支干线的负荷，其缺点是x 的取值仍缺乏足够的理论依据，没有考虑 x 值随电动机台数的变化而变化，并且由于过分突出x 台大型设备对电气负荷的影响，其计算结果要比用需要系数法算出的结果大一些。3“ABC”法也把计算负荷看作是平均负荷PPj与计算负荷对平均负荷参差值
9、的叠加，但它对这个参数的估计是由设备容量的总平方根mieiiPn1表征的。该方根随设备台数in和设备容量eiP而变化。容量值越大，对方根的影响越大。“ABC”法适应于连续工作制、短时工作制、反复短时工作制类设备。其另一特点就是它的基本计算系数是最大负荷班的平均利用系数，该系数的数值稳定，易于通过实测取得，因而本方法具有实用价值。通过以上三种方法的综合分析，从而充分熟悉了各种方法的优点，缺点和适用范围，根据本次负荷的特点和性质和鉴于指导老师的意见，本设计 对于车间总的负荷计算则采用需要系数法。2.1.2各车间负荷计算：根据以下 公式：1）单个设备的容量计算：计算负荷表达式：exjSPKP；jSj
10、SQP tgjSP-计算负荷有功功率jSQ- 无功功率Kx-需要系数tg- 功率因数角对应的正切值2整个车间的负荷计算：计算负荷表达式：)(11mxemjSKPKP；11()mmjSxeQKK P tgmjsjsjsQPS122K- 同期系数同时率。对于车间干线：可取19.0K，取 0.9；对于低压母线：由于用电设备组计算负荷直接相加来计算时8 .09.0K。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页5 各车间变电所的计算负荷计算结果如下表：序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量号设备组名称
11、KW) Kx cos 正切 tg有功 Pjs千瓦无功 Qjs( 千乏 视在 Sjs( 千伏安 ( 台数千伏安11 变电所1 薄膜车间1680 1008.00 1340.64 1677.31 2 原料库310 77.50 134.08 154.86 3 生活间290 1 232.00 308.56 386.05 4 成品库一305 91.50 158.30 182.84 5 成品库二304 91.20 157.78 182.24 6 包装材料库300 90.00 155.70 179.84 7 小计3189 1590.20 2255.05 2759.34 K=0.9 时：)(11mxemjSKP
12、KP=0.9*1590.20=1431.18(KW) 11()mmjSxeQKK Ptg=0.9*2255.05=2029.545KVARmjsjsjsQPS122=)(41.2483545.202918.143122KVA查手册选 1 变电所变压器型号SG10-1600KVA/10KVKV, 短路阻抗 UK%=4,D,yn11序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量号设备组名称KW) Kx cos正切 tg 有功 Pjs 千瓦无功 Qjs( 千乏视在 Sjs( 千伏安(台数千伏安22 变电所1 单丝车间1685 2 水泵房及其附属设备320 3 小计2005 K
13、=0.9 时：)(11mxemjSKPKP=0.9*1219.00=1097.1(KW) 11()mmjSxeQKK Ptg=0.9*1470.30=1323.27KVARmjsjsjsQPS122=)(92.171827.13231.109722KVA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页6 查手册选 2 变电所变压器型号SG10-1250KVA/10KVKV, 短路阻抗 UK%=4,D,yn11序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量号设备组名称KW) Kx cos 正切 tg有功 P
14、js千瓦无功 Qjs( 千乏视在 Sjs( 千伏安 ( 台数千伏安33 变电所1 注塑车间189 75.60 100.55 125.80 1 台2 管材车间880 308.00 409.64 512.51 SG10-800KV/10KVKV3 小计1069 383.60 510.19 638.31 K=0.9 时：)(11mxemjSKPKP=0.9*608.60=365.16(KW) 11()mmjSxeQKK Ptg=0.9*809.44=728.496KVARmjsjsjsQPS122=)(48.57417.45924.36522KVA查手册选 3 变电所变压器型号SG10-800KVA
15、/10KVKV, 短路阻抗 UK%=4,D,yn11序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量号设备组名称KW) Kx cos 正切 tg 有功 Pjs千瓦无功 Qjs( 千乏视在 Sjs( 千伏安 ( 台数千伏安44变电所1 备料复制车间138 82.80 143.24 165.45 1 台2 生活间10 1 8.00 0.00 8.00 SG10-500KVA3 浴室3 1 2.40 0.00 2.40 4 锻工车间30 9.00 10.53 13.85 5 原料、生活间15 1 12.00 0.00 12.00 6 仓库15 12.00 14.04 18.47
16、 7 机修模具车间100 25.00 43.25 49.96 8 热处理车间150 90.00 91.80 128.56 9 铆焊车间180 54.00 93.42 107.90 10 小计641 295.20 396.28 494.15 K=0.9 时：)(11mxemjSKPKP=0.9*1870.20=1683.18(KW) 11()mmjSxeQKK Ptg=0.9*1562.83=1406.547KVAR精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页7 mjsjsjsQPS122=)(73.44465.35668.2
17、6522KVA查手册选 4 变电所变压器型号SG10-500KVA/10KVKV, 短路阻抗 UK%=4,D,yn11序车间或用电设备容量需要系数功率因数功率因数角计算负荷变压器台数及容量号设备组名称KW) Kx cos 正切 tg 有功 Pjs千瓦无功 Qjs( 千乏视在 Sjs( 千伏安 ( 台数千伏安55 变电所1 锅炉房500 2 试验室425 3 辅助材料库410 4 油泵房315 5 加油站310 6 办公室、 招待所、食堂315 7 小计2275 8 全厂合计9618 K=0.9 时：)(11mxemjSKPKP=0.9*1133.50=1020.15(KW) 11()mmjSx
18、eQKK Ptg=0.9*1189.73=1070.757 KVARmjsjsjsQPS122=)(22.1567757.107015.102022KVA查手册选 5 变电所变压器型号SG10-315KVA/10KVKV, 短路阻抗 UK%=4,D,yn112.2 无功功率补偿：2.2.1无功补偿的意义：电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最正确补偿, 不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损, 使电力系统能够安全经济运行。无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定
19、的情况下，通过调节控制变量发精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页8 电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节使系统在满足各种约束条件下网损到达最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行，而且能取得可观的经济效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分，即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量，使系统在满足各种约束条件下网损到达最小。对于企业及大负荷用电单位， 按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。在补
20、偿容量相等的情况下，低压就地补偿减低的线损最大，因而经济效益最正确。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分，使流经线路和变压器上的无功电流大大减小，显然此种方法所取得的经济效益最正确。1高压并联电容器装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。2变电所里的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划以及国家现行标准电力系统电压和无功电力技术导则和全国供用电规则的规定计算后确定。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的10%30%确定。3电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。4当分组电容器按各种容量组合运行
21、时，不得发生谐振，且变压器各侧母线的任何一次谐波电压含量不应超过现行的国家标准电能质量公用电网谐波的有关规定。 5高压并联电容器装置应装设在变压器的主要负荷侧。当不具备条件时，可装设在三绕组变压器的低压侧。6当配电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器装置。低压并联电容器装置的安装地点和装设容量，应根据分散补偿和降低线损的原则设置。补偿后的功率因数应符合现行国家标准全国供用电规则的规定。并联电容器装置的布置和安装的一般规定1高压并联电容器装置的布置和安装设计，应利于分期扩建、通风散热、运行巡视、便于维护检修和更换设备。2高压并联电容器装置的布置型式，应根据安装地点的环境条件、设备性能和精
22、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页9 当地实践经验，选择屋外布置或屋内布置。一般地区宜采用屋外布置；严寒、湿热、风沙等特殊地区和污秽、易燃易爆等特殊环境宜采用屋内布置。屋内布置的并联电容器装置，应设置防止凝露引起污闪事故的措施。3低压并联电容器装置的布置型式，应根据设备适用的环境条件确定采用屋内布置或屋外布置。4屋内高压并联电容器装置和供电线路的开关柜，不宜同室布置。5低压电容器柜和低压配电屏可同室布置，但宜将电容器柜布置在同列屏柜的端部。2.3 无功补偿容量的计算：初步计算总功率：51jSP=788.58+759.
23、6+345.24+265.68+196.65=2355.75 KW 51jSQ=+=3071.07KVAR因在工业企业消耗的无功功率中，电动机占70%，变压器占20%，线路占10%。Qjs =KVAR 未计算五台主变的无功功率，故设高压侧的无功功率为QH则，QH 10.2=Qjs=3071.07KVAR；QH= Qjs/0.8=KVAR即在 未补偿前 在厂变 10KV母线上：P=KVAR 补偿后： Cos =0.9，0则 S=P/cos =0 KVAR 应补偿的无功功率为：?Q= KVAR 采用集中补偿和分散补偿相结合的方式补偿。在厂变10KV母线上，选择TBB3-10-750/50 型电力电
24、容器柜 (2 台)，每柜容量为750KVAR，将它们分别设置在、段母线上，另在、变的低压母线上装设低压电容器进行补偿。根据计算结果选择 根据以上计算的补偿容量， 选择无功补偿装置， 补偿后变电站 10kV 侧功率因数为 0。选取的补偿装置见下表：并联补偿成套装置型号额定电压 (kV) 总标称容量(kvar) 单台标称容量(kvar) 接线方式750/50-10TBB310 750 50 Y 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页10 2.3 供电电压的选择：根据用电协议，电业部门拟定在厂南侧1 公里处的 110KV/10KV变电所用 10KV架空线路向本厂供电。从以上负荷计算可知：总的视在功率为2617.5KVA ，符合 10KV架空线路的输送容量。根据设计任务书， 、 变电所变压器 10KVKV均为 1台，其余 、 变电所变压器皆设置两台变压器10KVKV。给本厂重要负荷车间供电。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页
