供電系統(tǒng)負荷計算方法

1、供電系統(tǒng)負荷計算方法姓名:張朋單位：同煤集團四老溝礦供電系統(tǒng)負荷計算方法計算負荷是供電系統(tǒng)設計計算的基礎，為選擇變壓器臺數(shù)和容量，選擇電氣設備，確定測量儀表的量程，選擇繼電保護裝置等提供重要的計算依據(jù)。所以負荷計算準確與否直接影響著供電設計的質量。對于各種類型的用戶，由于其供電系統(tǒng)設計的基本原理和方法都是相同的，所以在工程實踐中根據(jù)不同的計算目的，針對不同類型的負荷，總結出的各種負荷的計算方法具有普遍的意義。因此，本章以工礦企業(yè)用戶為例來論述計算負荷的意義及求計算負荷的方法。一、負荷的基本概念工廠供電系統(tǒng)運行時的實際負荷并不等于所有用電設備額定功率之和。這是因為用電設備不可能全部同時運行，每臺

2、設備也不可能全部滿負荷，各種用電設備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，工廠供電系統(tǒng)在設計過程中，必須找出這些用電設備的等效負荷。所謂等效是指這些用電設備在實際運行中所產生的最大熱效應與等效負荷產生的熱效應相等，產生的最大溫升與等效負荷產生的最高溫升相等。我們按照等效負荷，從滿足用電設備發(fā)熱的條件來選擇用電設備，用以計算的負荷功率或負荷電流稱為“計算負荷”。通常規(guī)定取30分鐘(min)平均最大負荷P、Q和S作為該用戶的“計算負303030荷”并用Pjs、QJS和Sjs分別表示其有功、無功和現(xiàn)在計算負荷。為什么取用“30分鐘平均最大負荷”呢?這是考慮：對于中、小截面的導體，發(fā)熱時間常數(shù)(即表示發(fā)熱

3、過程進行快慢的時間數(shù)值)大約為10min左右，在短暫的時間內通過尖峰負荷時，導體溫度來不及升高到相應伍而尖峰負荷就消失了，所以尖峰負荷雖比P30，Q30和S30大，但不是造成導體達到最高溫升的主要原因。實驗表明，導體達到穩(wěn)定溫升的時間約為3T一4T,所以對于中、小截面導體達到穩(wěn)定溫升的時間可近似為3Tq30min；對于較大截面導體，發(fā)熱時間常數(shù)大多大于10min,因而在30min時間內，一般達不到穩(wěn)定溫升，取30min平均最大負荷為計算負荷偏于保守，但為選擇計算的方便和一致性，如上規(guī)定還是合理的。因此，計算負荷是按發(fā)熱條件選擇導線和電器設備的依據(jù)，并有如下關系：P二P二PjS30maxQ=Q=

4、QjS30maxS二S二S二、負荷計算的方法jS30max計算負荷的確定是工廠供電設計中很重要的一環(huán)，汁算負荷的確定是否合理，直接影響到電氣設備選擇的合理性、經濟性。如果汁算負荷確定的過大，將使電氣設備選得過大，造成投資利有色金屬的浪費；而計算負荷確定的過小，則電氣設備運行時電能損耗增加，并產生過熱，使其絕緣過于老化，甚至燒毀、造成經濟損失。因此，在供電設計中，應根據(jù)不同的情況，選擇正確的計算入法來確定汁算負荷。1、設備容量的確定用電設備銘牌上都標有設備的額定功率.用“P”表示。但是由于備用電設N備的額定工作條件不同，如有長期工作的、有短時工作的，因而在進行負荷計算時，不能把這些銘牌上的額定功

5、率簡單直接地相加，必須首先換算成統(tǒng)一規(guī)定的工作制下的額定功率，把這個額定功率稱作“設備容量”用“Pe”表示。（1）長期工作制和短時工作制的設備容量就是設備的銘牌額定功率，即Pe二Pn（2）斷續(xù)周期工作制的設備容量是將某負荷持續(xù)率下的銘牌額定功率換算到統(tǒng)一的負荷持續(xù)率下的功率。2、需用系數(shù)法用電設備組的計算負荷，是指用電設備級從供電系統(tǒng)中取用的半小時最大負荷PeaPC,Kd假設用電設備組的設備容量為Pe，它指用電設備組所有設備（不含備用設備）的額定容量之和。由于用電設備組的設備實際上不一定都同時運行，運行的設備也不可能都同時滿負荷，同時設備本身存在有功率損耗，因此，用電設備組的有功計算負荷應為：

6、p二kkp/nnca工Le1其中，Ky為設備組的同時系數(shù)，即設備組在最大負荷時運行的設備容量與全部設備容量之比；kl為設備的負荷系數(shù)，即設備組在最大負荷時的輸出功率與運行的設備容量之比：n為設備組的平均效率，即設備組在最大負荷時的輸出功率與取用功率之比；nl為配電線的平均效率，即配電線路在最大負荷時的末端功率與首端功率之比。令kykl/nn1=Kd，Kd稱為需要系數(shù)（1）單組設備計算負荷當分組后同一組中設備臺數(shù)3臺時，計算負荷應考慮其需要系數(shù)，即：Pe=KdPNdNii=1Se=Pe2+Qe2Qe=PetaipSe式中譏總設備功率，單位kWKd需用系數(shù)Pe計算有功功率，單位為kWQe計算無功功

7、率，單位kvarSee計算視在功率，單位kVAtaip功率因數(shù)角的正切值Urr電氣設備額定電壓，單位kVIe計算電流，單位A當每組電氣設備臺數(shù)3時，考慮其同時使用率非常高，將需用系數(shù)取為1，其余計算與上式公式相同（2）多組設備的計算負荷當供電范圍內有多個性質不同的電氣設備組時，先將每一組都按上述步驟計算在各自負荷曲線上不可能同時出現(xiàn)，以一個同時系數(shù)來表達這種不同時率，因此其計算負荷為：Pc=KZpKHpNii=1pc=KZpKdHPNii=1Sc=Pc2+Qc23Ur式中有功同時系數(shù)，對于配電干線所供范圍的計算負荷，Kz取值Kzpp取值范范圍一般都在0.80.9；對于變電站總計算負荷,圍一般在

8、0.851K約一一無功同時系數(shù)，對于配電干線所供范圍的計算負荷,K和取值范圍一般都在0.930.97；對于變電站總計算負荷，K；取值zq范圍一般在0.9513、二項式法1）二項式系數(shù)二項式系數(shù)認為計算負荷由兩部分組成，一部分是由所有設備運行時產生的平均負荷bYPN，另一部分是由于大型設備的投入產生的負荷cpx,x為容量最大設備的臺數(shù)其中，b，c稱為二項式系數(shù)。二項式系數(shù)也是通過統(tǒng)計得到的（2）負荷計算的二項式法用二項式法進行負荷計算時的步驟與需用系數(shù)法相同，是用二項式系數(shù)時計算公式如下：1）單組用電設備組中設備臺數(shù)$3臺時的計算負荷為：Pc=bYPNi+cPXi=12）多組用電設備組的計算負荷

9、為：Pc=Y(bjYPNi)j+(cpx)maxj=1i=1Qc=乙（bj乙PNijtan屮.）+（cpx）maxtan申j=1i=1式中j用電設備組序號，j=1,2，3.，mcpx各組中該部分最大值4、利用系數(shù)法利用系數(shù)是求平均負荷的系數(shù)。通過利用系數(shù)Kx，平均利用系數(shù)K，有效xav臺數(shù)ncq，附加系數(shù)等可確定計算負荷。（1）利用系數(shù)利用系數(shù)Kx定義為：m=1n=1K:xPavavPNii=1一般情況下，當用電設備組確定后，其最大日負荷曲線也就確定了，要得到利用系數(shù)非常容易。（2）附加系數(shù)附加系數(shù)定義為adPavKad表達了同類型、同容量用電設備組在負荷曲線上計算負荷與平均負荷差異的幅度。T

10、=1J2Ni為了便于比較，從發(fā)熱角度出發(fā)，不同容量的用電設備需歸算為同一容量的用電設備，于是可得其等效臺數(shù)neqneqi=1式中PN用電設備組中每臺用電設備的額定功率，單位Kw（3）利用系數(shù)法的計算步驟1）單組用電設備組中設備臺數(shù)$3臺時的計算負荷先由利用系數(shù)求平均負荷為：P=KX工PrQ=Ptan申avXNiavavi=1式中KX利用系數(shù)再由附加系數(shù)求計算負荷。附加系數(shù)有設備等效臺數(shù)neq和利用系數(shù)Kx得到：Pc=心Kd工PrQ=PctapnTOC o 1-5 h z工pdNiri=1.sS=Jp2+Q2I=3Ur2）多組用電設備組的計算負荷當供電范圍內有多個性質不同的設備組時，設備等效臺數(shù)

11、ncq為所有設備的等效臺數(shù)；利用系數(shù)Kx以各組設備組的加權利用系數(shù)Kxav替換，同樣使用附加系數(shù)表可以查得Kad。有功功率計算公式為：Pc=KKISPadxavNij加權利用系數(shù)為區(qū)pjavjm=1n=1PNij式中藝仏各組設備平均功率之和（kW）m=1”PNij各組設備額定功率之和m=1n=15、利用各種用電指標的負荷計算方法當用電設備臺數(shù)與容量尚未確定，但需作初步的負荷計算時，如供配電系統(tǒng)處于規(guī)劃階段時具體設備尚未明確；處于初步設計階段時，部分主要的、大容量的用電設備已經清楚，但某些分散的、小容量用電設備并未確定。這是，均需借助用電指標進行計算。常見的有的電能用戶，對其設計供配電系統(tǒng)時，始

12、終無法得知每個住戶的實際用電設備臺數(shù)及容量，只能借助用電指標進行負荷計算。常見方法有負荷密度法，單位指標法和住宅用電量指標法（1）負荷密度法負荷密度法的計算公式如下：Pc=pS式中Pc計算負荷，單位KwS計算范圍使用面積，單位m2p負荷密度指標，單位kW/m2（2）單位指標法單位指標法的計算公式如下：Pc=aN式中a單位用電指標，單位為kW/人、Kw/床、kW產品等；N單位數(shù)量，單位為人數(shù)、床數(shù)、產品數(shù)等（3）住宅用電量指標法對于住宅，由于無法知道其具體用電設備，一般都采用住宅用電量指標進行負荷計算。計算公式如下：Pc=K護N式中P住宅用電量指標，單位為kW/戶N供電范圍內的住宅戶數(shù)K住宅用電

13、同時系數(shù)6、各種計算方法的特點（1）指標法中除了住宅用電量指標法外的其他方法一般只用作供配電系統(tǒng)的前期負荷估算（2）需用系數(shù)法計算簡單，是最為常用的一種計算方法，適合用電設備數(shù)量較多，且容量相差不大的情況組成需用系數(shù)的同時系數(shù)和負荷系數(shù)都是平均的概念，若一個用電設備組中設備容量相差過于懸殊，大容量設備的投入對計算負荷起決定性的作用，這時需用系數(shù)計算的結果很可能與大容量設備投入時的實際情況不符，出現(xiàn)不合理的結果。影響需用系數(shù)的因素非常多對于運行經驗不多的用電設備，很難找出較為準確的需用系數(shù)值（3）二項式法考慮問題的出發(fā)點就是大容量設備的作用，因此當用電設備組中設備容量相差懸殊時，使用二項式法可以得到較為準確的結果（4）利用系數(shù)法是通過平均負荷來計算負荷，這種方法的理論依據(jù)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計，因此是一種較為準確的計算方法，但利用系數(shù)法的計算過程相對繁瑣（