供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算方法

1、供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算方法姓名:張朋單位：同煤集團(tuán)四老溝礦供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算方法計(jì)算負(fù)荷是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，為選擇變壓器臺(tái)數(shù)和容量，選擇電氣設(shè)備，確定測(cè)量?jī)x表的量程，選擇繼電保護(hù)裝置等提供重要的計(jì)算依據(jù)。所以負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確與否直接影響著供電設(shè)計(jì)的質(zhì)量。對(duì)于各種類型的用戶，由于其供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法都是相同的，所以在工程實(shí)踐中根據(jù)不同的計(jì)算目的，針對(duì)不同類型的負(fù)荷，總結(jié)出的各種負(fù)荷的計(jì)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(lái)論述計(jì)算負(fù)荷的意義及求計(jì)算負(fù)荷的方法。一、負(fù)荷的基本概念工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備額定功率之和。這是因?yàn)橛秒娫O(shè)備不可能全部同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)

2、設(shè)備也不可能全部滿負(fù)荷，各種用電設(shè)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(shè)計(jì)過(guò)程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂等效是指這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)與等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升與等效負(fù)荷產(chǎn)生的最高溫升相等。我們按照等效負(fù)荷，從滿足用電設(shè)備發(fā)熱的條件來(lái)選擇用電設(shè)備，用以計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計(jì)算負(fù)荷”。通常規(guī)定取30分鐘(min)平均最大負(fù)荷P、Q和S作為該用戶的“計(jì)算負(fù)303030荷”并用Pjs、QJS和Sjs分別表示其有功、無(wú)功和現(xiàn)在計(jì)算負(fù)荷。為什么取用“30分鐘平均最大負(fù)荷”呢?這是考慮：對(duì)于中、小截面的導(dǎo)體，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)(即表示發(fā)熱

3、過(guò)程進(jìn)行快慢的時(shí)間數(shù)值)大約為10min左右，在短暫的時(shí)間內(nèi)通過(guò)尖峰負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)體溫度來(lái)不及升高到相應(yīng)伍而尖峰負(fù)荷就消失了，所以尖峰負(fù)荷雖比P30，Q30和S30大，但不是造成導(dǎo)體達(dá)到最高溫升的主要原因。實(shí)驗(yàn)表明，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間約為3T一4T,所以對(duì)于中、小截面導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定溫升的時(shí)間可近似為3Tq30min；對(duì)于較大截面導(dǎo)體，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)大多大于10min,因而在30min時(shí)間內(nèi)，一般達(dá)不到穩(wěn)定溫升，取30min平均最大負(fù)荷為計(jì)算負(fù)荷偏于保守，但為選擇計(jì)算的方便和一致性，如上規(guī)定還是合理的。因此，計(jì)算負(fù)荷是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電器設(shè)備的依據(jù)，并有如下關(guān)系：P二P二PjS30maxQ=Q=

4、QjS30maxS二S二S二、負(fù)荷計(jì)算的方法jS30max計(jì)算負(fù)荷的確定是工廠供電設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)，汁算負(fù)荷的確定是否合理，直接影響到電氣設(shè)備選擇的合理性、經(jīng)濟(jì)性。如果汁算負(fù)荷確定的過(guò)大，將使電氣設(shè)備選得過(guò)大，造成投資利有色金屬的浪費(fèi)；而計(jì)算負(fù)荷確定的過(guò)小，則電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)電能損耗增加，并產(chǎn)生過(guò)熱，使其絕緣過(guò)于老化，甚至燒毀、造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，在供電設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)不同的情況，選擇正確的計(jì)算入法來(lái)確定汁算負(fù)荷。1、設(shè)備容量的確定用電設(shè)備銘牌上都標(biāo)有設(shè)備的額定功率.用“P”表示。但是由于備用電設(shè)N備的額定工作條件不同，如有長(zhǎng)期工作的、有短時(shí)工作的，因而在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，不能把這些銘牌上的額定功

5、率簡(jiǎn)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(gè)額定功率稱作“設(shè)備容量”用“Pe”表示。（1）長(zhǎng)期工作制和短時(shí)工作制的設(shè)備容量就是設(shè)備的銘牌額定功率，即Pe二Pn（2）斷續(xù)周期工作制的設(shè)備容量是將某負(fù)荷持續(xù)率下的銘牌額定功率換算到統(tǒng)一的負(fù)荷持續(xù)率下的功率。2、需用系數(shù)法用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷，是指用電設(shè)備級(jí)從供電系統(tǒng)中取用的半小時(shí)最大負(fù)荷PeaPC,Kd假設(shè)用電設(shè)備組的設(shè)備容量為Pe，它指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的額定容量之和。由于用電設(shè)備組的設(shè)備實(shí)際上不一定都同時(shí)運(yùn)行，運(yùn)行的設(shè)備也不可能都同時(shí)滿負(fù)荷，同時(shí)設(shè)備本身存在有功率損耗，因此，用電設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷應(yīng)為：

6、p二kkp/nnca工Le1其中，Ky為設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的設(shè)備容量與全部設(shè)備容量之比；kl為設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)的輸出功率與運(yùn)行的設(shè)備容量之比：n為設(shè)備組的平均效率，即設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)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(fù)荷時(shí)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(shè)備計(jì)算負(fù)荷當(dāng)分組后同一組中設(shè)備臺(tái)數(shù)3臺(tái)時(shí)，計(jì)算負(fù)荷應(yīng)考慮其需要系數(shù)，即：Pe=KdPNdNii=1Se=Pe2+Qe2Qe=PetaipSe式中譏總設(shè)備功率，單位kWKd需用系數(shù)Pe計(jì)算有功功率，單位為kWQe計(jì)算無(wú)功功

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

8、0.851K約一一無(wú)功同時(shí)系數(shù)，對(duì)于配電干線所供范圍的計(jì)算負(fù)荷,K和取值范圍一般都在0.930.97；對(duì)于變電站總計(jì)算負(fù)荷，K；取值z(mì)q范圍一般在0.9513、二項(xiàng)式法1）二項(xiàng)式系數(shù)二項(xiàng)式系數(shù)認(rèn)為計(jì)算負(fù)荷由兩部分組成，一部分是由所有設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的平均負(fù)荷bYPN，另一部分是由于大型設(shè)備的投入產(chǎn)生的負(fù)荷cpx,x為容量最大設(shè)備的臺(tái)數(shù)其中，b，c稱為二項(xiàng)式系數(shù)。二項(xiàng)式系數(shù)也是通過(guò)統(tǒng)計(jì)得到的（2）負(fù)荷計(jì)算的二項(xiàng)式法用二項(xiàng)式法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)的步驟與需用系數(shù)法相同，是用二項(xiàng)式系數(shù)時(shí)計(jì)算公式如下：1）單組用電設(shè)備組中設(shè)備臺(tái)數(shù)$3臺(tái)時(shí)的計(jì)算負(fù)荷為：Pc=bYPNi+cPXi=12）多組用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)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(shè)備組序號(hào)，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(fù)荷的系數(shù)。通過(guò)利用系數(shù)Kx，平均利用系數(shù)K，有效xav臺(tái)數(shù)ncq，附加系數(shù)等可確定計(jì)算負(fù)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(dāng)用電設(shè)備組確定后，其最大日負(fù)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(dá)了同類型、同容量用電設(shè)備組在負(fù)荷曲線上計(jì)算負(fù)荷與平均負(fù)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(shè)備需歸算為同一容量的用電設(shè)備，于是可得其等效臺(tái)數(shù)neqneqi=1式中PN用電設(shè)備組中每臺(tái)用電設(shè)備的額定功率，單位Kw（3）利用系數(shù)法的計(jì)算步驟1）單組用電設(shè)備組中設(shè)備臺(tái)數(shù)$3臺(tái)時(shí)的計(jì)算負(fù)荷先由利用系數(shù)求平均負(fù)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(jì)算負(fù)荷。附加系數(shù)有設(shè)備等效臺(tái)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(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷當(dāng)供電范圍內(nèi)有多個(gè)性質(zhì)不同的設(shè)備組時(shí)，設(shè)備等效臺(tái)數(shù)

11、ncq為所有設(shè)備的等效臺(tái)數(shù)；利用系數(shù)Kx以各組設(shè)備組的加權(quán)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(jì)算公式為：Pc=KKISPadxavNij加權(quán)利用系數(shù)為區(qū)pjavjm=1n=1PNij式中藝仏各組設(shè)備平均功率之和（kW）m=1”PNij各組設(shè)備額定功率之和m=1n=15、利用各種用電指標(biāo)的負(fù)荷計(jì)算方法當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)與容量尚未確定，但需作初步的負(fù)荷計(jì)算時(shí)，如供配電系統(tǒng)處于規(guī)劃階段時(shí)具體設(shè)備尚未明確；處于初步設(shè)計(jì)階段時(shí)，部分主要的、大容量的用電設(shè)備已經(jīng)清楚，但某些分散的、小容量用電設(shè)備并未確定。這是，均需借助用電指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。常見(jiàn)的有的電能用戶，對(duì)其設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，始

12、終無(wú)法得知每個(gè)住戶的實(shí)際用電設(shè)備臺(tái)數(shù)及容量，只能借助用電指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。常見(jiàn)方法有負(fù)荷密度法，單位指標(biāo)法和住宅用電量指標(biāo)法（1）負(fù)荷密度法負(fù)荷密度法的計(jì)算公式如下：Pc=pS式中Pc計(jì)算負(fù)荷，單位KwS計(jì)算范圍使用面積，單位m2p負(fù)荷密度指標(biāo)，單位kW/m2（2）單位指標(biāo)法單位指標(biāo)法的計(jì)算公式如下：Pc=aN式中a單位用電指標(biāo)，單位為kW/人、Kw/床、kW產(chǎn)品等；N單位數(shù)量，單位為人數(shù)、床數(shù)、產(chǎn)品數(shù)等（3）住宅用電量指標(biāo)法對(duì)于住宅，由于無(wú)法知道其具體用電設(shè)備，一般都采用住宅用電量指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。計(jì)算公式如下：Pc=K護(hù)N式中P住宅用電量指標(biāo)，單位為kW/戶N供電范圍內(nèi)的住宅戶數(shù)K住宅用電

13、同時(shí)系數(shù)6、各種計(jì)算方法的特點(diǎn)（1）指標(biāo)法中除了住宅用電量指標(biāo)法外的其他方法一般只用作供配電系統(tǒng)的前期負(fù)荷估算（2）需用系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)單，是最為常用的一種計(jì)算方法，適合用電設(shè)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(shí)系數(shù)和負(fù)荷系數(shù)都是平均的概念，若一個(gè)用電設(shè)備組中設(shè)備容量相差過(guò)于懸殊，大容量設(shè)備的投入對(duì)計(jì)算負(fù)荷起決定性的作用，這時(shí)需用系數(shù)計(jì)算的結(jié)果很可能與大容量設(shè)備投入時(shí)的實(shí)際情況不符，出現(xiàn)不合理的結(jié)果。影響需用系數(shù)的因素非常多對(duì)于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不多的用電設(shè)備，很難找出較為準(zhǔn)確的需用系數(shù)值（3）二項(xiàng)式法考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)就是大容量設(shè)備的作用，因此當(dāng)用電設(shè)備組中設(shè)備容量相差懸殊時(shí)，使用二項(xiàng)式法可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果（4）利用系數(shù)法是通過(guò)平均負(fù)荷來(lái)計(jì)算負(fù)荷，這種方法的理論依據(jù)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因此是一種較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法，但利用系數(shù)法的計(jì)算過(guò)程相對(duì)繁瑣（