任務(wù)4-1.2車間變電所電力負荷的計算及選型

★項目描述：本項目以工廠車間變電所設(shè)計與選型計算為載體，分兩個任務(wù)來學(xué)習(xí)工廠車間變電所供配電系統(tǒng)的設(shè)計與選型、短路電流的計算方法，通過對一組設(shè)備進行負荷計算的實例講控用需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組計算負荷的方法，并根據(jù)計算的結(jié)果來進行設(shè)備的選型以及導(dǎo)線截面的選擇，明確計算短路電流的實際意義。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備車間變電所供配電系統(tǒng)負荷計算和選型能力，初步具有供配電系統(tǒng)設(shè)計思路，能理解短路過程中的相關(guān)物理量，并具有短路電流的計算能力?！锫殬I(yè)崗位：變電室的運行與維護；設(shè)計、研發(fā)崗位。項目四

車間變電所的設(shè)計與選型計算★教學(xué)目標(biāo)：1.知識目標(biāo)（1）掌握電力負荷計算及車間變電所主接線圖的設(shè)計方法。（2）掌握電力設(shè)備的選型方法。2.能力目標(biāo)（1）學(xué)會變電所電力負荷的計算，并具備車間變電所主接線圖的設(shè)計能力。（2）通過電力負荷的計算結(jié)果，學(xué)會對導(dǎo)線、電氣設(shè)備進行選擇，具備電氣設(shè)備選型能力。（3）具備團結(jié)合作、組織與語言表達能力。項目四

車間變電所的設(shè)計與選型計算★任務(wù)導(dǎo)入：根據(jù)需要，我國每年都要新建和擴建一些企業(yè)，因此，需要新建心礦理變電所。在進行一個工礦企業(yè)的供配電設(shè)計時，首先遇到的是如何確定企業(yè)各個建同的電為須荷問題，本任務(wù)以一個車間變電所主接線為例，說明如何通過電為金業(yè)各，擇能也成權(quán)知、主變?nèi)萘?、開關(guān)及應(yīng)斷器。在用電設(shè)各定電壓發(fā)過為各生路十、交壓居常是及開關(guān)設(shè)備，用它負將是根據(jù)或或有電選的大小工理論計算到，如何選擇設(shè)備最經(jīng)濟，都是本任務(wù)要討論的問題。項目四

車間變電所的設(shè)計與選型計算

四、工廠的功率因數(shù)

1.功率因數(shù)低的原因

由于工廠中不僅有大量的感應(yīng)電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感性負荷，還有感性變壓器，因此功率因數(shù)降低，輸送的電能不能充分利用，電能浪費嚴重?！豆╇姞I業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，100kV·A及以上高壓供電的用戶，其功率因數(shù)應(yīng)達到0.90以上。其他電力用戶，大、中型電力排灌站，躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，其功率因數(shù)應(yīng)為0.85以上”。凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增加無功補償裝置，通常采用并聯(lián)電容器的方法進行補償，以提高功率因數(shù)。

2.工廠無功補償方法

（1)

在車間變電所低壓母線上并聯(lián)合適的電容器組進行集中補償，這是工廠普遍采用的一種方式。目前，工廠采用的是自動補償裝置，避免了人工手動補償投切電容器過多或過少，造成過補償或欠補償情況。電容器柜裝設(shè)在低壓配電室內(nèi)，低壓集中補償電路及補償范圍如圖5-1-2所示。

（2)在高壓母線并聯(lián)合適的電容器組進行集中補償，這是電力、供電部門采用的一種補償方式。補償設(shè)備一般裝設(shè)在高壓電容室內(nèi)的電容柜中。高壓集中補償電路及補償范圍如圖5-1-3所示。

3.動態(tài)無功功率補償裝置

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有一些容量很大的沖擊性負荷（如煉鋼電爐、軋鋼機等）使電網(wǎng)電壓嚴重波動，功率因數(shù)惡化。一般并聯(lián)電容器的自動切換裝置響應(yīng)太慢，無法滿足要求。因此，必須采用大容量、高速的動態(tài)無功功率補償裝置，如晶閘管開關(guān)，以快速切換電容器。

目前已投入工業(yè)運行的靜止動態(tài)無功功率補償裝置有：可控飽和電抗器式靜止補償裝置；自飽和電抗器式靜止補償裝置；晶閘管控制電抗器式靜止補償裝置；晶閘管開關(guān)電容器式靜止補償裝置；強迫換流逆變式靜止補償裝置；高阻抗變壓器式靜止補償裝置等。五、無功補償容量的計算

假設(shè)車間低壓總進線未補償之前（不接補償電容器）的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)分別為P4o、Qo、So、cosp,且補償之前的功率因數(shù)cosφ較低，沒有達到國家供電部門規(guī)定的0.85及以上。

假設(shè)補償之后（接補償電容器）的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)分別為P3o、Qo、So、cosφ,要求補償之后工廠的功率因數(shù)（高壓側(cè)）要達到0.9以上，考慮到變壓器的有功損耗、無功損耗，則通過換算到變壓器的低壓側(cè)，可得變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)cosφ'提高到0.92。要使較低的功率因數(shù)cosφ提高到cosφ,若通過低壓母線集中補償方式進行補償，這時需在低壓母線上并聯(lián)合適的電容器組。

由于電容器不消耗有功功率，所以補償之前和補償之后（接補償電容器）車間總線的有功功率P30不變，即P30=P30。由圖5-1-5可以看到，要使功率因數(shù)由cosφ提高到cosφ,需裝設(shè)無功補償裝置，其

在變電所低壓側(cè)裝設(shè)了無功補償裝置以后，低壓側(cè)總的視在計算負荷和計算電流減小，這一方面可使變電所主變壓器容量選得小一些。我國供電企業(yè)對工業(yè)用戶實行的是“兩部電費制”，即基本電費和電能電費?；倦娰M是按所裝用的主變壓器容量來計費的，規(guī)定每月按kV·A容量大小交納電費，容量越大，交納的基本電費越多，容量減小了，交納的基本電費就減小了；電能電費是按每月實際耗用的電能kW·h來計算電費的，并且要根據(jù)月平均功率因數(shù)的高低乘以一個調(diào)整系數(shù)。凡月平均功率因數(shù)高于規(guī)定值的，可減收一定百分率的電費；凡低于規(guī)定值的，則加收一定百分率的電費。另一方面，可使導(dǎo)線的線徑或母線的尺寸選得小一些，以降低電能損耗，節(jié)約電能。綜上所述，提高工廠功率因數(shù)不僅對整個電力系統(tǒng)大有好處，而且對工廠本身也是有一定經(jīng)濟實惠的，更重要的是可以選擇較小容量的變壓器、導(dǎo)線或電纜線，既能節(jié)約初建的投資，又能大大降低線損耗?！纠?-1-3】某廠擬建10kV降壓變電所，裝設(shè)一臺主變壓器，已知變電所低壓側(cè)有功計算負荷為868.3kW,無功計算負荷為770.4kW.為了使工廠的功率因數(shù)不低于0.9,需要在變電所低壓側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容器進行補償，問需要裝設(shè)多少補償容量？補償后工廠變電所所選主變壓器容量有何變化？

解

：（1）補償前的變壓器容量和功率因數(shù)。變壓器低壓側(cè)視在計算負荷為

主變壓器容量的選擇條件為SNT》，因此，未進行無功補償時，選擇主變壓器容量為1250KV·A型號為S9-1250/10。這時變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)為

上述功率因數(shù)即達到了0.9以上的要求。由此例可以看出，采用無功補償來提高功率因數(shù)能使工廠取得可觀的經(jīng)濟效果。

六、逐級計算法確定工廠的計算負荷

確定用戶的計算錪是選擇電源進線和一、二次設(shè)備的基本依據(jù)，是供配電系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分。逐級計算法確定工廠的計算負荷是指從企業(yè)的用電負荷開始，逐級由低壓向高壓、電源方向組成部分。逐級計算法確定工廠的計算負荷是指從企業(yè)的用電負荷端開始，逐級由低壓向高壓、電源方向計算，直至求出電源進線端的計算負荷為止。先以圖5－1－6所示的單線圖為例，介紹逐級計算法確定工廠計算負荷的方法。（1）在圖5-1-6中，首先計算車間變電所1的第一路配電輸出（車間動力柜）的節(jié)點1的計算負荷。先將用戶用電設(shè)備的總?cè)萘縋e，（不包括備用設(shè)備容量）乘以一個需要系數(shù)Kd，可得到有功計算負荷，即用戶的無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流，可分別按式（5-1-6），式（5-1-7）和式（5-1-8）計算。（2）計算第二路配電輸出的節(jié)點1的計算負荷，計算方法與第一路配電輸出的節(jié)點1的計算負荷相同，第三路配電輸出的節(jié)點1的計算負荷的計算負荷也相同。（3）計算完車間變電所1的低壓配電輸出所有節(jié)點的計算負荷后，再按照多組用電設(shè)備計算負荷的公式進行計算，其體如下：車間變電所1的變壓器低壓健總的有功計算負荷，即節(jié)點2的計算負荷為（4）計算車間變電所1的節(jié)點3（變壓然一次側(cè)）的計算負荷。變壓器的功率損托可按下列簡化公式近似計算：因此，節(jié)點3的計算負荷就是節(jié)點2的計算負荷和變壓器的功率損耗之和，即（5）計算高壓進線（節(jié)點4）的計算負荷。把各變電所的節(jié)點3的負荷看成是多個設(shè)備組的負荷，再用式（5-1-22）～式（5-1-25）就可以求出高壓進線（節(jié)點4）的計算負荷。由于工廠的輸配電距離不是很遠，因此可以忽略線路損耗。以上計算負荷均忽略線路損耗，即節(jié)點4的計算負荷與節(jié)點5的計算負荷相同。同理，節(jié)點6、節(jié)點7的計算負荷也是按照上述逐級計算法來確定工廠的計算負荷的，即節(jié)點4的計算負荷與節(jié)點5的計算負荷相同?？偟臒o功計算負荷為用同樣的方法再計算車間變電所2的計算負荷，依次計算節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點3的計算負荷.七、尖峰電流及其計算1、定義尖峰電流（peakcurrent）是指持續(xù)時間1～2s的短時最大電流。2、用電設(shè)備尖峰電流的計算（一）單臺用電設(shè)備尖峰電流的計算單臺用電設(shè)備的尖峰電流就是其啟動電流（startingcurrent），因此尖峰電流為

（二）多臺用電設(shè)備尖峰電流的計算引至多臺用電設(shè)備的線路上的尖峰電流按下式計算：或式中：Ist.max為用電設(shè)備中啟動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的啟動電流；（Ist-IN）max為用電設(shè)備中啟動電流與額定電流之差為最大的那臺設(shè)備的啟動電流與額定電流之差；I3o為全部設(shè)備投入運行