第六章__電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性和負(fù)荷計(jì)算

1、第六章第六章 電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性和負(fù)荷計(jì)算電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性和負(fù)荷計(jì)算第一節(jié)第一節(jié) 負(fù)荷曲線與特性分析負(fù)荷曲線與特性分析一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的構(gòu)成電力系統(tǒng)負(fù)荷的構(gòu)成 電力系統(tǒng)的總負(fù)荷就是系統(tǒng)中千萬(wàn)個(gè)用電設(shè)備消費(fèi)功率的總和。它們大致分為異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備等幾大類。 不同行業(yè)中，這些用電設(shè)備占的比重也不同。表61所示是幾種工業(yè)部門用電設(shè)備比重的統(tǒng)計(jì)。 將各工業(yè)部門消費(fèi)的功率與農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸和市政生活消費(fèi)的功率相加就可得到電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。綜合用電負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)中損耗的功率為系統(tǒng)中各發(fā)電廠應(yīng)供出的功率，因而稱作電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷。供電負(fù)荷再加各發(fā)電廠本身消費(fèi)的功率廠用

2、電，為系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)出的功率，稱作電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷。二、用電設(shè)備的工作制二、用電設(shè)備的工作制 我國(guó)低壓電器行業(yè)采用了IEC341規(guī)定的八種工作制中的三種，即長(zhǎng)期連續(xù)工作制S1、短時(shí)工作制S2和斷續(xù)周期工作制S3。1、長(zhǎng)期工作制S1 在恒定負(fù)載（如額定功率）下連續(xù)運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，可以使設(shè)備達(dá)到熱平衡的工作條件。這類工作制的用電設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷比較穩(wěn)定，如通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、電爐和照明等。 2、短時(shí)工作制S2 設(shè)備在額定工作電流恒定的一個(gè)工作周期內(nèi)不會(huì)達(dá)到允許溫升，而在兩個(gè)工作周期之間的間歇又很長(zhǎng)，能使設(shè)備冷卻到環(huán)境溫度值。如金屬切削機(jī)床用的輔助機(jī)械（橫梁升降、刀架快速移動(dòng)裝置等

3、）、水閘用電機(jī)等，這類設(shè)備的數(shù)量很少。3、斷續(xù)周期工作制S3 這類工作制的用電設(shè)備周期性的工作、停歇，反復(fù)運(yùn)行，而且工作和停歇的時(shí)間都很短，周期一般不超過(guò)10min，使設(shè)備既不能在一個(gè)工作時(shí)間內(nèi)升溫到額定值，也不能在一個(gè)停歇時(shí)間內(nèi)冷卻到環(huán)境溫度，如電焊機(jī)和電梯電動(dòng)機(jī)等設(shè)備。斷續(xù)周期工作制的用電設(shè)備可用“負(fù)荷持續(xù)率”（又稱暫載率）來(lái)表征其工作性質(zhì)。 負(fù)荷持續(xù)率為一個(gè)工作周期內(nèi)工作時(shí)間與工作周期的百分比值，用 表示Tttttggg0式中 T工作周期； tg工作周期內(nèi)的工作時(shí)間； t0工作周期內(nèi)的停歇時(shí)間。三、負(fù)荷曲線三、負(fù)荷曲線 負(fù)荷曲線是指在某一時(shí)間段內(nèi)描繪負(fù)荷隨時(shí)間的推移而變化的曲線。 按負(fù)荷

4、性質(zhì)可繪制有功和無(wú)功的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷持續(xù)時(shí)間可繪制日、月和年的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷在電力系統(tǒng)內(nèi)的地點(diǎn)可繪制個(gè)別用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠乃至整個(gè)地區(qū)、整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷曲線。將這幾方面負(fù)荷曲線綜合在一起就可表明負(fù)荷曲線發(fā)與供的全部特性。 有的負(fù)荷曲線是按一定時(shí)間為間隔繪制出來(lái)的。但是逐點(diǎn)描繪的負(fù)荷曲線為依次連續(xù)的折線，不適于實(shí)際應(yīng)用。為了計(jì)算簡(jiǎn)單起見(jiàn)，往往將逐點(diǎn)描繪的負(fù)荷曲線用等效的階梯曲線來(lái)代替 。 有功功率負(fù)荷曲線對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行十分有用，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)主要是建立在預(yù)測(cè)的有功負(fù)荷曲線的基礎(chǔ)之上的。 幾種典型的負(fù)荷曲線：1、日負(fù)荷曲線 日負(fù)荷曲線表示一天24h內(nèi)負(fù)荷變化的情況，如圖61所示

5、，此曲線可用于決定系統(tǒng)的日發(fā)電量。2、年最大負(fù)荷曲線 可根據(jù)典型日負(fù)荷曲線間接制成，表示從年初到年終的整個(gè)1年內(nèi)的逐月（或逐日）綜合最大負(fù)荷的變化情形，如圖62所示。圖62 年最大負(fù)荷曲線3、年負(fù)荷持續(xù)曲線 年負(fù)荷持續(xù)曲線是不分日月先后的界限，只按全年的負(fù)荷變化，根據(jù)各個(gè)不同的負(fù)荷值在一年中的累計(jì)持續(xù)時(shí)間而重新排列組成的，即反映了工廠全年負(fù)荷變動(dòng)與負(fù)荷持續(xù)時(shí)間的關(guān)系,如圖6-3所示。圖63 年負(fù)荷持續(xù)曲線8760maxmax0APdtPT四、負(fù)荷曲線的特征指標(biāo)分析 分析負(fù)荷曲線可以了解負(fù)荷變動(dòng)的規(guī)律。從工廠來(lái)說(shuō)，可以合理地、有計(jì)劃地安排車間、班次或大容量設(shè)備的用電時(shí)間，從而降低負(fù)荷高峰，填補(bǔ)負(fù)

6、荷低谷，這種“削峰填谷”的辦法可使負(fù)荷曲線比較平坦，調(diào)整負(fù)荷既提高了供電能力，也是節(jié)電的措施之一。 從負(fù)荷曲線上還可以求得一些有用的參數(shù)。1、年最大負(fù)荷Pmax，負(fù)荷曲線上的最高點(diǎn)，見(jiàn)圖63。2、年最小負(fù)荷Pmin，負(fù)荷曲線上的最低點(diǎn)，見(jiàn)圖63。3、全年消耗的電量AY為dtPAY87600全日消耗的電量AD為dtPAD2404、年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax maxmaxYATP5、平均負(fù)荷Pav6、負(fù)荷率，平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值248760DYavAAP1maxPPav1maxQQav有功負(fù)荷率無(wú)功負(fù)荷率第二節(jié)第二節(jié) 負(fù)荷計(jì)算的方法負(fù)荷計(jì)算的方法 所謂計(jì)算負(fù)荷，就是在已知用電設(shè)備性質(zhì)、容量等

7、條件的情況下，按照一定的方法和規(guī)律，通過(guò)計(jì)算確定的電力負(fù)荷。它包括有功計(jì)算負(fù)荷、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流、尖峰電流等內(nèi)容。 求計(jì)算負(fù)荷的這項(xiàng)工作稱作為負(fù)荷計(jì)算。 根據(jù)長(zhǎng)期觀察所測(cè)得的負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)：對(duì)于同一類型的用電設(shè)備組、同一類型車間或同一類企業(yè)，其負(fù)荷曲線具有相似的形狀。因此，典型負(fù)荷曲線就可作為負(fù)荷計(jì)算時(shí)各種必要系數(shù)的基本依據(jù)。利用這種系數(shù)，根據(jù)工廠所提供的用電設(shè)備容量、將其變換成電力設(shè)備所需要的假想負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷。 用此計(jì)算負(fù)荷選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線和電纜截面積，確定變壓器容量，為選擇電氣設(shè)備參數(shù)、整定保護(hù)裝置動(dòng)作值以及制定提高功率因素措施等提供了依據(jù)。一、計(jì)算負(fù)荷的意義一、

8、計(jì)算負(fù)荷的意義1、電力負(fù)荷：用戶所有用電設(shè)備所需電功率之和。2、計(jì)算負(fù)荷：在已知用電設(shè)備性質(zhì)、容量、暫載率等條件的基礎(chǔ)上，按照一定的方法和規(guī)律，通過(guò)計(jì)算確定的電力負(fù)荷。 “計(jì)算負(fù)荷”是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個(gè)假定負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)需和實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。所以根據(jù)計(jì)算負(fù)荷來(lái)選擇導(dǎo)線及設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中它們的最高溫升就不會(huì)超過(guò)容許值。 通常我們把根據(jù)半小時(shí)（30min）的平均負(fù)荷所繪制的負(fù)荷曲線上的“最大負(fù)荷”稱為“計(jì)算負(fù)荷”，并作為按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。3、計(jì)算負(fù)荷確定之后的意義導(dǎo)線和電纜截面的選擇；變壓器容量的確定；為其它電氣設(shè)備的選擇提供相應(yīng)的參數(shù)；為整定繼

9、電保護(hù)動(dòng)作值提供依據(jù)；為制定提高功率因數(shù)的措施提供依據(jù)。二、確定計(jì)算負(fù)荷所需要的系數(shù)1、需要系數(shù)Kd 在設(shè)備額定功率PN已知的條件下，只要實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)出用電設(shè)備組（車間、全廠）的計(jì)算負(fù)荷Pca，即在典型的用電設(shè)備組負(fù)荷曲線上出現(xiàn)30min的最大負(fù)荷Pmax，就可以求出需要系數(shù)Kd ，定義如下：maxdNPKP負(fù)荷曲線最大有功負(fù)荷設(shè)備容量2、利用系數(shù)KU 利用系數(shù)可定義為：avuNPKP負(fù)荷曲線平均有功負(fù)荷設(shè)備容量3、同時(shí)系數(shù)miicacaPPPK1miicacaQQQK1有功同時(shí)系數(shù)： 無(wú)功同時(shí)系數(shù)： K4、形狀系數(shù)KZ 形狀系數(shù)可定義為avcazPPK5、附加系數(shù)Kf 附加系數(shù)可定義為 avmf

10、PPK第三節(jié)第三節(jié) 工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例 考慮到在變配電系統(tǒng)中，并不是所有用電設(shè)備都同時(shí)運(yùn)行，即使同時(shí)運(yùn)行的設(shè)備也不一定每臺(tái)都達(dá)到額定容量，因此不能用簡(jiǎn)單地把所有用電設(shè)備的容量相加的方法來(lái)確定計(jì)算負(fù)荷。 一、計(jì)算負(fù)荷的估算法 在作設(shè)計(jì)任務(wù)書或初步設(shè)計(jì)階段，尤其當(dāng)需要進(jìn)行方案比較時(shí)，車間或企業(yè)的年平均有功功率和無(wú)功功率往往可按下述方法估算。 1、單位產(chǎn)品耗電量法 已知企業(yè)的生產(chǎn)量n及每一單位產(chǎn)品電能消耗量W,可先求出企業(yè)年電能需要量Wn。nWWn于是可以求得最大有功功率如下：maxmaxTWPn 式中 Tmax年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) 2、車間生產(chǎn)面積負(fù)荷密度法

11、當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積負(fù)荷密度指標(biāo)（單位為kW/m2）時(shí)，車間的平均負(fù)荷按下式求得 APav式中 A 車間生產(chǎn)面積。 二、求計(jì)算負(fù)荷的方法 1、對(duì)單臺(tái)電動(dòng)機(jī) 供電線路在30min內(nèi)出現(xiàn)的最大平均負(fù)荷即計(jì)算負(fù)荷為MNNMNcaPPP式中 PNM電動(dòng)機(jī)的額定功率； N電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)荷下的效率。 2、多組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算 多組用電設(shè)備求計(jì)算負(fù)荷的常用方法如下： （1）需要系數(shù)法 用需要系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷的具體步驟如下： 將用電設(shè)備分組，求出各組用電設(shè)備的總額定容量。 查出各組用電設(shè)備相應(yīng)的需要系數(shù)及對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)。111NdcaPKP222NdcaPKP111tancacaPQ222tancacaPQ于

12、是 icacaPPicacaQQ22cacacaQPS 用需要系數(shù)法求車間或全廠計(jì)算負(fù)荷時(shí)，需要在各級(jí)配電點(diǎn)乘以同期系數(shù)。 （2）形狀系數(shù)法 用形狀系數(shù)法求計(jì)算負(fù)荷的具體步驟如下： 將用電設(shè)備分組，求出各用電設(shè)備組的總額定容量。 查出各組用電設(shè)備的利用系數(shù)及對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)。111NuavPKP222NuavPKP111tanavavPQ222tanavavPQiavavPPiavavQQ求負(fù)荷的有效值Pca avavzcaPPKP) 1 . 105. 1 (avavzcaQQKQ) 1 . 105. 1 (22cacacaQPS用第2種方法求計(jì)算負(fù)荷不需要乘以同期系數(shù) 。第四節(jié)第四節(jié) 建筑配電

13、負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例建筑配電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例 在民用建筑設(shè)計(jì)中常用的負(fù)荷計(jì)算方法有負(fù)荷密度法、單位指標(biāo)法、需要系數(shù)法和二項(xiàng)式系數(shù)法等。 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)負(fù)荷計(jì)算方法的選取原則做了如下規(guī)定： （1）在方案階段可采用單位指標(biāo)法；在初步設(shè)計(jì)及施工圖階段，宜采用需要系數(shù)法。對(duì)于住宅，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法。 （2）用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，各臺(tái)設(shè)備用電容量相差不懸殊時(shí)，宜采用需要系數(shù)法，一般用于干線、配電所的負(fù)荷計(jì)算。 （3）用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，各臺(tái)設(shè)備用電容量相差懸殊時(shí)，宜采用二項(xiàng)式系數(shù)法，一般用于支干線、配電屏（箱）的負(fù)荷計(jì)算。計(jì)算負(fù)荷估算的意義： 在民用建筑的方案設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)建筑內(nèi)電

14、力負(fù)荷進(jìn)行估算，估算的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到建筑的變配電系統(tǒng)總體方案，變壓器臺(tái)數(shù)、容量的選擇，以及配電設(shè)備、開關(guān)、導(dǎo)線的選擇等，對(duì)建筑的投資預(yù)算影響很大。目前，我們習(xí)慣使用的負(fù)荷估算方法有負(fù)荷密度法和單位指標(biāo)法。 1、負(fù)荷密度法 所謂負(fù)荷密度法就是根據(jù)國(guó)家的電力政策、建筑物的性質(zhì)、負(fù)載的性質(zhì)等多方面的因素，使用對(duì)已竣工工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)后確定的單位面積功率（負(fù)荷密度）數(shù)據(jù)，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行估算的一種方法。其估算有功功率Pca的公式為：01000caP SP式中 P0單位面積功率（負(fù)荷密度），W /m2； S建筑面積，m2。 使用負(fù)荷密度法估算的計(jì)算負(fù)荷是否準(zhǔn)確，完全取決于單位面積功

15、率P0的準(zhǔn)確程度。因此，在選擇確定單位面積功率時(shí)，應(yīng)綜合考慮多方面的因素。 （1）建筑物的性質(zhì) （2）空調(diào)的形式 （3）照明負(fù)荷 2、單位指標(biāo)法 單位指標(biāo)法與負(fù)荷密度法基本相同，是根據(jù)已有的單位用電指標(biāo)來(lái)估算計(jì)算負(fù)荷。其有功計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式為：1000NPPeca式中 Pe單位用電指標(biāo)，如W/戶，W/人，W/床； N單位數(shù)量，如戶數(shù)，人數(shù)，床數(shù)。 二、按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 在工程初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段，一般采用需要系數(shù)法確定照明負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷。對(duì)于民用建筑采用需要系數(shù)法是簡(jiǎn)單可行的。 1、按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷的公式有功計(jì)算負(fù)荷NdcaPKP無(wú)功計(jì)算負(fù)荷tancacaPQ視在功率計(jì)算

16、負(fù)荷22cacacaQPS計(jì)算電流NcacaUSI32、三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定（1）用電設(shè)備分組（2）單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定（3）單相用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：“單相負(fù)荷應(yīng)均勻分配到三相上。當(dāng)單相負(fù)荷的總?cè)萘啃∮谟?jì)算范圍內(nèi)三相對(duì)稱負(fù)荷總?cè)萘康?5時(shí)，全部按三相對(duì)稱負(fù)荷計(jì)算；當(dāng)超過(guò)15時(shí)，應(yīng)將單相負(fù)荷換算為等效三相負(fù)荷，再與三相對(duì)稱負(fù)荷相加”。等效三相負(fù)荷可按下列方法計(jì)算：只有相負(fù)荷時(shí)，等效三相負(fù)荷取最大相負(fù)荷的3倍；只有線間負(fù)荷時(shí)，單臺(tái)時(shí)等效三相負(fù)荷取線間負(fù)荷的 倍；多臺(tái)時(shí)等效三相負(fù)荷取最大線間負(fù)荷的 倍加上次線間最大負(fù)荷的（ ）倍； 3）既有線間負(fù)荷又有相

17、間負(fù)荷時(shí)，應(yīng)先將線間負(fù)荷3333換算為相間負(fù)荷，然后各相負(fù)荷分別相加，選取最大相負(fù)荷乘3倍作為等效三相負(fù)荷。 3、多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的確定 確定擁有多組用電設(shè)備的配電干線或低壓母線上的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮各用電設(shè)備組最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)這樣一個(gè)因素，可根據(jù)具體情況，計(jì)入一個(gè)同時(shí)系數(shù)（又叫參差系數(shù)或混合系數(shù)）。 多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式如下： niicacaPKP11tanncaca iiiQKP22cacacaQPSNcacaUSI3式中 Pcai第i組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷； tani第i組用電設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。特別專題特別專題典型工業(yè)企業(yè)負(fù)荷的計(jì)算方法典型工業(yè)企業(yè)負(fù)荷的計(jì)算方法一

18、、常用負(fù)荷計(jì)算方法及其特點(diǎn) 目前常用的負(fù)荷計(jì)算方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)任何性質(zhì)的工業(yè)企業(yè)都適用，也最長(zhǎng)用。利用系數(shù)法以平均負(fù)荷作為計(jì)算依據(jù)，利用概率論分析出最大負(fù)荷與平均負(fù)荷的關(guān)系而得到Kmax ，則Pca= KmaxKuPN。這種方法因求Kmax涉及問(wèn)題太多，目前已經(jīng)很少采用。二項(xiàng)式法主要適合于機(jī)械加工企業(yè)的電力負(fù)荷計(jì)算。二、前期數(shù)據(jù)處理1、在采用需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法求計(jì)算負(fù)荷時(shí)，如果設(shè)備不是S1工作制，則應(yīng)統(tǒng)一換算到暫載率為=25%時(shí)的額定容量。 即25NNPP2、當(dāng)采用利用系數(shù)法時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一換算到=100%時(shí)的額定容量。 即 100NNNPPP三、需要系數(shù)法總方針：從負(fù)載端算起，逐級(jí)上推，一直到點(diǎn)源進(jìn)線端為止。1、單臺(tái)用電設(shè)備分支線的負(fù)荷11( )3cosNNcacaNPPPIAU 某礦山企業(yè)負(fù)荷放射分布圖2、確定用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷 將同一級(jí)別、負(fù)荷曲線大致相近的設(shè)備歸為一組， PN為該組內(nèi)設(shè)備額定功率之和，即有PN= PN，于是有22222222