電力工程基礎(chǔ) 第六章 電力負(fù)荷特性和計(jì)算分析

第一節(jié)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)的總負(fù)荷就是系統(tǒng)中千萬個用電設(shè)備消費(fèi)功率的總和。用電設(shè)備大致分為異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備等幾大類。

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。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析表6－1幾種工業(yè)部門用電設(shè)備比重的統(tǒng)計(jì)

注（1）比重按功率計(jì)。（2）照明設(shè)備的比重很小，未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析二、用電設(shè)備的工作制

我國低壓電器行業(yè)采用了IEC34－1規(guī)定的八種工作制中的三種，即長期連續(xù)工作制S1、短時工作制S2和斷續(xù)周期工作制S3。（1）長期工作制S1

在恒定負(fù)載（如額定功率）下連續(xù)運(yùn)行相當(dāng)長時間，可以使設(shè)備達(dá)到熱平衡的工作條件。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析（2）短時工作制S2

設(shè)備在額定工作電流恒定的一個工作周期內(nèi)不會達(dá)到允許溫升，而在兩個工作周期之間的間歇又很長，能使設(shè)備冷卻到環(huán)境溫度值。（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間都很短，周期一般不超過10min，使設(shè)備既不能在一個工作時間內(nèi)升溫到額定值，也不能在一個停歇時間內(nèi)冷卻到環(huán)境溫度。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）來表征其工作性質(zhì)。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析

負(fù)荷持續(xù)率為一個工作周期內(nèi)工作時間與工作周期的百分比值，用表示式中T—工作周期；

tg—工作周期內(nèi)的工作時間；

t0—工作周期內(nèi)的停歇時間。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析三、負(fù)荷曲線

負(fù)荷曲線是指在某一時間段內(nèi)描繪負(fù)荷隨時間的推移而變化的曲線。按負(fù)荷性質(zhì)可繪制有功和無功的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷持續(xù)時間可繪制日、月和年的負(fù)荷曲線；

第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析

有功功率負(fù)荷曲線對電力系統(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)測的有功負(fù)荷曲線的基礎(chǔ)之上的。以下介紹幾種典型的負(fù)荷曲線。（一）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。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析（二）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1年內(nèi)的逐月（或逐日）綜合最大負(fù)荷的變化情形。（三）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)各個不同的負(fù)荷值在一年中的累計(jì)持續(xù)時間而重新排列組成的反映了工廠全年負(fù)荷變動與負(fù)荷持續(xù)時間的關(guān)系。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析圖6－2年最大負(fù)荷曲線第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析圖6－3年負(fù)荷持續(xù)曲線第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析四、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)荷變動的規(guī)律。從工廠來說，可以合理地、有計(jì)劃地安排車間、班次或大容量設(shè)備的用電時間，從而降低負(fù)荷高峰，填補(bǔ)負(fù)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)。第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析（1）年最大負(fù)荷Pmax，負(fù)荷曲線上的最高點(diǎn)，（2）年最小負(fù)荷Pmin，負(fù)荷曲線上的最低點(diǎn)（3）全年消耗的電量AY為

全日消耗的電量AD為第一節(jié)負(fù)荷曲線與特性分析（4）年最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax

（5）平均負(fù)荷Pav（6）負(fù)荷率:平均負(fù)荷與最大負(fù)荷的比值有功負(fù)荷率無功負(fù)荷率第二節(jié)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)、容量等條件的情況下，按照一定的方法和規(guī)律，通過計(jì)算確定的電力負(fù)荷。 它包括有功計(jì)算負(fù)荷、無功計(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。第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法對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。

典型負(fù)荷曲線就作為負(fù)荷計(jì)算時各種必要系數(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，選擇電氣設(shè)備參數(shù)、整定保護(hù)裝置動作值。第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法一、計(jì)算負(fù)荷的意義“計(jì)算負(fù)荷”是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假定負(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超過容許值。

通常我們把根據(jù)半小時（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)。

第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法二、確定計(jì)算負(fù)荷的系數(shù)

比較、分析大量的負(fù)荷曲線，又可以發(fā)現(xiàn)同一類型的工業(yè)企業(yè)（或同一類型車間、設(shè)備）的負(fù)荷曲線，均有大致相似的形狀。從中可發(fā)現(xiàn)數(shù)值較相近的系數(shù)。1、需要系數(shù)Kd

第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法2、利用系數(shù)KU

利用系數(shù)可定義為：3、同時系數(shù)有功同時系數(shù)：

無功同時系數(shù)：

第二節(jié)負(fù)荷計(jì)算的方法4、形狀系數(shù)KZ

形狀系數(shù)可定義為5、附加系數(shù)Kf

附加系數(shù)可定義為

第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例不能用簡單地把所有用電設(shè)備的容量相加的方法來確定計(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，車間或企業(yè)的年平均有功功率和無功功率可估算。第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例（一）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。于是可以求得最大有功功率如下：

式中Tmax—年最大有功負(fù)荷利用小時數(shù)第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例（二）車間生產(chǎn)面積負(fù)荷密度法當(dāng)已知車間生產(chǎn)面積負(fù)荷密度指標(biāo)ρ（單位為kW/m2）時，車間的平均負(fù)荷按下式求得式中A—車間生產(chǎn)面積。第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例二、求計(jì)算負(fù)荷的方法（一）對用電設(shè)備（電動機(jī)、電熱設(shè)備等）

設(shè)備額定容量就作為計(jì)算負(fù)荷對短時工作制設(shè)備應(yīng)先將容量換算到規(guī)定的負(fù)荷持續(xù)率第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例（二）多組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算

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：⑴將用電設(shè)備分組，求出各組用電設(shè)備的總額定容量。⑵查出各組用電設(shè)備相應(yīng)的需要系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)。于是

用需要系數(shù)法求車間或全廠計(jì)算負(fù)荷時，需要在各級配電點(diǎn)乘以同期系數(shù)。第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例例：某機(jī)修車間380V線路上，接有冷加工機(jī)床26臺，共165.5kW，起重機(jī)4臺（JC=25%），共29.3kW，通風(fēng)機(jī)8臺共8kW，請用需要系數(shù)法求該線路上的計(jì)算負(fù)荷。

用電設(shè)備名稱Kdcosφtgφ冷加工機(jī)床電動機(jī)0.20.51.73起重機(jī)0.150.51.73通風(fēng)機(jī)0.650.80.75第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例各組計(jì)算負(fù)荷

第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例總計(jì)算負(fù)荷負(fù)荷

第三節(jié)工廠供電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算示例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：⑴將用電設(shè)備分組，求出各用電設(shè)備組的總額定容量。⑵查出各組用電設(shè)備的利用系數(shù)及對應(yīng)的功率因數(shù)。⑶求負(fù)荷的有效值Pca

用第2種方法求計(jì)算負(fù)荷不需要乘以同期系