供電技術(shù)習(xí)題及答案

第一章供電系統(tǒng)

習(xí)題

（各題后括號(hào)中的“*”，“A”和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式）

1-1簡(jiǎn)述供電可靠性的含義，作用及衡量標(biāo)準(zhǔn)。（*）

1-2什么叫電氣設(shè)備的額定電壓？電力系統(tǒng)為什么要采用多種電壓等級(jí)？電氣設(shè)備在

高于或低于其額定電壓下工作會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？（*）

1-3試分析電力系統(tǒng)與供電系統(tǒng)，輸電與配電之間的差別。（A）

1-4簡(jiǎn)述雙回路與環(huán)形供電系統(tǒng)，放射式與干線式供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。

『5什么叫橋式結(jié)線？試述各種橋式結(jié)線的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。（*）

1-6確定供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮哪些主要因素?為什么？（△）

1-7電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式有哪幾種類型？各有何特點(diǎn)？（*）

1-8在消弧線圈接地系統(tǒng)中，為什么三相線路對(duì)地分布電容不對(duì)稱,或出現(xiàn)一相斷線時(shí),

就可能出現(xiàn)消弧線圈與分布電容的串聯(lián)諧振？為什么一旦系統(tǒng)出現(xiàn)這種串聯(lián)諧振，變壓器的

中性點(diǎn)就可能出現(xiàn)高電位？（*）

思考題選答

1-1所謂供電可靠性，就是供電系統(tǒng)及其設(shè)備、元件等在規(guī)定的運(yùn)行條件下和預(yù)期工作

壽命階段，能滿意地完成其設(shè)計(jì)功能的概率。一般用每年用戶不停電時(shí)問(wèn)的概率值（從零到

1）或百分值S?100%）來(lái)衡量一個(gè)供電系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性。

可靠性是供電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是電力負(fù)荷分級(jí)的基本依據(jù)。在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)

就要根據(jù)負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求程度，合理地選擇供電電源和確定供電方案。另外，通過(guò)

對(duì)一個(gè)實(shí)際供電系統(tǒng)可靠性的研究和分析，可以對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)甚至對(duì)主要設(shè)備的設(shè)計(jì)制造提

供充分的依據(jù)。

1-2所謂額定電壓，就是使發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)獲得最佳經(jīng)濟(jì)效

果的電壓。額定電壓是電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造和使用中的重要參數(shù)。在電氣工程中，電力網(wǎng)

的額定電壓應(yīng)與電氣設(shè)備的額定電壓相對(duì)應(yīng)，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。

電力系統(tǒng)采用多種電壓等級(jí)是基于以下四種情況：

1）目前，我國(guó)發(fā)電機(jī)的額定電壓為6.3、10.5或15.75kV（少數(shù)大容量發(fā)電機(jī)為24kV）

等。

2）電力輸送多采用高壓，這樣可以提高輸送功率，加大輸送距離。換句活說(shuō)，輸送同

樣功率的電能在采用高壓時(shí)，可相應(yīng)減少輸電線路中的電流，因而減少線路上的電能損失和

電壓損失，提高輸電效率和供電質(zhì)量。同時(shí)，導(dǎo)線截面亦隨電流的減小而減小，節(jié)省了有色

金屬。所以，從發(fā)電廠發(fā)出的電能，除供給附近用戶直接用電外，一般都經(jīng)過(guò)升壓變電所變

換為高壓電能，經(jīng)遠(yuǎn)距離輸送后，再經(jīng)降壓變電所變?yōu)榈蛪弘娔?，供用戶使用?/p>

3）高壓輸電的電壓隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要和電力技術(shù)的發(fā)展而不斷提高。對(duì)于中短距離一般

采用35kv輸電；對(duì)于長(zhǎng)距離、大容量則采用110、330、500kV輸電。國(guó)內(nèi)近年來(lái)已有數(shù)條

750kV超高壓輸電線路投入使用。用于llOOkV、1500kV的超高壓輸電設(shè)備亦在試制中。

4）礦山用電設(shè)備，由于功率、安全、制造工藝及經(jīng)濟(jì)性等原因，其額定電壓多采用低

壓，如127、220、380、660、1140V等，只有大型設(shè)備，才采用6kV高壓。隨著礦井10kV

下井的研究和實(shí)現(xiàn)，額定電壓為10kV的電氣設(shè)備也已問(wèn)世。

變、配電所的運(yùn)行人員，應(yīng)盡量保持供用電系統(tǒng)在額定電壓或規(guī)定的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。

當(dāng)線路電壓高于額定值所規(guī)定的范圍時(shí)，有的設(shè)備（如移相電容器）將因過(guò)壓而損壞；有的設(shè)

備（如變壓器、電動(dòng)機(jī)等）將因磁飽和而引起激磁電流增加使總電流加大，造成設(shè)備過(guò)熱損壞

或縮短使用壽命；有的設(shè)備（如避雷器、熔斷器等）在動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電弧由于電壓高、電壓恢

復(fù)速度快而難以熄滅。

電氣設(shè)備在低于額定電壓或規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，照明負(fù)荷的照度及效率降低；感應(yīng)電

動(dòng)機(jī)輸出功率降低，電流增加、溫度升高，大大影響其使用壽命：線路及變壓器由于要輸送

同樣的功率，電流必然增大，結(jié)果二者的損耗都增加，輸送效率大大降低。

1-3提示：從服務(wù)對(duì)象、電壓等級(jí)、供電距離、供電容量等四方面考慮。

1-41.雙回路供電系統(tǒng)

雙回路屬于有備用系統(tǒng)的結(jié)線，分雙回路放射式和雙回路干線式兩種，其中雙回路干

線式因繼電保護(hù)復(fù)雜，故障停電機(jī)會(huì)多而應(yīng)用較少。雙回路放射式，就是從電源向各負(fù)荷分

別引兩條獨(dú)立輸電線的供電方式。其優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，運(yùn)行靈活，電壓損失小；缺點(diǎn)是

線路總長(zhǎng)度長(zhǎng)，電源出線回路多，所用開(kāi)關(guān)設(shè)備多，因而投資較大。這種系統(tǒng)主要適用于大

容量或孤立的一、二級(jí)負(fù)荷。

2.環(huán)形供電系統(tǒng)

環(huán)形也屬于有備用系統(tǒng)的結(jié)線，它是一種從電源引出輸電線，沿途串接各負(fù)荷點(diǎn)后又

回到電源的供電方式。由于是一個(gè)閉合的電網(wǎng)，故稱為環(huán)形電網(wǎng)。環(huán)形系統(tǒng)所用開(kāi)關(guān)設(shè)備和

線路長(zhǎng)度都比雙回路放射式少，每一負(fù)荷點(diǎn)均由兩條線路供電，故供電可靠性較高。環(huán)形電

網(wǎng)若閉環(huán)運(yùn)行，則過(guò)載能力強(qiáng)，電壓損失小，但繼電保護(hù)整定較復(fù)雜。因此，環(huán)形電網(wǎng)一般

采用開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，此時(shí)導(dǎo)線截面應(yīng)按單回路供電選擇，亦要考慮在電源附近段故障時(shí)擔(dān)負(fù)

全部環(huán)內(nèi)負(fù)荷，故大大增加了有色金屬的消耗量。這種供電系統(tǒng)適用于若干彼此相距不遠(yuǎn)，

容量相差不大，而都離電源較遠(yuǎn)的?、二級(jí)負(fù)荷。

3.單回路放射式供電系統(tǒng)

單回路放射式屬無(wú)備用系統(tǒng)的結(jié)線，實(shí)際上就是以電源或變電所母線為中心，向各負(fù)

荷點(diǎn)分別引出獨(dú)立輸電線的供電方式。單回路放射式的主要優(yōu)點(diǎn)是供電線路獨(dú)立，出故障時(shí)

互不影響，停電機(jī)會(huì)少，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，動(dòng)作時(shí)間短，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等占'其缺點(diǎn)是電源

出線回?cái)?shù)較多，所需開(kāi)關(guān)設(shè)備也多，因而投資較大。另外，供電可靠性較低，使其應(yīng)用受到

很大限制。這種供電系統(tǒng)適用于容量較大的分散性三級(jí)負(fù)荷和較次要的二級(jí)負(fù)荷。

4.單回路干線式供電系統(tǒng)

這種供電系統(tǒng)也屬無(wú)備用系統(tǒng)，有直聯(lián)型和串聯(lián)型兩種形式。直聯(lián)型干線式線路，就

是從干線上直接接出分支線引入各負(fù)荷點(diǎn)的供電方式，如圖1-1所示。它的優(yōu)點(diǎn)是電源出線

少，能節(jié)省高、低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，使投資減少；線路總長(zhǎng)度短，造價(jià)較低，由于各負(fù)荷點(diǎn)的高

峰用電期一般不同時(shí)、因而線路電壓波動(dòng)和電能損失都比較低。其缺點(diǎn)是由于前段線路公用，

增加了故障停電機(jī)會(huì)，因而供電可靠性低，為了有選擇地切除線路故障，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)

間也就逐級(jí)增加，從而延長(zhǎng)了故障存在的時(shí)間。這種系統(tǒng)一般只適用于一定數(shù)量的若干個(gè)成

直線分布的三級(jí)負(fù)荷。

串聯(lián)型干線式線路采用的聯(lián)接方法是：干線經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)聯(lián)于負(fù)荷1的母線上，再由負(fù)荷

1的母線經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)引出，再經(jīng)隔離開(kāi)關(guān)聯(lián)于負(fù)荷2的母線上……，余類推，如圖1-2所示。

這種線路實(shí)際上是直聯(lián)式的改進(jìn)型式。這樣改進(jìn)后可以縮小故障停電的范圍，提高供電系統(tǒng)

的可靠性。故障檢修時(shí)可利用隔離開(kāi)關(guān)的操作使故障點(diǎn)前的各負(fù)荷點(diǎn)不至于長(zhǎng)時(shí)間停電。它

的缺點(diǎn)是增加了開(kāi)關(guān)設(shè)備，而且故障不易尋找，其應(yīng)用范圍基本上同直聯(lián)型。

圖1-1直聯(lián)型干線式線路圖1-2串聯(lián)型干線式線路

1-5對(duì)于具有兩回電源進(jìn)線，兩臺(tái)降壓變壓器的礦井終端總降壓變電所可采用橋式結(jié)

線。它實(shí)質(zhì)上是用一座由一臺(tái)斷路器和兩臺(tái)隔離開(kāi)關(guān)橫聯(lián)跨接的“橋”，來(lái)聯(lián)接兩個(gè)35~

HOkV“線路一一變壓器組”的高壓側(cè)，從而用較少的斷路器組成一個(gè)可靠性較高的，操作

靈活的雙回路變、配電系統(tǒng)。

橋式結(jié)線根據(jù)跨接橋橫聯(lián)位置的不同，可分為內(nèi)橋、外橋和全橋三種。

1.內(nèi)橋結(jié)線

這種接線的跨接橋靠近變壓器側(cè)，橋斷路器裝在線路斷路器之內(nèi)，變壓器回路僅裝隔離

開(kāi)關(guān)，由三臺(tái)斷路器構(gòu)成“一”形，故稱為內(nèi)橋。內(nèi)橋結(jié)線提高了變電所供電的可靠性，

倒換線路操作方便，設(shè)備投資與占地面積較少，缺點(diǎn)是倒換變壓器和擴(kuò)建成全橋不如外橋方

便，故適用于進(jìn)線距離長(zhǎng)，線路故障多，變壓器切換少，高壓側(cè)無(wú)穿越功率的終端變電所。

2.外橋結(jié)線

這種接線的跨接橋靠近線路側(cè)，橋斷路器裝在變壓器斷路器之外，進(jìn)線回路僅裝隔離開(kāi)

關(guān)，由三臺(tái)斷路器構(gòu)成形，故稱外橋。外橋結(jié)線倒換變壓器操作方便，易于過(guò)渡到

全橋結(jié)線，且投資少，其運(yùn)行的靈活性與供電的可靠性和內(nèi)橋結(jié)線類似；它的缺點(diǎn)是倒換線

路不方便，故適用于進(jìn)線距離短，主變壓器需經(jīng)常切換的礦井終端變電所。

3.全橋結(jié)線

這種結(jié)線，跨接橋居中，進(jìn)線回路與變匿器回路均裝有斷路器，由五臺(tái)斷路器構(gòu)成

形，故稱為全橋。全橋結(jié)線適應(yīng)性強(qiáng)，供電可靠性高，操作方便，運(yùn)行靈活，并易于發(fā)展成

單母線分段的中間變電所；它的缺點(diǎn)是設(shè)備多，投資大，變電所占地面積大，故適用于負(fù)荷

較大，對(duì)供電要求較高的大型礦井終端變電所。

1-6提示：應(yīng)考慮電源條件、運(yùn)行方式、負(fù)荷性質(zhì)與分布、礦井產(chǎn)量、瓦斯含量及涌水

量等因素。

1-7電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式分為中性點(diǎn)直接接地（又稱大電流接地系統(tǒng)）和中性點(diǎn)不

接地或經(jīng)消弧線圈接地（又稱小電流接地系統(tǒng)）兩種接地方式，各接地方式的特點(diǎn)如下：

1.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，非故障兩相的電壓不升高，由于接地電流非

常大，不會(huì)發(fā)生間歇性電弧，同時(shí)內(nèi)部過(guò)電壓倍數(shù)較小，因而可以降低對(duì)線路絕緣水平的要

求。由于單相接地就是單相短路，短路電流較大，保護(hù)裝置迅速而可靠地動(dòng)作，縮短了故障

存在的時(shí)間。

缺點(diǎn)是：因短路電流大，開(kāi)關(guān)及電氣設(shè)備有時(shí)要選用較大的容量或規(guī)格。當(dāng)發(fā)生短路

時(shí)若未能及時(shí)切除，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且對(duì)通訊的干擾強(qiáng)烈，故常用于HOkV

及以上的電網(wǎng)。對(duì)于380V低壓電網(wǎng)，由于用戶需要380V和220V兩種電壓等原因，故也采

用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。

2.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

這種系統(tǒng)在正常工作時(shí)供電變壓器的中性點(diǎn)，不接地。對(duì)于短距離低壓輸電線，它的

對(duì)地電容較小，發(fā)生接地故障時(shí)入地電流較小，對(duì)通訊線的「擾也較小，瞬時(shí)性接地故障往

往能自動(dòng)消除：對(duì)于長(zhǎng)距離高壓輸電線，由于線路對(duì)地電容較大，單相接地電容電流較大時(shí)

（6kV系統(tǒng)達(dá)30A,35kV系統(tǒng)大于10A）,接地處容易發(fā)生間歇性電弧，在電網(wǎng)中引起高頻振

蕩產(chǎn)生過(guò)電壓，使電網(wǎng)對(duì)地絕緣較低處發(fā)生接地短路故障，因而對(duì)接地電流值有一定的限制

規(guī)定。中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，無(wú)故障兩相的對(duì)地電壓升為相電壓的

石倍（即升為線電壓），危及相間絕緣，易造成兩相接地短路，當(dāng)單相接地電容電流較大時(shí)，

易產(chǎn)生間歇性電弧接地過(guò)電壓，而且內(nèi)部過(guò)電壓的倍數(shù)也較高。這沖系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：一相接

地時(shí)，接地電流小，保護(hù)裝置不動(dòng)作，電網(wǎng)還可以繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，待作好準(zhǔn)備后故障線

路再停電。由于3?60kV電網(wǎng)在供電系統(tǒng)中占的比重很大，如果采用接地系統(tǒng)，則一相接地

就會(huì)導(dǎo)致停電，降低了供電的可靠性，故我國(guó)3?60kV電網(wǎng)均采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。

3.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

這種系統(tǒng)主要是利用消弧線圈（電抗器）的感性電流補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地的電容電流，可減小

單相接地時(shí)接地點(diǎn)的電流，不產(chǎn)生電弧，避免發(fā)生電弧接地過(guò)電壓。完全補(bǔ)償?shù)臈l件是

?＞（oL=\lcoC,為了避免電網(wǎng)參數(shù)改變時(shí)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，一般采取過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行。這種系統(tǒng)

的缺點(diǎn)是：因要根據(jù)運(yùn)行網(wǎng)路的長(zhǎng)短決定消弧線圈投入的數(shù)量與地點(diǎn)，故系統(tǒng)運(yùn)行較復(fù)雜，

設(shè)備投資較大，實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)困難。

1-8如圖卜3所示，為變壓器中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈L接地的供電系統(tǒng)。當(dāng)三相線路對(duì)地分

布電容不對(duì)稱或出現(xiàn)一相斷線時(shí)，線路參數(shù)不再是對(duì)稱的，因此負(fù)載中性點(diǎn)將發(fā)生位移，導(dǎo)

致0點(diǎn)與。'點(diǎn)之間出現(xiàn)電位差。由于線路參數(shù)的變化使C與L的關(guān)系恰好符合公式

/乙―1/"=°時(shí)，在電壓如?的作用下，線路對(duì)地回路將發(fā)生消弧線圈與對(duì)地分布電容的

串聯(lián)諧振?；芈芬坏┏霈F(xiàn)串聯(lián)諧振，由于總阻抗幾乎為零，故即使詼的數(shù)值不大，回路中

也會(huì)流過(guò)很大的電流‘。，'。流過(guò)消弧線圈L,產(chǎn)生較大的壓降，使變壓器中性點(diǎn)0對(duì)地呈現(xiàn)

高電位，極易損壞變壓器的對(duì)地絕緣。

圖1-3對(duì)地回路的串聯(lián)諧振示意圖

第二章負(fù)荷計(jì)算與功率因數(shù)計(jì)算

習(xí)題

(各題后括號(hào)中的和“+”分別表示解答，提示和不給答案三種形式)

2-1目前電力負(fù)荷計(jì)算有哪幾種主要的計(jì)算方法?簡(jiǎn)述其特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。(*)

2-2企業(yè)的年耗電量與年電能損耗在計(jì)算上有何不同?原因是什么?(*)

2-3在變電所運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)采取哪些措施來(lái)降低線路與變壓器的功率損耗?(*)

2-4一個(gè)變電所的運(yùn)行方案，應(yīng)根據(jù)哪些條件確定?試舉例分析?(△)

2-5功率因數(shù)過(guò)高或過(guò)低對(duì)用戶各有何危害?最佳補(bǔ)償方案應(yīng)考慮什么條件？

2-6提高功率因數(shù)有哪些方法?其中人工補(bǔ)償有哪幾種類型?各有何優(yōu)缺點(diǎn)?(*)

2-7試分析采用電容器進(jìn)行并聯(lián)補(bǔ)償和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)及用處，為什么在并聯(lián)補(bǔ)償中

10kV及以下線路的補(bǔ)償電容器組常按三角形接線?(*)

2-8什么叫電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?什么叫無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量?怎樣確定兩臺(tái)變壓器的經(jīng)

濟(jì)運(yùn)行方案?(*)

2-9某年產(chǎn)90萬(wàn)噸原煤的煤礦，其供電設(shè)計(jì)所需的基本原始數(shù)據(jù)如下：

礦年產(chǎn)量：90萬(wàn)噸；服務(wù)年限：75年；礦井沼氣等級(jí)：煤與沼氣突出礦井；

立井深度：0.36km；凍土厚度：0.35m；礦井地面土質(zhì)：一般黑土；

兩回35kV架空電源線路長(zhǎng)度：Z,1=Z2=6.5km；

兩回35kV電源上級(jí)出線斷路器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：《=f2=2.5s；

本所35kV電源母線上最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：&.min=012(Sd=100MVA)；

本所35kV電源母線上最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗：X..?ax=022(Sd=100MVA)；

井下6kV母線上允許短路容量：Sa,=100MVA；

電費(fèi)收取辦法：兩部電價(jià)制，固定部分按最高負(fù)荷收費(fèi)；

本所35kV母線上補(bǔ)償后平均功率因數(shù)要求值：cos%5.a20.9；

地區(qū)日最高氣溫：穌=44℃；

最熱月室外最高氣溫月平均值%.。=42℃；

最熱月室內(nèi)最高氣溫月平均值%,i=32℃；

最熱月土壤最高氣溫月平均值，m.s=27℃。

全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組及有關(guān)需用系數(shù)、功率因數(shù)等如表2—1所示。

表2-1全礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分組表

安裝

設(shè)備負(fù)電壓線電單機(jī)工作需用功率離35kV

An雙米fr

荷路機(jī)容量設(shè)備系數(shù)因數(shù)變電所

等類類總?cè)萘康木嚯x

工作

名稱級(jí)V型型kWkWKdcos。km

臺(tái)數(shù)

1234567891011

1主機(jī)提升26000CY10001/110000.950.850.28

2副井提升16000CY6301/16300.940.840.20

3扇風(fēng)機(jī)116000kT8002/18000.88-0.911.5

4扇風(fēng)機(jī)216000kT8002/18000.88-0.911.5

5壓風(fēng)機(jī)16000CT2504/25000.9-0.890.36

6地面低壓1380C8700.720.780.05

7機(jī)修廠3380C7500.60.70.20

8洗煤廠2380K9200.750.780.46

9工人村3380K4800.760.852.0

10支農(nóng)3380K3600.750.852.7

11主排水泵16000CX5005/315000.880.860.65

12井下低壓2660CX23780.70.76

注1：線路類型：C--電纜線路；k-架空線路。

注2：電機(jī)型式：Y--繞線異步；X--鼠籠異步；D--直流；T--同步。

試對(duì)該礦地面35/6kV變電所初步設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算、主變壓器選擇、功率因數(shù)補(bǔ)償

及供電系統(tǒng)擬定等各內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

思考題選答：

2-1目前電力負(fù)荷計(jì)算的主要方法有需用系數(shù)法、單位產(chǎn)品電耗法、二項(xiàng)式法和利用系

數(shù)法等。

電氣計(jì)算負(fù)荷4“一般采用的是在最大負(fù)荷班里出現(xiàn)的30分鐘時(shí)間間隔的電氣負(fù)荷最

大平均值Rax，各種計(jì)算方法力圖使心,接近4伽。因?yàn)?0分鐘是從較小截面導(dǎo)體的允許

發(fā)熱為前提所規(guī)定的，所以，即使是心,等于心一時(shí)也可能比實(shí)際的負(fù)荷大。這說(shuō)明30

分鐘時(shí)間間隔的規(guī)定有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。

1.需用系數(shù)法

變電所各設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷總?cè)萘靠偸切∮谄渎?lián)接設(shè)備（不包括備用）的額定總?cè)萘?，二?/p>

的比值稱為需用系數(shù)，根據(jù)聯(lián)接于變電所的設(shè)備總?cè)萘考靶栌孟禂?shù)來(lái)計(jì)算變電所電氣負(fù)荷的

方法稱需用系數(shù)法。其基本公式如下：

『用小kW（1）

需用系數(shù)法是當(dāng)前通用的求計(jì)算負(fù)荷的方法，由于簡(jiǎn)單易行，為設(shè)計(jì)人員普遍接受，

礦山變電所的負(fù)荷計(jì)算均用此法。各類設(shè)備及設(shè)備組的需用系數(shù)來(lái)源于大量的實(shí)際測(cè)定組統(tǒng)

計(jì)計(jì)算。但這種方法的缺點(diǎn)是把需用系數(shù)K”看作是一個(gè)與一組設(shè)備中設(shè)備的多少及設(shè)備

容量懸殊情況都無(wú)關(guān)的固定值，這是不嚴(yán)格的。實(shí)際上，只有當(dāng)設(shè)備臺(tái)數(shù)足夠多，總?cè)萘孔?/p>

夠大，又沒(méi)有特大型用電設(shè)備時(shí)，K”的值才能趨向一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。所以該法較適用于礦

井變電所及大型車間變電所的負(fù)荷計(jì)算。

2.單位產(chǎn)品電耗法

這是?種近似的估算法，在有已投產(chǎn)的性質(zhì)相似、規(guī)模相等的礦井或企業(yè)作為參考時(shí),

它是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法。在作初步設(shè)計(jì)，特別是方案估算時(shí)，使用起來(lái)比較方便。單位

產(chǎn)品電耗法的基本作法是已知礦井的年產(chǎn)量m及單位產(chǎn)品電能消耗量w,先用下式求出礦井

年電能需要量引，

Wn=comkW?h（2）

再據(jù)最大負(fù)荷年利用小忖?。螅ㄖ行偷V井。ax=3000h?5000h）用下式求出計(jì)算負(fù)荷

的估計(jì)值

2,=%/0axkW(3)

所謂最大負(fù)荷年利用小時(shí)，就是按最大負(fù)荷來(lái)輸送用戶全年實(shí)際消耗的電能所需要的時(shí)

間。

3.二項(xiàng)式法

需用系數(shù)法沒(méi)有考慮少數(shù)容量特別大的設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷有較大的影響，因而在確定聯(lián)接

設(shè)備臺(tái)數(shù)不太多的車間干線或支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，結(jié)果往往偏小。二項(xiàng)式法是用兩個(gè)系數(shù)

來(lái)表征負(fù)荷變化的規(guī)律，把計(jì)算負(fù)荷看作由兩個(gè)分量組成，-個(gè)分量是平均負(fù)荷，另一個(gè)分

量是若干臺(tái)大型設(shè)備參與計(jì)算時(shí)對(duì)平均負(fù)荷造成的參差值，利用等效臺(tái)數(shù)來(lái)固定地反應(yīng)大型

設(shè)備的影響，但由于過(guò)份突出大型設(shè)備對(duì)電氣負(fù)荷的影響，故計(jì)算結(jié)果往往偏大。

用二項(xiàng)式法確定計(jì)算負(fù)荷的基本公式如下：

匕=處外+叱V，kW

式中b￡P(guān)r用電設(shè)備組的平均負(fù)荷，kW；

。口一表示該組中幾臺(tái)最大容量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的附加負(fù)荷，Px為幾臺(tái)最大容量設(shè)備的總

容量，kW,b,c-二項(xiàng)式系數(shù)，可查表求得。

目前二項(xiàng)式法還缺乏充分的理論根據(jù)，在對(duì)某些臺(tái)數(shù)和容量范圍的設(shè)備進(jìn)行計(jì)算時(shí)，

有可能得出一些矛盾的結(jié)論。二項(xiàng)式系數(shù)是機(jī)械部門根據(jù)實(shí)際測(cè)定，統(tǒng)計(jì)而總結(jié)出來(lái)的，因

而僅限予機(jī)械行業(yè)。

需要指出，采用二項(xiàng)式法計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意將計(jì)算范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備統(tǒng)一分組，不

應(yīng)逐級(jí)計(jì)算后再代數(shù)相加，并且計(jì)算的最后結(jié)果不再乘以最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)K“.ma-因?yàn)?/p>

由二項(xiàng)式法求得的計(jì)算負(fù)荷是總平均負(fù)荷與最大一組附加負(fù)荷之和，它與需用系數(shù)法的各用

電設(shè)備組半小時(shí)最大平均負(fù)荷的代數(shù)和占的概念不同。

4.利用系數(shù)法

利用系數(shù)法以概率論為理論基礎(chǔ)，分析所有用電設(shè)備在工作時(shí)的功率迭加曲線得到的

參數(shù)為依據(jù)，找出與平均負(fù)荷的關(guān)心系，通過(guò)利用系數(shù)最K/大利用系數(shù)來(lái)確定

計(jì)算負(fù)荷。其基本公式如下：

kW⑸

利用系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際負(fù)荷，但計(jì)算方法較復(fù)雜，而且K/、的數(shù)據(jù)

目前如較為缺乏，因而應(yīng)用不廣。

綜上所述，在電氣負(fù)荷計(jì)算這一領(lǐng)域內(nèi)，還有大量的工作要做，在如何使計(jì)算負(fù)荷比

較接近實(shí)際負(fù)荷和平均最大負(fù)荷的時(shí)間間隔規(guī)定合理化等問(wèn)題上，還有待于提出一些新的方

法和見(jiàn)解。

2-2企業(yè)的年耗電量與年電能損耗是兩個(gè)不同的物理量。年電能損耗是指一年內(nèi)沒(méi)有用

予生產(chǎn)而損耗在設(shè)備（主要是線路和變壓器）中的電能，年耗電量是企業(yè)在一年內(nèi)所消耗的電

能，它包括用于生產(chǎn)的電能和年電能損耗兩項(xiàng)。二者的計(jì)算公式如下：

plrT22caca

UNcos(p

2

\Apr=8760AP；+/7AP;T

4一企業(yè)年電能消耗量，kW?h；

一線路年電能損耗，kW-h；

A4”-對(duì)應(yīng)予Pca時(shí)的變壓器年損耗，kW?h；

對(duì)應(yīng)于5“對(duì)的線路損耗，kW；

7-最大負(fù)荷損耗小時(shí)，其含義是t若供電線路的負(fù)荷總是維持E“及cos。不變，則它

在7■小對(duì)內(nèi)的電能損耗正好等予實(shí)際負(fù)荷在8760小時(shí)內(nèi)的電能損耗，h；

AP,0-變壓器等效空載損耗(考慮無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量Kp,kW；

AP'k-變壓器等效短路損耗，kWo

\P'=\Pi>+Kq\Qo(4)

\P\=^Pk+Kq\Qk(5)

山上可見(jiàn)年耗電量是山計(jì)算負(fù)荷乘以年最大負(fù)荷利用小時(shí)求得，而年電能損耗是線路

與變壓器的年電能損耗之和，其實(shí)質(zhì)是用對(duì)應(yīng)于《“的損耗乘以T而求得。

顯然T與7mx和cos%有關(guān)，因?yàn)樗鼈兌际菑囊粋€(gè)負(fù)荷曲線推導(dǎo)出來(lái)的。在實(shí)際應(yīng)用

中給出r與Tmm的關(guān)系曲線，從該曲線中根據(jù)Tmm和COSL、,的值就可以查出相應(yīng)的T值。

2-3

1.三相供電線路的有功功率損耗和無(wú)功功率損耗分別為

p2+。2

△P=<、",2'"Xxl0-3,kW⑴

p2+。2

△Q=ca上sRxlO-3,

kvar⑵

ul

由以上兩式可知，欲降低線路與變壓器的功率損耗，就必須減少線路的電阻，電抗和

變電所的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷。在系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行的條件下，可采取以下措施。

1)在開(kāi)關(guān)斷流容量允許的情況下，對(duì)于一路使用一路備用的雙回供電線路，可改為兩路

同時(shí)使用。這樣可使線路的電阻，電抗降為原來(lái)的一半，因而大大減少了線路的功率損耗。

2）當(dāng)負(fù)荷功率因數(shù)較低時(shí)及時(shí)增投補(bǔ)償電容器組，這樣可大大減小變電所的無(wú)功計(jì)

算負(fù)荷，同樣使線路損耗減少。

2.變壓器的功率損耗包括空我損耗（鐵損）和短路損耗（銅損）兩部分

鐵損是由于主磁通在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗和無(wú)功損耗。由于變壓器的主磁通

只與外加電壓有關(guān)，而與負(fù)荷電流無(wú)關(guān)，因此當(dāng)變壓器在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，外加電壓基本不變,

故鐵損為一常數(shù)，在運(yùn)行中沒(méi)有辦法降低其數(shù)值。

銅損是負(fù)荷電流在變壓器繞組中產(chǎn)生的有功損耗和無(wú)功損耗，因而其大小與變壓器的負(fù)

荷率/有關(guān)。

求變壓器功率損耗的公式如下：

-（3）

（4）

式中NQ.一一變壓器空載無(wú)功損耗;

△0=\%s

100”

△以-變壓器額定無(wú)功損耗

7%

由公式（3）、（4）可以看出，在變壓器已經(jīng)運(yùn)行的條件F,只有降低變壓器的負(fù)荷率△才

能顯著地減少其功率損耗。因此關(guān)鍵是設(shè)法降低變電所的運(yùn)行負(fù)荷S,,其方法有三：

1）合理安排各組負(fù)荷的供電時(shí)間，壓低負(fù)荷曲線上的高峰負(fù)荷；

2）人工補(bǔ)償功率因數(shù)，減少無(wú)功負(fù)荷，從而使總的￡變小；

3）按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案來(lái)投、切變壓器。

2-4提示：考慮電源條件、負(fù)荷性質(zhì)，設(shè)備容量、繼電保護(hù)裝置、短路容量對(duì)設(shè)備選擇

的影響、電網(wǎng)電容電流、工人技術(shù)水平及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等條件。

2-5功率因數(shù)是交流電路有功功率與視在功率的比值，用cos。，表示.

功率因數(shù)過(guò)低對(duì)用戶有如下危害：

1）使電氣設(shè)備（如變壓器、發(fā)電機(jī)等）的容量不能充分利用。電氣設(shè)備都有一定的額定電

壓和額定電流，在正常情況下是不允許超過(guò)的。根據(jù)功率表達(dá)式P=GUN/NCOS°，如果

功率因數(shù)低了，則有功輸出也將隨之降低。反過(guò)來(lái)此時(shí)要想維持一定的有功輸出，則必然會(huì)

導(dǎo)致電流的增大。

2）增加礦內(nèi)配電線路的功率損失。通過(guò)導(dǎo)線的電流山公式/=。/cos夕決定。當(dāng)線路電

壓與機(jī)械負(fù)荷不變時(shí)，有功分量.,一就是一個(gè)常數(shù)。所以當(dāng)：、減小時(shí)，線路電流I必

然增加，使功率損失（AP=3/2/火,A。=3廣X）大大增加。

3）增加礦內(nèi)配電線路的電壓損失。線路的電壓損失由公式MJ=（PR+QX）/又決定。

功率因數(shù)變小時(shí)，通過(guò)線路的無(wú)功功率增加，于是線路電壓損失△。也增加。結(jié)果用電設(shè)

備的端電壓下降，有忖甚至低于允許值，嚴(yán)重影響設(shè)備正常運(yùn)行。特別是在用電高峰時(shí)期，

功率因數(shù)偏低，會(huì)出現(xiàn)大面積地區(qū)的電壓降低，給生產(chǎn)帶來(lái)不良后果。

功率因數(shù)過(guò)高（即產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償）對(duì)用戶有以下危害：

1）增加補(bǔ)償裝置安裝處以前的輸、配電線路的功率損失。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償時(shí)，線路中產(chǎn)生

超前電壓90度的電容電流，該電流與電阻電流合成后使總電流I增加，故功率損失亦會(huì)增

加。

2）造成線路電壓超過(guò)規(guī)定值，甚至?xí)寡a(bǔ)償裝置處的電壓高于線路首端的電壓。其相量

圖如圖2-1所示。

圖中I超前。2的角度為口，灰為線路電阻壓降，，及為線路電抗壓降，由圖可以看

出這說(shuō)明，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償時(shí)，線路末端電壓有可能高于始端電壓，從而使用電設(shè)

備所承受的電壓超過(guò)規(guī)定值。另外，由于補(bǔ)償電容的無(wú)功功率輸出與裝設(shè)處電壓的平方成正

比，故母線電壓的提高又會(huì)使過(guò)補(bǔ)償?shù)某潭雀訃?yán)重。

*/，cos夕e7/-T[R

圖2-1過(guò)補(bǔ)償時(shí)的線路電壓相量圖

電容補(bǔ)償?shù)淖罴逊桨缚煽紤]下列條件確定：

1）使線路電能損失為最小。

2）補(bǔ)償節(jié)電的經(jīng)濟(jì)性比較，一般功率因數(shù)越接近1,電容補(bǔ)償裝置的投資越大，而節(jié)電

的相對(duì)收益越小。

3）負(fù)荷的穩(wěn)定性。

4）負(fù)荷的分布情況。

5）補(bǔ)償裝置的投運(yùn)方式。

2-6提高功率因數(shù)的關(guān)鍵在于如何減少電力系統(tǒng)中各個(gè)部分所需用的無(wú)功功率，特別是

減少負(fù)載從電網(wǎng)中取用的無(wú)功功率，使電網(wǎng)在輸送一定的有功功率時(shí)，盡量少輸送或不輸送

無(wú)功功率。

提高功率因數(shù)的方法可分為兩大類：

1.提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)。一般有以下五項(xiàng)措施；

1）盡量采用鼠籠式異步電機(jī)。以為它結(jié)構(gòu)緊密、氣隙小、漏磁少，因而本身的功率因

數(shù)就比繞線式異步電動(dòng)機(jī)高。

2）避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的輕載運(yùn)行。因此時(shí)有功功率小而激磁所用的無(wú)功功率不變，

故cose較低。所以，應(yīng)力求電動(dòng)機(jī)在接近額定負(fù)荷的條件下運(yùn)行，變壓器的負(fù)荷率也不宜

低于50%o

3）對(duì)不需調(diào)速的大型設(shè)備，盡量采用同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可達(dá)到1,

并且在過(guò)激磁的條件下，還可向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，減輕電網(wǎng)輸送無(wú)功功率的負(fù)擔(dān).因而提

高了功率因數(shù)。礦井可使用同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)備有扇風(fēng)機(jī)，空氣壓縮機(jī)等。

4）繞線式異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。這一措施同樣可將功率因數(shù)提到1,但由于經(jīng)濟(jì)和

維護(hù)問(wèn)題使其推廣使用受到?定的限制。

5）盡量采用高壓電動(dòng)機(jī)。這樣可以省掉降壓變壓器，從而消除了該變壓器產(chǎn)生的無(wú)功

損耗，一般變壓器的無(wú)功損耗約為有功損耗的五倍以上。礦井可用高壓電動(dòng)機(jī)的設(shè)備有主排

水泵、提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)和扇風(fēng)機(jī)等。

2.人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)

人工補(bǔ)償提高功率因數(shù),這是一種使用供應(yīng)無(wú)功功率的設(shè)備就地補(bǔ)償用電設(shè)備所需要的

無(wú)功功率，來(lái)提高其功率因數(shù)的方法。當(dāng)用戶在采用了各種“自身提高”的措施后仍達(dá)不到

規(guī)定的要求時(shí)，就要考慮增設(shè)人工補(bǔ)償裝置。人工補(bǔ)償法一般有四種類型。

1）并聯(lián)移相電容器組。其原理主要是利用電容器產(chǎn)生的無(wú)功功率與電感負(fù)載的無(wú)功功率

相互變換，從而減少負(fù)載向電網(wǎng)吸取無(wú)功功率，使得補(bǔ)償裝置處以前的電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷減少，

即提高了整個(gè)負(fù)荷相對(duì)電源的功率因數(shù)。并聯(lián)電容補(bǔ)償法具有投資省、有功功率損耗?。?/p>

kvar損耗約3?4W）、運(yùn)行維護(hù)方便，故障范圍小、無(wú)振動(dòng)與噪聲、安裝地點(diǎn)較靈活等優(yōu)點(diǎn),

因而為礦山地面變電所廣泛采用。H前多在6kV母線上并聯(lián)電容器組進(jìn)行所謂集中補(bǔ)償。

電容補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是只能有級(jí)調(diào)節(jié)而不能隨負(fù)荷無(wú)功功率需要量的變化進(jìn)行連續(xù)平滑的自動(dòng)

調(diào)節(jié)。另外，當(dāng)通風(fēng)不良，運(yùn)行溫度過(guò)高或線路電壓超限時(shí)，電容器容易損壞。

2）采用同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)大容量的空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，其功

率大都在5000kW及以上，在過(guò)激磁時(shí)，它相當(dāng)于個(gè)無(wú)功發(fā)電機(jī)。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以無(wú)

級(jí)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但也有造價(jià)高、有功損耗大、需要專人維護(hù)等缺點(diǎn)。因而主要用于電力系

統(tǒng)的大型樞紐變電所，來(lái)調(diào)整區(qū)域電網(wǎng)的功率因數(shù)和潮流分布。

3）采用可控硅靜止無(wú)功補(bǔ)償器。這是一種性能較優(yōu)越的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，由移相電容

器、飽和電抗器、可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及濾波器等組成。其特點(diǎn)是將可控的飽和電抗器與移相

電容器并聯(lián)作用，電容器可補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的沖擊無(wú)功功率的全部或大部。當(dāng)無(wú)沖擊無(wú)功功率

時(shí)，則利用由飽和電抗器所構(gòu)成的可調(diào)感性負(fù)載將電容器供給的過(guò)剩的無(wú)功吸收，從而使功

率因數(shù)保持在要求的水平上。濾波器可以吸收沖擊負(fù)荷所產(chǎn)生的高次諧波，保證電壓質(zhì)量。

這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速，損耗小，特別適合對(duì)功率因數(shù)變化劇烈的大型負(fù)

荷進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，如用于礦山提升機(jī)的大功率可控硅整流裝置供電的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)組

等。其缺點(diǎn)是投資較大，設(shè)備體積大，因而占地面積也較大。

4）采用進(jìn)相機(jī)改善功率因數(shù)。進(jìn)相機(jī)叫轉(zhuǎn)子自激相位補(bǔ)償機(jī)，是一種新型的感性無(wú)功功

率補(bǔ)償設(shè)備，只適用于對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，電動(dòng)機(jī)容量一般為95?lOOOkW。

進(jìn)相機(jī)的外形與電動(dòng)機(jī)相似，沒(méi)有定子及繞組，僅有和直流電動(dòng)機(jī)相似的電樞轉(zhuǎn)子，由單獨(dú)

的、容量為11?4.5kW左右的輔助異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。其補(bǔ)償原理如下：工作時(shí)進(jìn)相機(jī)與繞

線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)運(yùn)行，主機(jī)轉(zhuǎn)子電線束流在進(jìn)相機(jī)繞組上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速為

4=3000/p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；進(jìn)相機(jī)山輔助電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)順著該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)進(jìn)相

機(jī)轉(zhuǎn)速%>&時(shí)，其電樞上產(chǎn)生相位超前于主機(jī)轉(zhuǎn)子電流90°的感應(yīng)電勢(shì)Ek迭加到主機(jī)轉(zhuǎn)

子電勢(shì)芻上，改變了主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流的相位，從而改變了主電動(dòng)機(jī)定子電流的相位；調(diào)

整心就可以使主電動(dòng)機(jī)在COSQ=1的條件下運(yùn)行。這種補(bǔ)償方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，補(bǔ)償效

果好而且徹底，還可以大大降低主電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷電流，因而節(jié)電效果也很顯著，一般運(yùn)行兩、

三個(gè)月后就可以收回設(shè)置進(jìn)相機(jī)的投資；其缺點(diǎn)是進(jìn)相機(jī)本身是一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，還要由一輔助

電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，故增加了維護(hù)和檢修的負(fù)擔(dān)，另外它只適宜負(fù)荷變動(dòng)不大的大容量繞線式電動(dòng)

機(jī)，故應(yīng)用受到一定的限制。

2-7并聯(lián)補(bǔ)償是將電容器并聯(lián)在變電所的母線上。并聯(lián)補(bǔ)償?shù)闹饕康氖菫榱颂岣哂脩?/p>

母線上的功率因數(shù)，對(duì)以電容器裝設(shè)處母線引出的配電線直至用電設(shè)備均無(wú)補(bǔ)償收益，因母

線后配電網(wǎng)路中流通的無(wú)功功率并沒(méi)有減少，只是無(wú)功功率的提供者不同罷了。并聯(lián)補(bǔ)償?

般在礦井各級(jí)變、配電所作集中補(bǔ)償和單獨(dú)補(bǔ)償用。

串聯(lián)補(bǔ)償主要用于電力輸電線路。將電容器與線路串聯(lián)，可以改變線路參數(shù)，從而減少

線路的電壓損失，提高末端的電壓水平，減少電網(wǎng)的功率損失和電能損失，提高輸送電能的

能力。

在并聯(lián)補(bǔ)償中，10kV及以下線路的補(bǔ)償電容器組常按三角形接線，主要出于以下幾點(diǎn)

原因：

1)三角形接線可以防止電容器容量不對(duì)稱(如個(gè)別電容器的熔斷器熔斷)而出現(xiàn)的過(guò)電

壓，電熔器對(duì)過(guò)電壓是最敏感的。若為星形接線，則由于中性點(diǎn)位移，使部分相欠電壓而部

分相過(guò)電壓。更嚴(yán)重的是當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，其余兩相將升為線電壓(中性點(diǎn)不接地系統(tǒng))，

電容器將很容易損壞。

2)三角形接線若發(fā)生一相斷線，只是使各相的補(bǔ)償容量有所減少，不致于嚴(yán)重不平衡；

而星形接線若發(fā)生?相斷線，就使該相失去補(bǔ)償，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。

3)采用三角形接線可以充分發(fā)揮電容器的補(bǔ)償能力。電容器的補(bǔ)償容量與加在其兩端的

電壓有關(guān)，即

22

QN=UI=U/XC=COCU,kvar(1)

電容器采用三角形接法時(shí)，每相電容承受線電壓，而采用星形接法時(shí)，每相電容承受相

電壓，所以有

2

QCY=(OC(U/>/3)

=coCU2/3=Qc.tJ3>kvar(2)

上式表明，具有相同電容量的三個(gè)單相電容器組，采用三角形接法時(shí)的補(bǔ)償容量是采用

星形接法的3倍。因此，在電壓相符的情況下，應(yīng)盡量采用三角形接法。

2-8

1.電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

使電力系統(tǒng)的有功損耗最小而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行方式稱電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這

里要注意兩個(gè)問(wèn)題，?是要使整個(gè)電力系統(tǒng)的有功損耗為最小而不是單純考慮某一臺(tái)設(shè)備的

損耗；二是設(shè)備的運(yùn)行方式，對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，就是分裂運(yùn)行、還是并聯(lián)運(yùn)行，單獨(dú)運(yùn)行還

是同時(shí)運(yùn)行，或者是在多大負(fù)荷率下運(yùn)行的問(wèn)題。

2.無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量

電力系統(tǒng)的有功損耗，不僅與各用電設(shè)備的有功損耗有關(guān)，而且與它們的無(wú)功損耗也有

關(guān)。因?yàn)樵O(shè)備所消耗的無(wú)功功率也要山電力系統(tǒng)供給，這使得電網(wǎng)線路在輸送一定的有功電

流的同時(shí)，也要輸送一定的無(wú)功電流，結(jié)果總的視在電流就增大了，而線路有功損耗是用視

在電流來(lái)計(jì)算的，即△￡=3/2,/?。所以，由于各設(shè)備無(wú)功損耗的存在，使電力系統(tǒng)的有功

損耗增加了一定的數(shù)值。

為了計(jì)算設(shè)備無(wú)功損耗所引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加量而定義的換算系數(shù)稱無(wú)功功

率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，用Kg表示。它表示電力系統(tǒng)多輸送Ikvar的無(wú)功功率時(shí)，將使電力系統(tǒng)中增

加有功功率損耗的kW數(shù)，其單位是kW/kvar。

的值與電力系統(tǒng)的容量，結(jié)構(gòu)及計(jì)算點(diǎn)的具體位置等多種因素有關(guān)，對(duì)于工礦企業(yè)

變、配電所Kg=0.2?0.1,對(duì)由發(fā)電機(jī)直配的負(fù)荷=0.02?0.04；對(duì)經(jīng)兩級(jí)變壓的負(fù)

荷=0.05?0.07,對(duì)經(jīng)三級(jí)以上變壓的負(fù)荷反產(chǎn)0.08~0.1。

3.確定兩臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案

礦井主變壓器是全礦的供電電源，因此搞好變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)節(jié)約電能有很大的意

義。我們先來(lái)考慮單臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器即有有功損耗，又有無(wú)功損耗，這些損耗

都要引起電力系統(tǒng)有功損耗的增加，但由于變壓器的有功損耗遠(yuǎn)比無(wú)功損耗小，因此在考慮

電力系統(tǒng)有功損耗增量時(shí)，可以忽略變壓器有功損耗的影響。

要確定變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件，可以采用數(shù)學(xué)分析中求極值的方法。將變壓器本身的有

功損耗再加上變壓器的無(wú)功損耗在電力系統(tǒng)中引起的有功損耗增量，二者之和稱為變壓器有

功損耗換算值，然后對(duì)電力系統(tǒng)單位容量負(fù)荷的有功損耗換算值求導(dǎo)數(shù)，并令導(dǎo)數(shù)為零，就

可以得到變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷。

設(shè)某變壓器的負(fù)荷為久，則其有功損耗換算值為

\P=\QT+Kq\QT

=應(yīng)+QQ。+砥蜴+KQ2)(1)

式中/一一變壓器的負(fù)荷率，p=SJSNT.

要使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷卜，就必須滿足負(fù)荷單位容量的有功損耗換算值A(chǔ)P/S,為

最小的條件。

令d3/SJ=0,就可得到變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為

幽

4+K"

加+中以(2)

變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷與其額定容量之比稱為變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)，即

K-怦。+2

下面來(lái)確定兩臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。設(shè)某礦地面變電所有兩臺(tái)同型號(hào)，同容量的主

變壓器，變電所總負(fù)荷為S,。所謂兩臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，實(shí)際上就是求出其臨界負(fù)

荷來(lái)確定在什么負(fù)荷條件下應(yīng)該一臺(tái)運(yùn)行，在什么負(fù)荷條件下應(yīng)該兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。

當(dāng)一臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，它承擔(dān)總負(fù)荷S,,故由公式(1)得其有功損耗換算值為

(sY

M=M,+K0+(M+/A以)U

\'NT7

兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)承擔(dān)負(fù)荷約為S,/2,而總的有功損耗換算值為此時(shí)一臺(tái)

換算值的兩倍，即

'/2丫、

斫i=2M,+K,AQ+(△《+/△以)L

I〈hv.r))

1AcV

=2(隹+￡2,)+不(旬+64&)六

2\、N.T)

我們以AP和S$,為坐標(biāo)可回出兩條曲線，表示兩種情況下有功損耗換算值對(duì)總負(fù)荷g

的關(guān)系。兩曲線的交點(diǎn)。所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷就稱為兩變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷，用S?,表示。

當(dāng)￡=5'＜鼠時(shí)，因s'=s'＞鼠，故宜于一臺(tái)運(yùn)行；當(dāng)g=s、＞S"時(shí)，因

△P]]＜\p,故宜于兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。

當(dāng)￡=邑，即

(/、2、

fcI

坐=M,+K,AQk++KQQ,)十

I6e)J

I(q、

=2(M,+KM，)+5(M+Ka0)”

由此可求得兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷為

卜軌+K2

(4)

\"k+K&k

對(duì)于幾臺(tái)與(n?1)臺(tái)同型同容變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷，同樣可以推導(dǎo)出其表達(dá)式

為。

軌+￡Q

S=S,ln(n-l)(5)

ecVTW+K&k

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，除與變壓器本身?yè)p耗有關(guān)外，還與兩部電價(jià)制的收費(fèi)方式有很

大的關(guān)系。目前我國(guó)實(shí)行的兩部電價(jià)制，實(shí)際上對(duì)用戶有兩種不同的收費(fèi)辦法，即固定電費(fèi)

有按最高負(fù)荷收費(fèi)和按變壓器接用容量收費(fèi)兩種。對(duì)于后一種收費(fèi)辦法，實(shí)際變壓器的經(jīng)濟(jì)

運(yùn)行方案就有較大困難。因這種情況下，供電設(shè)計(jì)上常選用兩臺(tái)變壓器臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用的

運(yùn)行方式，以減少固定電費(fèi)支出。

2-9［解題思路］

工礦企業(yè)負(fù)荷計(jì)算，首先需收集必要的負(fù)荷資料，按表2-9的格式做成負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算表,

計(jì)算或查表求出各負(fù)荷的需用系數(shù)和功率因數(shù)（例題已給出）,然后由低壓到高壓逐級(jí)計(jì)算

各組負(fù)荷，在進(jìn)行負(fù)荷歸總時(shí)，應(yīng)計(jì)入各低壓變壓器的損耗，考慮組間同時(shí)系數(shù)后，就可求

得礦井6kV母線上的總計(jì)算負(fù)荷，作為初選主變壓器臺(tái)數(shù)容量的主要依據(jù).

功率因數(shù)的補(bǔ)償計(jì)算與主變壓器的容量、負(fù)荷率及運(yùn)行方式密不可分，題意是要求將

35kV母線的功率因數(shù)提高到0.9以上，故應(yīng)將主變壓器的功率損耗也計(jì)入總的負(fù)荷中，在

計(jì)算過(guò)程中將會(huì)存在估算與最后驗(yàn)算的反復(fù)。

擬定供電系統(tǒng)，主要是綜合考慮礦井負(fù)荷性質(zhì)，主變壓器的介數(shù)、容量及電源線的情況

來(lái)決定礦井地面35/6kV變電所的主接線方式。并繪制供電系統(tǒng)一次接線圖。

本題可按以下八步求解。

（一）計(jì)算各組負(fù)荷并填入表2-2中11?14各欄。

（二）選擇各低壓變壓器并計(jì)算其損耗。

（三）計(jì)算6kV母線上補(bǔ)償前的總負(fù)荷并初選主變壓器。

（四）功率因數(shù)補(bǔ)償計(jì)算與電容器柜選擇。

（五）主變壓器校驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（六）全礦電耗與噸煤電耗計(jì)算。

（七）擬定并繪制礦井地面供電系統(tǒng)一次接線圖。

（A）設(shè)計(jì)計(jì)算選擇結(jié)果匯總。

［解］

（-）計(jì)算各組負(fù)荷與填表

利用表2-8中8-11各列的數(shù)據(jù)和公式（2—19）,分別算出各設(shè)備或設(shè)備組的/^、Oca、

及Sea,并填入表2-9中12?14列。

例如，對(duì)于主井提升機(jī)有

Pca」=KdiPNi=0-95X1000=950kW

°ca.］=tan夕尸caj=0.62X950=589kvar

黑盧卜8」-=>/9502+5892=1118kVA

又如，對(duì)于扇風(fēng)機(jī)1,由同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，表2—8中其cos0標(biāo)出負(fù)值，其原因是：同

步電動(dòng)機(jī)當(dāng)負(fù)荷率>0.9,且在過(guò)勵(lì)磁的條件下，其功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)發(fā)送無(wú)功功率，

故為負(fù)值。此時(shí)同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償率約為40?60%,近似計(jì)算取50%,故其補(bǔ)償能力

可按下式計(jì)算：

Pca.3=Kd3PN3=0-88X800=704kW

0ca.3=O$（尸cajtang）=0.5X［704X（—0.46）］=—162kvar

s*=心扃=>042+（-162）2=722kVA

同理可得其余各組數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-2。

在表2-2的合計(jì)欄中,合計(jì)有功負(fù)荷9591kW和無(wú)功負(fù)荷5357kvar是表中12列、13

列的代數(shù)和，而視在負(fù)荷10986kVA,則是據(jù)上述兩個(gè)數(shù)值按公式（2—19）計(jì)算得出，視在

容量的代數(shù)和無(wú)意義。

百

弱

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