负荷计算及无功补偿
第3章负荷计算及无功补偿
供配电技术
南京师范大学电气工程系
第3章负荷计算及无功补偿
3.1 负荷曲线与计算负荷
3.2 用电设备额定容量的确定
3.3 负荷计算的方法
3.4 功率损耗与电能损耗
3.5 变电所中变压器台数与容量的选择
3.6 功率因数与无功功率补偿
3.1 负荷曲线与计算负荷
3.1.1 负荷曲线
负荷曲线(load curve)是指用于表达可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线; 按所表示的负荷变动的时间分:
可分为日负荷,月负荷和年负荷曲线.
2.年最大负荷和年最大负荷利用小时数
(1)年最大负荷Pmax
年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率,因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30.
(2)年最大负荷利用小时数Tmax
年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax,它是一个假想时间,在此时间内,电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能.
下图为某厂年有功负荷曲线,此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷,Tmax为年最大负荷利用小时数.
3.平均负荷Pav
平均负荷Pav,就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率,也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值,即Pav=W/t
年平均负荷为Pav=Wa/8760
3.1.2 计算负荷(calculated load)
通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的"最大负荷"称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用Pca(Qca,Sca,Ica)或
P30(Q30,S30,I30)表示.
规定取"半小时平均负荷"的原因:
一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上,根据经验表明,中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3τ=3×10=30(min),如果导线负载为短暂尖峰负荷,显然不可能使导线温升达到最高值,只有持续时间在30min以上的负荷时,才有可能构成导线的最高温升.
3.1.3 计算负荷的意义和计算目的
负荷计算主要是确定计算负荷,如前所述,若根据计算负荷选择导体及计算负荷
是设计时作为选择工厂供配电系统供电线路的导线截面,变压器容量, 正确确定计算负荷意义重大,是供电设计的前提,也是实现供电系统安全,经济运行的必要手段.
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3.2 用电设备额定容量的确定
3.2.1 用电设备的工作方式
用电设备按其工作方式可分为三种:
(1)连续运行工作制(长期工作制)
(2)短时运行工作制(短暂工作制)
(3)断续周期工作制(重复短暂工作制)
连续运行工作制(长期工作制)
在规定的环境温度下连续运行,设备任何部分温升均不超过最高允许值,负荷比
较稳定.如通风机水泵,空气压缩机,皮带输送机,破碎机,球磨机,搅拌机,电机车等机械的拖动电动机,以及电炉,电解设备, 用电设备的运行时间短而停歇时间长,在工作时间内,用电设备的温升尚未达到该负荷下的稳定值即停歇冷却,在停歇时间内其温度又降低为周围介质的温度,这是短暂工作的特点.如机床上的某
些辅助电动机(如横梁升降,刀架快速移动装置的拖动电动机)及水闸用电动机等设备.这类设备的数量不多.
断续周期工作制(重复短暂工作制)
用电设备以断续方式反复进行工作,其工作时间(t)与停歇时间(t0)相互交替.工作时间内设备温度升高,停歇时间温度又下降,若干周期后,达到一个稳定的波动状态.如电焊机和吊车电动机等.断续周期工作制的设备,通常用暂载率ε表征
其工作特征,取一个工作周期内的工作时间与工作周期的百分比值,即为ε ,即: 式中:t,t0——工作时间与停歇时间,两者之和为工作周期T.
3.2.2 用电设备额定容量的计算
在每台用电设备的铭牌上都有"额定功率"PN,但由于各用电设备的额定工作方式不同,不能简单地将铭牌上规定的额定功率直接相加,必须先将其换算为同一工
作制下的额定功率,然后才能相加.经过换算至统一规定的工作制下的"额定功率"称为"设备额定容量",用Pe表示.
(1)长期工作制和短时工作制的设备容量
Pe=PN
(2)重复短暂工作制的设备容量
① 吊车机组用电动机(包括电葫芦,起重机,行车等 )的设备容量统一换算到
ε=25%时的额定功率(kW),若其εN不等于25%时应进行换算,公式为:
② 电焊机及电焊变压器的设备容量统一换算到ε=100%时的额定功率(kW).若
其铭牌暂载率εN不等于100%时,应进行换算,公式为:
(3)电炉变压器的设备容量
电炉变压器的设备容量是指在额定功率因数下的额定功率(kW),即:
Pe=PN=SN·cos N
(4)照明设备的设备容量
①白炽灯,碘钨灯设备容量就等于灯泡上标注的额定功率(kW);
②荧光灯还要考虑镇流器中的功率损失(约为灯管功率的20%),其设备容量应为
灯管额定功率的1.2倍(kW);
③高压水银荧光灯亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),其设备
容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW);
④金属卤化物灯:采用镇流器时亦要考虑镇流器中的功率损失(约为灯泡功率的10%),故其设备容量应为灯泡额定功率的1.1倍(kW).
(5)不对称单相负荷的设备容量
当有多台单相用电设备时,应将它们均匀地分接到三相上,力求减少三相负载不对称情况.设计规程规定,在计算范围内,单相用电设备的总容量如不超过三相用电设备总容量的15%时,可按三相对称分配考虑,如单相用电设备不对称容量大于三相用电设备总容量的15%时,则设备容量Pe应按三倍最大相负荷的原则进行换算.
设备接于相电压或线电压时,设备容量Pe的计算如下:
单相设备接于相电压时
Pe=3Pe·m
式中:Pe——等效三相设备容量;
Pe·m ——最大负荷所接的单相设备容量.
单相设备接于线电压时
式中Pe·l——接于同一线电压的单相设备容量.
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3.3 负荷计算的方法
负荷计算的方法有:
需要系数法,二项式法,利用系数法,形状系数法,附加系数法
需要系数法比较简便因而广泛使用.这里仅介绍需要系数法.
需要系数
需要系数考虑了以下的主要因素:
式中:
K ——同时使用系数,为在最大负荷工作班某组工作着的用电设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比;
KL——负荷系数,用电设备不一定满负荷运行,此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比;
ηwl——线路供电效率;
η——用电设备组在实际运行功率时的平均效率.
实际上,上述系数对于成组用电设备是很难确定的,而且对一个生产企业或车间来说,生产性质,工艺特点,加工条件,技术管理,和劳动组织以及工人操作水平等因素,都对Kd有影响.所以Kd只能靠测量统计确定,见附录表3~5.上述各种因素可供设计人员在变动的系数范围内选用时参考.
3.3.1 需要系数法
由负荷端逐级向考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候,其计算负荷Pca·1为
Pe—换算到统一暂载率下的电动机的额定容量;
η—用电设备在额定负载下的的效率.
(2)无功计算负荷:
Qca·1=Pca·1tan
—用电设备功率因数角.
计算目的:用于选择分支线导线及其上的开关设备.
2. 用电设备组的计算负荷
(1)有功计算负荷:Pca·2=Kd∑Pe
Kd—用电设备组的需要系数,见附录表3;
∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和,但不包括备用设备容量.
(2)无功计算负荷:Qca·2=Pca·2tan wm
tan wm值见附录表3.
(3)视在计算负荷:
计算目的:用于选择各组配电干线及其上的开关设备.
当Kd值有一定变动范围时,取值要作具体分析.如台数多时,一般取用较小值,台数少时取用较大值;设备使用率高时,取用较大值,使用率低时取用较小值.当一条线路内的用电设备的台数较小(n
3.确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷
(1)总有功计算负荷:Pca·3=K∑∑Pca·2
(2)总无功计算负荷:Qca·3=K∑∑Qca·2
(3)总视在计算负荷:
Pca·3,Qca·3,Sca·3-车间变电所低压母线上的有功,无功及视在计算负荷
∑Pca·2,∑Qca·2-各用电设备组的有功,无功计算负荷的总和
K∑-最大负荷时的同时系数.考虑各用电设备组的最大计算负荷不会同时出现而引入的系数.K∑的范围值见附录表6.
注意:当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电计算目的:用于选择车间配电干线及其上的开关设备,或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择.
4. 确定车间变电所中变压器高压侧的计算负荷
Pca·4=Pca·3+ΔPT
Qca·4=Qca·3+ΔQT
Pca·4,Qca·4,Sca·4-车间变电所中变压器高压侧的有功,无功及视在计算负荷(kW,kvar及
ΔPT,ΔQT-变压器的有功损耗与无功损耗(kW,kvar).
计算目的:用于选择车间变电所高压配电线及其上的开关设备
在计算负荷时,车间变压器尚未选出,无法根据变压器的有功损耗与无功损耗的理论公式进行计算,因此一般按下列经验公式估算:
对SJL1等型电力变压器:
ΔPT≈0.02Sca·3 (kW)
ΔQT≈0.08Sca·3 (kvar)
对SL7,S7,S9,S10等低损耗型电力变压器:
ΔPT≈0.015Sca·3 (kW)
ΔQT≈0.06Sca·3 (kvar)
式中:Sca·3-变压器低压母线上的计算负荷(kVA).
5. 确定全车间变电所中高压母线上的计算负荷
Pca·5=∑Pca·4+P4m
Qca·5=∑Qca·4+Q4m
P4m,Q4m—车间高压用电设备的有功及无功计算负荷.
计算目的:用于车间变电所高压母线的选择.
6. 确定总降压变电所出线上的计算负荷
Pca·6= Pca·5 +ΔPL≈Pca·5
Qca·6 = Qca·5 +ΔQL ≈Qca·5
Sca·6≈Sca·5
ΔPL,ΔQL—高压线路功率损耗,由于一般工厂范围不大,线路功率损耗小,故可
忽略不计.
计算目的:用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备.
7. 确定总降压变电所低压侧母线的计算负荷
Pca·7=K∑∑Pca·6
Qca·7=K∑∑Qca·6
注意:如果在总降压变电所6~10kV二次母线侧采用高压电容器进行无功功率补偿,则在计算总无功功率Qca·7时,应减去补偿设备的容量时Qc7 ,即
Qca·7=K∑∑Qca·6- Qc7
计算目的:用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量.
8.确定全厂总计算负荷
Pca·8=Pca·7+ΔPT
Qca·8=Qca·7+ΔQT
计算目的:全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据,并作
为原始资料进行高压供电线路的电气计算,选择高压进线导线及进线开关设备. 例3.3.1 一机修车间的380V线路上,接有金属切削机床电动机20台共50kW;另接通风机3台共5kW;电葫芦4个共6kW(FCN =40%)试求计算负荷.
解:
冷加工电动机组: 查附录表3可得Kd=0.16~0.2(取0.2),cos =0.5,tan =1.73,因此
Pca(1)=Kd∑Pe=0.2×50 =10(kW)
Qca(1)= P ca(1)tan wm=10×1.73=17.3 (kvar)
Sca(1)= P ca(1)/cos wm=10/0.5=20(kVA)
通风机组: 查附录表3可得Kd=0.7~0.8(取0.8),cos =0.8,tan =0.75,因此
Pca(2)=Kd∑Pe=0.8×5 =4(kW)
Qca(2)= P ca(2)tan wm=4×0.75=3 (kvar)
Sca(2)= P ca(2)/cos wm=4/0.8=5(kVA)
电葫芦:由于是单台设备,可取Kd=1,查附录表3可得cos =0.5,tan =1.73,因此Pca(3)= Pe=3.79 =3.79(kW)
Qca(3)= Pca(3)tan wm=3.79×1.73= 6.56(kvar)
Sca(3)= Pca(3)/cos wm=3.79/0.5=7.58(kVA)
取同时系数K∑为0.9,因此总计算负荷为
Pca(∑)=K∑∑Pca=0.9×(10+4+3.79)=16.01(kW)
Qca(∑)=K∑∑Qca=0.9×(17.3+3+6.56)=24.17(kW)
为了使人一目了然,便于审核,实际工程设计中常采用计算表格形式,如下表所示.
28.99
24.17
16.01
—
—
取K∑=0.9
—
26.86
17.79
—
—
—
—
24
负荷总计
7.58
6.56
3.79
1.73
0.5
1
3.79(ε=25%) 1
电葫芦
3
5
3
4
0.75
0.8
0.8
5
3
通风机组
2
20
17.3
10
1.73
0.5
0.2
50
20
机床组
1
Sca
(kVA)
Qca
(kVar)
Pca
(kW)
计算负荷
tan
cos
Kd
设备容量
(kW)
台数
用电设备组名称
序号
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3.4 功率损耗与电能损耗
3.4.1 供电线路的功率损耗
_ 在实际工作中,常根据计算负荷来求线路的功率损耗,即最大功率损耗,故三相线路的有功功率损耗△PL和无功功率损耗△QL可分别按下式计算:
__
式中:
Ica——线路中的计算电流,A;
R——线路每相变压器的功率损耗包括有功功率损耗△PT和无功功率损耗△QT.变压器的有功功率损耗由两部分组成:
一部分是变压器在额定电压UN时不变的空载损耗△P0,也就是铁损△PFe;另一部分是随负荷而变化的绕组损耗,即有载损耗△Pl,也就是铜损△PCu.变压器的短路损耗△Pk可认为是额定电流下的铜损△PCu·N.
由于有载损耗与变压器负荷电流的平方成正比,所以变压器在计算负荷Sca下的有功功率损耗△PT为:
_______
式中:
Sca——变压器低压侧的计算负荷,kVA;
SNT——变压器额定容量,kVA;
△P0——变压器空载有功损耗,kW;
△Pk——变压器有功短路损耗,kW.
变压器的无功功率损耗也由两部分组成:
一部分是变压器空载时不变的无功损耗△Q0,另一部分是随着变压器负荷而变化在绕组中产生的无功损耗.所以变压器在计算负荷Sca下的无功功率损耗△QT 为:
式中:
——变压器空载时的无功损耗,kvar;
——变压器额定负荷时的无功损耗,kvar;
——变压器空载电流的百分值;
——变压器阻抗电压的百分值.
3.4.3 供电系统的电能损耗
1.供电线路年电能损耗的计算
式中: ——按计算负荷求得的线路最大功率损耗;
——年最大负荷损耗时间(小时数).
τ的含义是:线路连续通过计算负荷所产生的电能损耗与实际负荷在全年内所
产生的电能损耗恰好相等所需要的时间,称为年最大负荷损耗时间,它与Tmax·a以及功率因数有关.
2.变压器年电能损耗的计算
变压器空载不变的功率损耗所引起的年电能损耗与接电时间Ton(近似取8760h)有关,即:
_______△WT0=△P0Ton
随负荷而变化的有载功率损耗所引起的年电能损耗为:
变压器总的年电能损耗为:
3.4.4 企业年电能需要量
企业年电能需要量也就是企业在一年内所消耗的电能,它是企业供电设计的重要指标之一.若已知企业的年负荷曲线如图,则负荷曲线下的面积即为企业有功年电能需要量Wa.
但实际上,负荷随时都在变动,通常用一个等值的矩形面积来代替负荷曲线下的面积.
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3.5 变电所中变压器台数与容量的选择
3.5.1 车间变电所变压器台数与容量的选择
对于一般生产车间,尽量装设一台变压器,其额定容量应大于用电设备的总计算负荷,且应有适当富裕容量.
_对于有一,二级负荷的车间,要求两个电源供电时,应选用两台变压器,每台变压器容量应能承担全部一,二级负荷的供电.如果与相邻车间有联络线时,当车间变电所出现故障时,其一,二级负荷可通过联络线保证继续供电,亦可只选用一台变压器._
对于随季节变动较大的负荷,为了使运行经济,减少变压器空载损耗,也宜采用两台变压器,以便在低谷负荷时,切除一台.
凡选用两台变压器的变电所,任一台变压器单独投入运行时,必须能满足变电所总计算负荷70%的需要和一,二级负荷的需要.
3.5.2 企业总降变电所主变压器的选择
_ 对第三级负荷供电的总降变电所,或者有少量一,二级负荷,但可由邻近企业取得备用电源时,可只装设一台主变压器;其额定容量应大于企业全部车间变电所计算负荷的总和,并考虑15～25%的富裕.
_ 当企业中一,二级负荷占全部负荷比重较大时,应装设两台主变压器,两台主变压器之间互为备用.当一台出现事故或检修时,另一台能承担全部一,二级负荷.
3.5.3 变压器的经济运行
_ 所谓变压器的经济运行,是指变压器在功率损耗最小的情况下的运行方式.这样使电能损耗最小,运行费用最低.
_ 如果把无功损耗归算为有功损耗,则变压器在实际负荷S下,其总的功率损耗可由下式求得:
式中 Kr为无功功率经济当量.它的意义是指供电系统中每增加1kvar的无功损耗,相当于有功损耗增加的千瓦数,此值通常取0.06～0.1kW/kvar.
现假设变电所有两台同型号同容量的变压器,当其中一台变压器运行时,它承担所有的负荷S;当两台变压器同时并列运行时,每台承担负荷S/2.
求出两种运行方案归算以后的功率损耗,并分别绘出随负荷而变化的曲线.
两条曲线交于n点,它所对应的负荷称为变压器经济运行的临界负荷Scr.
同理,如果变电所装设同容量多台变压器,根据n台和n+1台两种运行方式总有功损耗相等的原则,可求出其临界负荷值:
_______
显然,实际负荷小于Scr应取n台运行,大于Scr则取n+1台运行.
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3.6 功率因数与无功功率补偿
3.6.1 功率因数的计算
(1)瞬时功率因数
瞬时功率因数由功率因数表或相位表直接读出,或由功率表,电流表和电压表的读数按下式求出:
式中:P——功率表测出的三相功率读数(kW);
U——电压表测出的线电压读数(kV);
I——电流表测出的相电流读数(A).
瞬时功率因数值代表某一瞬间状态的无功功率的变化情况.
(2)平均功率因数
平均功率因数指某一规定时间内,功率因数的平均值.其计算公式为
式中: Wa----某一时间内消耗的有功电能(kW·h);由有功电度表读出.
Wr----某一时间内消耗的无功电能(kvar·h);由无功电度表读出.
我国电业部门每月向工业用户收取电费,就规定电费要按月平均功率因数来调整.上式用以计算已投入生产的工业企业的功率因数.
对于正在进行设计的工业企业则采用下述的计算方法:
式中: Pca----全企业的有功功率计算负荷,kW;
Qca----全企业的无功功率计算负荷,kvar;
α----有功负荷系数,一般为0.7~0.75;
β----无功负荷系数,一般为0.76~0.82.
(3)最大负荷时的功率因数
最大负荷时的功率因数指在年最大负荷(即计算负荷)时的功率因数.根据功率因数的定义可以分别写出:
式中:
Pca——全企业的有功功率计算负荷,kW;
Qca——全企业的无功功率计算负荷,kvar;
Sca——全企业的视在计算负荷,kVA.
3.6.2 功率因数过低对供电系统的影响
(1)系统中输送的总电流增加,使得供电系统中的电气元件,容量增大,从而使工厂内部的起动综上可知电力系统功率因数的高低是十分重要的问题,因此,必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因数.目前供电部门实行按功率因数征收电费,因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标.
3.6.3 功率因数的改善
(1)提高自然功率因数
提高自然功率因数的方法,即采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施,主要有:
① 正确选用感应电动机的型号和容量,使其接近满载运行;
② 更换轻负荷感应电动机或者改变轻负荷电动机的接线;
③ 电力变压器不宜轻载运行;
④ 合理安排和调整工艺流程,改善电气设备的运行状况,限制电焊机,机床电动机等设备的空载运转;
⑤ 使用无电压运行的电磁开关.
(2) 人工补偿无功功率
当采用提高用电设备自然功率因数的方法后,功率因数仍不能达到《供用电规则》所要求的数值时,就需要设置专门的无功补偿电源,人工补偿无功功率.
人工补偿无功功率的方法主要有以下三种:
并联电容器补偿
同步电动机补偿
动态无功功率补偿
用静电电容器(或称移相电容器,电力电容器)作无功补偿以提高功率因数,是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置.
电力电容器的补偿容量可用下式确定
Qc=Pav(tan 1-tan 2)=αPca(tan 1-tan 2)
式中:Pca——最大有功计算负荷,kW;
α——月平均有功负荷系数;
tan 1,tan 2——补偿前,后平均功率因数角的正切值.
在计算补偿用电力电容器容量和个数时,应考虑到实际运行电压可能与额定电压不同,电容器能补偿的实际容量将低于额定容量,此时须对额定容量作修正:
式中:QN--电容器铭牌上的额定容量,kvar;
Qe--电容器在实际运行电压下的容量,kvar;
UN--电容器的额定电压,kV;
U--电容器的实际运行电压,kV.
例如将YY10.5-10-1型高压电容器用在6kV的工厂变电所中作无功补偿设备,则每个电容器的无功容量由额定值10kvar降低为:
显然除了在不得已的情况下,这种降压使用的做法应避免.
在确定总补偿容量Qc之后,就可根据所选并联电容器单只容量Qc1决定并联电容器的个数:
n=Qc/Qc1
由上式计算所得的数值对三相电容器应取相近偏大的整数.若为单相电容器则应取3的整数倍以便三相均衡分配.
三相电容器,通常在其内部接成三角形,单相电容器的电压,若与网络额定电压相等时则应将电容器接成三角形接线,只有当电容器的电压低于运行电压时,才接成星形接线.
相同的电容器,接成三角形接线,因电容器上所加电压为线电压,所补偿的无功容量则是星形接线的三倍.若是补偿容量相同,采用三角形接线比星形接线可节约电容值三分二,因此在实际工作中,电容器组多接成三角形接线.
用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿,分组(分散)补偿和集中补偿三种. 个别补偿将电容器直接安装在吸取无功功率的用电设备附近;
分组(分散)补偿将电容器组分散安装在各车间配电母线上;
集中补偿指电容器组集中安装在总降压变电所二次侧(6~10kV侧)或变配电所的一次侧或二次侧(6~10kV或380V侧).
在设计中一般考虑将测量电能侧的平均功率因数补偿到规定标准.
例3.6.1 某工厂的计算负荷为2400kW,平均功率因数为0.67.根据规定应将平均功率因数提高到0.9(在10kV侧固定补偿),如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器,需装设多少个并计算补偿后的实际平均功率因数.(取平均负荷系数
α=0.75)
解 tan 1=tan(arccos0.67)=1.108
tan 2=tan(arccos0.9)=0.484
Qc=Pav(tan 1-tan 2)
=0.75×2400×(1.108-0.484)=1122.66(kvar)
n= Qc / Qc1=1122.66/40≈30(个),每相装设10个.
此时的实际补偿容量为30×40=1200(kvar),所以补偿后实际平均功率因数为
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第三章 负荷计算及无功补偿 广东省唯美建筑陶瓷有限公司 刘建川 3．1 负荷曲线与计算负荷 负荷曲线（load curve ）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线。在直角坐标糸中，纵坐标表示负荷（有功功率和无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位） 日负荷曲线 年负荷曲线 年每日最大负荷曲线 年最大负荷和年最大负荷利用小时数 3．1．2 计算负荷 计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷，其物理量含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷所产生的最高温升。通常将以半小时平均负荷依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据。 3．2 用电设备额定容量的确定 3．2．1 用电设备的一作方式 （1）连续工作方式 在规定的环境温度下连续运行，设备任何部份温升不超过最高允许值，负荷比较稳定。 （2）短时运行工作制 （3）断续工作制 用电设备以断续方式反复进行工作，其工作时间与停歇时间相互交替。取一个工作时间内的工作时间与工作周期的百分比值，称为暂载率，即 *100%%100%0 t t T t t ε==+ 暂载率亦称为负荷持续率或接电率。根据国家技术标准规定，重复短暂负荷下电气设备的额定工作周期为10min 。吊车电动机的标准暂载率为15%、25%、40%、60%四种，电焊设备的标准暂载率为50%、65%、75%、100%，其中草药100%为自动焊机的暂载率。 3．2．2 用电设备额定容量的计算 （1）长期工作和短时工作制的设备容量 等于其铭牌一的额定功率，在实际的计算中，少量的短时工作制负荷可忽略不计。 （2）重复短时工作制的设备容量 ○ 1吊车机组用电动机的设备容量统一换算到暂载率为ε=25%时的额定功 率，若不等于25%，要进行换算，公式为：2Pe Pn ==Pe 为换算到ε=25%时的电动机的设备容量 εN 为铭牌暂载率
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摘要：分析了工矿企业采用无功补偿技术的必要性，介绍了无功补偿方式的确定及补偿容量的计算方法，并论述了加强无功补偿装置管理、提高运行效率应注意的问题。 关键词：无功补偿；技术管理；工矿企业 1 前言 供电部门在向用电单位（以下简称用户）输送的三相交流功率中，包括有功功率和无功功率两部分。将电能转换成机械能、热能、光能等那一部分功率叫有功功率，用户应按期向供电部门交纳所用有功电度的电费；无功功率为建立磁场而存在并未做功，所以供电部门不能向用户收取无功电度电费，但无功功率在输变电过程中要造成大量线路损耗和电压损失，占用输变电设备的容量，降低了设备利用率。因此，供电部门对输送给用户的无功功率实行限制，制订了功率因数标准，采用经济手段———功率因数调整电费对用户进行考核。用户功率因数低于考核标准，调整电费是正值，用户除了交纳正常电费之外，还要增加支付调整电费（功率因数罚款）；用户功率因数高于考核标准，调整电费是负值，用户可以从正常电费中减去调整电费（功率因数奖励）。 用电设备如变压器、交流电动机、荧光灯电感式镇流器等均是电感性负荷，绝大多数用户的自然功率因数低于考核标准，都要采取一些措施进行无功补偿来提高功率因数。安装移相电力电容器是广大用户无功补偿的首选方案。 2 无功补偿的经济意义 2．1 提高输变电设备的利用率 有功功率
无功补偿容量计算 Prepared on 22 November 2020
一、无功补偿装置介绍 现在市场上的无功补偿装置主要分为固定电容器组、分组投切电容器组、有载调压式电容器组、SVC和SVG。下面介绍下各种补偿装置的特点。 1)固定电容器组。其特点是价格便宜，运行方式简单，投切间隔时间长。但它对于补偿变化的无功功率效果不好，因为它只能选择全部无功补偿投入或全部无功补偿切出，从而可能造成从补偿不足直接补偿到过补偿，且投切间隔时间长无法满足对电压稳定的要求。而由于光照强度是不停变化的，利用光伏发电的光伏场发出的电能也跟着光伏能力的变化而不断变化，因此固定电容器组不适应光伏场的要求，不建议光伏项目中的无功补偿选用固定电容器组。 2)分组投切电容器组。分组投切电容器组和固定电容器组的区别主要是将电容器组分为几组，在需要时逐组投入或切出电容器。但它仍然存在投切间隔时间长的问题，且分的组数较少，一般为2～3组（分的组数多了，投资和占地太大），仍有过补偿的可能。因此分组投切电容器组适用于电力系统较坚强、对相应速度要求较低的场所。 3)有载调压式电容器组。有载调压式电容器组和固定电容器组的区别主要是在电容器组前加上了一台有载调压主变。根据公式Q=2πfCU2可知，电容器组产生的无功功率和端电压的平方成正比，故调节电容器组端电压可以调节电容器组产生的无功功率。有载调压式电容器组的投切间隔时间大大缩短，由原来的几分钟缩短为几秒钟。且有载调压主变档位较多，一般为8～10档，每档的补偿无功功率不大，过补偿的可能性较小。因此分组投切电容器组适用于电力系统对光伏场要求一般的场所。
Plans for saving electricity 节电方案计划 Today's companies face a wide range of competition, and constantly reduce the power consumption is not only an important way to reduce costs to improve competitiveness over a long period of time, and is the realization of their own is the effective means to make contributions to reduce emissions 当今企业面临广泛的竞争，不断降低电力能耗不仅是长期降低成本提高竞争力的重要途径，而且是实现自身为降低排放作贡献的有效手段。 The way of energy saving of enterprises 企业电力节能的途径 First, because of the power efficiency of the electric power sector, the improvement of power factor can make no work penalty. 一是由于电力部门考核的电力效能，即功率因素提高方面，可使无功罚款转变为无功奖励。 Second，The energy saving effect can be about 8 ~ 15% of the compensation of the load on the side of the load 二是自身负载侧的无功修正及线损补偿，其节能效果可以达到8~15%左右。 Third，Electric power special aspects: such as load management, may reduce power load peak power 5 ~ 30%, for a lot of electricity companies such as steel mills, a year can save electricity cost millions 三是电力能源的特殊方面:比如负荷管理，可能使电力负荷高峰功率降低5~30%，对一个大量用电企业如钢厂，每年可节约用电费用几百万之巨！ Fourth，Clean energy saving on electricity, with a focus on the possible power grid harmonic filter, on the basis of conventional energy saving effect, improve skills 3 ~ 50%, especially can improve the reliability of the system 四是着力于电力清洁节能，重点是滤除可能存在的电网谐波,可在常规节能效果的基础上，提高技能率3~50%，特别是可以提高系统的可靠性。 Fifth，Comprehensive energy management, comprehensive, scientific and efficient management of electricity, water and gas can increase comprehensive energy efficiency to about 10-20% 五是综合性的能源管理，对电、水、气等实行综合、科学、高效的管理，可将综合能源利用率提高到10~20%左右。 The enterprise is reactive power and harm 企业无功功率及危害 The reverse of the magnetic field generated by the current hysteresis of a transformer,
按照不同的补偿对象，无功补偿容量有不同的计算方法。 （1）按照功率因数的提高计算 对需要补偿的负载，补偿前后的电压、负载从电网取用的电流矢量关系图如图3.7所示： I 2r I 1 补偿前功率因数1cos ?,补偿后功率因数2cos ?，补偿前后的平均有功功率为 P ，则需要补偿的无功功率容量 )t a n (t a n 21? ?-=P Q 补偿 （3.1） 由于负载功率因数的增加，会使电网给负载供电的线路上的损耗下降， 线损的下降率 %100)cos (3)cos (3)cos ( 3%21 122 2211?-= ?R I R I R I P a a a ???线损 %100)c o s c o s (1221??? ? ???-=?? （3.2） 式中R 为负载侧等值系统阻抗的电阻值。 （2）按母线运行电压的提高计算 ①高压侧无功补偿 无功补偿装置直接在高压侧母线补偿，系统等值示意图如图3.8所示： 图3.7 电流矢量图
P+jQ 补偿 图中， S U、U分别是系统电压和负载侧电压；jX R+是系统等值阻抗（不 含主变压器高低压绕组阻抗）；jQ P+是负载功率， 补偿 jQ是高压侧无功补偿容 量； 1 U、 2 U分别是补偿装置投入前后的母线电压。 无功补偿装置投入前后，系统电压、母线电压的量值存在如下关系： 无功补偿装置投入前 1 1U QX PR U U S + + ≈ 无功补偿装置投入后 2 2 ) ( U X Q Q PR U U S 补偿 - + + ≈ 所以 2 1 2U X Q U U补偿 ≈ -（3.3） 所以母线高压侧无功补偿容量 ) ( 1 2 2U U X U Q- = 补偿 （3.4） ②主变压器低压侧无功补偿 无功补偿装置在主变压器的低压侧进行无功补偿，系统等值示意图如图3.9所示： P+jQ 补偿 图3.8 系统等值示意图
没目标数值怎么计算？ 若以有功负载1KW，功率因数从0.7提高到0.95时，无功补偿电容量： 功率因数从0.7提高到0.95时： 总功率为1KW，视在功率： S＝P/cosφ＝1/0.7≈1.4(KVA) cosφ1＝0.7 sinφ1＝0.71(查函数表得) cosφ2＝0.95 sinφ2＝0.32(查函数表得) tanφ＝0.35(查函数表得) Qc＝S(sinφ1－cosφ1×tanφ)＝1.4×(0.71－0.7×0.35)≈0.65(千乏) 电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理. 计算示例 例如：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当前变压器满负荷运行时的功率因数cosφ =0.75， 现在需要安装动补装置，要求将功率因数提高到0.95，那么补偿装置的容量值多大？在负荷不变的前提下安装动补装置后的增容量为多少？若电网传输及负载压降按5%计算，其每小时的节电量为多少？ 补偿前补偿装置容量= [sin〔1/cos0.75〕－sin〔1/cos0.95〕]×1000=350〔KVAR〕安装动补装置前的视在电流= 1000/〔0.4×√3〕=1443〔A〕 安装动补装置前的有功电流= 1443×0.75=1082〔A〕 安装动补装置后视在电流降低=1443-1082/0.92=304 〔A〕 安装动补装置后的增容量= 304×√3×0.4=211〔KVA〕 增容比= 211/1000×100%=21% 每小时的节电量〔304 ×400 ×5% ×√3 ×1 〕 /1000=11 (度) 每小时的节电量(度)
1、无功补偿需求量计算公式： 补偿前：有功功率：P 1= S 1 *COS 1 ? 有功功率：Q 1= S 1 *SIN 1 ? 补偿后：有功功率不变，功率因数提升至COS 2 ?， 则补偿后视在功率为：S 2= P 1 /COS 2 ?= S 1 *COS 1 ?/COS 2 ? 补偿后的无功功率为：Q 2= S 2 *SIN 2 ? = S 1 *COS 1 ?*SIN 2 ?/COS 2 ? 补偿前后的无功差值即为补偿容量，则需求的补偿容量为： Q=Q 1- Q 2 = S 1*( SIN 1 ?-COS 1 ?*SIN 2 ?/COS 2 ?) = S 1*COS 1 ?*(1 1 1 2 - ? COS —1 1 2 2 - ? COS ) 其中：S 1-----补偿前视在功率；P 1 -----补偿前有功功率 Q 1-----补偿前无功功率；COS 1 ?-----补偿前功率因数 S 2-----补偿后视在功率；P 2 -----补偿后有功功率 Q 2-----补偿后无功功率；COS 2 ?-----补偿后功率因数
2、据此公式计算，如果需要将功率因数提升至0.9，在30%无功补偿情况下，起始功率因数为： Q=S*COS 1?*(1112-?COS —112 2-?COS ) 其中Q=S*30%，则： 0.3= COS 1?* (111 2-?COS —19.012-) COS 1?=0.749 即：当起始功率因数为0.749时，在补偿量为30%的情况下，可以将功率因数正好提升至0.9。 3、据此公式计算，如果需要将功率因数提升至0.9，在40%无功补偿情况下，起始功率因数为： Q=S*COS 1?*(1112-?COS —112 2-?COS ) 其中Q=S*40%，则： 0.4= COS 1?* (111 2-?COS —19.012-) COS 1?=0.683 即：当起始功率因数为0.683时，在补偿量为40%的情况下，可以将功率因数正好提升至0.9。
专 设备功率确定 负荷计算公式 一、计算 设备功率的确定 进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。 用电设备的额定功率r P 或额定容量r S 是指铭牌上的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算为统一负载持续率下的有功功率，即设备功率 N P 。 （1）连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。 （2）短时或周期工作制电动机（如起重机用电动机等）的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率。 当采用需要系数法和二项式法计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为25%下的有功功率。 ,225 .0r r r r N P P P εε==kW （5-2-1） 当采用利用系数法计算负荷时，应统一换算到负载持续率ε为100%下的有功功率。 r r N P P ε= （5-2-2） 式中 r P ——电动机额定功率，kW ； r ε——电动机额定负载持续率。 （3）电焊机的设备功率是将额定容量换算到负载持续率ε为100%时的有功功率。 ,cos ?εr r N S P = kW （5-2-3） 式中 r S ——电焊机的额定容量，kV A ； ?cos ——功率因数。 （4）电炉变压器的设备功率是指额定功率因数时的有功功率。 ,cos ?r N S P = kW （5-2-4） 式中 r S ——电炉变压器的额定容量，kV A 。 （5）整流器的设备功率是指额定直流功率。 （6）成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。 （7）白炽灯的设备功率为灯泡额定功率。气体放电灯的设备功率为灯管额定功
负荷计算及无功补偿 第3章负荷计算及无功补偿 供配电技术 南京师范大学电气工程系 第3章负荷计算及无功补偿 3.1 负荷曲线与计算负荷 3.2 用电设备额定容量的确定 3.3 负荷计算的方法 3.4 功率损耗与电能损耗 3.5 变电所中变压器台数与容量的选择 3.6 功率因数与无功功率补偿 3.1 负荷曲线与计算负荷 3.1.1 负荷曲线 负荷曲线(load curve)是指用于表达可分为有功负荷曲线和无功负荷曲线; 按所表示的负荷变动的时间分: 可分为日负荷,月负荷和年负荷曲线. 2.年最大负荷和年最大负荷利用小时数 (1)年最大负荷Pmax 年最大负荷Pmax就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最大的半小时的平均功率,因此年最大负荷也称为半小时最大负荷P30. (2)年最大负荷利用小时数Tmax 年最大负荷利用小时数又称为年最大负荷使用时间Tmax,它是一个假想时间,在此时间内,电力负荷按年最大负荷Pmax (或P30)持续运行所消耗的电能,恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能. 下图为某厂年有功负荷曲线,此曲线上最大负荷Pmax就是年最大负荷,Tmax为年最大负荷利用小时数. 3.平均负荷Pav 平均负荷Pav,就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率,也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值,即Pav=W/t 年平均负荷为Pav=Wa/8760 3.1.2 计算负荷(calculated load) 通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的"最大负荷"称为计算负荷,并把它作为按发热条件选择电气设备的依据,用Pca(Qca,Sca,Ica)或 P30(Q30,S30,I30)表示. 规定取"半小时平均负荷"的原因: 一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上,根据经验表明,中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3τ=3×10=30(min),如果导线负载为短暂尖峰负荷,显然不可能使导线温升达到最高值,只有持续时间在30min以上的负荷时,才有可能构成导线的最高温升. 3.1.3 计算负荷的意义和计算目的 负荷计算主要是确定计算负荷,如前所述,若根据计算负荷选择导体及计算负荷
无功补偿装置容量怎么计算？ 大家都知道，专变用户在消耗电网有功的时候，如果消耗有功功率较少，消耗无功功率较大，直接导致功率因数过低。功率因数低除了用户的力率调整电费受到影响，对电网也会造成危害。因此无功功率对供电系统和负载的运行都是十分重要的。 大部分用户的负载元件的阻抗基本都是呈感性，感性负载消耗的无功只能从电网中获取，显然就加大电网的损耗。解决的方式就是就地平衡无功，加装无功补偿装置。那么无功补偿装置的容量应该怎样计算呢？ 本文主要介绍两种无功补偿装置容量的计算方法 ① 给功率因数低的用户计算无功补偿 ② 对新增客户配置无功补偿装置 01 计算公式 公式中： P：实际的有功功率； Q1：没有加装无功补偿之前的无功功率； Q2：并联无功补偿运行之后的无功功率； Qj：需要补偿的无功功率； 案例： 假设某专变用户的变压器容量是630KVA，功率因数每个月均为0.6左右，导致该用户的力率调整电费被考核，现需要将功率因数提高到0.9左右，需要配置多大的无功补偿装置？
目前市场上的无功补偿装置容量规格有100、134、150、167、200、234、250、267、300、334、350、367、400、434、450、467、500、534、550、567、600等几种，因此加装334kvar自动投切装置比较合理。 02 对于新增加的负荷，简单来讲是不知道没有无功装置时的功率因数，通常来讲用情况一的方法是没有办法计算的，因为缺少一个已知参数。因此，这就需要我们引入一个经验值。 对于专变用户而言，供电局一般规定功率因数达到0.9才不被考核，而同一台630kW 的变压器，用户的实际负荷不同，配置的无功补偿装置也是不一样的。通常情况下，我们取变压器容量的30-40%。 案例： 假设某新增加专变用户的变压器容量是630kVA，需要配置多大的无功补偿装置？ 如果电机负载比重不大 Q=S×30%=630(kVA)×30%=189kvar 加装200kvar自动投切装置比较合理 如果电机负载比重较大 Q=S×40%=630(kVA)×40%=252kvar 加装250kvar自动投切装置比较合理 以上为个人肤浅的介绍，基本是按照低压侧补偿的方式。实际无功补偿装置的配置与计算较为复杂，负荷性质千千万万，不能一概而论。精确的配置需要详细计算每个单
电容补偿柜的电容容量如何计算 电容补偿柜的电容容量如何计算?（此文章讲的很透彻，很好的一篇文章）电网中由于有大功率电机的存在，使得其总体呈感性，所以常常在电网中引入大功率无功补偿器（其实就是大电容），使电网近似于纯阻性，Kvar就常用在这作为无功补偿电容器的容量的单位。 补偿电容器：主要用于低压电网提高功率因数，减少线路损耗，改善电能质量 电容器容量的换算公式为（指三相补偿电容器）： Q=√3×U×I ; I＝×C×U/√3 ; C=Q/×U×U) 上式中Q为补偿容量，单位为(Kvar)，U为额定运行电压，单位为(KV)，I为补偿电流，单位为(A)，C为电容值，单位为(F)。式中＝2πf/1000。 1. 例如：一补偿电容铭牌如下: 型号: , 3: 三相补偿电容器; 额定电压:; 额定容量:10Kvar ; 额定频率:50Hz ; 额定电容:199uF (指总电容器量，即相当于3个电容器的容量)。额定电流: 代入上面的公式，计算，结果相符合。 2. 200KVA变压器无功补偿柜匹配电容多少最合理? 一般来说,对于电动机类型的功率负荷,补偿量约为40%,对于综合配电变压器,补偿量约为20%. 如果知道未补偿前的功率因数,那么根据公式即可以算出具体的补偿量。 3. 例如：有电机12台，的电机4台，11KW的电机2台，500型电焊机15台，由于有用电高峰和低谷，在低谷时动力可下降30%，我现在用无功补偿柜里的电容器有4块14Kvar的，6块40Kvar的。据说匹配不合理，怎么样才能匹配合理。另外补偿器的读数在多少时最合适时没有罚款有奖励。 一般来说,配电变压器的无功补偿容量约为变压器容量的20%～40%，对于200KVA的配电变压器,补偿量约为40Kvar～80Kvar。准确计算无功补偿容量比较复杂，且负荷多经常变化，计算出来也无太大意义。一般设计人员以30%来估算，即选取60Kvar为最大补偿容量，也就是安装容量。电容器补的太少，起不到多大作用，需要从网上吸收无功，功率因数会很低，计费的无功电能表要“走字”，记录正向无功；电容器补的太多，要向网上送无功，网上也是不需要的，计费的无功电能表也要“走字”，记录反向无功；供电企业在月底计算电费时，是将正
无功补偿的计算 一、系统基本情况 XX钢丝绳有限公司35kV变电所目前采用二台SZ11-35±3×2.5%/0.4,1600kVA（Dyn11、U%=6.5）变压器，预留一台SZ11-35±3×2.5%/0.4,1600kVA变压器，电力供电系统经35kV变压器直接降压为0.4kV低压配电系统向热处理车间、拉丝车间、捻股合绳车间和工厂照明等供电。主要负荷为电动机。全厂总供电负荷4800kVA（包括预留），总用电负荷3200kW。 系统容量一般由当地供电部门提供，也可将供电电源出线开关的开断容量作为系统容量。根据设计院图纸，每台35kV变压器额定电流为2309.5A,额定分断电流为20kA，三台35kV变压器的总分断电流为60kA，则可认为系统容量S=3×（1.73×20（kA）×35000（V））=3×1211MVA ≈3600 MVA。实际可将上一级110kV系统设为无穷大。 二、用电设备基本情况 1．用电负荷 XX钢丝绳有限公司的主要用电负荷，拉丝车间的用电负荷为2720 kW，热处理车间负荷为240 kW，捻股合绳车间负荷为903kW等。主要设备为拉丝机，捻绳机等用电动机，全厂共拥用70台不同容量的电动机，总容量为3909kW。电动机的容量、数量（由设计院提供）见表1。 表1：电动机的容量、数量
2．用电负荷的谐波 根据我们分析，用电负荷的谐波主要来自以下几方面： （1）拉丝机的动力采用电磁调速电动机 拉丝机的动力采用电磁调速电动机，电磁调速电动机普遍采用YCT系列调速电动机，该系列调速电动机由鼠笼式异步电动机、电磁转差离合器和控制器三部分组成，能在规定的调速范围均匀地、连续地无级调速，并输出额定转矩。 控制器是将速度指令信号电压和调速电动机速度负反馈信号电压比较后，经放大电路及移相触发电路，从而控制了晶闸的开放角，改变了转差离合器的励磁电流，使调速电动机转速保持恒定。调节励磁电流即能使电动机在规定的调速范围内实现无级调速。 控制器的控制电机功率、最大输出（直流）见表2。 表2：控制器控制电机功率、最大输出（直流） （2）变频整流调速电动机 全厂有110、137kW 变频调速三相异步电机10台，总负荷1316kW，占全部电动机容量的34%。。该电机由变频整流调速装置来调速，一般采用6脉动交-直-交电流型变频器。电网通过可控硅三相全控桥给变频器供电，功率因数角约等于控制角a。供电电流包含6±1次谐波(K=1、2、3…)，并且在直流电流无脉动的理想情况下，n次谐波电流含量是基波电流的1/n。实际上，直流电流脉动导致五次谐波和七次谐波含量增加，大于七次谐波的高次谐波含量减少。 （3）无功补偿装置 变频器用量较大的用户，用电容器进行无功力率补偿虽然可以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供电电流和电容器电流中谐波和间谐波电流大副度增加。（4）热处理设备 热处理设备一般采用工频感应加热整流装置，小型换流装置采用６脉冲，其运行时产生大量谐
没目标数值怎么计算 若以有功负载1KW，功率因数从提高到时，无功补偿电容量： 功率因数从提高到时： 总功率为1KW，视在功率： S＝P/cosφ＝1/≈(KVA) cosφ1＝ sinφ1＝(查函数表得) cosφ2＝ sinφ2＝(查函数表得) tanφ＝(查函数表得) Qc＝S(sinφ1－cosφ1×tanφ)＝×－×≈(千乏) 电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理. 计算示例 例如：某配电的一台1000KVA/400V的变压器，当前变压器满负荷运行时的功率因数cosφ =， 现在需要安装动补装置，要求将功率因数提高到，那么补偿装置的容量值多大在负荷不变的前提下安装动补装置后的增容量为多少若电网传输及负载压降按5%计算，其每小时的节电量为多少 补偿前补偿装置容量= [sin〔1/〕－sin〔1/〕]×1000=350〔KVAR〕 安装动补装置前的视在电流= 1000/〔×√3〕=1443〔A〕 安装动补装置前的有功电流= 1443×=1082〔A〕 安装动补装置后视在电流降低=1443-1082/=304 〔A〕 安装动补装置后的增容量= 304×√3×=211〔KVA〕
学号1350803111 《电力系统稳态分析》 课程设计 题目：110kv电力网最大负荷下的无功补偿和调压计算系院：物理与机电工程学院 专业：电气工程及其自动化131班 作者：伟 指导教师：永科职称：副教授 完成日期： 2 0 1 6 年06 月12
河西学院本科生课程设计任务书
目录 摘要 (1) 第1章原始数据及设计要求 (2) 1.1节点负荷与电力网接线图 (2) 1.2 设计容及要求 (2) 第2章无功补偿原理及方法 (3) 2．1无功补偿设计原理 (3) 2.2无功补偿的一般方法 (4) 2.3无功补偿装置的分类 (5) 2.3.3静止无功补偿器 (6) 2.4 无功功率与电压的调整 (7) 第3章电力系统的参数计算 (9) 3.1已知的系统参数 (9) 3.2各系统元件参数计算 (9) 第4章负荷节点的无功补偿 (10) 4.1无功补偿的相关计算 (11) 4.2电容组的选择 (11) 第5章无功补偿后电网的潮流计算 (11) 5.1变电所T-2的功率损耗和潮流计算 (11) 5.2线路L耗和潮流计算-2的功率损 (13) 5.3变电所T-3的功率损耗和潮流计算 (13) 5.4线路L-1的功率损耗和潮流计算 (14) 5.5变电所T-1的功率损耗和潮流计算 (15) 第6章电路系统的调压计算 (16) 6.1调整电压的必要性 (16) 总结 (17)
摘要 随着我国经济建设的不断发展，电网的工作运行收到极大的考验，目前许多变电站普遍存在负荷过重的情况，需要假装无功补偿装置来提高电网输送能力。本文根据电网变压器线路无功损耗产生机理，详细阐述了220KV变电站电力变压器无功补偿计算方法，以提高输电设备的利用率，降低电力系统设备的损耗和有功网损，减少能耗和发电费用，最后对最优方案进行调压计算。 关键字：电力网无功补偿调压计算
1目前在无功补偿容量确定中存在的问题 在配电工程设计时需要合理地确定补偿容量。如果容量确定不合理，将会降低补偿效果，缩短设备的使用寿命，使用户在经济上遭受损失。 企业所需无功容量的大小为 )(21??βtg tg P Q c aw c -= （1） 式中c P ---由变配电所供电的月最大有功功率 aw β---月平均负载率 1?---补偿前的功率因数角 2?---补偿后的功率因数角 在实际配电工程设计时一般都采用经验系数，即 b c W K Q β= （2） 式中b W ---配变容量 βK ---经验系数 许多设计单位设计时都将βK 值取为变压器容量的1/3左右（负 载率为70%-80%）。其中补偿降压变压器励磁无功功率和漏抗无功损失之和为h c W Q %)12~%8(=，补偿供电区尖峰无功负荷为 W h 左右。 无论采用式（1），还是经验系数法来确定补偿容量，都是以把用户功率因数提高到0.9~0.95为标准。有理论分析可知当功率因数超过0.95时，功率因数值随电容量增加的曲线趋于平缓，如图1表示。因此，功率因数值越接近1，投资效益比越低，再增加补偿容量是不经济的。但是，理论分析忽略了电容器容量衰减造成补偿容量下降所
引起的经济损失，在实际应用中并不合理。 00.20.40.60.8 1.0 1.2 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.800.85 0.90 0.95 1.00 )/(c aw c P Q K β= 图1 功率容量与功率因数关系曲线 那么无功补偿的合理容量应如何确定呢？笔者认为在计算时应综合考虑电容容量下降所带来的影响，留有一定的裕度，以求获得最佳经济效益。 2 合理补偿容量的确定 现在低压无功补偿一般均采用干式自愈式并联电容器。与油侵式电容器相比，这种电容具有体积小、无泄漏等许多优点，但缺点是寿命较短。因为自愈式电容其介质采用单层聚丙烯膜，表面蒸镀了一层2cos ?
一、无功补偿装置介绍 现在市场上的无功补偿装置主要分为固定电容器组、分组投切电容器组、有载调压式电容器组、SVC与SVG。下面介绍下各种补偿装置的特点。 1) 固定电容器组。其特点就是价格便宜,运行方式简单,投切间隔时间长。但它对于补偿变化的无功功率效果不好,因为它只能选择全部无功补偿投入或全部无功补偿切出,从而可能造成从补偿不足直接补偿到过补偿,且投切间隔时间长无法满足对电压稳定的要求。而由于光照强度就是不停变化的,利用光伏发电的光伏场发出的电能也跟着光伏能力的变化而不断变化,因此固定电容器组不适应光伏场的要求,不建议光伏项目中的无功补偿选用固定电容器组。 2) 分组投切电容器组。分组投切电容器组与固定电容器组的区别主要就是将电容器组分为几组,在需要时逐组投入或切出电容器。但它仍然存在投切间隔时间长的问题,且分的组数较少,一般为2～3组(分的组数多了,投资与占地太大),仍有过补偿的可能。因此分组投切电容器组适用于电力系统较坚强、对相应速度要求较低的场所。 3) 有载调压式电容器组。有载调压式电容器组与固定电容器组的区别主要就是在电容器组前加上了一台有载调压主变。根据公式Q=2πfCU2可知,电容器组产生的无功功率与端电压的平方成正比,故调节电容器组端电压可以调节电容器组产生的无功功率。有载调压式电容器组的投切间隔时间大大缩短,由原来的几分钟缩短为几秒钟。且有载调压主变档位较多,一般为8～10档,每档的补偿无功功率不大,过补偿的可能性较小。因此分组投切电容器组适用于电力系统对光伏场要求一般的场所。 4) SVC。SVC全称为Static Var Compensator,即静态无功补偿装置。 SVC如上图所示接入系统中,电容器提供固定的容性无功Qc。电抗器提供滞后的无功,大小连续可调。可以通过控制电抗器L上串联的两只反并联可控硅的触发角α来控制电抗器吸收的
无功补偿容量计算系数表 改善拟改善功因：Cos B2 前功 因0.80 0.85 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 Unity Cos 0 1 0.50 0.9821.1121.2481.2761.3061.3371.3691.4031.4401.4811.5291.5901.732 0.51 0.9371.0671.2021.2311.2611.2911.3241.3581.3951.4361.4841.5441.687 0.52 0.8931.0231.1581.1871.2171.2471.2801.3141.3511.3921.4401.5001.643 0.53 0.8500.9801.1161.1441.1741.2051.2371.271 1.3081.3491.3971.4581.600 0.54 0.8090.9391.0741.1031.1331.1631.1961.2301.2671.3081.3561.4161.559 0.55 0.7680.8991.0341.0631.0921.1231.1561.1901.2271.2681.3151.3761.518 0.56 0.7290.8600.9951.0241.0531.0841.1161.151 1.1881.2291.2761.3371.479 0.57 0.6910.8220.9570.9861.0151.0461.0791.1131.1501.1911.2381.2991.441 0.58 0.6550.7850.9200.9490.9791.0091.0421.0761.1131.1541.2011.2621.405 0.59 0.6180.7490.8840.9130.9420.9731.0061.0401.0771.1181.1651.2261.368 0.60 0.5830.7140.8490.8780.9070.9380.9701.0051.0421.0831.1301.1911.333 0.61 0.5490.6790.8150.8430.8730.9040.9360.9701.0071.0481.0961.1571.299 0.62 0.5150.6460.7810.8100.8390.8700.9030.9370.9741.0151.0621.1231.265 0.63 0.4830.6130.7480.7770.8070.8370.8700.9040.9410.9821.0301.0901.233 0.64 0.4510.5810.7160.7450.7750.8050.8380.8720.9090.9500.9981.0581.201 0.65 0.4190.5490.6850.7140.7430.7740.8060.8400.8770.9190.9661.0271.169 0.66 0.3880.5190.6540.6830.7120.7430.7750.8100.8470.8880.9350.9961.138 0.67 0.3580.4880.6240.6520.6820.7130.7450.7790.8160.8570.9050.9661.108 0.68 0.3280.4590.5940.6230.6520.6830.7150.7500.7870.8280.8750.9361.078 0.69 0.2990.4290.5650.5930.6230.6540.6860.7200.7570.7980.8460.9071.049 0.70 0.2700.4000.5360.5650.5940.6250.6571.2470.7290.7700.8170.8781.020 0.71 0.2420.3720.5080.5360.5660.5970.6290.6630.7000.7410.7890.8490.992 0.72 0.2140.3440.4800.5080.5380.5690.6010.6350.6720.7130.7610.8210.964 0.73 0.1860.3160.4520.4810.5100.5410.5730.6080.6450.6860.7330.7940.936 0.74 0.1590.2890.4250.4530.4830.5140.5460.5800.6170.6580.7060.7660.909 0.75 0.1320.2620.3980.4260.4560.4870.5190.5530.5900.6310.6790.7390.882 0.76 0.1050.2350.3710.4000.4290.4600.4920.5260.5630.6050.6520.7130.855 0.77 0.0790.2090.3440.3730.4030.4330.4660.5000.5370.5780.6260.6860.829 0.78 0.0520.1830.3180.3470.3760.4070.4390.4740.5110.5520.5990.6600.802 0.79 0.0260.1560.2920.3200.3500.3810.4130.4470.4840.5250.5730.6340.776 0.80 - 0.1300.2660.2940.3240.3550.3870.4210.4580.4990.5470.6080.750 0.81 - 0.1040.2400.2680.2980.3290.3610.3950.4320.4730.5210.5810.724 0.82 - 0.0780.2140.2420.2720.3030.3350.3690.4060.4470.4950.5560.698 0.83 - 0.0520.1880.2160.2460.2770.3090.3430.3800.4210.4690.5300.672 0.84 - 0.0260.1620.1900.2200.2510.2830.317 0.3540.3950.4430.5030.646
水利电力部 文件 国家物价局 功率因数调整电费办法 （83）水电财字第215号文件1983年12月2日 ?鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡， 以提高供电用双方和社会的经济效益，特制定本办法。 ?功率因数的标准值及其适用范围 ?功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压 供电电力排灌站； ?功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户），100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以 上的电力排灌站； ?功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户， 但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。 ?功率因数的计算 ?凡实行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电度表，按用户 每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数； ?凡装有无功补尝设备且有可能向电网倒送无功电量的用户，应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补尝设备，电业部门并应在计费计量点加装有防倒装置的 反向无功电度表，按倒送的无功电量与实用无功电量两者的绝对值之和，计算月平均功 率因数； ?根据电网需要，对大用户实行高峰功率因数考核，加装记录高峰时段内有功、无功电量的电度表，据以计算月平均高峰功率因数；对部分用户还可试行高峰、低谷两 个时段分别计算功率因数，由试行的省、市、自治区电力局或电网管理局拟订办法，报 水利电力部审批后执行。 ?电费的调整 根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”（表一、二、三、）所规定的百分数增减电费。如用户的功率因数在“功率因数调整电 费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。 五、根据电网的具体情况，对不需增设补尝设备，用电功率因数就能达到规定标准的用户，或离电源点较近，电压质量较好、勿需进一步提高用电功率因数的用户，可以降低功率因数标准或不实行功率因数调整电费办法，但须经省、市、自治区电力局批准备，并报电网管理局备案。降低功率因数标准的用户的实际功率因数，高于降低后的功率因数标准时，不减收电费，但低于降低后的功率因数标准时，应增收 电费。