项目二工矿企业负荷计算和变压器选择.doc

项目二 工矿企业负荷计算和变压器选择
内容一
工矿企业负荷计算
内容二
功率因数的提高；提高功率因数的方法补偿电容器的选择
内容三
变压器的择选

内容一 工矿企业负荷计算
内容介绍：
进行负荷的统计计算，为工矿企业供电系统变压器、电气设备、输电线路的选择和继电保护装置的整定计算提供重要的依据。
内容分析：
分析各种工作制下设备的额定功率，利用需用系数法进行复核统计计算。
知识点
1、用电设备工作制
2、需用系数法
3、负荷计算方法
技能点
1、会进行负荷统计
2、会进行负荷计算
一、用电设备工作制
1、长时连续工作制用电设备（补：①解释：设备长时连续运行，负荷比较稳定 。铭牌值。）②举例：通风机水泵、空气压缩机、机床电机、照明、水泵等。 ③负荷功率：等于铭牌下的额定功率。
2、短时工作制用电设备：（补：①解释：运行时间短，停歇时间长。）容量小可不考虑；容量大的适当考虑。②举例：车床进给电动机、小绞车、控制闸门电动机等。 ③负荷性质。
3、断续周期工作制用电设备
（1）断续周期工作制：周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，工作周期一般不超过10分钟。
（2）举例:点焊机、对焊机、吊车
负荷持续率：为一个工作周期内时间与工作周期的百分比，用“ε ”表示。

断续周期工作制设备的额定容量（名牌功率）PN ,是对应于某一标准负荷持续率的εN

二、需用系数法
需用系数：用电设备的实际负荷总容量与其额定总容量的百分比值。
需用系数法：根据用电设备的额定容量和需用系数，计算实际负荷容量的方法。
1、单台设备需用系数

2、成组设备需用系数：加权平均效率

三、负荷计算方法
1、单台用电设备的计算负荷

2、成组用电设备的计算负荷

煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数可查表。
3、变电所总负荷的计算原则：
（１）按逐级计算法确定计算负荷：末—首。考虑同时系数、线路损耗、变压器损耗。
（２）分组原则：按生产环节、设置地点分。
（３）分组计算：负荷系数原则。按需用系数法确定计算负荷总容量、需用系数
四、负荷统计

小结
1、用需用系数法统计负荷时，应先将不同工作制下的用电设备功率换算成统一工作制下的额定功率。
2、用电设备组的计算负荷
Pca=KdeΣPN ，Qca=Pcatanφwm ，Sca=Pca／COSφωm 。
3、统计变电所总计算负荷时，应从供电系统末端开始向电源侧统计。将下级各线路负荷相加后再乘以组间最大负荷同时系数即为本线路的计算负荷。但各最大负荷同时系数的乘积不得小于0.8。
思考题
1、工矿企业用电设备按工作制的分类？各有什么特点？何谓负荷持续率？
2、什么是需用系数？什么是负荷系数？什么是同时系数？什么是加权平均功率和加权平均效率？
3、根据提供的计算参数进行负荷计算？
内容二 功率因数的提高
内容介绍
1、工矿企业使用大量的感应电动机和变压器等设备，供电系统除供给有功功率外，还需供给大量的无功功率。
2、提高功率因数，减少了电能损耗，降低了电压损失，避免电力部门对煤矿企业的电费惩罚。
内容分析
提高功率因数的方法：
1、提高负荷的自然功率因数
2、人工补偿提高功率因数
知识点
1、提高功率因数意义
2、提高自然功率因数意义和方法
3、功率因数的人工补偿方法
技能点
1、能够制定提高自然功率因数的方案
2、能够确定补偿电容器的接线方式
3、能够选择补偿电容器要求
一、提高自然功率因数的意义与方法
1、提高功率因数的意义
（1）提高电力系统的供电能力。（P=S cosφ）
(2）减少供电网络的电压损失，提高供电质量。
(3）降低供电网络的功率损耗。（ΔP=3I²R）
(4）降低企业产品企业的成本。
电费的收取方法：“两部电价制”：基本电价、电度电价。 cosφ大于等于0.9 奖，低于此值罚。
2、提高自然功率因数的方法:
(1)正确选择并合理使用电动机
(2)合理选择变压器容量
(3)对于容量较大，且不要求调速的电动机，尽量选用同步机。
二、怎样补偿功率因数
功率因数的补偿方法:
1、电容器无功容量的计算
Qc=PΣ（tanφ-tanφac） 如图2-1
2、电容器（柜）台数的确定
N=Qc/qNc（Uw/UNc）²。每相所需要电容器台数n=N/3≥偶数

3、电容器的补偿方式和连接方式:
（1）电容器的补偿方式：单独就地补偿；分散补偿；集中补偿
（2）电容器的接线方式：三角形接线；星形接线

图2-1
小结
1、提高功率因数的意义。
2、提高功率因数的方法：
(1) 提高自然功率因数。
(2)人工补偿法（并联电容器法）。
3、电容器的选择：补偿方式、接法、容量计算、放电要求。
思考题
1、为什么提高功率因数？如何提高功率因数？
2、并联电容器的补偿方式有几种？优缺点是什么？电容器组一般采用何种接线方式？为什么？
3、某工厂变电所装有一台S9-630/10型电力变压器其二次侧（380V）的有工计算负荷为420KW无功计算负荷350Kvar 试求此变电所一次侧的计算负荷及功率因数。如果功率因数未达到0.9，问此变电所低压母线上应装多少电容器才能达到要求。

内容三 变压器的择选
内容介绍
变压器是工矿企业的重要设备，通过对工矿企业各类负荷统计分析，正确选择主变压器的容量、台数以及运行方式，确保工矿企业供电的可靠性和经济性。
内容分析
1、根据是否有一、二类负荷确定变压器台数，
2、根据补偿电容接入之后的计算负荷确定变压器容量，
3、根据变压器的损耗情况决定变压器的经济运行方式。
知识点
1、变压器的选择原则
2、变压器的经济运行分析方法
技能点
1、能够确定变压器的型号、台数、容量
2、能够分析变压器经济运行情况
一、变压器选择原则
1、原则：供电安全、可靠、经济为前提，同时考虑发展余地。
2、变电所主变压器的选择。
（1）主变压器台数的确定
矿井变电所的主变压器一般选择两台。当其中一台故障或检修时，另一台应保证全矿总计算负荷的80%，具有大量一、二类负荷的变电所，当其中一台故障或检修时，另一台应保证全部一、二类负荷不中止供电，并不的小于全部负荷的70%。只有二、三类负荷的变电所，可选用一台变压器，但应有备用电源。对于变化较大的负荷，可采用两台变压器。
（2)变电所主变压器容量的确定
1）当选用两台变压器且同时运行，每台变压器容量为
SNT≥KtpPΣ∕COSφac=KtpSac
故障保证系数Ktp，煤矿不应小于0.8，工厂不应小于0.7
2）当一台运行一台备用时，则变压器应SNT≥Sac
3）当只选用一台变压器时，变压器容量为SNT≥（1.15～1.25）Sac
二、变压器的经济运行分析方法
1、变压器的损耗计算
（1）无功功率经济当量的概念
为了计算电器设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损耗，引入一个换算系数Kec，称无功功率经济当量。
无功功率经济当量Kec的值与输电距离、电压变换次数等因数有关。
对于发电机直配用户 Kec=0.02～0.04
对于经两极变压用户 Kec=0.05～0.07
对于经三级以上变压的用户 Kec=0.08～0.1
（2）变压器的功率损耗
单台变压器运行时其功率损耗为：
ΔPI=ΔPT+KecΔQT=ΔPλT+β²ΔPNT+Kec（ΔQiT+β²ΔQNT） =ΔPλT+KecΔQiT+（Sac/SNT）²（ΔPNT+KecΔQNT）
两台变压器同容量并联运行时，其总运行功率损耗为单台变压器运行损耗的2倍，若几台时并联，则为N倍。

2、变压器的经济运行分析
（1）单台变压器经济运行
1）满足变压器单位容量的有功损耗换算值ΔPI/S最小，令d（ΔPI/S）Ds=0。求得单台变压器的经济负荷
2）单台变压器运行经济负荷功率

（2）两台变压器经济运行
1）根据上叙公式可绘出变压器功率损耗ΔP与变压器负荷S的关系曲线，两条曲线交点所对应的负荷Scr就是变压器经济运行的临近负荷。
2）两台变压器并联经济运行的临近负荷Scr

三、确定变压器的型号、台数、容量
示例： 已知某煤矿年产量为150万t，地区电源电压为63 kV，矿井全部用电设备的技术数据见负荷统计表。试求该矿井总降压变电所的计算负荷，并选择主变压器；计算全矿吨煤电耗及确定变压器的经济运行方式。
解： 负荷统计低压负荷的统计负荷统计应从线路末端开始逐级向电源侧统计。这时应先统计各低压负荷组的计算负苛，选出配电变压器；求出变压器一次计算负荷后，将计算结果填入表中，然后再参与全矿负荷的统计。

下面以地面工业广场为例进行计算。
1、用电设备功率的确定。由于煤矿大量负荷都为长时或短时工作制的负荷，其设备的功率等于其额定功率，所以不必进行功率换算。
2、单相负荷换算为三相负荷。由于煤矿单相用电设备占总负荷比例很少，故均按三相平衡负荷计算。
3、用电设备(组)的计算负荷。
用需用系数法统计负荷，查表查出对应电气设备(组)的需用系数Kde、功率因数，并计算其正切值，填于负荷统计表的8、9及10等栏内。然后分别计算单台或成组三相用电设备的计算负荷，并分别填于负荷统计表11、12、13及14等栏内。
以主井提升辅助设备为例计算各组设备的计算负荷：
kde=0.7, =0.7，则
Pca=Kde∑PN=0.7×259.8=181.9kw
Qca=Pca =181.9×1.02=185.5kvar
Sca===259.8KVA
E=PcaTmax=181.9×3500=636.7MW•H

将上述计算结果分别填入负荷统计表第11—14栏和第16栏内。
其它各组负荷的计算与上述相同。

某工矿负荷统计表

地面工业广场低压负荷统计表

4、地面工业广场低压负荷统计
低压负荷总计：将表中第1～10行的有关数据相加。即：
∑Pca=181.9+158.8+…+256.0=1325.9kw
∑Qca=185.5+162.0+…+40.0=998.8kvar
低压计算负荷：工业广场低压侧计算负荷计算，取： Ksp=0.95，Ksq=0.97，则
Pˊca∑=Ksp∑Pca=0.95×1325.9=1259.6KW
Qˊca∑=Ksq∑Qca=0.97×998.8=968.8KW

5、配电变压器的选择
考虑到工业广场低压负荷有一类负荷的辅助设备，为了保证供电的可靠须选两台变压器，每台变压器的计算容量为：

查表选S9-1250/10型变压器两台，其技术数据见下表：
S9-1250/10型变压器技术数据
型号
额定容量
KVA
额定电压KV
额定损耗KW
阻抗电压
%
空载电流
%
连接组
重量
t
外形尺寸：
mm
高压
低压
空载
短路
长
宽
高
S9-1250/10
1250
6
0.4
2.2
11.8
4.5
1.2
Y，yn0
4.65
2310
1910
2630
变压器负荷系数：

小结
1、变压器台数、容量的选择依据。
2、变压器的损耗计算：有功功率损耗计算和无功功率损耗计算。
3、变压器的经济运行：单台、两台、多台变压器经济运行负荷、临界负荷。
思考题

1、什么是经济负荷？什么是临近负荷？什么是临近负荷率？它们有什么不同？
2、变压器具体选择方法步骤？