电力负荷计算.ppt
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1、第3章,常用计算之一 电力负荷计算,提问:,说出图中各设备的名称及其功能,电力系统对电气设备的基本要求,绝缘安全可靠,能够承受工频最高工作电压的长期作用、内外过电压的短时作用; 有一定的过载能力; 正常发热不超过正常发热的允许温度; 短路情况下,有足够的热稳定性和动稳定性; 工作性能可靠,结构简单,成本低。,本章主要介绍常用计算之一负荷计算部分。 介绍中小型工厂电力负荷的运用情况、负荷性质及其工作制,负荷曲线绘制,及负荷计算的主要参数计算负荷。 分析了载流导体运行温度计算,讲述了计算负荷的确定方法,介绍了确定用电设备组计算负荷的常用方法需要系数法和二项式系数法等。简要介绍了照明负荷的分析计算。
2、 电力系统供电技术中的无功补偿措施。,本章内容提要,3.1 电力负荷和负荷预测,“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义,它可以指用电设备或用电单位,也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。,工厂常用用电设备,生产加工机械的拖动设备; 电焊、电镀设备; 电热设备; 照明设备。,生产机械的拖动设备,电焊和电镀设备,电焊设备,电焊机的工作特点是: (1)工作方式呈一定的同期性,工作时间和停歇时间相互交替。 (2)功率较大。 (3)功率因数很低。 (4)一般电焊机的配置不稳定,经常移动。,电镀设备的工作特点是: (1)工作方式是长期连续工作的。 (2)供电采用直流电源,需要晶闸管整流设备。 (
3、3)容量较大,功率因数较低。,电镀 的作用:防止腐蚀,增加美观,提高零件的耐磨性或导电性等,如镀铜、镀铬。,电镀设备,电焊和电镀设备,电热设备,电热设备的工作特点是: (1)工作方式为长期连续工作方式。 (2)电力装置一般属二级或三级负荷。 (3)功率因数都较高,小型的电热设备可达到1。,表 小型机械类工厂中常用重要电力负荷的级别分类,电气照明负荷,照明设备类型:白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。,照明设备的工作特点: (1)工作方式属长期连续工作方式。 (2)除白炽灯、卤钨灯的功率因数为1外,其它类型的灯具功率因数均较低。 (3)照明负荷为单相负荷,单个照
4、明设备容量较小。 (4)照明负荷在工厂总负荷中所占比例通常在10%左右。,照明的基本知识,电光源及常用灯具 热辐射光源:利用物体加热时发光的原理所做成的光源,如白炽灯,卤钨灯。 气体放电光源:利用气体放电发光的原理所做成的光源,如荧光灯、荧光高压汞灯。 (1)白炽灯 靠钨丝通过电流产生高温,从而引起热辐射发光。,(2)卤钨灯 它的发光原理与白炽灯相同,但在白炽灯泡中充入了微量的卤化物(如碘化物和溴化物),利用钨循环来提高发光效率。 (3)荧光灯 利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电,发出少许可见光和大量的紫外线,这些紫外线再激励灯管内壁的荧光粉,产生大量的可见光。,(4)高压汞灯 是荧光灯的
5、改进产品,属于高气压的汞蒸气放电光源,发光原理与荧光灯相同。 (5)高压钠灯 它利用高压的钠蒸气放电发光,(6)金属卤化物灯 在高压汞灯内添加某些金属卤化物,靠金属卤化物的循环作用,不断向电弧提供相应的金属蒸气,金属原子在电弧激发而辐射该金属的特征光谱线。 (7)管形氙灯 高压氙气放电时能产生很强的白光,接近连续光谱,和太阳光十分相似,灯的功率大(可达100kW),亮度高,俗称“人造小太阳”。,常用照明电光源的主要特性表,用电负荷的分类,各类负荷的运行特点和重要性不一样,它们对供电的可靠性和电能品质的要求不同。我国将电力负荷按其对供电可靠性要求的不同划分为: 一级负荷、二级负荷和三级负荷 具体
6、的划分标准由国家电力管理部门制订的规程规定. 用电负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定,反映它对供电可靠性要求。如工厂中一、二级负荷点的比例较大(占60%80%),因此即便是短时停电造成的经济损失都很可观。掌握了负荷分级及其对供电可靠性的要求后,在设计新建或改造工厂的供电系统时可以按照实际情况进行方案拟定和分析比较,使供电方案技术经济最合理,并保证安全性。,一级负荷(First Grade Load),一级负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险,或造成重大设备损坏且难以修复,或给国民经济带来极大损失。 一级负荷应要求由两个独立电源(双重电源)供电。而对一级负荷中的特别重要负荷(Vit
7、al Load in First Grade Load),应由两个独立电源点(强调几个独立电源来自不同的地点 )供电。 一级负荷通常又叫保安负荷。对保安负荷须备有应急使用的可靠电源,当工作电源突然中断时,保证工厂安全停产。这种为安全停产而应急使用的电源称为保安电源。,双重电源:一个负荷的电源由两个互相独立的电路提供。即当一电源发生故障时,另一电源不应同时受到损坏。 同时具备下列两个条件的发电厂、变电站的不同母线均属独立电源: 每段母线的电源来自不同的发电机; 母线段之间无联系,或虽有联系,但当其中一段母线发生故障时,能自动断开联系,不影响其余母线段继续供电。,一级负荷中特别重要负荷对电源的要求
8、 除应由双重电源供电外,尚应增设应急电源,并严禁将其它负荷接入应急供电系统。同时,设备的供电电源切换时间,应满足设备允许中断供电的要求。,一级负荷举例: 1)中断供电将造成人身伤亡。例如医院手术室的照明及电力负荷、婴儿恒温箱、心脏起搏器等单位或设备。 2)中断供电将在政治、经济上造成重大损失。例如国宾馆、国家级会堂以及用于承担重大国事活动的场所; 中断供电将造成重大设备损坏、重大产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复的重点企业、一类高层建筑的消防设备等用电单位或设备。 3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、不低于四星级标准的宾馆、
9、大型体育场馆、大型商场、大型对外营业的餐饮单位以及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等重要用电单位或设备。 4)中断供电将造成公共秩序严重混乱的特别重要公共场所。例如大型剧院、大型商场、重要交通枢纽等,一级负荷中的特别重要负荷 对于重要的交通枢纽、通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心、经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等,中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作,或者中断供电将会发生爆炸、火灾、严重中毒,以及特别重要场所中不允许中断供电的一级负荷为特别重要负荷。 如:当生产装置工作电源突然中断时,为确保安全停车,避免引起爆炸、火灾、中毒、
10、人员伤亡,而必须保证的负荷,为特别重要负荷; 如 中压及以上的锅炉给水泵,大型压缩机的润滑油泵等; 民用建筑中大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统、大型国际比赛场馆的记分系统及监控系统等; 或事故一旦发生能及时处理,防止事故扩大,保证工作人员抢救和撤离,而必须保证的用电负荷,为特别重要负荷。,符合下列条件之一即为二级负荷: 1)中断供电,将在经济上造成较大损失的负荷。 如:由于停电,使主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等的负荷。 2)中断供电,将影响较重要用电单位正常工作的负荷。如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷,以及中断供电
11、将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱的负荷。,二级负荷(Second Grade Load),二级负荷对电源的要求 二级负荷的供电系统,宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时,二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。 二级负荷的“两回路线路供电”要求与一级负荷的“双重电源”要求不同,后者强调电源的相对独立性。 当采用架空线时,可为一回架空线供电。这主要是考虑架空线路的常见故障检修周期较短,而并非电缆的故障率高。事实上,电缆的故障率较架空线低。,二级负荷举例 1)中断供电将造成较大政治影响者。例如省部级办公楼、民用机场中处特别重要和普通一级负荷外的用
12、电负荷等。 2)中断供电将造成较大经济损失者。例如中断供电将造成主要设备损坏、大量产品报废的企业、中型百货商场、二类高层建筑的消防设备、四星级以上宾馆客房照明等用电单位或用电设备。 3)中断供电将影响正常工作的重要用电单位或用电设备。例如小型银行(储蓄所)、通信枢纽、电视台的电视电影室等。 4)中断供电将造成公共秩序混乱的较多人员集中的公共场所。例如丙级影院剧场、中型百货商场、交通枢纽等用电单位或用电设备。,三级负荷(Third Grade Load),所有不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求,允许较长时间停电,可采用单回路供电。 对供电无特殊要求,允许较长时
13、间停电,可采用单回路供电。,发电厂 厂用负荷的分类,I类厂用负荷,II类厂用负荷,III类厂用负荷,事故保安负荷 直流保安负荷 0 II负荷 交流保安负荷 0 III负荷,不间断供电负荷(0I类负荷),短时停电将造成主辅设备损坏、危及人身安全、主机停运、影响大量出力。,允许短时停电(几秒至几分钟),恢复供电后不致造成生产紊乱。,较长时间停电不会直接影响生产,仅会造成生产上的不方便。,单机在200MW及以上的大容量电厂中,要求在事故停机过程中及停机后的一段时间内仍必须保证供电,否则可能引起主要设备损坏、重要自动控制失灵或危及人身安全。,机组运行、正常或事故停机过程中甚至停机后的一段时间内需连续供
14、电并具有恒频恒压特性的负荷。,根据厂用负荷在电厂运行中起的作用、供电中断对人身设备及生产造成的影响程度而分为五类:,发电厂 厂用电负荷类型 示例,1)类厂用负荷:如火电厂的给水泵、凝结水泵、循环水泵,引风机、送风机等;水电厂的调速器、润滑油泵等。 2)类厂用负荷:如火电厂的工业水泵、疏水泵、灰浆泵、输煤设备、化学水处理设备等;水电厂的绝大部分厂用电动机负荷。 3)类厂用负荷:如实验室、中央修配厂、油处理室等负荷。 4) 0类负荷(不停电负荷)。如计算机实时监控系统,要求电源停电时间不得超过5ms,否则会造成数据遗失或生产设备失控。采用专门的不停电电源(UPS)供电。,发电厂 厂用电负荷类型 示
15、例,5)0类负荷(直流保安负荷)。如发电厂的继电保护和自动装置、信号设备、控制设备以及汽轮机和给水泵的直流润滑油泵、发电机的直流氢密封油泵等,是由直流系统供电的直流负荷,称为直流保安负荷,或称为0类负荷。这类负荷要求由独立的、稳定的、可靠的蓄电池组或整流装置供电。 6)0类负荷(交流保安负荷)。如盘车电动机、交流润滑油泵、交流氢密封油泵、消防水泵等。常采用柴油发电机、燃汽轮机组或具有可靠的外部独立电源等作为电源。,电力系统负荷按使用区域类型分,主要有:城市民用负荷 、商业负荷、工业负荷、农村负荷及其他负荷。 不同类型的负荷具有不同的特点和规律,即具有不同的负荷曲线。 1)城乡居民负荷:主要是家
16、用电器,有逐年增长趋势、明显的季节性波动,与居民日常生活工作规律紧密相关; 2)商业负荷:主要是商业部门的照明、空调、动力等,覆盖面大、用电增长平稳,具有季节性特点,在电力负荷中比重不如工业和居民用电,但照明和空调负荷占用电力系统高峰时段,另外,是节假日影响电力负荷的主因。,3)工业负荷:在用电构成中占首位,与工业用户的工作方式(如设备利用情况、企业的工作班制等)、和行业特点、季节因素都紧密相关,一般负荷比较恒定; 4) 农村负荷:农村居民用电和生产用电,受气候、季节等自然条件影响大,受农作物种类和耕作习惯影响。用电负荷集中时间与城市工业负荷高峰时间有差别,有利于提高电网负荷率。 电力负荷的特
17、点:负荷变化是连续的过程,一般不会出现大的跃变,但对季节、温度、天气敏感。该特点决定了电力总负荷由四部分组成:基本正常负荷分量、天气敏感负荷分量、特别事件负荷分量和随机负荷分量。,金属加工企业的日负荷曲线,酒店的日负荷曲线,夏天的工作日 冬天的工作日 夏天的星期日 冬天的星期日 家庭负荷的日负荷曲线,3.2 工厂电力负荷和负荷曲线,负荷曲线是表示电力负荷随时间变动情况的曲线。负荷曲线按负荷对象分,有工厂的、车间的或某台设备的负荷曲线;按负荷的功率性质分,有有功和无功负荷曲线;按表示的时间分,有年的、月的、日的和工作班的负荷曲线;按绘制方式分,有依点连成的负荷曲线(折线形负荷曲线)和梯形负荷曲线
18、,,负荷曲线的绘制,负荷曲线通常都绘制在直角坐标上,横坐标表示负荷变动时间,纵坐标表示负荷大小(功率kW、kVar)。,日负荷曲线绘制 日负荷曲线是以一昼夜24h为时间范围绘制的,日负荷曲线的绘制方法有: 根据某一监测点24h内各个时刻的功率表中显示的数据,逐点绘制而成的平滑曲线,这样得到的负荷曲线最为准确。 工程上,为了表达和计算 简单起见,往往将负荷曲 线用等效的阶梯形曲线来 代替,与精确的负荷曲线 之间会有一定的误差,但 这种误差是可以允许的。 最为常见的负荷曲线是以 半小时为时间间隔所绘制 的曲线。,负荷曲线: 1) 日负荷曲线:负荷在一昼夜间(024h)变化情况。 2) 年负荷曲线又
19、分为年运行负荷曲线和年持续负荷曲线。 年运行负荷曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。 年持续负荷曲线的绘制,要借助一年中有代表性的 冬季日负荷曲线和夏季日负荷曲线。 绘制方法如图所示。下图是南方某厂的年负荷曲线,图中P1在年负荷曲线上所占的时间计算为 T1=200t1+165t2。其中夏季和冬季在全年中占的天数视地理位置和气温情况核定。 说明: 一般在北方,近似认为冬季200天,夏季165天;在南方,近似认为冬季165天,夏季200天。,图 年负荷持续时间曲线的绘制 (a)夏季日负荷曲线 (b)冬季日负荷曲线 (c)年负荷持续时间曲线,日负荷曲线的特征参数 同一负荷,其有功功率日负荷曲线一般均与
20、无功功率日负荷曲线的变化规律不同,这是因为当有功功率增加或减少时,无功功率并不是呈比例地增加或减少,且无功功率曲线一般比相应的有功功率曲线平缓。 不同性质用户有不同的日负荷曲线,相同性质用户在不同时间和季节也有不同的日负荷曲线。其相应特征参数有很大差异。,年负荷曲线的特征参数 年电能耗量Wa(kW h):全年实际消耗的电能 最大负荷Pmax(kW):年最大负 荷是指全年中负荷最大的工作班 内30分钟平均功率的最大值。 年平均负荷Pav(kW):平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。 Pav=Wa8760,0 1095 2190 3285 4380 5475 6570 7665
21、8760 t(h),P(kW) 100 80 60 40 20 0,Pmax,Pav,Tmax,年负荷曲线的特征参数 年最大负荷利用小时数Tmax(h):若用户以年最大负荷Pmax持续运行Tmax小时即可消耗掉全年实际消耗的电能,则Tmax称为年最大负荷利用小时数。 Tmax=Wa/Pmax,0 1095 2190 3285 4380 5475 6570 7665 8760 t(h),P(kW) 100 80 60 40 20 0,Pmax,Pav,Tmax,Tmax的大小反映了变配电设备利用率的大小和用户负荷平稳的程度。对于同类型的用户尽管Pmax可能差别很大,但Tmax却很接近;对于不同工
22、作性质的用户,Tmax差别可能很大。,负荷系数 KL 负荷系数是指平均负荷与最大负荷的比值,有功负荷系数KaL和无功负荷系数KrL,有时也用表示有功负荷系数,表示无功负荷系数。 一般工厂=0.70.75, =0.760.82,负荷系数的大小标志着负荷曲线的陡缓程度,负荷系数越接近于,说明曲线的峰谷差异越小,即曲线越平缓。,负荷的工作制 电气设备的老化和损坏速度与其所承受的负荷大小有关,在正常运行情况下,要保证设备安全可靠地工作,必须使其工作时的发热所引起的温度升高在允许范围内(即处于允许的稳定工作温度); 电气设备发热量的大小与载流导体上通过的电流有关,而载流导体通过持续电流和通过非持续电流所
23、导致的发热量是不相同的,即用电设备的持续工作特性(工作制)直接影响电气设备的工作状态。,3.3 工厂用电设备容量的确定,3.3 工厂用电设备容量的确定,用电设备的铭牌上都有一个“额定功率”,但是由于各用电设备的额定工作条件不同,如有的是长期工作制,有的是短时工作制。因此这些铭牌上规定的额定功率不能直接相加来作为全厂的电力负荷,而必须首先换算成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工作制下的“额定功率”称为设备容量,Pe用表示。,用电设备的工作制,1. 长期连续工作制设备 能长期连续运行,每次连续工作时间超过8h,而且运行时负荷比较稳定,在计算其设备容量时,可直接查取其铭牌上
24、的额定容量(额定功率),不用经过转换。 工厂中主要的生产车间大多为连续工作制:如通风机,水泵,空气压缩机,电动发电机,电炉,照明灯等. 2. 短时工作制设备 工作时间较短,而停歇时间相对较长,在工厂负荷中所占比例很小,在计算其设备容量时,也是直接查取其铭牌上的额定容量(额定功率)。如机床上的辅助电机:进给电机,升降电机等 3. 反复短时工作制设备 工作呈周期性,时而工作时而停歇,如此反复,且工作时间与停歇时间有一定比例,,工作周期一般不超过10min.用负荷持续率(或称暂载率)来表示工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值.如电焊机,电梯,起重机等.,负荷的工作制 连续运行工作制(长期工作
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