供电系统功率损耗与电能需要量的计算研究

[摘 要]当电流过线路和变压器时，要引起有功功率和无功功率的损耗。因此，在确定全矿的计算负荷时，应将这部分功率损耗计入。

[关键词]供电示流 功率损耗 计算研究

中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0037-01

（一）功率损耗的计算

1、供电线路的功率损耗计算

三想供电线路的最大三相有功功率损耗Pmax。和三相无功功率损耗Qmax为：

式中 R――线路每相电阻，Ω；

X――线路每相电抗，Ω。

一般进行负荷计算时都是用功率计算。因此上式中的Ica。用功率表示为：

式中 UN――系统的额定电压，kV；

Pca、Qca、Sca――线路的计算负荷，kW、kvar、kV・A。

2.变压器的功率损耗计算

变压器运行过程中，在绕组和铁芯中都会产生一定的功率损耗。变压器的功率损耗包括有功功率损耗（简称有功损耗）和无功功率损耗（简称无功损耗）两部分，其中每一部分都分别包括磁（铁）的损耗和电（铜）的损耗。当变压器的外加电压不变时，磁的损耗为一常数，与变压器负荷大小无关，通常由变压器的空载试验确定。变压器空载有功损耗和空载无功损耗分别用Po，和Qo表示。

变压器电的损耗是变电器负荷电流在其绕组中产生的有功功率损耗和无功功率损耗。变压器在额定电流下，其损耗分别以PN、和QN，表示时，则可推导出变压器总的有功功率损耗和总的无功功率损耗。

（1）变压器的有功功率损耗

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时的空载损耗，通常称为铁损；另一部分是变压器带负荷时绕组中的损耗，通常称为铜损。变压器的铜损与变压器的负荷率的平方成正比。所以变压器的有功功率损耗为：

PT=Po+PNβ2 （2―27）

式中 PT―一变压器的有功功率损耗，kW；

Po――变压器在额定电压时的空载损耗，kW；

PN――一变压器在额定负荷时的短路损耗，kW；

β――变压器最大负荷率（亦称负荷系数）。

变压器最大负荷率等于变压器的实际负荷容量与额定容量的比值，即

式中 SN・T、IN・T，――变压器的额定容量和额定电流，kV.A、A；

Sca、Ica――变压器实际负荷时的视在功率和电流，kV.A、A。

（2）变压器的无功功率损耗

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的无功功率损耗，它与变压器的空载电流百分数有关；另一部分是变压器带负荷时的无功功率损耗，它与变压器的短路电压百分数及负荷率有关。因此变压器的无功功率损耗可按下式计算：

式中 QT――变压器的无功功率损耗，kvar；

Q。――变压器空载时的无功功率损耗，kvar；

QN――变压器额定负荷时的无功功率损耗，kvar；

I。%――变压器的空载电流百分数；

uk%――变压器的短路电压百分数，即阻抗电压；

SN・T――变压器的额定容量，kV.A。

如果缺乏变压器的有关数据时，变压器的功率损耗可以按下式计算：

有功功率损耗 PT=0.02Pca

无功功率损耗 QT=0.01Qca

式中 Pca、Qca――变压器的实际有功负荷、实际无功负荷。

（二）年电能需要量的计算

年电能需要量是供电设计的重要指标之一。若用电设备或全矿的年负荷曲线如图2―2所示，则其年电能需要量为该负荷曲线下的面积。年工作小时数按8 760 h计算，则年电能需要量W为

式中 P――随时间变化的有功功率，kW。

为便于计算，将图2―2负荷曲线下的面积用一个等值矩形（OABM）的面积Pmax・Tmax来代替，如图2―3所示，即

式中 Pmax――用电设备或全矿的最大负荷，kW；

Tmax――年最大负荷利用小时数，h。

（三）线路和变压器的电能损耗

前面已计算年电能需要量，它是用于生产做有用功的电能。此外，还有损失于线路和变压器等的电能。

1.供电线路的电能损耗

三相供电线路中有功功率损耗AP可按下式计算：