10KV供配电系统负荷计算方法分析

10KV供配电系统负荷计算方法分析
作者：余利霞
来源：《中国科技纵横》2013年第19期
【摘要】供配电系统负荷计算是系统设计过程中的一项重要内容，对电力系统设备的选择以及安全运行有决定性作用。

电力负荷的计算有不同的方法，本文主要就10KV供配电系统电力负荷计算的意义以及几种不同的计算方法进行分析。

【关键词】 10KV供配电电力负荷计算方法分析
根据我国《实用供配电技术手册》中的介绍，电力负荷根据其重要级别以及中断造成影响的恶劣程度分为三级，分别为一级负荷、二级负荷和三级负荷。

电力负荷的计算可以为电力系统设备的选择以及线路的布置提供依据，能够确保电力系统设备安全运行，保证电力供应的正常运转，服务人民生活以及国家经济建设。

通常对10KV供配电系统进行负荷计算时，都要涉及对供配电线路上电气设备的用电负荷计算以及包含电气设备的用户组的负荷计算。

1 电力负荷的分级
通常依据电力负荷对人民生活以及工厂生产的重要性来将电力负荷分为三个级别，具体如下：
一级负荷：最高级别负荷，定义依据为该负荷的中断将造成人员伤亡，另外还会对国家的政治、经济造成重大损失，影响具有重要政治意义与经济意义的关键性单位的正常工作，例如交通枢纽、通信枢纽等。

在供电要求中强调保持持续不间断供电的负荷，假如中断将发生中毒、爆炸等严重事故时。

二级负荷：次一级别负荷，定义依据为该负荷的中断将造成较大的经济、政治损失，比如产品报废、影响较重要单位的连续运转，或者引起人员较多的场所秩序混乱的情况。

三级负荷：其余不包含在一级负荷以及二级负荷情况之内的负荷种类。

电力负荷的分级有利于供配电管理单位针对不同级别负荷确定不同的供配电方案以及电气设备保护方案，确保重点场所、重点设备以及重点科研、外交、经济等单位的顺利运行。

2 10KV供配电系统电力负荷计算方法
10KV供配电系统电力负荷的计算单元为系统内电气设备的电力负荷计算，然后依次上升为电气设备组负荷计算、整体系统负荷计算，对于三相电气设备组的电力负荷计算通常有需要系数法、二项式法，系统整体负荷计算的方法有逐级计算法、需要系数法、单位产品耗电量法、负荷密度法、单位用电指标法等方法。

2.1 三相电气设备组电力负荷计算方法
三相电气设备组电力负荷计算方法主要是用来确定一组特定的三相设备工作负荷的方法，通常计算对象为半小时最大负荷，也就是在全年出现的工作负荷最大的班内平均功率最高的半个小时，主要计算方法包括需要系数法和二项式法两种，具体如下。

2.1.1 需要系数法
该方法主要利用设备容量和与之对应的一个确定的需要系数之间的乘积计算有功功率的方法。

该方法简便易行，目前应用最为广泛，适用对象为电气组中设备台数较多同时设备之间容量差距较小的情况。

有功负荷计算如下：
（1）
上式中：为有功计算负荷，kW；为该设备组需要系数，通常查表取得；为该设备组中所有用电设备的总容量大小，kW。

无功负荷计算如下：
（2）
上式中，为无功计算负荷，kvar；为电气组用电设备的平均功率因数角。

视在负荷计算如下：
（3）
上式中，为视在计算负荷。

计算电流如下：
（4）
上式中，为设备额定电压值。

以上各式为确定一组三相电气设备电力负荷的需要系数法，当系统内存在多组三相用电设备时，应将各组的三相电气设备的电力负荷相加并进行有功负荷系数处理，具体如下：
有功负荷计算如下：
（5）
无功负荷计算如下：
（6）
视在负荷计算如下：
（7）
电流计算如下：
（8）
以上各式中，和分别为所有用电设备的有功负荷同时系数以及无功负荷同时系数，视各用电设备运行的具体情况而定，一般分别取为0.85-0.95以及0.9-0.97之间，其余各符号参照单个用电设备组的负荷计算方法确定。

2.1.2 二项式法
需要系数法考虑的情况是系统内所有用电设备的台数较多且容量相差不大的情况，针对系统中存在容量差距较大设备的情况，处理能力较差，因此二项式法的应用由此而来。

二项式法考虑了整个系统的用电设备中与平均容量差距最大的几台设备对整个设备组负荷计算的影响，适用于台数较少的电气设备组计算负荷，计算干线、直线以及配电箱等的负荷计算。

二项式法用于计算设备组负荷计算同样也分为针对一组用电设备以及多组设备的情况。

具体计算方法如下。

有功负荷的计算：
（9）
无功负荷的计算：
（10）
视在负荷的计算：
（11）
电流的计算：
（12）
针对多组用电设备的负荷计算，具体方法如下：
有功负荷的计算：
（13）
无功负荷的计算：
（14）
视在负荷的计算：
（15）
电流的计算：
（16）
以上各式中，Pe为系统中用电设备的容量，为该系统中容量最大的x台设备的容量，其中x值和各系数可查表得出；为各组中的最大值，相对应的，为该最大值对应的平均功率因数角的正切值。

在以上计算中，需重点注意，对于系统中存在的非标准负荷持续率的设备，应将其换算到规定的负荷持续率下方可进行计算，具体方法本文不做赘述，可参考《实用供电手册》。

2.2 10KV供配电整体系统用电负荷计算
以上所介绍方法均为10KV供配电系统内用电设备的负荷计算方法，对于不同设备容量以及设备台数的情况给出了不同的解决方法，根据实际计算的结果来看，两种方法均能很好的适应各自所解决的问题领域。

针对整体供配电系统，本文将给出以下计算方法。

2.2.1 逐级计算方法
逐级计算方法的基本原理是从单组用电设备组的负荷开始计算，并依次计算多个用电设备组总的用电负荷，当计算中涉及变压器或者较长线路时，应当对其中电能的消耗进行考虑，线路较短时，可以忽略电能损耗，略去不计，多个并列线路的计算中，同时系数均应小于1方可。

涉及到系统内部增设的无功补偿装置时，应当在其之前计算所得的计算负荷中减去补偿容量。

2.2.2 需要系数法
整体系统的用电负荷计算中，利用需要系数法对有功计算负荷进行计算时，计算公式如下：
（17）
上式中，Pe为系统中设备的总容量，该容量中不包含备用的设备容量，Kd为系统的需要系数，针对不同的系统设计，该值一般不同，可查相关手册得到。

采用需要系数法计算系统总的用电负荷，除有用负荷计算公式参照（2.3.1）外，其他负荷计算方法均与本文2.2小节中的相关计算公式一致。

2.2.3 单位产品/用户耗电量法
10KV供配电系统中，设计对象可能包括企业也可能包括不同的用户，再利用单位产品/用户耗电量法进行负荷计算时，应当以单位产品或者单位用户的耗电量进行计算，系统用电负荷计算方法为用户/产品耗电量与企业产品产量或用户数量的乘积作为总的系统耗电量，有功负荷的计算则是以总的耗电量与单位产品或者用户的最大负荷工作小时数之间的比值作为有功负荷。

其他计算负荷的计算公式与方法参照本文2.2中的相关部分。

2.2.4 负荷密度法
该方法亦可称作单位面积耗电量法，以设计中单位面积的设备用电功率作为负荷密度，与相应的计算区域面积的乘积作为总的有功负荷，该种方法一般用于估算用电负荷较为平均的小区居民用电或照明用电，对于负荷区域变化较大的设计区域一般使用较少。

具体计算公式如下：
（18）
上式中为负荷密度，A为区域面积。

除上式用来计算有功负荷以外，其余包括无功负荷、电流计算、视在负荷计算等的方法与公式均参照2.2节方法进行。

2.2.5 单位用电指标法
该方法与负荷密度法的主要区别在于给定目标区域企业或小区内，单位产品或用户的用电指标，以最大用电指标来进行相关的负荷计算，从而达到有效的保护供配电系统的目的。

主要方法为以单位用电指标乘以单位总数，作为总的有功计算负荷，具体计算公式如下：
（19）
上式中，为单位用电指标，N为系统内单位数。

除此有功计算负荷以外，其余负荷的计算都参照2.2小节中方法进行。

3 结语
供配电系统的安全运行关系着人民生活以及国家重要职能部门和生产部门的运行，对于国家政治建设和经济建设有着重要的作用，科学合理的对供配电系统进行设计十分必要。

本文主要介绍了10KV供配电系统中负荷计算的重要性以及相应的计算方法，针对不同的设计对象，本文给出了几种适用性较为广泛并经过实际计算设计验证的方法，有助于进行合理科学的设计，保证供配电系统的安全运行。

参考文献：
[1]实用供配电技术手册.中国水利水电出版社，2001.
[2]李慧.配电系统负荷数据处理方法的研究：（博士学位学位论文）.中国农业大学，2005.
[3]刘存德.10KV及以下供配电系统的负荷计算和无功功率补偿.科技风，2010（01）.。