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【摘 要】随着天津港东疆地区的快速发展，临时变台及备用发电机成为供电的主力军，合理选择变压器及发电机的容量成为了方案设计重点。本文根据归纳了本地区常用的供电负荷计算方法，以及变压器及发电机容量选择方法。
【关键词】发电机；变压器；容量选择
随着天津港东疆地区的快速发展，大量厂房及建筑拔地而起，而正式供电电源建设缓慢，严重滞后于地区区域经济发展，为解决这一用电难题，加快东疆地区发展，针对用户的不同负荷等级及负荷容量，提出满足用户需求、合理节约的变压器容量及备用发电机功率成为制定合理供电方案的重点。
一、供电负荷的计算
负荷，即计算负荷，也称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为选择电器导体的依据。
求得计算负荷的手段称为负荷计算。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法主要有需要系数法、二项式法以及单位面积功率法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。
1、需求系数法
采用需要系数法时，首先应将用电设备按类型分组，同一类型的用电设备归为一组，并算出该组用电设备的设备容量，一般将负荷分为照明用电负荷、通风和采暖负荷、排水负荷、起重运输负荷、消防负荷等。计算负荷公式如下：
有功计算负荷 （式1-1）
无功计算负荷 （式1-2）
视在计算负荷 （式1-3）
式中Kx——设备组的需要系数；
Pe——设备组设备容量（KW）
需要系数是在一定的条件下，根据统计方法得出的，它与用电设备的工作性质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。将这些因素综合为一个用于计算的系数，即需要系数，在不同地区、不同类型的建筑物内，对于不同的用电设备组，用电负荷的需要系数也不相同。
在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一般而言，当用电设备组内的设备数量较多时，需要系数应取较小值；反之，则应取较大值。设备使用率较高时，需要系数应取较大值；反之，则应取较小值。
针对单相负荷一般采取将单相最大负荷作为设计基数，将其他负荷均匀分配到各相上，当单相负荷的总计算容量小于计算范围内三相对称负荷计算容量的15%时，应全部按三相对称负荷计算，即将单相负荷均匀分配到各相上，并依照单相最大负荷作为计算负荷；当超过15%时应将单相负荷等效三相负荷，再与三相负荷相加。
2、二项式法
二项式法师考虑用电设备的数量和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式。一般应用于用电设备数量较少，和容量差别大的配电线路的负荷计算，弥补需求系数法的不足之处。但是，二项式系数过分突出最大用电设备的容量影响，因此，其计算负荷往往较实际偏大。计算公式如下：
有功功率 （式1-4）
无功功率 （式1-5）
视在功率 （式1-6）
式中 c、b——二项式系数，可查表得出
3、单位面积功率法
对于某些施工临时项目部，没有确定的用电负荷，无法根据需求系数或二项式法进行估算，可通过单位面积功率法，依据用电基本性质以及项目部规模进行估算。用电总负荷为Pjs ，Pjs=Ks×A/1000，建筑面积为Am2。Ks为负荷密度，可根据表1-1中用电负荷类型查表取得。
表1-1 负荷密度系数
二、变压器容量的选择：
在配属变压器时，不可依据以上的所需功率直接配属容量大小相同的变压器，需要考虑变压器本身的工作性能及用电设备的功率因数，以及使用中可能出现的容量增加的可能性。在一般使用过程中，负荷的平均功率因数在0.8～0.85之间，但是考虑临时用电线路较长用电负荷较复杂，缺少集中补偿等诸多现实原因，一般取功率因数的下限进行计算。除此之外，为考虑在一段时间内的用电的安全性及变压器利用率的经济性，一般只使用变压器额定容量的80%。具体计算公式如（式2-1）：
Sjs= Pjs/（Ky×cosφ） （式2-1）
式中：
Sjs—计算容量
cosφ—功率因数
Pjs—计算负荷功率
Ky—利用系数（负载率）
对于以电动机为主要负荷的用户，在选取变压器的时候，除以上计算方式外，还要考虑电动机的启动电流。一般笼型异步电动机的直接启动的启动时间为15秒左右，当变压器的负载率小于90%时，最大启动电流可为变压器额定电流的4倍。
三、发电机功率的选择
1、发电机参数的基本说明
考虑到临时电源的供电可靠性较低，部分相对重要负荷，用户会要求增加柴油发电机作为临时电源的备用电源，以保证可靠用电。
柴油发电机一般分为两部分，一部分为柴油发动机，另一部分为同步电动机，柴油发电机为同步电动机提供动力，同步电动机则将机械能转化为电能。目前市面上的柴油发电机的功率一般指柴油机的常用功率，这里要明确几个参数，即柴油机的功率，柴油机的常用功率，发电机的效率，发电机的视在功率，以及功率因数。如图3-1所示，柴油机一般预留10%作为发电机的备用功率。同步发电机的工作效率高于90%， 故等效于发电机的常用功率，即发电机的功率。同步发电机的功率因数为0.8。我们需要将发电机功率依此折算成发电机的额定视在容量，用于发电机容量的选择。
图3-1 发电机参数关系图
2、发电机的容量选择方法
要选择发电机的设计容量，要考虑三种指标：稳定情况下发电机的负载Sf1、尖峰时发电机的负载Sf2，以及允许压降范围内的发电机负载Sf3。要在同时满足这三种指标，即发电机的设计容量要大于这三者的最大值。
Sf1=Pjs/（η×cosφ） （式3-1）
Sf1—按稳定负荷计算的发电机视在功率
Pjs— 计算负荷功率
η — 所带负荷的综合效率，一般取0.82～0.88
cosφ—发电机的额定功率因数，一般为0.8。
Sf2=（Kj/Kg）×Sm （式3-2）
Sf2—按尖峰负荷计算的发电机视在功率
Kj—因尖峰造成的电压、频率下降而导致的电动功率下降的系数，一般取0.9～0.95
Kg—发电机允许短时过载系数，一般取1.4～1.6
Sm—最大单台电动机的启动容量
Sf3=XΔ×SqΔ （式3-3）
Sf3—按母线允许压降计算的发电机视在功率
XΔ—发电暂态电抗，一般去0.2
SqΔ—导致发电机最大电压降的电动机的最大启动容量。
根据（式3-1），（式3-2），（式3-3）依此计算出三个发电机容量比选参数，选取其中最大值作为备用发电机方案设计容量。
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