變壓器容量及無功補償量的選擇

摘 要：在供配電設計工作中，變壓器容量及無功補償量的選擇是整個電氣設計工作中的重要環節之一，也是作為一名電氣設計人員應該掌握的基本知識。為了讓初學者能盡快掌握選擇方法，本文將對變壓器容量及無功補償量的基本計算和選擇進行介紹。

關鍵詞：變壓器；容量；無功補償量；選擇

1、前言

作為一名配電網的電氣設計人員，由于經常有建院電氣專業人員提供的資料，常會忽略變壓器容量選擇的計算，但在做改造的工程設計時，當用戶增加用電負荷時，則需核驗變壓器容量是否滿足使用要求，確定是否需要進行變壓器增容。本文對計算過程進行規納整理，旨在提供一些方便實用的計算方法。

2、介紹幾種常用的負荷計算方法

常用的負荷計算方法有需要系數法、利用系數法、單位面積功率法、綜合單位指標法、單位產品耗電量法等。

上面幾種計算方法的特點及適用場合：需要系數法計算過程比較簡便，應用廣泛，適用于設備功率已知的情況；利用系數法的計算結果比較接近實際，但計算過程稍繁，適用于設備功率或平均功率已知的情況，比如工業企業電力負荷計算；單位面積功率法、綜合單位指標法、單位產品耗電量法計算簡便，精度低，受多種因素影響，變化范圍大，適用于設備功率不明的情況，或者設計前期、可研和方案設計階段。

3、介紹用需要系數法進行變壓器容量及無功補償量選擇的基本計算過程

本方法應用范圍：一般用于民用建筑設計，各用電設備功率已知的項目。

（1） 變壓器容量選擇計算

下面①、②為變壓器補償前低壓側總計的計算公式：

① Pc= KΣp·Σ（Kd·Pe ） {計算有功功率=有功功率同時系數·Σ（需要系數·每回路用電設備組的設備有功功率）}

② Qc= KΣq·Σ（Pc·tgΦ） {計算無功功率=無功功率同時系數·Σ（計算有功功率*計算負荷功率因數角的正切值）}

③ Sc = {計算視在功率=}

【注：Pc：計算有功功率（kW）；Qc：計算無功功率（Kvar）；Pe：每回路用電設備組的設備有功功率（kW）；Kd：需要系數（查表取值）；tgΦ：計算負荷功率因數角的正切值（查表取值）；KΣp、KΣq：有功功率、無功功率同時系數，通常KΣp取0.8～0.9、KΣq 取0.93～0.97，簡化計算時KΣp和KΣq可都取KΣp ；Un：系統標稱電壓（線電壓或額定電壓）（kV）； Sc：計算視在功率（kVA）】

根據上述計算所得的“計算視在功率”初步選擇變壓器容量。

（2） 變壓器無功補償容量計算

① Q=αavPc（tgΦ1—tgΦ2）=αavPcqc {無功補償容量=年平均有功負荷系數·最大負荷有功功率·（平均功率因數角正切值—要求達到的功率因數角正切值）= 年平均有功負荷系數·最大負荷有功功率·無功功率補償率}

② tgΦ1=βavQc/αavPc {平均功率因數角正切值=年平均無功負荷系數·最大負荷無功功率/年平均有功負荷系數·最大負荷有功功率}

③ tgΦ2=cosΦ2

④ cosΦ1=

【Q：無功補償容量（Kvar）；αav：年平均有功負荷系數（查表取得）；βav：年平均無功負荷系數（取值方法：當缺乏數據時，按略高于或等于αav取）；Pc：最大負荷有功功率（kW）；Qc：最大負荷無功功率（kvar）；tgΦ1：平均功率因數角正切值； tgΦ2：要求達到的功率因數角正切值；cosΦ1：補償前功率因數；cosΦ2：要求達到的功率因數（在工程中為已知）；qc：無功功率補償率（kvar/ kW） （已知cosΦ1和cosΦ2查表取得）】

根據計算所得值選擇變壓器的無功補償量，選擇的變壓器無功補償量需大于等于計算所得值。（實際設計中常取變壓器容量的30%）

4、校驗計算

變壓器容量及無功補償量選擇后需要校驗選擇的是否合理，在實際應用中校驗過程是必不可少的，也是設計者需重點關注的內容，下面是校驗計算的基本方法。

（1） 校驗補償后功率因數值是否達到供配電系統的要求

① 變壓器空載損耗的計算：

△P0=0.01 Sc {空載損耗有功功率=0.01計算視在功率總}

△Q0=0.05 Sc {空載損耗無功功率=0.05計算視在功率總}

△S0= {空載損耗視在功率=}

② 變壓器補償前高壓側合計

Pc總+0= Pc+△P0 {補償前高壓側有功功率=計算有功功率總+空載損耗有功功率}

Qc總+0=Qc+△Q0 {補償前高壓側無功功率=計算無功功率總+空載損耗無功功率}

③ 變壓器補償后高壓側合計

=Pc總+0 {補償后高壓側有功功率=補償前高壓側有功功率}

= Qc總+0-Qc{補償后高壓側無功功率=補償前高壓側無功功率-無功補償容量}

= {補償后高壓側視在功率=}

④ cosΦ2=/{補償后功率因數=}

【△P0：空載損耗有功功率；△Q0：空載損耗無功功率；△S0：空載損耗視在功率；Pc總+0：補償前高壓側有功功率；Qc總+0：補償前高壓側無功功率；

】

算出的cosΦ2值與要求達到的功率因數（在工程中為已知）值做比較，前者大于等于后者時，說明選擇的補償容量合理。

（2） 校驗變壓器負載率

下面是計算過程：

① 補償后低壓側合計

= Pc {補償后低壓側有功功率=計算有功功率}

= Qc-Q {補償后低壓側無功功率=計算無功功率-無功補償容量}

= {補償后低壓側視在功率=}

② β=/ Se×100% {變壓器平均輸出的視在功率/變壓器額定容量x100%}

【變壓器負載率】

當計算所得變壓器負載率的值在規范中規定的范圍內（一般取70%-85%之間，通常不超過85%），即變壓器容量選擇合理。

參考文獻：

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