論需要系數法負荷計算應注意的幾個問題

賈凱勝

【摘 要】隨著用電設備類型越來越多，供電設計的負荷計算如何與用電負荷的實際變化相適應，如何恰如其分的選擇、計算所需的負荷，是電氣設計人員需要考慮的問題。該文通過例子，就需要系數法負荷計算中易犯的幾個錯誤進行分析，列舉并剖析需要系數法負荷計算存在的問題，計算時需注意環節。

【關鍵詞】負荷計算；需要系數；設備剔除

The Paper Discusses Several Problems Which Should Be Paid Attention To

JIA Kai-sheng

（Zhongche lanzhou locomotive co. LTD， Lanzhou Gansu 730050，China）

【Abstract】With electricity device type more and more， the load calculation of the power supply design how to adapt to changing the actual electricity load， the choice of how to appropriately， calculate the required load， is the problem that electrical designers need to consider.In this paper， through the examples， you need to load coefficient method calculating the pitfalls of several errors were analyzed， and enumerated and problems of need coefficient method of load calculation， calculation note.

【Key words】Load calculation；Need coefficient；Equipment to eliminate

0 前言

在工廠供電設計包括的眾多內容中，電力負荷的計算是非常重要的的一環，設計容量過大會造成極大的社會資源浪費及投資成本、長期運行費用的升高，過小又可能影響正常使用，因此在進行負荷計算時應特別注意。

1 一個有問題的負荷計算

在我公司整體搬遷工藝水平提升建設項目中，在初步設計階段，設計院曾經出了以下一個負荷計算：

根據工藝、公用各專業工種提供的設計資料，采用需用系數法進行負荷計算：本廠區用電負荷安裝容量為57576kW，取同時系數0.35后，計算負荷為20151.6kW。

這是一個錯誤的計算結論，我公司整體搬遷工藝水平提升建設項目，工廠的建設面積、設備數量與公司現有情況變化不大，公司現在實際平均每日最大使用負荷小于3000KW，而計算負荷為20151.6kW，計算負荷與實際使用偏差太大；下面在簡單介紹需用系數法后加以分析討論。

2 需要系數法計算負荷

目前，我國的設計部門負荷計算方法有需要系數法、二項式法、利用系數法和單位指標法等幾種。用電設備臺數較多，各臺設備容量相差不懸殊時，宜采用需要系數法，一般用于干線、配變電所的負荷計算。由于需要系數法比較簡便，所以將需要系數法作為電氣負荷計算的主要方法，得到了廣泛采用。在初步設計及施工圖設計階段，總體上采用需要系數法進行負荷計算。[1]

2.1 需要系數的定義

由于用電設備實際上不可能全部同時運行，也不可能全部滿負荷工作，同時設備和線路存在功率損耗。所有這些因素綜合起來，使系統內最大負荷與全系統用電設備總容量之間存在差異，前者要比后者小，兩者的比值稱為需要系數。即：

Kx=■=■（1）

式中，Pe是用電設備的總容量，是指所有用電設備容量之和，即Pe=∑P。需要系數表示配電系統中所有用電設備同時運轉（用電）的程度，或者說表示所有用電設備同時使用的程度。通常其值小于1，只有在所有用電設備全部同時連續運轉且滿載時，才能為1[2]。

工程實際中，需要系數不僅與用電設備組的工作性質、設備臺數、設備效率、線路損耗等因素有關，而且與工人的技術熟練程度、生產組織等多種因素有關，需要系數是要根據已運行的實際系統的統計數據，得到需要系數的經驗值。

需要系數是以電氣設備的性質作為分類原則得到的，因此使用時應首先對所要計算的設備進行歸類，按不同性質分成若干組，對每一組選用合適的需要系數，算出各組用電設備的計算負荷，最后求得總的計算負荷；需要系數常常是一個范圍，使用時應根據實際設備的數量決定取值的大小，設備數量越多，需要系數取值應越小，反之則大。

2.2 用電設備功率計算

（1）進行負荷計算式，需要將用電設備按其性質分為不同的用電設備，然后確定設備功率，它是變配電所負荷計算的基礎資料和依據。

（2）每臺用電設備的銘牌上都標有額定功率或額定容量，由于各用電設備的額定工作條件不同，可分為連續工作制、短時或周期工作制，設備的實際輸出功率并不等于銘牌上的額定功率，其設備功率的計算不能簡單地將這些設備的額定功率直接相加。

（3）對于不同負載持續率下的額定功率或額定容量，應換算為統一負載持續率下的有功功率，即設備功率Pe。

在進行負荷計算時，首先需要計算各種工作制設備的設備容量，詳細計算可查閱設計手冊[1]。

2.3 電力負荷計算程序

圖1 供電系統中具有代表性的各點的電力負荷計算圖

負荷計算時一般按圖1中的G、F、E、D、C、B、A的順序逐級確定各點的計算負荷。endprint

（1）對單臺設備供電的支線（圖1中的G點）的計算

即前述用電設備的設備容量（Pe）的確定。

（2）確定用電設備組（圖1中的F點）的計算負荷

當分組后同一組中設備臺數>3臺時，計算負荷應考慮其需要系數；當每組電氣設備臺（套）數≤3臺時，考慮其同時使用率非常高，將需要系數Kx取為1。

（3）低壓干線（圖1中E點）的計算負荷

將各用電設備組計算負荷按有功功率、無功功率等分別相加。

（4）低壓母線（圖1中的D點）的計算負荷

在確定低壓母線或配電干線的計算負荷時，應該考慮各干線最大負荷不可能同時出現的影響，應引入一個同時工作系數。

（5）企業10kV輸電線路、母線及高壓進線（圖1中的C、B、A點）計算負荷的確定

這幾點的計算負荷只需要在上述D點負荷的基礎上考慮相應配電變壓器或降壓變壓器、線路的功率損耗以及同時工作系數后確定。

2.4 工廠需要系數法

在初步設計階段或資料不十分詳實情況下，可以采用工廠需要系數法估算，將全廠用電設備總容量∑PN（備用容量不計），乘以全廠需要系數KX，就可以得到全廠的計算負荷PC，即：

PC=KX∑PN（9）

按這種方法，公司需要系數=實際最大負荷3000KW/設備總容量57576KW=0.05，小于0.1。

3 問題分析

公司原有項目預估用電負荷應小于4000KW，設計院計算負荷為20151.6kW，經過與設計院討論分析，認為造成負荷計算偏大的原因主要有以下幾個原因：

3.1 對公司生產設備使用情況了解不夠，用電設備組分錯類別

需要系數法要求對用電設備進行清晰而正確的分類，再按類別取系數。比如液壓升降臺，它是不經常斷續的設備，如果不了解此設備，將此設備劃歸為液壓機或起重設備都不合適，如果分錯類別、選錯系數，都會降低準確度。

3.2 設備資料不全，設備功率計算錯誤

設備資料是負荷計算的重要依據，在進行負荷計算時，需要設備工作功率、暫載率（起重機、電焊機等）、效率、電機功率因數等數據。公司工藝只提供了設備總的供電功率，沒有更詳盡的資料，這便增加了負荷計算的誤差。許多暫載率設備沒有進行設備功率換算就直接將額定功率或額定容量當作設備功率進行計算，算法錯誤，結果偏差較大。

3.3 不計入負荷計算的設備剔除不充分

公司主要產品是機車檢修，檢修設備較多（如檢修翻轉臺等），按手冊的要求，在設備分類階段應同時剔除不同時使用的設備，如備用設備、檢修設備及工藝過程中明確錯時使用的設備。

工廠存在大量不經常而短時及不經常而斷續運行的設備（翻轉臺、耐壓機等），這些設備在手冊上沒有明確是否剔除，但實際使用時間極短，計入負荷計算的設備會使結果偏大，且不合理；在個別行業發布的設計規程，如DL/T5153-2002《火力發電廠廠用電設計技術規定》等已經對此作出規定，負荷計算時不經常而短時及不經常而斷續運行的設備不予計算。從實際使用及計算結果來看，此類設備不予計算是合理的。

3.4 數據庫不完善，需要系數、同時系數取值偏高

需要系數是經驗數據，一個完備的、滾動更新的數據庫對需要系數法計算負荷是至關重要的。數據陳舊是目前負荷計算的突出問題，通常設計的變壓器投運后負荷率偏低，除一些因素（如實際投運設備比設計少、產能未達預期、設計人員偏保守等）外，最常見原因是設備分類不夠細化，設備剔除不夠充分，手冊數據“年久失修”。如果設計人員并未充分了解生產過程，也沒有充分剔除不同時使用設備，建議可適當將需要、同時系數值取小一些。

4 結論

在用需要系數法計算負荷時，一定要做好數據準備，充分了解行業、工藝流程和工作制，充分剔除錯時設備、不經常而短時及不經常而斷續運行的設備，做好設備分類，正確計算設備功率，系數選取時要綜合考慮設備數量、工藝流程、行業等因素。

負荷計算是電氣設計的重要依據，個別行業已根據本行業實際情況，修訂了行業設計規范，使負荷計算方法適用于本行業；但數據積累、完善是個長期的過程，計算方法及系數選用需要我們探尋、改善的地方還很多，建議豐富行業需要系數，為設計提供詳細、適用的計算依據。

【參考文獻】

[1]中國航空工業規劃設計研究院編《工業與民用配電設計手冊（第三版）》[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]手冊編委會《鋼鐵企業電力設計手冊（上冊）》[M].北京：冶金工業出版社.1996.

[3]劉新輝，張文有.《建筑電氣技術》[M].陜西：西安電子科技大學出版社.2011.

[4]王厚余，何耀輝，譯.《確定工業企業電氣負荷暫行導則》[M].北京：中國工業出版社，1965.

[5]劉介才.《工廠供電》[M].5版.北京：機械工業出版社，2010.endprint