变压器容量及无功补偿量的选择

在供配电设计工作中，变压器容量及无功补偿量的选择是整个电气设计工作中的重要环节之一，也是作为一名电气设计人员应该掌握的基本知识。为了让初学者能尽快掌握选择方法，本文将对变压器容量及无功补偿量的基本计算和选择进行介绍。

标签：变压器；容量；无功补偿量；选择

1、前言

作为一名配电网的电气设计人员，由于经常有建院电气专业人员提供的资料，常会忽略变压器容量选择的计算，但在做改造的工程设计时，当用户增加用电负荷时，则需核验变压器容量是否满足使用要求，确定是否需要进行变压器增容。本文对计算过程进行规纳整理，旨在提供一些方便实用的计算方法。

2、介绍几种常用的负荷计算方法

常用的负荷计算方法有需要系数法、利用系数法、单位面积功率法、综合单位指标法、单位产品耗电量法等。

上面几种计算方法的特点及适用场合：需要系数法计算过程比较简便，应用广泛，适用于设备功率已知的情况；利用系数法的计算结果比较接近实际，但计算过程稍繁，适用于设备功率或平均功率已知的情况，比如工业企业电力负荷计算；单位面积功率法、综合单位指标法、单位产品耗电量法计算简便，精度低，受多种因素影响，变化范围大，适用于设备功率不明的情况，或者设计前期、可研和方案设计阶段。

3、介绍用需要系数法进行变压器容量及无功补偿量选择的基本计算过程

本方法应用范围：一般用于民用建筑设计，各用电设备功率已知的项目。

（1） 变压器容量选择计算

下面①、②为变压器补偿前低压侧总计的计算公式：

① Pc= KΣp·Σ（Kd·Pe ） {计算有功功率=有功功率同时系数·Σ（需要系数·每回路用电设备组的设备有功功率）}

② Qc= KΣq·Σ（Pc·tgΦ） {计算无功功率=无功功率同时系数·Σ（计算有功功率*计算负荷功率因数角的正切值）}

③ Sc = {计算视在功率=}

【注：Pc：计算有功功率（kW）；Qc：计算无功功率（Kvar）；Pe：每回路用电设备组的设备有功功率（kW）；Kd：需要系数（查表取值）；tgΦ：计算负荷功率因数角的正切值（查表取值）；KΣp、KΣq：有功功率、无功功率同时系数，通常KΣp取0.8～0.9、KΣq 取0.93～0.97，简化计算时KΣp和KΣq可都取KΣp ；Un：系统标称电压（线电压或额定电压）（kV）； Sc：计算视在功率（kVA）】

根据上述计算所得的“计算视在功率”初步选择变压器容量。

（2） 变压器无功补偿容量计算

① Q=αavPc（tgΦ1—tgΦ2）=αavPcqc {无功补偿容量=年平均有功负荷系数·最大负荷有功功率·（平均功率因数角正切值—要求达到的功率因数角正切值）= 年平均有功负荷系数·最大负荷有功功率·无功功率补偿率}

② tgΦ1=βavQc/αavPc {平均功率因数角正切值=年平均无功负荷系数·最大负荷无功功率/年平均有功负荷系数·最大负荷有功功率}

③ tgΦ2=cosΦ2

④ cosΦ1=

【Q：无功补偿容量（Kvar）；αav：年平均有功负荷系数（查表取得）；βav：年平均无功负荷系数（取值方法：当缺乏数据时，按略高于或等于αav取）；Pc：最大负荷有功功率（kW）；Qc：最大负荷无功功率（kvar）；tgΦ1：平均功率因数角正切值； tgΦ2：要求达到的功率因数角正切值；cosΦ1：补偿前功率因数；cosΦ2：要求达到的功率因数（在工程中为已知）；qc：无功功率补偿率（kvar/ kW） （已知cosΦ1和cosΦ2查表取得）】

根据计算所得值选择变压器的无功补偿量，选择的变压器无功补偿量需大于等于计算所得值。（实际设计中常取变压器容量的30%）

4、校验计算

变压器容量及无功补偿量选择后需要校验选择的是否合理，在实际应用中校验过程是必不可少的，也是设计者需重点关注的内容，下面是校验计算的基本方法。

（1） 校验补偿后功率因数值是否达到供配电系统的要求

① 变压器空载损耗的计算：

△P0=0.01 Sc {空载损耗有功功率=0.01计算视在功率总}

△Q0=0.05 Sc {空载损耗无功功率=0.05计算视在功率总}

△S0= {空载损耗视在功率=}

② 变压器补偿前高压侧合计

Pc总+0= Pc+△P0 {补偿前高压侧有功功率=计算有功功率总+空载损耗有功功率}

Qc总+0=Qc+△Q0 {补偿前高压侧无功功率=计算无功功率总+空载损耗无功功率}

③ 变压器补偿后高压侧合计

=Pc总+0 {补偿后高压侧有功功率=补偿前高压侧有功功率}

= Qc总+0-Qc{补偿后高压侧无功功率=补偿前高压侧无功功率-无功补偿容量}

= {补偿后高压侧视在功率=}

④ cosΦ2=/{补偿后功率因数=}

【△P0：空载损耗有功功率；△Q0：空载损耗无功功率；△S0：空载损耗视在功率；Pc总+0：补偿前高压侧有功功率；Qc总+0：补偿前高压侧无功功率；

】

算出的cosΦ2值与要求达到的功率因数（在工程中为已知）值做比较，前者大于等于后者时，说明选择的补偿容量合理。

（2） 校驗变压器负载率

下面是计算过程：

① 补偿后低压侧合计

= Pc {补偿后低压侧有功功率=计算有功功率}

= Qc-Q {补偿后低压侧无功功率=计算无功功率-无功补偿容量}

= {补偿后低压侧视在功率=}

② β=/ Se×100% {变压器平均输出的视在功率/变压器额定容量x100%}

【变压器负载率】

当计算所得变压器负载率的值在规范中规定的范围内（一般取70%-85%之间，通常不超过85%），即变压器容量选择合理。

参考文献：

[1]程乐峰，陈艺璇，余涛. 配网变压器节能改造技术和方法探讨[J]. 新型工业化，2016，（06）：23-38.

[2]乔红垒. 建筑配电提高功率因数方法分析与应用研究[D].长安大学，2016.

[3]乐瑶，骆晓鸣. 变压器阻抗的合理选择和无功补偿分组容量优化[J]. 企业技术开发，2015，（30）：82+84.

[4]韩旭光. 浅谈变压器低压侧无功补偿容量的选择分析[J]. 科技与企业，2012，（05）：125.

[5]《工业与民用配电设计手册》第四版