[科普中国]-电力负荷

概述

电力系统的总负荷就是系统中所有用电设备消耗总功率的总和；将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗的功率相加，就得电力系统的综合用电负荷；综合用电负荷加网络损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功率，称为电力系统的供电负荷（供电量）；供电负荷再加各发电厂本身消耗的功率（即厂用电），就是系统中各发电机应发的功率，称为系统的发电负荷（发电量）。

负荷分类电力负荷电力负荷（electricload）使用电能的用电设备消耗的电功率。电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。它们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究机构、文化娱乐和人民生活等方面的各种电力用户。1

电热负荷将电能转换成热能的负荷。由于电加热能得到2000℃以上的高温，能进行彻体加热，加热温度易于控制，清洁而无废气及残余物，因而广泛用于冶炼、熔化、热处理、食品加工、纤维制品及油漆干燥等工业领域，也广泛用于民用炊事、取暖、空调等方面。电加热方式主要有电阻加热、电弧加热、感应加热、介质加热、红外线加热及其他特殊加热方法。

电解负荷用电解化学反应方法进行工业生产所需的负荷。电解水能得到纯氧及氢，氢的最大用途是作为合成氨的原料；电解食盐水是制造氯、氢及碱的重要方法；干式冶炼所得的粗金属纯度较差，经电解后可得到高纯度的金属与贵金属；铝、镁、钠等金属的生产也主要靠电解。所以电解是工业生产的一个不可缺少的方面。 电解工业是耗电量极大的工业。电能消耗的费用占产品成本的很大比重。电解槽本身的能量转换效率较低，往往只有25～50%。因此使用廉价的电能是发展电解工业的关键问题。世界各国的电解工业平均有50%以上是依靠廉价的水力资源发出的电能。因此电解工业的布局也应尽量靠近水力资源，以避免大容量长距离输电，减少输电线路投资。还要尽量利用水力资源的季节性电能，在丰水期多生产，在枯水期少生产甚至停产。

整流负荷主要指经可控整流器（包括汞弧整流器、大功率晶闸管等）整流以供电力传动等方面应用的大功率负荷。用于直流调压和直流电机传动的斩波控制，交流调压调功，异步电动机定子电压控制，可逆运转切换控制，无换向器电动机及稳压稳频装置等。

基本特性负荷是随机变化，每当用电设备启动或停止都会有对应的负荷发生变化，从某种程度上可以发现具有一定规律性。例如某些负荷随季节（夏、冬）、企业工作制（一班或倒班作业）的不同而出现一定程度的变化。其变化的规律性可用负荷曲线来描述：所谓负荷曲线就是指在某一段时间内用电设备有功、无功负荷随时间变化的图形，分别构成有功负荷曲线（P）和无功负荷曲线（Q）。常用的是有功负荷曲线。每类负荷曲线按时间坐标轴长短不同，可分为日负荷曲线、年负荷曲线等。见下图，按描述的负荷范围不同还可区分为用户（变电所）负荷曲线、地区负荷曲线和电力系统、发电厂负荷曲线等等。2

意义负荷曲线对变电所、发电厂和电力系统的运行有重要意义。它是变电所负荷控制，发电厂安排日发电计划，确定电力系统运行方式和主变压器、发电机组等设备检修计划以及制变电所、发电厂扩建新建规划的依据。各类电力用户的最大负荷和最小负荷出现的时刻是不尽相同的因此，反映在变电所或发电厂日负荷曲线上的最大负荷Pmax总是小于各用户最大负荷之和，而其最小负荷Pmin一般均大于各用户最小负荷之和。通过合理地、有计划地安排种类用户的用电时间，可减小最大负荷和最小负荷的差值，使负荷曲线图形较为平坦，从而有利于充分利用发电、供电设备（主变压器等）容量，提高系统运行的经济性。

电力负荷取用的功率一般随电力系统运行电压和频率的改变而变化。当频率f保持额定值不变时，以异步电动机为主的工业负荷取用的有功功率P和无功功率Q，随电压增大而分别呈非线性特性增加；而电压减小时P，Q分别按非线性特性递减。当负荷的端电压保持不变，而系统频率f在允许范围内变动时，工业负荷取用的有功功率P随频率f的改变按正比例线性变化；其无功功率Q则随频率f的改变按非线性特性呈反比例变化。上述特性称为负荷的静态特性。3

分级按对供电可靠性要求的负荷分类电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定：

一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：

1．中断供电将造成人身伤亡时。

2．中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

3．中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：

1．中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

2．中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

对一级负荷一律应由两个独立电源供电。

二级负荷较重要的电力负荷对该类负荷供电的中断，将造成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。

三级负荷不属于上述一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。

按工作制的负荷分类电力负荷按其工作制可分为三类。

1.连续工作制负荷

连续工作制负荷是指长时间连续工作的用电设备，其特点是负荷比较稳定，连续工作发热使其达到热平衡状态，其温度达到稳定温度，用电设备大都属于这类设备。如泵类、通风机、压缩机、电炉、运输设备、照明设备等。

2.短时工作制负荷

短时工作制负荷是指工作时间短、停歇时间长的用电设备。其运行特点为工作时其温度达不到稳定温度，停歇时其温度降到环境温度，此负荷在用电设备中所占比例很小。如机床的横梁升降、刀架快速移动电动机、闸门电动机等。

3.反复短时工作制负荷

反复短时工作制负荷是指时而工作、时而停歇、反复运行的设备，其运行特点为工作时温度达不到稳定温度，停歇时也达不到环境温度。如起重机、电梯、电焊机等。

反复短时工作制负荷可用负荷持续率(或暂载率)ε来表示。4

注意措施由于采用可控整流，交流侧电压与电流不同，因此整流负荷的功率因数较低而且是变动的。当控制角α大时，功率因数很低，需由系统提供大量的无功功率，必须就地进行补偿，以避免在配电线路中大量传送无功功率。另外整流负荷取用的交流电流为非正弦波，其中含有大量的谐波，这些谐波在电力系统的设备中引起附加的发热、振动、噪声、干扰等，也会引起电容器的损坏，应设法加以抑制。直流侧谐波还对通信线路产生干扰，应增加整流相数或装设直流滤波器加以防止。晶闸管的开关时间为数微秒以下，为此产生无线电频带(0.6～1.6MHz)内的干扰波，也应采取抑制措施。