第三章輸電網(wǎng)

1、第三章 輸電網(wǎng)運行分析 主要內容電能質量分析 電網(wǎng)各元件的參數(shù)和等值電路 電網(wǎng)的等值電路 輸電網(wǎng)的潮流分析 系統(tǒng)頻率分析 第一節(jié)第一節(jié) 電能質量分析電能質量分析 衡量電能質量的指標主要是電壓、頻率、波形、電壓波動與閃變、三相不平衡度。 1、電壓 電壓質量以用戶處供電電壓和額定電壓的差值來衡量 電壓質量對各類用電設備的安全經(jīng)濟運行都有直接影響。 各類負荷電壓特性如圖所示。 在電力系統(tǒng)正常運行時，供電電壓必須在規(guī)定的允許變化范圍之內。這也就是電壓的質量指標。 我國目前所規(guī)定的用戶處的允許電壓變化范圍如表所示。線路額定電壓電壓允許變化范圍（）線路額定電壓電壓允許變化范圍（）35kV及以上5低壓照明5

2、1010kV及以下7農業(yè)用戶5102、頻率 系統(tǒng)運行頻率與系統(tǒng)額定頻率之差稱為頻率偏移。頻率偏移是衡量電能質量的一項重要指標。 我國電力系統(tǒng)采用的額定頻率為50Hz，其允許偏移值如表所示。 運行情況允許頻率偏差（Hz）允許標準時鐘誤差（s）正常運行小系統(tǒng)大系統(tǒng)0.50.24030事故運行30min以內15min以內絕不允許低于11.543、波形 電力系統(tǒng)電能質量要求供電電壓（或電流）的波形應為正弦波。 波形質量由諧波含量與基波之比來衡量 122100UUDnnv4、電壓波動與閃變 電壓波動：短時的電壓變化閃變：負荷急劇波動引起的照度變化 5、三相不平衡度 若三相電壓（或電流）大小相等，相位依次

3、（A、B、C）領先120，稱為三相平衡（或對稱），否則為不平衡（或不對稱）。 不平衡的三相系統(tǒng)可以將電壓（或電源）用對稱分量法分解為正序、負序、零序分量 。 負序分量與正序分量有效值之比稱為不平衡度（或不對稱度）。 電力系統(tǒng)中三相不平衡主要是由負荷不平衡，系統(tǒng)三相阻抗不對稱以及消弧線圈的不正確調諧所引起的?？梢圆捎孟铝蟹椒ń鉀Q：（1）將不對稱負荷分散接到不同的供電點，以減小集中連接造成不平衡度超標問題；（2）使不對稱負荷合理分配到各相，盡量使其平衡化（換相連接）；（3）將不對稱負荷連接到更高電壓級上供電，以使連接點的短路容量足夠大；（4）采用平衡裝置。第二節(jié)第二節(jié) 電網(wǎng)各元件的參數(shù)和等值電路電

4、網(wǎng)各元件的參數(shù)和等值電路 一、電力線路的參數(shù)和等值電路 二、電抗器的參數(shù)和等值電路二、電抗器的參數(shù)和等值電路三、變壓器的參數(shù)和等值電路三、變壓器的參數(shù)和等值電路四、發(fā)電機、負荷的參數(shù)和等值電路四、發(fā)電機、負荷的參數(shù)和等值電路一、電力線路的參數(shù)和等值電路（一）電力線路的參數(shù) 電力線路的電氣參數(shù)包括導線的電阻、電導，以及由交變電磁場而引起的電感和電容四個參數(shù)。 電力線路是均勻分布參數(shù)的電路，也就是說，它的電阻、電抗、電導和電納都是沿線路長度均勻分布的。 1、線路的電阻 線路的電阻參數(shù)代表的是輸電線路材料的電阻 直流電路中導體的電阻可按下式計算：lSR 在交流電路中，上式仍然適用，但由于集膚效應和近

5、距作用的影響，交流電阻與直流電阻不同。 2、線路的電抗 交流電流產生交變的磁場，這個磁場會在自身和臨近導線中感應出電動勢，這些電動勢方向和電流方向相反，具有阻礙電流流過的性質，其現(xiàn)象和電抗的作用相同 三相導線對稱排列或雖不對稱排列但經(jīng)循環(huán)換位時，每相導線單位長度的電抗可按下式計算： 41102lg6 . 42rmrDfx如將f50，r1代入上式得0157. 0lg1445. 01rDxmDm 三相導線的幾何平均距離 3cabcabmDDDD 分裂導線線路的電抗： 分裂導線的采用，改變了導線周圍的磁場分布，等效地增大了導線半徑，從而減小了每相導線的電抗。 3、線路的電導 線路的電導主要是由沿絕緣

6、子的泄漏電流和電暈現(xiàn)象決定的。線路的電導主要取決于電暈現(xiàn)象。 電暈現(xiàn)象： 就是指導線周圍空氣的電離現(xiàn)象。 電暈要消耗有功功率、消耗電能的。 空氣放電時產生的脈沖電磁波對無線電和高頻通信產生干擾， 電暈還會使導線表面發(fā)生腐蝕，從而降低導線的使用壽命。 電力線路應考慮避免發(fā)生電暈現(xiàn)象。 電暈現(xiàn)象的發(fā)生，主要決定于導線表面的電場強度。 在導線表面開始產生電暈的電場強度，稱為電暈起始電場強度。使導線表面達到電暈起始電場強度的電壓，稱為電暈起始電壓，或稱臨界電壓。對于三相三角形架設的普通導線線路，其電暈臨界電壓的經(jīng)驗公式為 :rDrmmUmcrlg3 .4921 電暈損耗在臨界電壓時開始出現(xiàn)，而且工作電

7、壓超過臨界電壓越多，電暈損耗就越大。總的功率損耗為Pg，從而可確定線路的電導：32110UPgg4、線路的電納 在三相線路中，導線與導線之間、導線與大地之間存在電容，用電納來反映其效應。 4、線路的電納 三相線路對稱排列或雖不對稱排列但經(jīng)整循環(huán)換位時，每相導線單位長度的電容可按下式計算： 6110lg0241. 0rDCm單位長度的電納為)/(10lg58.72611kmSrDfCbm（二）輸電線路的等值電路與基本方程 輸電線路在正常運行時三相參數(shù)是相等的，因此可以只用其中的一相作出它的等值電路。 當線路長度在300km以內時，不計線路的這種分布參數(shù)特性，用集中參數(shù)來表示 用集中參數(shù)表示的等值

8、電路如圖所示 ：1、短線路的等值電路與基本方程 短線路是指線長100km的架空線路，且電壓在35kV及以下。由于電壓不高，這種線路電納的影響不大，可略去。jXRZ2、中等長度線路的等值電路與基本方程 對于電壓為110330kV、線長100300km的架空線路及100km的電纜線路均可視為中等長度線路。 這種線路，由于電壓較高，線路的電納一般不能忽略，等值電路常為形等值電路，3、長線路的等值電路 電壓為330kV及以上、線長300km的架空線路和線長100km的電纜線路，一般稱之為長線路。必須考慮分布參數(shù)特性的影響。將分布參數(shù)乘以適當?shù)男拚禂?shù)就變成了集中參數(shù)，從而就可繪出用集中參數(shù)表示的等值電

9、路 。電阻、電抗及電納的修正系數(shù) 為：12161312112112111211lbxklxbrbxklbxkbxr 上述修正系數(shù)只適用于計算線路始、末端的電流和電壓，線路長度超過300km、小于750km的架空線路及長度超過100km、小于250km的電纜線路。超過上述長度并要求較準確計算遠距離線路中任一點電壓和電流值時，應按均勻分布參數(shù)的線路方程計算。 二、電抗器的參數(shù)和等值電路二、電抗器的參數(shù)和等值電路 電抗器的作用是限制短路電流，它是由電阻很小的電感線圈構成，因此等值電路可用電抗來表示。 一般電抗器銘牌上給定它的額定電壓、額定電流和電抗百分值，由此可求電抗器的電抗。按百分值定義有： 10

10、0100%NRRRXXXX而NNNIUX3于是得NNRRIUXX3100%例題： 某220KV輸電線路選用LGJ-300型導線，導線直徑為24.2mm，水平排列，線間距為6m，線長200km，試求等值電路參數(shù)。 解： 幾何均距 單位長度電阻： km/105. 03005 .311Srmm7560126633cabcabmDDDD例題：km/42. 00157. 01 .127560lg144. 00157. 0lg144. 01rDxm單位長度電抗：單位長度電納：S/km1071. 2101 .127560lg58. 710lg58. 76661rDbm例題：8420042. 0X212001

11、05. 01l rR電阻：電納：電抗：S1042. 52001071. 246B三、變壓器的參數(shù)和等值電路三、變壓器的參數(shù)和等值電路 變壓器的參數(shù)包括電阻、電導、電抗和電納，這些參數(shù)要根據(jù)變壓器銘牌上廠家提供的短路試驗數(shù)據(jù)和空載試驗數(shù)據(jù)來求取。 變壓器一般都是三相的，在正常運行的情況下，由于三相變壓器是均衡對稱的電路，因此等值電路可以只用一相代表。變壓器的額定數(shù)據(jù): 額定容量SN額定電壓UN變壓器短路試驗數(shù)據(jù)：短路損耗pk短路電壓百分比 Uk%變壓器短路試驗數(shù)據(jù)：空載損耗 p0空載電流百分比 I0% （一）雙繞組變壓器 1、電阻 變壓器電阻反映經(jīng)過折算后的一、二繞組電阻之和，通過短路試驗數(shù)據(jù)求

12、得。 22NNkTSUPR 變壓器短路試驗接線圖如圖所示。從一次側測得短路損耗和短路電壓 。 由于短路試驗時，變壓器短路損耗近似等于額定電流流過變壓器時高低壓繞組中總的銅耗，于是有：TNNTNNTNCukRUSRUSRIPP2222333可解得22NNkTSUPR 2、電抗 變壓器電抗反映經(jīng)折算后的一、二次繞組漏抗之和，由短路試驗參數(shù)獲得NNkTSUUX100%2 短路試驗時，繞組中通過額定電流，在一次側測得的電壓即為短路電壓)(3TTNkjXRIU對于大容量的變壓器， XTRT，則可認為短路電壓主要降落在電抗上 ，有：TNkXIU3從而得NkTIUX3而NkkUUU100%NNNUSI3則有

13、NNkTSUUX100%23、電導 變壓器電導反映與變壓器勵磁支路有功損耗相應的等值電導，通過空載試驗數(shù)據(jù)求得。20NTUPG 變壓器空載試驗接線圖如圖所示。進行空載試驗時，二次開路，一次加上額定電壓，在一次測得空載損耗和空載電流。 由于空載試驗的電流很小，變壓器二次處于開路，所以此時的繞組銅損耗很小，可認為空載損耗主要損耗在鐵芯上，因此，鐵芯損耗近似等于空載損耗，于是有： TNFeGUPP20從而得20NTUPG 4、電納 變壓器電納反映與變壓器主磁通的等值參數(shù)（勵磁電抗）相應的電納，也是通過空載試驗數(shù)據(jù)求得。 20100%NNTUSIB 變壓器空載試驗時，流經(jīng)勵磁支路的空載電流可分解為有功

14、電流和無功電流，且有功分量較無功分量小得多，所以在數(shù)值上空載電流計算約等于無功電流。 由TbTNBIBIU13130得TNbBUI3又由100%00NIII得NNNUSIIII3100%100%000解得20100%NNTUSIB 在工程計算中，因變壓器的電壓變化不太大，往往將變壓器的勵磁支路以額定電壓下的勵磁功率來代替，于是變壓器的等值電路又可用下圖表示。）（）（varM100%MW10000000NSIQPPw其中勵磁功率損耗為：例題： 計算SFL1-20000/110 型變壓器規(guī)算到高壓側的參數(shù)，并畫出等值電路。變壓器銘牌給出該變壓器的變比為110/11、pk = 135kw、po =

15、22kw、Uk% = 10.5、 Ik% = 0.8 解： 08. 42010001101352222NNkTSUPR53.63201001105 .10100%22NNkTSUUXS1082. 11101000226220NTUPGS1032. 1110100208 . 0100%622NNoTUSIB四、發(fā)電機、負荷的參數(shù)和等值電路四、發(fā)電機、負荷的參數(shù)和等值電路1、發(fā)電機的參數(shù)和等值電路 發(fā)電機是供電的電源，其等值電路有兩種。 在電力系統(tǒng)計算中，一般不計發(fā)電機的電阻，因此，發(fā)電機參數(shù)只有一個電抗 。 一般發(fā)電機廠家提供的參數(shù)有發(fā)電機額定容量，額定有功功率，額定功率因素，額定電壓及電抗百分

16、值，據(jù)此可求得發(fā)電機電抗。 NGNGGSUXX100%2按百分值定義 100%NGGXXX而NGNNIUX3GNNNUSI3代入上式可解得： NGNGGSUXX100%22、負荷的功率和阻抗 負荷的表示方法一般有如下幾種表示方法：（1）把負荷表示成恒定功率；（2）把負荷表示成恒定阻抗；（3）用感應電機的機械特性表示負荷；（4）用負荷的靜態(tài)特性方程表示負荷。 最常用的是前兩種。（a）用恒定功率表示負荷；（b）用恒定阻抗或導納表示負荷負荷功率表示：LLLiuLLLLLIUIUIUS)(LLLLLLLLQPIUIUjsinjcos負荷以恒定阻抗表示：*LLLLLLLLLZUUZUUIUS由得LLLL

17、LLLLLLLLLLLXRQPSUSSUSSSUUZjj2222）（第三節(jié) 電網(wǎng)的等值電路 求得各元件的等值電路后，就可以根據(jù)電力系統(tǒng)的電氣接線圖繪制出整個系統(tǒng)的等值電路圖。一、用有名值計算時的等值電路一、用有名值計算時的等值電路二、標么值計算時的等值電路二、標么值計算時的等值電路一、用有名值計算時的電壓級歸算一、用有名值計算時的電壓級歸算 在畫等值電路時，要注意電壓等級的歸算。其參數(shù)歸算過程如下。 （1）選基本級?；炯壍拇_定取決于研究的問題所涉及的電壓等級。 （2）確定變比。變壓器的變比分為兩種，即實際額定變比和平均額定變比。（3）參數(shù)歸算。 采用變壓器的變比進行歸算ZKZ2YKY21UK

18、UIKI11）準確歸算法：變壓器的實際額定變比為：待歸算級側的額定電壓基本級側的額定電壓K 2）近似歸算法：采用變壓器的平均額定變比進行參數(shù)歸算avavbavUUK電壓待歸算級側的平均額定壓基本級側的平均額定電采用平均額定電壓的優(yōu)越性在于：對多電壓等級的復雜網(wǎng)，參數(shù)的歸算按近似歸算法進行時，可以大大減輕計算工作量。二、標么值計算二、標么值計算 所謂標么制是相對單位制的一種表示方法，在標么制中參與計算的各物理量都是用無單位的相對數(shù)值表示。標么值的一般數(shù)學表達式為： 位）基準值（與實際值同單實際值（任意單位）標么值1、標么值的特點（1）標么值是無單位的量（為兩個同量綱的數(shù)值比）。（2）標么值計算結

19、果清晰，便于迅速判斷計算結果的正確性，可大大簡化計算等優(yōu)點。 （3）標么值與百分值換算方便 三相系統(tǒng)中各量的關系滿足YZIZUUIS1332、三相系統(tǒng)中基準值的選擇 基準值選擇有兩個限制條件： （1)基準值的單位與有名值單位相同； （2）各電氣量的基準值之間符合電路的基本關系式。因此有：BBBBBBBBYZZIUIUS133 首先選定SB、UB為功率和電壓的基準值 其他三個基準值按三相電路關系派生：BBBBBBBBBUSIUSYSUZ3223、標么值用于三相系統(tǒng) 當基準值滿足三相電路關系時，標幺值計算和單相電路一樣phBBBUZIZIIZUUU33)1(33SUIUIIUSSSBBB標么值的益

20、處是給計算帶來方便 。4、采用標么制時的電壓級歸算 對多電壓等級的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡參數(shù)必須歸算到同一個電壓等級上。若這些網(wǎng)絡參數(shù)是以標么值表示的，則這些標么值是依基本級上取的基準值為基準的標么值。歸算途徑有兩個： （1）先有名值歸算，后取標么值計算。 先將網(wǎng)絡中各待歸算級各元件的阻抗、導納以及電壓、電流的有名值參數(shù)歸算到基本級上，然后除以基本級的基準值，得到標么值參數(shù)（2）先基準值歸算，后取標么值 先將基本級上的基準值歸算到各待歸算級，然后再被待歸算級上相應的電壓、電流、阻抗、導納分別去除，得到標么值參數(shù)。歸算過程中用到的公式如下： （歸算） （取標么） BBBBBBBBBBBBBBBBBBSUII

21、IIKIIUUUUKUSUYYYYYKYUSZZZZKZZ312222實用方法：1、各級功率基準相同 2、各級電壓基準取額定平均電壓3、計算其他基準值4、計算各元件標么值5、基準值改變后的標么值換算 發(fā)電機、變壓器、電抗器的電抗，廠家提供以百分值表示的數(shù)據(jù)，百分值除以100即得標么值，這個標么值是以元件本身的額定參數(shù)（額定電壓、額定容量）為基準的標么值。 在電力網(wǎng)計算中，當選定基本級后，應把這些電抗標么值換算成以基本級上的參數(shù)為基準的標么值。 基準值改變后的發(fā)電機、變壓器、電抗器的標么值電抗為： RNBBRNRRNBBNkTNBBNGGIIUUXXSSUUXXSSUUXX2222100%100

22、%100% 采用標么制時的網(wǎng)絡參數(shù)歸算，顯然較有名值歸算復雜些，但對以后的電力系統(tǒng)潮流計算、調壓計算及短路計算等，采用以標么值參數(shù)表示的等值電路進行計算較為方便。 電力系統(tǒng)等值電路的繪制，即是將參數(shù)歸算后的各元件的等值電路連接起來。為了以后的計算方便，等值電路越簡單越好。 采用標么制計算的步驟（采用近似計算）：1、確定基準值 各級功率基準值（SB）相等 各級電壓基準值取平均額定電壓 計算各級電流、阻抗基準值2、計算各元件標幺值3、畫出等值電路4、根據(jù)等值電路計算電壓、電流和功率標么值6、計算各電量實際值第四節(jié)第四節(jié) 輸電網(wǎng)的潮流分析輸電網(wǎng)的潮流分析一、潮流分布一、潮流分布二、簡單電網(wǎng)的手工計算

23、法二、簡單電網(wǎng)的手工計算法三、復雜電網(wǎng)的計算機算法三、復雜電網(wǎng)的計算機算法一、潮流分布一、潮流分布 電力系統(tǒng)的潮流分布，指的是電力系統(tǒng)在某一穩(wěn)態(tài)的正常運行方式下，電力網(wǎng)絡各節(jié)點的電壓和支路功率的分布情況。 潮流分布計算，是按給定的電力系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參量的計算。通常給定的運行條件有系統(tǒng)中各電源和負荷節(jié)點的功率、樞紐點電壓、平衡節(jié)點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括各節(jié)點的電壓及其相位角以及流經(jīng)各元件的功率、網(wǎng)絡的功率損耗等。 潮流計算的主要目的： 1、檢查電力系統(tǒng)各元件（如變壓器、輸電線路等）是否過負荷，以及可能的預防措施等。 2、檢查電力系統(tǒng)各

24、節(jié)點的電壓是否滿足電壓質量的要求，分析機組發(fā)電出力和負荷的變化，網(wǎng)絡結構的變化對系統(tǒng)電壓質量和安全經(jīng)濟運行的影響。 3、幫助正確地選擇系統(tǒng)接線方式，合理調整負荷，以保證電力系統(tǒng)安全、可靠地運行，向用戶供給高質量的電能。 4、根據(jù)功率分布，可以選擇電力系統(tǒng)的電氣設備和導線截面積，可以為電力系統(tǒng)繼電保護整定計算提供必要的數(shù)據(jù)等。 5、為電力系統(tǒng)的規(guī)劃和擴建提供依據(jù)。 6、為調壓計算、經(jīng)濟運行計算、短路計算和穩(wěn)定計算提供必要的數(shù)據(jù)。 潮流計算可以分為離線計算和在線計算兩種方式。離線計算主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設計和運行中安排系統(tǒng)的運行方式，在線計算主要用于在運行中的系統(tǒng)經(jīng)常性的監(jiān)視和實時監(jiān)控。 二、簡單電網(wǎng)

25、的手工計算法二、簡單電網(wǎng)的手工計算法計算步驟 1、由已知電氣主接線圖作出等值電路圖； 2、推算各元件的功率損耗和功率分布； 3、計算各節(jié)點的電壓； 4、逐段推算其潮流分布。 三、復雜電網(wǎng)的計算機算法三、復雜電網(wǎng)的計算機算法隨著計算機技術的發(fā)展，復雜電力系統(tǒng)潮流計算幾乎均采用計算機來進行計算，它具有計算精度高、速度快等優(yōu)點。計算機算法的主要步驟有：（1）建立描述電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)學模型；（2）確定解算數(shù)學模型的方法；（3）制定程序框圖，編寫計算機計算程序，并進行計算；（4）對計算結果進行分析。1、電力系統(tǒng)潮流的計算機算法的數(shù)學模型 在電力系統(tǒng)潮流分布的計算中，廣泛采用的是節(jié)點電壓方程。nnnn

26、nnnnUUUYYYYYYYYYIII2121222211121121nnnUYI 這是一組復數(shù)方程式，如果把實部和虛部分開，便得到2n個實數(shù)方程。 2、節(jié)點的分類（1）PQ節(jié)點 這類節(jié)點的有功功率和無功功率是給定的。節(jié)點電壓是待求量。通常變電所都是這一類型的節(jié)點，由于沒有發(fā)電機設備，故發(fā)電功率為零。若系統(tǒng)中某些發(fā)電廠送出的功率在一定時間內為固定時，則該發(fā)電廠母線可作為PQ節(jié)點。可見，電力系統(tǒng)中的絕大多數(shù)節(jié)點屬于這一類型。（2）PU節(jié)點 這類節(jié)點的有功功率和電壓幅值是給定的，節(jié)點的無功功率和電壓的相位是待求量。（3）平衡節(jié)點 在潮流分布算出以前，網(wǎng)絡中的功率損失是未知的，因此，網(wǎng)絡中至少有一個

27、節(jié)點的有功功率不能給定，這個節(jié)點承擔了系統(tǒng)有功功率的平衡，故稱之為平衡節(jié)點。另外，必須選定一個節(jié)點，指定其電壓相位為零，作為計算各節(jié)點電壓相位的參考，這個節(jié)點稱為基準節(jié)點?；鶞使?jié)點的電壓幅值也是給定的。為了計算上的方便，常將平衡節(jié)點和基準節(jié)點選為同一個節(jié)點，習慣上稱之為平衡節(jié)點（亦稱為松弛節(jié)點、搖擺節(jié)點）。 潮流計算可以概括為求解一組非線性方程組，并使其解滿足一定的約束條件。常用的計算方法是迭代法和牛頓法。在計算過程中或得出結果之后用約束條件進行檢驗，如果不滿足，則應修改某些變量的給定值，甚至修改系統(tǒng)的運行方式，重新計算。第五節(jié)第五節(jié) 系統(tǒng)頻率分析系統(tǒng)頻率分析 電力系統(tǒng)的頻率是電能的重要指標，系統(tǒng)運行時必須將頻率偏移控制在一個小的范圍。 頻率由發(fā)電機轉速決定，轉速由機械功率和電磁（輸出有功）功率的平衡決定 頻率的調整通過原動機的功率調整實現(xiàn)一、電力系統(tǒng)的頻率特性一、電力系統(tǒng)的頻率特性1、負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性 當電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中有功負荷隨頻率變化的特性稱為負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性。 頻率升高，有功負荷增大。 當頻率