電能系統(tǒng)第1章教材

電能系統(tǒng)基礎徐州師范大學電氣工程及自動化學院白春艷關于電能系統(tǒng)基礎課程1.本課程特點、前修課程、后續(xù)課程特點：專業(yè)基礎課、與生產實際聯(lián)系緊密前修課程：電路理論、電機學后續(xù)課程：電力系統(tǒng)分析、繼電保護、電力系統(tǒng)自動化等2.學習方式、要求學習方式：聽課、課上習題、作業(yè)、實驗要求：基本概念清楚、主要內容掌握、理論聯(lián)系實際3.考核方式：

筆試（閉卷，60％），平時（10％），實驗（10％）作業(yè)（20%）第一章電能系統(tǒng)概論１．１概述１．２電能系統(tǒng)負荷與負荷曲線１．３電能系統(tǒng)的電壓等級１．４輸電線路１．５發(fā)電廠、變電所電氣設備１．６電能系統(tǒng)的電氣連接方式１．７三相電能系統(tǒng)中性點運行方式１．８電能系統(tǒng)的運行特點和基本要求１．９電能系統(tǒng)的運行監(jiān)視、控制與保護１．１０安全接地1.1概述1.1.1能和能源

能量是物質運動的量度，能量有許多形式，如機械能、熱能、化學能。不同形式的能量可相互轉換。能源則是指在自然界中可以轉換成人們所需要的能量的一些資源。1.1.1能和能源(1)

１.電能的特點：

⑴電能可以方便地由其它電能形式轉化而來，也可以簡便地轉化成其他形式地能量。

⑵電能便于大規(guī)模生產、輸送、分配、并且價格低廉。

⑶

電能的生產、輸送、分配、控制及測量等各環(huán)節(jié)容易實現(xiàn)自動控制。1.1.1能和能源(2)

2.能源的分類：一次能源：指以現(xiàn)成的形式存在于自然界的能源。

二次能源：指由一次能源直接或間接轉換而來的其它形式的能源或人工制造的能源。 電能屬于二次能源。常用的用來發(fā)電的一次能源有：燃料化學能、水能、核能等。還可繼續(xù)開發(fā)的發(fā)電能源，如潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等。3、能源評價

（1）能量密度

（2）能源品位

（3）技術的難易程度和開發(fā)費用

（4）運輸費用和損耗

（5）對環(huán)境的污染程度我國具有豐富的能源資源。1.1.1能和能源(3)

3.環(huán)境保護:

火力發(fā)電廠生產的三廢（廢水、廢氣、廢渣）已對環(huán)境造成相當嚴重的污染，使生態(tài)平衡造成破壞。因此，對火電廠引起的環(huán)境污染，采取措施加強治理乃是當務之急。1.1.2電能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的定義(1)1．

動力系統(tǒng)：

轉化、分配和應用電能及熱能的全部環(huán)節(jié)稱為動力系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、核反應堆、輸電線、熱力管道、電力變壓器、電動機、電熱裝置、換流裝置及電動機傳動機械等等。1.1.2電能系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的定義(2))

2．

電能系統(tǒng)：在動力系統(tǒng)中，生產、輸送、轉換的能量主要部分是電能的，稱為電能系統(tǒng)。

3．

電力系統(tǒng)： 電能系統(tǒng)中的電氣部分稱為電力系統(tǒng)。（由發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及用電設備，這些生產、輸送、分配和消費電能的各種電器設備連接在一起而組成的整體稱為電力系統(tǒng)）發(fā)電廠： 生產電能變電所： 變換和分配電能輸配電線路： 輸送電能用戶： 消費電能4．

電力網： 在電力系統(tǒng)中通常把發(fā)電機和用電之間屬于輸電和配電的環(huán)節(jié)稱為電力網。（由變壓器和不同電壓等級輸電線路組成的網絡）圖1-1電能系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網示意圖1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述-發(fā)電廠（１）１.發(fā)電廠發(fā)電廠是電能系統(tǒng)的電源，它的作用是把不同種類的一次能源轉換成電能。根據一次能源的不同，可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核動力發(fā)電廠和利用其它能量發(fā)電的電廠。

1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述-發(fā)電廠（２）火電廠：

火電廠按原動機類型不同可分為汽輪機發(fā)電廠、蒸汽機發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠等。

凝汽式汽輪機發(fā)電廠電能生產過程：燃料化學能鍋爐熱能汽輪機機械能發(fā)電機電能(2)水電廠

基本能量轉化過程：

水能水輪機機械能發(fā)電機電能

裝機容量可用如下公式表示：

1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述-發(fā)電廠（３）

水電廠可分為壩式水電廠、引水式電廠及混合式水電廠。1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述-發(fā)電廠（4）

(3)核電廠:

基本能量轉化過程:

重核裂變能核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱能汽輪機機械能發(fā)電機電能利用其他能源如地熱、潮汐、太陽能、風能、生物質能等也都可以建成電廠。1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述－電力網（１）

2.電力網:電力網由不同電壓等級的電力線路和變電所組成。按其供電范圍的大小和電壓等級高低可分為地方電力網、區(qū)域電力網以及超高壓遠距離輸電網絡。

(1)地方電力網:電壓不超過110kV,輸送距離在幾十千米內的電力網，主要指一般城市、工礦區(qū)、農村配電網絡。1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述－電力網（２）

(2)區(qū)域電力網:電壓為110~220kV級的電力網，區(qū)域電力網輸電線路較長，用戶類型較多。

(3)超高壓遠距離輸電網絡:由330kV和550kV的遠距離輸電線路組成，擔負著遠距離、大容量發(fā)電廠的電能輸送任務，往往同時聯(lián)系幾個區(qū)域電力網形成跨省、跨地區(qū)的大型聯(lián)合系統(tǒng)。超高壓遠距離輸電網地方電力網區(qū)域電力網110kV~35kV~35kV500kV220kV110kV10kV水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠變電所A：樞紐變電所C：地方變電所D：終端變電所B：中間1.1.3發(fā)電廠、變電所、電力網概述－變電所

變電所的任務是匯集電源、升降電壓、分配電能。變電所分類：升壓變電所和降壓變電所;

戶外變電所、戶內變電所及地下變電所;

樞紐變電所、中間變電所和終端變電所(按變電所容量和重要性不同)。1.1.４我國電力工業(yè)發(fā)展概況

1.1882年4月，英國人利特爾成立上海電光公司，在南京路上創(chuàng)辦了中國第一座發(fā)電廠。

2.1949年，發(fā)電量僅有43億kW.h。

3.新中國成立以來，我國電力工業(yè)取得了長足的發(fā)展。1996年，我國百萬千瓦以上容量的電廠就有19座，有大亞灣和秦山兩座核電站。

4.我國今后電力工業(yè)發(fā)展方向：我國電源結構要堅持優(yōu)化火電結構、優(yōu)先發(fā)展水電、適當發(fā)展核電、積極利用新能源的方針。1.2電能系統(tǒng)負荷與負荷曲線

1.2.1電能系統(tǒng)的負荷與分類

1.

電能系統(tǒng)的負荷:

電能系統(tǒng)的負荷指從電力系統(tǒng)中取用功率或電能的各種用電設備。

2.負荷分類:(1)

一級負荷:指供電突然中斷將造成人傷亡，或政治上造成極壞影響，經濟上造成重大損失或引起社會混亂的負荷。

1.2.1電能系統(tǒng)的負荷與分類

(2)

二級負荷:指供電突然中斷將造成政治上不好影響，經濟上較大損失或社會生活的正常規(guī)律被打亂的負荷。

(3)

三級負荷:指有計劃停電時不會造成較大影響的負荷。1.2.2電力負荷曲線及其特性系數（１）

1.負荷曲線定義：

電力負荷大小隨時間變化的圖形。

2.負荷曲線分類：有功負荷曲線和無功負荷曲線（負荷種類）；日負荷曲線、月負荷曲線，年負荷曲線（時間長短）。

1.2.2電力負荷曲線及其特性系數（２）

3.負荷曲線的用途:(1)計劃和分配各發(fā)電廠的發(fā)電任務（日負荷預測曲線）。各發(fā)電廠負荷分配如圖1－8。

(2)確定系統(tǒng)裝機容量，安排主要設備檢修計劃（年最大負荷曲線）。

4.負荷曲線的繪制及其特性系數

(1)運行日負荷曲線:指以橫軸代表時間延續(xù)，以縱軸代表實測的功率變化，逐點描繪而成的曲線。該曲線下包圍的面積表示一天24小時內的電能消耗。圖1-8電力系統(tǒng)日負荷曲線的分配圖1-10日有功負荷曲線梯形圖1.2.2電力負荷曲線及其特性系數（３）曲線中平均功率:

負荷系數：1.2.2電力負荷曲線及其特性系數（４）

２）年負荷曲線:

運行年負荷曲線：其繪制與運行日負荷曲線相似。電力負荷全年持續(xù)曲線：選擇典型夏季日負荷曲線和典型冬季日負荷曲線，冬季取213天，夏天取152天，以全年8760h為橫軸，從最大功率開始，依功率遞減順序依次繪制出功率及其該功率在全年持續(xù)的時間。圖1-11全年時間負荷曲線1.2.2電力負荷曲線及其特性系數（５）負荷全年持續(xù)曲線下的面積代表一年消耗的電能:最大負荷利用小時：

Tmax的大小反映了設備利用的程度和用戶負荷平穩(wěn)的程度。年平均負荷功率：1.2.3

電能負荷的計算（１）

計算負荷：按發(fā)熱條件選擇電氣設備的等效負荷，即計算負荷產生的熱效應和實際變動負荷產生的熱效應相等。一般計算負荷可認為是持續(xù)半小時及以上的最大負荷，用、、表示。計算負荷是選擇電器設備和導線的基本依據。

1.2.3

電能負荷的計算（２）

1.單臺用電設備的計算負荷負荷點1的單臺設備計算負荷：

2.用電設備組的計算負荷

負荷點2處的用電設備組的計算負荷:

稱為該設備組的需要系數，指用電設備組在最大負荷時需要的有功功率與其總設備負荷容量的比值。1.2.3

電能負荷的計算（３）

-----用電設備組各工作設備的同時系數。

-----用電設備組各工作設備的負荷系數。

-----用電設備組各工作設備的平均效率。

-----供電線路的效率。1.2.3

電能負荷的計算（４）

3.變壓器低壓母線側的計算負荷:負荷點3處的計算負荷：

式中，、為有功和無功同時系數。1.3電能系統(tǒng)的電壓等級:

1、綜合經濟技術比較，對應一定的輸送功率和輸送距離有一最合適的線路電壓。線路電壓(kv)輸送容量(MV)輸送距離(km)60.1~0.24~15100.2~2.06~20352~1020~5011010~5050~150220100~500100~300330200~800200~6005001000~1500250~8507502000~2500500以上

2、設備只有在額定電壓和額定頻率下時，其技術經濟性能才能最好。為使電力工業(yè)和電工制造業(yè)的生產標準化、系列化和統(tǒng)一化，世界各國都制定有關于額定電壓等級的標準。

3、額定電壓是用來代表電力網或電氣設備運行電壓特性的數值。

設備的最高電壓是指保證設備正常運行的電壓限值。

包括電力系統(tǒng)的額定電壓和最高電壓以及電氣設備的額定電壓和最高電壓。電力系統(tǒng)的額定電壓：由國家根據技術經濟條件規(guī)定的電壓等級標準，又稱電力網的額定電壓或線路的額定電壓。電力系統(tǒng)的最高電壓：電力系統(tǒng)正常運行時，在任何時間系統(tǒng)中任何一點上所出現(xiàn)的電壓最高值。電氣設備的額定電壓：電氣設備制造廠根據所規(guī)定的電氣設備工作條件而確定的電壓。電氣設備的最高電壓：考慮到設備的絕緣性能和與最高電壓有關的其它性能（如變壓器的激磁電流及電容器的損耗等）所確定的允許最高運行電壓，其數值等于所在電力系統(tǒng)的最高電壓值。注意：電氣設備分為供電設備和受電設備，同一電壓等級下，兩者的額定電壓是不同的。電力系統(tǒng)的電壓等級4、我國規(guī)定的額定電壓（交流為線電壓有效值，直流為平均值）1）.低于3kV系統(tǒng)的額定電壓低于3kV三相/單相交流系統(tǒng)額定電壓和電氣設備額定電壓注：受電設備的額定電壓＝電力系統(tǒng)的額定電壓。低于3kV直流系統(tǒng)的額定電壓：100V以下的額定電壓，受電設備與供電設備相同。對受電設備為110V、220V和440V的直流系統(tǒng)，供電設備的額定電壓分別為115V、230V和460V。2.3kV及以上系統(tǒng)的額定電壓額定電壓：發(fā)電機、變壓器、用電設備等正常運行時最經濟的電壓在同一電壓等級中，電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（發(fā)電機、變壓器、電力線路、用電設備）的額定電壓各不相同。某一級的額定電壓是以用電設備為中心而定的。用電設備的額定電壓是其他元件的參考電壓。

用電設備端壓允許在額定電壓UN的5%內波動輸電線路的額定電壓為線路的平均電壓

[UN(1+5%)+UN(1-5%)]/2=UN1000V以下：供電設備比受電設備額定電壓高5%1000V以上：發(fā)電機額定電壓比同等電壓級的電力網電壓高5%發(fā)電機的額定電壓UN(1+5%)變壓器的額定電壓為變壓器兩側的額定電壓，以變比表示為k=U1N/U2N一次側

直接與發(fā)電機相連：U1N=UN(1+5%)<35kv

聯(lián)絡（相當于用電設備）與相連的線路或母線電壓相同：U1N=UN二次側相當于發(fā)電機（本身有5%的壓降）空載U2N=UN(1+5%)

帶負載U2N=UN(1+10%)（內部壓降約5%）

Us%<7.5或直接連負載時U2N=UN(1+5%)額定電壓指主接頭的空載電壓

.關于額定電壓要注意以下幾點：（1）對于交流系統(tǒng)指的是線電壓有效值；（2）輸電線路的額定電壓取系統(tǒng)的額定電壓，因為輸電線路沿線各點的電壓是不相等的；（3）變壓器約有5％的電壓損耗，輸電線路約有10％的電壓損耗；（4）發(fā)電機考慮有直配線，其額定電壓比系統(tǒng)電壓高5％；（5）供電設備的額定電壓比系統(tǒng)額定電壓高5％或10％，受電設備額定電壓取系統(tǒng)額定電壓；（6）要考慮相互連接和相互配合，使各電氣設備都在其額定電壓附近運行。不同電壓等級的適用范圍：

154、60kV電壓等級不宜推廣。

330、500、750:超高壓>750:特高壓；500、330、220kv多半用于大電力系統(tǒng)的主干線；110kv既用于區(qū)域網，中小電力系統(tǒng)的主干線，也用于大電力系統(tǒng)的二次網絡；35kv服用于大城市或大工業(yè)企業(yè)內部網絡，也廣泛用于農村網絡；10kv則是常用的更低一級配電電壓，只有負荷中高壓電動機的比重很大時，才考慮以6kv配電的方案。3kv用于企業(yè)內部我國電力系統(tǒng)的電壓等級在西北系統(tǒng)采用330/110/35/10KV。東北地區(qū)采用500/220/63/10KV，其它地區(qū)采用500/220/110/35/10KV，低壓常用0.38/0.22KV電壓等級。為了適應電力系統(tǒng)運行調節(jié)的需要，通常在變壓器的高壓繞組上設計制造有分接抽頭。分接頭用百分數表示，即表示分接頭電壓與主抽頭電壓的差值為主抽頭電壓的百分之幾。對同一電壓級的變壓器，升壓和降壓變壓器，即使分接頭百分值相同，分接頭的額定電壓也不同。如下所示220kV電壓級的變壓器：例題1：電力系統(tǒng)的部分接線如題圖所示，各電壓級的額定電壓及功率輸送方向已標明在圖中。試求：（1）發(fā)電機及各變壓器高、低壓繞組的額定電壓；（2）各變壓器的額定變比；（3）當變壓器T-1工作于+5%抽頭，T-2、T-4工作于主抽頭，T-3工作于-2.5%抽頭時，各變壓器的實際變比是多少？例題（選做）確定圖中電力系統(tǒng)各元件的額定電壓GMT1T2T3T410kv110kv35kv10kv6kv380vXG:10.5kvT1:10.5/121kvT2:110/38.5/11kv

T3:35/6.3kvT4:10kv/400vM:6kvL:220v作業(yè)：1、什么是電力系統(tǒng)？什么是電力網？2、電力系統(tǒng)的部分接線如題圖所示，各電壓級的額定電壓及功率輸送方向已標明在圖中。試求：（1）發(fā)電機，電動機及各變壓器高、中、低壓繞組的額定電壓；（2）當變壓器T-1高壓側工作于+2.5%抽頭，中壓側工作于+5%抽頭；T-2工作于額定抽頭；T-3工作于-2.5%抽頭時，各變壓器的實際變比是多少？1.4輸電線路電力線路按結構通?？煞譃榧芸蘸碗娎|線路和架空線路與電纜線路的混合線路。1.4.1架空線路:架空線路由導線、避雷線(架空地線)、絕緣子、金具和桿塔等主要部件組成。1.4.1架空線路（１）１.導線和避雷線:

導線可分為裸線和絕緣導線兩大類。高壓輸電線常采用裸導線，低壓線路常采用絕緣導線。導線材料主要有鋁、銅、鋼等。導線按結構形式不同分為單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種。其中，鋼芯鋁絞線機械強度較高，較為常用。其型號有LGJQLGJ和LGJJ型。導線型號有材料、結構和截面積三部分表示。如LGJ－120表示為120mm2的鋼芯鋁絞線。

220KV以上輸電線路為減小電暈損耗，常采用分裂導線。1.4.1架空線路（２）

2.桿塔：

按材料不同可分為木桿、鐵塔和鋼筋混凝土桿三種。按使用目的和受力情況不同通常分為直線桿、轉角桿、耐張桿、終端桿、換位桿和跨越桿。

3.絕緣子和金具

1）絕緣子：其作用為支撐和懸掛導線，并使導線與桿塔絕緣。其主要型式有針式、懸式和棒式。

2）金具：連接導線和絕緣子所使用的金屬部件總稱為金具。

1.4.2電纜線路

1.電力電纜結構：電力電纜主要由三部分組成：導線、絕緣層和保護層。

2.電力電纜的敷設：

電力電纜的敷設有以下幾種：直接埋入土中、電纜溝敷設及穿管敷設。1.5發(fā)電廠變電所的主要電電器設備發(fā)電廠變電所的主要電氣設備有：高壓開關電器、高壓保護電器、高壓測量電器等。

1.5.1開關電器開斷電路時的電弧

1.電弧的危害：１）延長電路開斷的時間；２）破壞開關觸頭、引起電器燒毀；３）形成相間短路；

1.5.1開關電器開斷電路時的電?。ǎ保?/p>

2.電弧中的游離和去游離方式：

１）游離方式：電弧中的游離方式有：強電場發(fā)射、熱電發(fā)射、碰撞游離、熱游離。２）去游離方式：電弧中的去游離方式有：復合、擴散。1.5.1開關電器開斷電路時的電?。ǎ玻?/p>

3.交流電弧的滅弧條件和方法：１）滅弧條件：交流電弧自然過零后，弧隙介質強度始終大于加在觸頭兩端的恢復電壓。

1.5.1開關電器開斷電路時的電弧（３）２）開關電器中常用的滅弧方法：提高觸頭的分離速度；利于高速氣體或油吹滅電??；采用多斷口將長電弧分成多段短電??；利用磁吹線圈使電弧不斷移動與拉長來滅弧；采用介質強度高的物質作滅弧介質，如SF６、真空、壓縮空氣、油等。1.5.1開關電器開斷電路時的電?。ǎ矗?/p>

4.直流電弧的滅弧方法：１）在直流電流上疊加一振動電流，使弧電流過零，用交流電弧相似的方法熄滅直流電弧。２）電阻耗散能量限流法：在開斷電路的過程中，逐級串入電阻，使直流弧電流不斷減小直至熄滅，并保證基本不產生過電壓。1.5.2高壓斷路器與重合閘（１）１.高壓斷路器的功能正常工作時開斷與閉合電路配合繼電保護裝置，自動開斷電網中的短路故障。配合自動重合閘裝置，在跳閘后能夠自動重合閘。

1.5.2高壓斷路器與重合閘（２）２.高壓斷路器種類(滅弧方式）：

油斷路器壓縮空氣斷路器

SF６斷路器

真空斷路器1.5.2高壓斷路器與重合閘（３）

3.

重合器重合器主要用在35kV及以下中壓電網。重合器的功能:自動檢測故障電流；在給定時間內開斷故障電流；按給定次數重合電路。1.5.3隔離開關

1.主要功能：

檢修時用于可靠的隔離電源。

2.結構特點：

無滅弧裝置；觸頭暴露在空氣中；有明顯、清晰可見的斷開點。隔離開關不能拉合負荷電流和短路電流，必須與斷路器配合使用，按重合閘操作規(guī)則進行操作。

GN2GW4-1101.5.4負荷開關與分斷器

1.負荷開關：

用于開合負載電流及過載電流的開關電器，具有一定的滅弧能力，不能開斷短路電流，常與熔斷器配合使用。

2.分斷器：

配電系統(tǒng)中用來隔離線路區(qū)段的自動裝置。可用來開斷負載電流，不能開斷故障電流，通常與重合器或斷路器配合使用。需手合。1.5.5熔斷器（了解）

1.功能：

在短路、過載或過電壓時切斷電路。

2.結構：

熔斷器由金屬熔件，觸頭裝置及外殼構成。

3.滅弧方法：

縱向吹弧滅弧、利用石英砂填料冷卻滅弧。

4.分類：

限流式熔斷器與非限流式熔斷器。1.5.6儀用互感器（了解）

儀用互感器的作用：將一次側的高電壓大電流變換成二次側的標準的低電壓、小電流，使二次側裝置標準化、系列化。將二次側與高電壓隔離，保證設備和人身安全。使二次側可以使用低壓小截面控制電纜傳送電壓、電流信號。1.5.6儀用互感器—電壓互感器（１）

1.電壓互感器電磁式電壓互感器工作原理與電力變壓器相同。

１）測量誤差：

電壓誤差1.5.6儀用互感器—電壓互感器（２）角誤差：

為與之間的夾角。

電壓互感器測量誤差與空載電流、二次負載等因素有關。２）準確度級：電壓互感器的準確度級用最大允許誤差表示。有０.１、０.２、０.５、１、3、３P、6P等準確度級，分別用在不同的測量與保護場合。1.5.6儀用互感器—電壓互感器（３）３）結構類型：電磁式（包括普通的電磁式電壓互感器，及串級式電壓互感器）；電容分壓式；４）運行注意事項：電壓互感器工作時，二次側有一端必須可靠接地，運行中二次側不允許短路。

1.5.6儀用互感器—電流互感器（１）２．電流互感器電磁式電流互感器工作原理與變壓器相同。1）電流互感器結構特點：一次側匝數很數少，二次側匝數多。正常工作時，二次側負荷阻抗很小，接近短路狀態(tài)。

圖1-34電流互感器原理圖1.5.6儀用互感器—電流互感器（２）

2）電流互感器的誤差：

電流誤差：角誤差：為與－之間的夾角。電流互感器的誤差與互感器鐵心材料、結構、一次側電流、二次側負載等因素有關。

３）確度級：電流互感器有0.2、0.5、1、3、5、D、B、P等準確度級，可供不同的測量和保護場合使用。1.5.6儀用互感器—電流互感器（３）不同準確度級的電流互感器有不同的額定二次負荷。４）運行注意事項：電流互感器運行二次側不允許斷開。否則二次側會感應出極高電壓，危及人身和設備安全。電流互感器二次側有一端應可靠接地。1.5.7避雷器

（１）（了解）

1.功能：用來限制過電壓的一種主要保護電器，是發(fā)電廠變電所防雷保護的基本保護措施之一。

2.工作原理：

避雷器與被保護設備并聯(lián)，當線路上有雷電侵入時，首先擊穿避雷器對地放電，從而保護設備絕緣。

1.5.7避雷器（２）

3.結構類型：放電間隙；閥形避雷器；管形避雷器；壓敏避雷器；1.6電能系統(tǒng)的電氣連接方式

（１）1.電能系統(tǒng)的接線圖電氣接線圖（如圖１－１）地理接線圖（如下圖）圖1-38電力系統(tǒng)的地理接線圖1.6電能系統(tǒng)的電氣連接方式

（２）２.電能系統(tǒng)的接線方式

1）無備用電源接線無備用接線包括：單回放射式、樹干式、鏈式網絡。特點1、供電可靠性差、電能質量差

2、簡單、經濟性好

3、運行方便1.6電能系統(tǒng)的電器連接方式（３）

2）有備用電源接線有備用接線方式包括：

雙回放射式、樹干式、鏈式、兩端供電網、環(huán)形接線

。特點：供電可靠，電能質量高

運行操作和繼電保護復雜，經濟性差1.7

三相電能系統(tǒng)中性點運行方式三相電能系統(tǒng)的中性點運行方式有：

中性點不接地；中性點經消弧線圈接地；中性點直接接地；1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（圖）1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（１）１.中性點不接地電力系統(tǒng)正常工作情況三相對地電壓對稱并等于相電壓；三相對地電容電流對稱；中性點與地同電位；1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（２）

2.若發(fā)生一相接地（例C相接地）1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（3）由c相接地時的相量圖可見:中性點對地電壓升高為相電壓，如圖oo’相量。接地相對地電壓為０。未接地兩相對地電壓升高為線電壓。1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（４）接地點電容電流是正常運行時一相對地電容電流的三倍。

因此，這種情況下應發(fā)出預告信號，允許繼續(xù)運行２小時。

1.7.1中性點不接地電力系統(tǒng)（５）接地點處產生接地電弧，可能引起電器設備損壞，甚至造成相間短路。接地點處產生斷續(xù)電弧，可能引起電網的諧振過電壓。供電可靠性高，絕緣成本高。<35kv電網1.7.2中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)

當10KV電網接地電流大于30A時，35KV電網接地電流大于10A時，電源中性點應采用經消弧線圈接地的方式，經消弧線圈補償后，接地點電流較小，將不會發(fā)生電弧。有過補償和欠補償之分。

1.7.2中性點經消弧線圈接地線圈接地系統(tǒng)（圖）1.7.3

中性點直接接地系統(tǒng)（１）中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時：中性點對地電壓不變；非接地相對地電壓不變；單相短路的短路電流較大，易造成供電中斷；供電可靠性低，絕緣成本低。>110kv電網1.7.3

中性點直接接地系統(tǒng)（２）

我國380/220低壓配電系統(tǒng)，也廣泛采用中性點直接接地的三相四線制。1.8電能系統(tǒng)的運行特點與基本要求(1)

1.電能系統(tǒng)的運行特點電能不易貯存;

電能的生產、變換、輸送、分配和使用必須同時進行的。暫態(tài)過程十分短暫;要求控制操作自動化程度高。電能和國民經濟各部門及人民生活密切;

電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強：發(fā)展各具特色。1.8電能系統(tǒng)的運行特點與基本要求(2)

2.對電能系統(tǒng)的基本要求為用戶提供充足的電能

;

保證電能系統(tǒng)供電的可靠性;

保證電能的質量;

保證電能系統(tǒng)運行的經濟性;

環(huán)境保護問題;1.9.1發(fā)電廠變電所的運行監(jiān)視與控制

1.9.1發(fā)電廠變電所的運行監(jiān)視與控制

發(fā)電廠和變電所利用各種監(jiān)視儀表和信號裝置隨時監(jiān)視系統(tǒng)和設備的運行狀態(tài)。發(fā)電廠和變電所的信號裝置可分為斷路器位置信號、預告信號和事故信號。也可分為瞬時動作信號和延時動作信號。發(fā)電廠和變電所的控制對象主要是高壓斷路器，其控制方式多采用控制室內的集中控制方式。

1.9.2電能系統(tǒng)的運行監(jiān)視與控制

電能系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)包括：信息收集、信息傳輸、信息管理、顯示打印、遙遠控制、遙遠調節(jié)以及能量管理系統(tǒng)EMS和配電管理系統(tǒng)DMS的高級應用軟件系統(tǒng)等各環(huán)節(jié)。1.9.3電力系統(tǒng)的故障與繼電保護(1)

1．繼電保護的作用：當被保護元件發(fā)生故障時，將該元件切除，避免該元件繼續(xù)遭受損壞。當元件出現(xiàn)異常運行情況時，發(fā)出信號，以便采取措施恢復正常運行情況。

2．

繼電保護的分類

1）線路保護

過電流保護、接地保護、功率方向保護、距離保護、高頻保護、

線路縱差保護、高頻保護。1.9.3電力系統(tǒng)的故障與繼電保護(2)

2）變壓器保護

瓦斯保護、差動保護、

過負荷保護、變壓器后備保護

3）發(fā)電機保護

差動保護、定子接地保護、轉子接地保護、失磁保護、負序保護及后備保護。

4）母線保護1.9.3電力系統(tǒng)的故障與繼電保護(3)

3.對繼電保護裝置的基本要求選擇性速動性靈敏性可靠性

1.10安全接地

1.10.1

電流對人體的危害

1.電擊：電流流過人體時，造成人體外部組織局部傷害的現(xiàn)象。

2.電傷：電流流過人體時，造成人體內部組織的破壞屬于電傷。我國規(guī)定的1秒鐘安全電流為30mA(50HZ).什么是接地為了保證電力網或電氣設備的正常運行和工作人員的人身安全，人為地使電力網及其某個設備的某一特定地點通過導體與大地作良好的連接，稱為接地。接地分類：工作接地：為了保證電氣設備在正?；虬l(fā)生故障情況下可靠地工作而采取的接地。保護接地：將一切正常工作時不帶電而在絕緣損壞時可能帶電的金屬部分接地，以保證工作人員接觸時的安全。保護接零：在中性點直接接地的低壓電力網中，把電氣設備的外殼與接地中性線（也稱零線）直接連接，以實現(xiàn)對人身安全的保護作用。防雷接地：為消除大氣過電壓對電氣設備的威脅，而對過電壓保護裝置采取的接地措施。防靜電接地：對生產過程中有可能積蓄電荷的設備所采取的接地。1.10.2保護接地的基本概念(圖）1.10.2保護接地的基本概念接地體接地線接地裝置接觸電壓跨步電壓1.10.3保護接地的技術要求

1.

保護接地的兩種形式：保護接地保護接零

2.

大接地電流系統(tǒng)的保護接地要求

3.小接地電流系統(tǒng)的保護接地要求

4.

低壓電網的保護接地要求

第２章

電力系統(tǒng)元件及其參數輸電線路電力變壓器同步發(fā)電機負荷多電壓等級網絡等值2.1概述電力系統(tǒng)分析計算的一般過程：

元件參數：表述元件電氣特征的參量；數學模型：元件或整個系統(tǒng)物理模型的數學描述。建立數學模型電力系統(tǒng)運行狀態(tài)元件參數等值電路2.2輸電線路（１）

單位長度基本參數電阻－決定線路上有功功率損耗和電能損耗的參數，是串聯(lián)參數。電導－用來描述絕緣子表面泄漏損耗和導線電暈損耗的參數，是線路并聯(lián)參數。2.2輸電線路（２）電納－輸電線相間及相對地之間有一定電容存在，因而存在容性電納，電納是并聯(lián)參數。電抗－導線通過交流電流時，在導線及其周圍產生交變磁場，因而有電感和電抗，電抗是串聯(lián)參數。習題

1、110KV架空輸電線路的導線型號為LGJ-185，計算直徑為19mm，導線水平排列，相間距離為4m。求線路參數。解:線路的電阻線路的電抗線路的電納習題

2、有一330KV架空輸電線路，導線水平排列，相間距離為8m，每相采用2×LGJQ-300分裂導線，分裂間距為400mm，計算直徑為23.5mm，求線路參數。解:線路的電阻線路的電抗線路的電納2.2.5

輸電線路的等效電路

1.II型和T型等效電路

適用范圍：長度在100～300km之間的架空線路，或長度小于100km的電纜線路。2.2.5

輸電線路的等效電路(2.一字型等效電路（長度小于100km的架空線路）忽略并聯(lián)電容，只考慮串聯(lián)阻抗。

3.分布參數

(長度大于300km的架空線路，或長度大于100m的電纜線路)2.3電力變壓器2.3.1雙繞組變壓器2.3.1雙繞組變壓器（1）1）短路實驗測定電阻、電抗

歸算到一次側的電阻、電抗分別為：2.3.1雙繞組變壓器（2）２）空載實驗測定電導、電納

歸算到一次側的變壓器電導、電納為：2.3.2三繞組變壓器（１）三繞組變壓器等效電路：2.3.2三繞組變壓器（２）1.空載實驗測定電導和電納：

2.短路實驗測定各繞組阻抗：因為變壓器短路實驗測得的功率損耗和短路電壓百分比分別為：

2.3.2三繞組變壓器（３）因此各繞組的短路損耗和短路電壓百分比為：

2.3.2三繞組變壓器（４）由此可得三繞組變壓器等效電阻、等效電抗分別為：

2.3.2三繞組變壓器（5）三繞組變壓器特點：1.升壓變壓器低壓側繞組或降壓變壓器中壓側繞組的等效漏抗很小或為負值。2.三個繞組的容量有三類：

(1)容量比為100/100/100；

(2)容量比為100/100/50；

(3)容量比為100/50/100；必須先將所有短路試驗數據折算至統(tǒng)一的額定容量下。（書72頁）2.3.3

自耦變壓器（１）自耦變壓器的變壓比為：效益系數：

2.4同步發(fā)電機同步發(fā)電機的參數和數學模型有：

1.穩(wěn)態(tài)運行參數和數學模型。2.電磁暫態(tài)過程參數和數學模型。

3.機電暫態(tài)過程參數和數學模型。2.4.1

同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型（圖）2.4.1

同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型（1）1.隱極同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型

2.4.1同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型（2）

隱極機電壓方程：

：同步發(fā)電機直軸同步電抗。物理意義：將轉子勵磁繞組開路，定子三相施加三相對稱電流并使其產生的定子合成磁通產生單純d軸磁場時，任意一相定子繞組的電抗。2.4.1同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型（3）

2.凸極同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型

2.4.1同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行參數及數學模型（4）

凸極機電壓方程：

：同步發(fā)電機直軸同步電抗；:同步發(fā)電機交軸同步電抗。物理意義：將轉子勵磁繞組開路，定子三相施加三相對稱電流并使其產生的定子合成磁通產生單純q軸磁場時，任意一相定子繞組的電抗。2.4.2同步發(fā)電機電磁暫態(tài)參數（１）

1.同步發(fā)電機暫態(tài)電抗

2.4.2同步發(fā)電機電磁暫態(tài)參數（２）2.4.2同步發(fā)電機機電暫態(tài)參數（1）2.同步發(fā)電機d軸次暫態(tài)電抗及q軸次暫態(tài)電抗

2.4.2同步發(fā)電機機電暫態(tài)參數（2）次暫態(tài)電抗等效電路：2.5

負荷（１）靜態(tài)負荷模型：2.5

負荷（２）

幾種廣泛采用的負荷靜態(tài)模型：

1.恒功率負荷模型：2.恒阻抗負荷模型：2.6標幺值在電力系統(tǒng)的分析計算中，需將網絡元件按各自的等效電路代換，按實際聯(lián)結方式連接，從而得到整個網絡的等效電路，即可對該網絡進行分析計算。如圖2－31中圖b為圖a的等效電路圖。

對實際的等效網絡還需解決以下兩個問題：一、參數歸算的問題。二、標幺值有名制：在電力系統(tǒng)計算時，采用有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算。標幺制：在電力系統(tǒng)計算時，采用沒有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算。它是相對值。

標么制的優(yōu)點：

①線電壓與相電壓的標么值相等；②三相功率與單相功率的標么值相等；③計算結果清晰，便于對結果進行分析比較。便于迅速判斷結果的正確性，還可簡化計算。

2.6標幺值（圖）2.6.1多電壓等級網絡中參數歸算（1）（1）基本級（基準級）

歸算各元件參數形成多電壓等級電力網等效電路時指定的某一電壓等級。（2）歸算原則：歸算前后功率保持不變（功率無需歸算）2.6.1多電壓等級網絡中參數歸算（2）（3）參數歸算方法：設某電壓等級與基準級之間串聯(lián)有變比為k1,k2,…,kn的n臺變壓器，則注：各變壓器變比為靠近基準級一側的電壓與靠近需歸算一側的電壓之比。2.6.1多電壓等級網絡中參數歸算（3）(4)計算步驟（例2－6）

1.選取基準級；

2.計算各元件歸算前參數；

3.求各串聯(lián)變壓器變比；

4.歸算各元件參數到基準級；

5.畫出等效電路圖。2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（１）

（1）有名值和標么值

有名值：具有量綱的實際值標么值：無量綱的相對值

基準值：對于相對值的相對基準。所選基準值不同，標幺值不同。

（2）標么值定義及表示標么值表示：相應符號加一右下標“*”；基準值表示：相應符號加一右下標“B”.2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（２）（3）基準值選取原則：

1.基準值的單位要與有名值的單位相同。

2.全系統(tǒng)只能有一套基準值。

3.原則上可以是任意值，一般取額定值為基準值。

4.電壓、電流、阻抗（導納）和功率的基準值之間必須滿足電路的基本關系。五個基準值其中只有兩個可任意選定，并由此可以確定其余三個基準值。

2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（３）

5.一般選擇線電壓、線電流和三相功率為電壓、電流、功率的基準值。三相功率的基準值，一般可選定電力系統(tǒng)中某一發(fā)電廠總容量或系統(tǒng)總容量，也可以取某發(fā)電機或變壓器的額定容量。

6.按照上述要求選擇的基準電壓、基準電流、基準功率之間滿足以下關系：式中，SB為三相功率的基準值；UB、IB為線電壓、線電流的基準值；ZB、YB為相阻抗、相導納的基準值。2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（4）

這樣各參數的標幺值為：實際應用：

功率的基準值取某一整數，如100、1000等，單位為MV.A；線電壓的基準值一般選取向其歸算的作為基本級的額定電壓，或各級平均額定電壓。

有了上述基準值后，就可以求Z、Y、U、I的標么值，有按變壓器實際變比和按平均額定電壓之比計算兩方法。結論：：線電壓和相電壓的標幺值數值相等；三相功率和單相功率的標幺值數值相等。標幺值結果換算成有名值：1.按變壓器實際變比計算求取標么值的途徑有兩種：其一，采用標么值歸算多電壓等級電網等效電路的計算步驟（例2－7）：

（1）求出各元件參數未歸算的有名值；將電力系統(tǒng)元件的阻抗、導納及系統(tǒng)中各點電壓、電流的有名值都歸算至同一電壓等級—基本級，然后選取功率和電壓的基準值；除以與基本級相對應的基準值，得到阻抗、導納、電壓、電流的標么值。

（2）Z、Y、U、I為按變壓器的實際變比歸算至基本級的阻抗、導納、電壓、電流的有名值，ZB、YB、UB、IB為與基本級相對應的各基準值，SB為選取的三相功率的基準值。2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（6）其二，“就地歸算”法（歸算和取標幺值同時進行）設某元件阻抗的有名值為Z，該元件所在電壓級與基準級之間串有電壓比為ｋ１、ｋ２…ｋｎ的ｎ臺變壓器，該參數在基準級下的歸算值為，取基準電壓為基準級額定電壓，則歸算后的標幺值為：2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（7）

可見，對多電壓級系統(tǒng)取標幺值運算時，無需先將參數進行歸算，只要求出各電壓級的基準電壓值，就可直接用上述公式求得元件的參數標幺值。除基準級基準電壓是選定的以外，其它每個電壓等級都有了一個基準電壓：

注：這個基準電壓為基準級的基準值歸算到所計算電壓級的基準值2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（8）(6)“就地歸算”法的計算步驟（例2－8）：

1選取和；

2確定各計算級的電壓基準值；

3計算各元件未歸算時的參數；

4計算各元件參數標幺值。實質：用基準值歸算代替元件參數歸算2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（9）（7）不同基準值下的標幺值的換算問題：若某元件以額定參數、為基準的標幺值為，則該元件換算到統(tǒng)一基準、下的標幺值為：2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（10）電力系統(tǒng)常用元件的標幺值計算（例2－9）：

1.精確計算（按變壓器實際變比計算）：

1）發(fā)電機：2）變壓器:2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（11）3）線路：

2.近似計算法（變壓器變比為各電壓等級的額定電壓平均值之比）：

1）發(fā)電機：2.6.2電力系統(tǒng)標幺值（12）2）變壓器：3）電抗器：2.按平均額定電壓之比計算在電力系統(tǒng)計算中，用平均額定電壓之比代替變壓器的實際變比時，元件參數和變量標么值的計算可大為簡化。首先將元件參數和變量歸算到基本級，它們的標么值的表示式為式中，Uav.b為基本級的平均額定電壓；Z、Y、U、I為按平均額定電壓之比歸算至基本級的阻抗、導納、電壓、電流的有名值。其次，將參數和變量的基準值由基本級歸算至各元件所在電壓級，那么標么值的表示式為式中，Uav.n=U’B為Z’、Y’、U’、I’所在電壓級的平均額定電壓；Z’、Y’、U’、I’為未經歸算的參數和變量的有名值。由上可見，在選取了三相功率的基準值SB后，由元件所在級的平均額定電壓為該電壓的基準電壓，再由各級電壓的Z、Y、U、I就可以直接求其標么值。求取電力系統(tǒng)各元件電抗標么值的計算公式：（1）按變壓器的實際變比計算。電力系統(tǒng)各元件（發(fā)電機G變壓器T、電力線路l、電抗器L）電抗的標么值為（2）按平均額定電壓之比計算。由于U‘B=Uav.n,且各元件的額定電壓等于元件所在電壓級的平均額定電壓（Uav.n=UN.n），所以U‘B=Uav.n=UN.n，于是計算公式便簡化為注意：電抗器的額定電壓不等于所在電壓級的平均額定電壓，這是為減少電抗器電抗的計算誤差。第三章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析

3.1概述

3.2簡單電力線路的分析和計算3.3

電力網潮流計算模型

3.4電力網潮流計算方程式3.8

配電網潮流計算特點3.1概述

1.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的目的：

針對電力系統(tǒng)正常的、相對靜止的運行狀態(tài)進行分析和計算，以確定系統(tǒng)中各點的電壓和電力網功率分布。

2.

潮流計算：

潮流計算的數學模型：3.2簡單電力線路的分析和計算

3.2.1電壓降落、功率損耗

1.電壓降落

1）電壓降落：電壓降落是指線路始端與末端電壓的相量差。3.2.1電壓降落，功率損耗（１）

電壓降落：

電壓降落的計算以為參考向量，已知、：

電壓降落的計算始端電壓：電壓降落的縱分量：

電壓降落的橫分量：

電壓降落的計算

以為參考向量，已知、：電壓降落的計算電壓降落的縱分量：電壓降落的橫分量：電壓降落的計算則末端電壓的幅值：始末端電壓的相位差為：電壓損耗、電壓偏差

2）電壓損耗：電壓損耗(%)：

3）電壓偏差：始端電壓偏差(%)末端電壓偏差(%)

線路中的功率損耗計算

2.線路中功率損耗計算

線路中的功率損耗計算

1）線路末端導納支路上的功率損耗：線路中的功率損耗計算2）線路阻抗中的功率損耗：線路中的功率損耗計算線路中的功率損耗計算3）線路始端導納支路上的損耗:

變壓器中的功率損耗

3.變壓器中的功率損耗變壓器等效電路：變壓器中的功率損耗

阻抗上的功率損耗：

變壓器中的功率損耗導納上的功率損耗

:3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（圖）3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（１）

設：已知始端發(fā)電廠母線電壓和負荷功率、，則潮流計算方法為：1.假設全網運行在額定電壓下，計算各段功率損耗及電源功率

１）變壓器上損耗

3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（２）得節(jié)點4的等效負荷：

2）計算線路的功率損耗線路末端導納支路上的功率損耗：節(jié)點4運算負荷：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（３）線路阻抗上的功率損耗：線路始端導納支路損耗:線路始端功率：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（４）3）計算變壓器的功率損耗節(jié)點3的等效負荷：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（５）4）計算線路的功率損耗

線路末端導納支路上的功率損耗:節(jié)點3運算負荷：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（６）

線路阻抗上的功率損耗:

線路始端導納支路損耗

:

線路始端功率：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（７）5）計算變壓器的功率損耗、

得電源功率為：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（８）

2.用始端電壓和計算出的電源功率，計算各段的電壓降落：以始端電壓為參考電壓。1）計算變壓器上的電壓降落3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（9）3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（10）

2）計算線路上的電壓降落:

3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（11）3）計算變壓器上的電壓降落：

負荷b側電壓為：3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（12）4）計算線路上的電壓降落

3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（13）5）計算變壓器上的電壓降落

負荷ａ側的電壓為：

3.2.2簡單輸電系統(tǒng)的潮流計算（14）3.利用計算出的各點電壓，重新按步驟１計算各阻抗、導納支路上功率損耗，以求得較準確的發(fā)電機電源功率。3.3.3節(jié)點導納矩陣（１）

自導納：在等效網絡的第ｉ個節(jié)點施加單位電壓，其余各節(jié)點全部接地時，經節(jié)點ｉ注入網絡的電流。

3.3.3節(jié)點導納矩陣（２）

互導納：在ｊ節(jié)點施加單位電壓，其余節(jié)點全接地時，ｉ節(jié)點的注入電流。3.3.3節(jié)點導納矩陣（３）n個節(jié)點的電力網絡節(jié)點導納矩陣的特點：階方陣；對稱矩陣；復數矩陣；

高度稀疏矩陣；每一對角元素是節(jié)點ｉ和ｊ間支路導納的負值；對角元素為所有連接于節(jié)點ｉ的支路導納之和；3.3.4節(jié)電阻抗矩陣（１）

節(jié)點阻抗矩陣：

自阻抗：節(jié)點ｉ注入單位電流，其余節(jié)點注入電流全為零，即其余節(jié)點全部開路時，節(jié)點ｉ的電壓。

3.3.4節(jié)電阻抗矩陣（２）

互阻抗：節(jié)點ｉ注入單位電流，網絡其余節(jié)點注入電流全為零時，節(jié)點ｊ的電壓。3.8配電網潮流計算的特點3.8.1輻射形配電網潮流計算的特點輻射形配電網的接線可分為輻射式、鏈式、干線式三種網絡。輻射形配電網潮流計算的特點：１、輻射形配電網的支路數一定小于節(jié)點數，節(jié)點導納矩陣的稀疏度很高。２、電壓配電網線路電阻較大，一般不滿足R<<X，因此通常不能采用快速解耦法進行網絡潮流計算。3.8.1輻射形配電網潮流計算特點３、對于末端負荷節(jié)點前的支路功率就是末端運算負荷功率，所以可直接求支路功率損耗和電壓損耗，并依次前推。配電網潮流計算可以采用一種類似于簡單手算潮流的方法進行輻射形配電網的潮流計算，也稱前推回推法。3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（１）輻射形配電網絡輻射形配電網的等效電路3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（２）考慮對地導納支路的影響，各節(jié)點的實際運算功率為：等值網絡中任一支路功率：3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（３）3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（４）3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（５）式中：－－－除ｉ節(jié)點外所有與ｊ節(jié)點相連的節(jié)點的集合。－－－除支路ｉｊ外所有與ｊ節(jié)點相連的支路功率之和。若已知始端功率和始端電壓，則末端節(jié)點電壓為：3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（６）3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（７）配電網前推回推潮流計算的步驟：１）初始化：給定平衡節(jié)點（電源點）電壓，為全網其它PQ節(jié)點賦電壓初始值，為全網其它PV節(jié)點賦無功注入功率初始值。２）計算各節(jié)點運算功率：3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（８）３）從網絡末端開始，逐步前推，由節(jié)點電壓，求全網各支路功率分布。前推過程為：3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（９）４）從始端出發(fā)，逐段回推，由支路功率求各點電壓。3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（１０）５）利用求得的各節(jié)點電壓修正PV節(jié)點電壓和無功功率。3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（１１）６）檢查是否收斂式中：3.8.2配電網的前推回推潮流計算方法（１２）７）如不滿足收斂標準，將各節(jié)點電壓計算值作為新的初始值，自第二步開始進入下一次迭代。第四章電力系統(tǒng)故障分析

4.1電力系統(tǒng)故障分析的目的與內容4.2三相對稱短路的基本分析4.6三相短路電流周期分量的實用計算4.7分析不對稱故障的基本理論4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數4.9簡單不對稱短路故障時電流與電壓的計算4.1電力系統(tǒng)故障分析的目的與內容（１）1.短路故障：正常運行情況以外的相與相之間或相對地之間的連接。2.造成短路的原因：設備絕緣損壞、惡劣的自然條件、工作人員誤操作和其它原因。3.短路類型：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路。4.1電力系統(tǒng)故障分析的目的與內容（２）

4.短路后果：短路點附近的某些支路流過巨大的短路電流，產生的電動力效應和熱效應可能損壞設備；造成電網電壓大幅度下降，使部分用電設備不能正常工作；影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；對通信產生干擾；4.1電力系統(tǒng)故障分析的目的與內容（３）４、短路電流分析目的：開關設備的分析與選擇；繼電保護的設計與選擇；電氣主接線方案的比較和選擇；系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析評估；４.2

三相對稱短路的基本分析（１）

1.周期分量電流：

短路后發(fā)電機定子回路產生的很大的按工頻變化的電流稱為周期分量電流。

——周期分量電流有效值，隨轉子勵磁繞組與阻尼繞組的時間常數衰減。

４.2

三相對稱短路的基本分析（２）

2.非周期分量電流

為維持短路后回路磁鏈不突變，短路后在

發(fā)電機定子回路感生的自由分量電流。3.短路全電流：４.2

三相對稱短路的基本分析（圖）４.2

三相對稱短路的基本分析（３）

4.同步發(fā)電機最嚴重的短路情況同步發(fā)電機發(fā)生最嚴重短路的條件：

1）短路發(fā)生在電動勢初始角為0時。

2）短路回路為純電感回路。

3）短路前電路為空載。在上述條件下發(fā)生短路時，短路電流非周期分量的起始值最大，為。４.2

三相對稱短路的基本分析（圖）４.2

三相對稱短路的基本分析（４）

沖擊電流：在上述情況下發(fā)生短路，并在短路后半個周期（ｔ＝0.01ｓ）時，短路電流的最大瞬時值。

沖擊電流：４.2

三相對稱短路的基本分析（５）復習上次課的內容：4.1電力系統(tǒng)故障分析的目的與內容４.2三相對稱短路的基本分析問題：1、什么是短路？2、短路的類型有哪些？發(fā)生的機率分別是多少？3、短路電流有哪兩部分組成？4.4無阻尼繞組發(fā)電機短路電流表達式發(fā)電機端短路相當于在發(fā)電機端的正常電壓上施加了一個瞬間出現(xiàn)的故障分量。徐州師范大學電氣學院1、正常運行：q軸d軸2、短路：產生故障分量電流短路狀態(tài)下的短路電流表達式：d軸將（4-32a）代入上式得q軸經派克逆變換得3、寫入衰減時間常數Ta：T’d發(fā)電機端短路時的定子A相電流表達式4.5有阻尼繞組發(fā)電機短路電流表達式次暫態(tài)下定子回路方程式：經推導A相電流的表達式為：1、正常運行：q軸d軸4.6三相短路電流周期分量的實用計算（１）

1.計算參數與等效網絡：

發(fā)電機采用次暫態(tài)電動勢和次暫態(tài)電抗計算；

變壓器和電力線路用穩(wěn)態(tài)參數的阻抗值計算；

負荷用恒定阻抗模型，對于大型異步電動機

可用和的串聯(lián)電路模型。4.6三相短路電流周期分量的實用計算（圖）2.戴維南定理求解方法4.6三相短路電流周期分量的實用計算（２）故障點注入電流：

短路點總電流：

各節(jié)點電壓故障分量：

各點的全電壓：

各支路的電流：4.6三相短路電流周期分量的實用計算（３）

3.實用計算方法

假定條件：

1）不記及元件的電阻與并聯(lián)導納；

2）不考慮負荷電流影響；

3）不考慮短路電流中的正常分量；

4）??；4.6三相短路電流周期分量的實用計算（４）

上述條件下的短路電流計算變成了穩(wěn)態(tài)電路的簡單計算，則：

——從電源到短路點的等效電抗。例4-1下圖所示的系統(tǒng)中f1、f2兩點分別發(fā)生三相短路時，試用有名制與標幺制求次暫態(tài)電流。解：1）有名制，取37kV為基準級，各元件電抗歸算到37kV發(fā)電機：變壓器：f1點短路時的總電抗f1點短路時的短路電流（37）f2點短路時的總電抗f2點短路時的短路電流（37）f1

、f2點短路時的短路電流（10.5）2）標幺制，發(fā)電機：變壓器：f1點短路時的總電抗標幺值f1點短路時的短路電流（37）f2點短路時的總電抗f2點短路時的短路電流（37）結論：結果相同，標幺更方便4.7分析不對稱故障的基本理論（１）

電力系統(tǒng)不對稱運行常用的分析方法是對稱分量法。

任意不對稱的三相相量（１）正序分量（２）負序分量（３）零序分量

都可以分解成三組相序不同的對稱分量：4.7分析不對稱故障的基本理論（２）任意不對稱相量按對稱分量法所做的分解4.7分析不對稱故障的基本理論（３）

即存在如下關系：4.7分析不對稱故障的基本理論（４）

每一組對稱分量之間的關系為4.7分析不對稱故障的基本理論（５）上式中的復數算式：4.7分析不對稱故障的基本理論（６）可得到：

4.7分析不對稱故障的基本理論（７）對稱分量變換矩陣：對稱分量逆變換矩陣：應用對稱分量法簡化計算只限于對稱電路。4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數

三相參數對稱時，各序對稱分量具有獨立性.元件的序阻抗:指元件的三相參數對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件同一序電流的比值。三相參數不對稱時，序阻抗矩陣不是對角矩陣：正序電流產生的電壓降中，不是只含正序分量，還可能含負序和零序分量。對稱分量法將故障點的不對稱表示為電壓/電流的不對稱。4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數——同步發(fā)電機的序電抗１、同步發(fā)電機

（1）正序電抗

（2）在實用計算中，同步發(fā)電機的負序電抗可采用以下參數：

汽輪發(fā)電機和有阻尼繞組的凸極電機：近似計算時，也可?。?.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數——負荷無阻尼繞組的凸級電機：零序電抗則為：２、負荷

在負荷中，異步電動機占比重較大，因此負荷阻抗可以近似取異步電動機的各序阻抗。

正常運行時，負荷的正序阻抗（以額定容量為基準的標幺值）為：

計算短路穩(wěn)態(tài)電流時，可?。河嬎愦螘簯B(tài)短路電流時，可取：4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數——負荷4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數——變壓器的各序電抗

異步電動機的負序電抗：電動機中性點一般不接地，不考慮零序電抗。３、變壓器

變壓器的負序電抗與正序電抗相等。

變壓器的零序電抗與繞組的連接方式、中性點是否接地、變壓器結構（單相、三相、鐵芯的結構形式）有關。

Y0－?連接變壓器的零序電抗(1)Y0－?連接變壓器的零序電抗為：

即：此時認為變壓器勵磁支路斷開時，變壓器的零序電抗與正序電抗相等。Y0－Y0連接的變壓器的零序電抗

(2)

Y0－Y0連接的變壓器，要在П繞組中流過零序電流，其外電路必須要有接地的中性點。此時其零序電抗與外電路的零序電抗一同計算。

若外電路沒有接地的中性點，則其等效電路與Y0－Y連接的變壓器相同。Y0－Y連接的變壓器的零序電抗

(3)

Y0－Y連接的變壓器的零序電抗：Y0－Δ－Y連接的三繞組變壓器的零序電抗

(4)Y0－Δ－Y連接的三繞組變壓器的零序電抗為：Y0－Δ－Y0

連接的三繞組變壓器的零序電抗

(5)

Y0－Δ－Y0

連接的三繞組變壓器，繞組Ⅲ中若通過零序電流，則在零序網絡中必須有外部電網通路，此時變壓器零序電抗與外部電路的零序電抗一同計算。Y0－Δ－Δ連接的變壓器的零序電抗

(6)Y0－Δ－Δ連接的變壓器，此時繞組??和Ⅲ中的電壓相等可以并聯(lián)，零序電抗為：4.8電力系統(tǒng)元件的不對稱參數——輸電線路和電纜的各序電抗輸電線路和電纜的負序電抗與其正序電抗相等。

輸電線路的零序電抗與線路的回路數、有無架空地線等因素有關。電纜的零序電抗與電纜的外包皮的接地情況有關。

計算時，輸電線路和電纜的各序電抗可取書中表４－３的數據。4.9簡單不對稱短路故障時電流與電壓的計算方法以正序、負序、零序表示的戴維南等效網絡

正序網：與三相短路的等值網完全相同。負序網：將所有電源的次暫態(tài)電動勢取為零，其他參數與正序網完全相同。零序網：主要取決于零序電流所通過的路徑4.9簡單不對稱短路故障時電流與電壓的計算方法正序、負序、零序網絡的電壓方程：式中：為從故障端口ｆ看進去的等效電抗；為ｆ點在故障前潮流計算結果。單相短路（空載）4.9.1單相接地短路f(1)的