電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識學習.doc

STATE GRID 國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)知識學習一、 SG（SG186大型軟件）1、電網(wǎng)公司供電網(wǎng)： 國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司（廣東、廣西、海南、云南）發(fā) 電： 大唐、華能、中電投級 別： 國網(wǎng)公司 省網(wǎng)公司 縣公司 供電所2、縣供電公司主要部門及其職責：營 銷 部：售電、收費 （縣局一年購電量平均34億度，多的可達10億度）生 產(chǎn) 部：架設(shè)線路、變電站、設(shè)備安裝等計量中心：表計管理、校表等調(diào)度中心：監(jiān)視全電網(wǎng)的一次系統(tǒng)圖、開關(guān)的關(guān)合等信息中心：保證網(wǎng)絡(luò)暢通、相關(guān)系統(tǒng)的維護等3、輸送電過程發(fā)電 供電 220V 50HZ 交流 單相電我們?nèi)粘Ｋ玫亩际菃蜗嚯姲l(fā)電廠發(fā)出 A、B、C 單相電之后要先經(jīng)過升壓的變電站 降壓的變電站降壓的變電站 降壓的變壓器 用戶4、重要名詞解釋(一)線 損：電能損耗的簡稱，電能在傳輸過程中由于電阻的存在產(chǎn)生的有功電能損失。線損電量：根據(jù)電能表所計量的總的供電量和總的售電量之差。線 損 率：線損占供電量的百分比。技術(shù)線損：也稱理論線損，是電網(wǎng)中各元件的電能損耗，是不可避免的。管理線損：主要是由于管理不善或者失誤造成的，如：偷竊電，錯抄、漏抄，統(tǒng)計失誤等。營銷線損：全部購電量與全部售電量之差。統(tǒng)計線損：也稱實際線損，是根據(jù)供、售電能表的表記讀數(shù)計算出的差值。變壓器鐵損：變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身也是導(dǎo)體，在垂直磁力線的平面上就會感應(yīng)電勢，這個感應(yīng)電勢在鐵芯的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好像一個漩渦，所以稱為“渦流”。這個渦流使得變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱，變壓器的溫升增加。由渦流產(chǎn)生的損耗，我們稱之為“鐵損”。變壓器銅損：繞制變壓器需要大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過這些電阻時，會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們則稱這種損耗為“銅損”。5、線電壓與相電壓 發(fā)電機：A相、B相、C相 u B A o t C 圖1 圖2各相線之間的w角度差是120度，電壓、電流波形為正(余)弦波形相線與中間的中性線的電壓稱為 相電壓，220V相線與相線之間的電壓稱為 線電壓，380V (220*3)6、常用電壓等級及線制電壓等級低壓：0.4kV （200V、380V） 高壓：6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等 （10kV的沒變電站）主要線制單相兩線制、三相三線制、三相四線制高壓：只三相三線制7、重要名詞解釋(二)視在功率：反應(yīng)電網(wǎng)輸送有功功率的能力。 S = = U * I無功功率：在具有電感或電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時間里把電源能量轉(zhuǎn)換為磁場或電場得能量存儲起來，在另外半個周期的時間里把已存儲的磁場或電場的能量送還給電源，它們只是進行能量交換，并沒有真正消耗電能，我們把與電源交換能量的速率的振幅叫做無功功率。為建立磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率。所謂的無功并不是無用的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已，因此，在供電系統(tǒng)中，除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。電力系統(tǒng)中的負載大多是電感性電器設(shè)備（有電磁圈結(jié)構(gòu)），線圈為建立磁場，就要消耗（滯后、感性的）無功功率。如：40瓦的日光燈，除了需要40多瓦（鎮(zhèn)流器也需要消耗部分有功功率）有功功率外，還需要40乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場，這就使得負載電流相位滯后于電壓，想相角差越大，對滯后無功功率的需求也越大。功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值。8、線損相關(guān)知識 向量：線電壓 = 3 相電壓 ，正弦、余弦的有效值 = 2 / 2 * Max有功功率P kW 能量單位：kWh無功功率Q Var 能量單位：kVarh電壓U kV電流I A電阻R U = I*R 、P = U*I = I2*R、P=U*I* cos （其中：U 線電壓，I線電流）損耗 P = I2*R 功率因數(shù)cos 視在功率 S = = U * I 有功 無功 交流電 電阻 電感 電容 圖3 U Q 30 o I U 圖4P = U*I*cos ， Q = U*I*sin ， 功率因數(shù)角 ， cos功率因數(shù)9、常見設(shè)備型號含義導(dǎo)線LGJ-50/7 其中L - 鋁、G 鋼、J 絞線、50 截面積、7 根數(shù)YJK - 3*50 - 1*16 其中YJK是型號，3根相線的主截面是50，1根中性線的主截面是16。因為電流不能超過導(dǎo)線所能承載的安全電流，否則導(dǎo)線會燒壞，所以，在 電流I 一定的情況下，要想多送點電，只能提高 電壓U （P = U*I）。變壓器S9 50/10 S 三相、9 系列、50 容量是50kVA、10 高壓側(cè)線電壓變壓器空載損耗：也稱固定損耗 、鐵損 ，與電壓 U 的平方成正比 ，因此即使是同一變壓器，也有可能每個月的鐵損有高有低而不相同（因為U 的影響）。變壓器負載損耗：也稱銅損，與電流 I 的平方成正比。10、重要名詞解釋(三)供電面積：供電面積就是圖形的幾何面積，即按照圖形上的桿塔坐標，構(gòu)成一個包圍所有桿塔和線路的外圍多邊形，然后計算該多邊形的面積。 當線路只是一條直線時，計算時將會按照一定寬度進行近似計算。供電面積用于計算負荷密度。負荷密度：負荷密度的計算是在負荷最大時，線路首端的有功功率除以供電面積的結(jié)果。比如一個臺區(qū)安裝的變壓器是50kVA，負荷最大時有功功率是45kW，臺區(qū)供電面積為0.1平方公里，則負荷密度就是45/0.1=450(kW/km2)。負荷密度用于指導(dǎo)合理選擇供電半徑的大小。空載損耗：又稱固定損耗，不變損耗。與負荷電流的變化無關(guān)，與元件承受的電壓的變化有關(guān)，如：變壓器的鐵芯損耗，互感器、電動機等的鐵芯損耗，以及高壓線路的點暈損耗和絕緣子損耗。負載損耗：又稱可變損耗。是電網(wǎng)各元件中的電阻在通過電流時產(chǎn)生的，與通過該繞組的負荷電流的平方成正比。當變壓器通過負荷時，有功功率損耗等于繞組中的銅損，無功功率損耗等于繞組中的漏抗損耗。負載損耗又稱短路損耗。配變平均負載率：對于一臺配變，平均負載率代表一個月的實際負載和額定負載的比值。比如一臺50kVA的變壓器，30天的額定負載是50*30*24=36000kVAh，如果月實際電量（含有功和無功）是18000kVAh，則平均負載率就是50%。 平均負載率是一段時間的累計值，一般用于衡量變壓器的輕載程度。配變最大負載率：對于一臺配變，最大負載率代表負荷最大時，實際功率和額定功率的比值。比如一臺50kVA的變壓器，其實際最大功率為55kVA，則最大負載率就是55/50=110%。最大負載率是一個瞬時值，一般用于衡量變壓器的過載程度。11、線損計算知識低壓線損主要包括：導(dǎo)線損耗、接戶線損耗、電能表損耗高壓線損主要包括：導(dǎo)線損耗、變壓器損耗 電能表 高壓側(cè)計量 配變 低壓側(cè)計量表H表L 2000度 （銅鐵損電量100度） 圖5 1800度情況一 公用變低壓側(cè)計量 表L讀數(shù) 2000 ，售電量 1800 ，則：統(tǒng)計線損 = （2000 1800）/ 2000 = 10% （售電量中不含銅鐵損電量）營銷線損 = （2000 （1800+100）/ 2000 = 5%（售電量中含銅鐵損電量）情況二 專用變低壓側(cè)計量 表L讀數(shù)2000 ，售電量 1800 ，銅鐵損電量100 ，則：統(tǒng)計線損 =（供電量 - 售電量）/ 供電量營銷線損 =（供電量 -（售電量+銅鐵損電量）/ 供電量理論統(tǒng)計線損 = loss / 供電量 （loss 是總的有功損耗，供電量 是有功供電量）理論營銷線損 =（loss 銅鐵損）/ 供電量情況三 專用變高壓側(cè)計量 表H，注意：此時計算時就不用考慮銅鐵損電量了，因為高壓側(cè)的表H已經(jīng)把銅鐵損電量包含進去了。12、常見計算結(jié)果分析 實際線損率出現(xiàn)負值的可能原因：l 表計壞了，計量不準 l 電工抄表多抄（電工使壞）l 抄表不同步 可能異常結(jié)果分析一臺S7 50/10的變壓器（銘牌參數(shù)中的空載損耗為0.2 ），一個月只用了5天，總共用了500度電，計算的線損率是30% ，線損率會這么高的原因分析：不算導(dǎo)線損耗和其它的損耗，就單單變壓器一個月的鐵損就 0.2*24*30 = 124度，124 / 500 = 24.8% ，再加上其它的損耗，就有可能線損率達到30% 。13、無功與電壓及線損間的關(guān)系 無功、無功不足、無功過剩對與電壓、線損的關(guān)系： 一般上應(yīng)保證 高壓：功率因數(shù) = 0.9 ,低壓：功率因數(shù) = 0.8 ，否則就要進行無功補償。l 由于無功不平衡會引起電壓偏移，根據(jù)無功負荷的電壓靜態(tài)特性，當一個地區(qū)無功過剩時，電壓升高；無功不足時電壓降低。無功負荷越大，在電網(wǎng)中產(chǎn)生的電壓降也越大，造成的電壓偏移也越大。所以要加強無功的管理，盡量減少無功電流在電網(wǎng)中的流動，這樣對電網(wǎng)的降損節(jié)能有著重要的意義。l 減少電網(wǎng)中的有功功率損耗（即線損）l 電網(wǎng)中實際存在著大量的抗性元件，即存在著無功功率，會降低功率因數(shù)，使電網(wǎng)在傳輸一定功率的情況下，電流增大，從而產(chǎn)生有功電能損失，使線損增大。因此實現(xiàn)無功的就地平衡，提高功率因數(shù)，減少無功電流在系統(tǒng)中的流動，對降低電網(wǎng)的有功損耗有著重要意義（降低電力線路的有功功率損耗，降低變壓器的銅損）。l 減少電網(wǎng)中的電壓損失，提高電壓質(zhì)量。電網(wǎng)中無功功率輸送量的增加，會造成一定的電壓損失，引起線路末端的電壓進一步降低，影響電壓質(zhì)量。線路電壓損失與其輸送功率的關(guān)系如下：U = （P*R + Q*X）/ UeUe 線路額定電壓，P、Q分別代表有功、無功，R、X分別代表電阻、電抗在架空線路中，當導(dǎo)線的截面積較大時，線路的電抗值要比電阻值大24倍，而變壓器繞組中的電抗值比電阻值大510倍。因此，線路的電壓損失主要是由電抗值決定的。l 反向無功：電容器過補，就會造成向電網(wǎng)倒送無功的情況，從而引起電網(wǎng)電壓質(zhì)量下降，電網(wǎng)振蕩。14、時間對損耗的影響假如兩個用戶在一個月內(nèi)均用1000kWh。以下兩種情況：甲：每天用5個小時； 乙：每天用10個小時；P = U*I*t 在P和U不變的情況下，I 和 t成反比。乙每天用電時間是甲的2倍，故可認為甲的電流時乙的2倍，即設(shè)：I1 = 6 ，I2 = 3我們知道導(dǎo)線的損耗：P = I2 * R * t ，電阻R 不變，因此可以計算出：P1 = 62 * R * 5 = 180RP2 = 32 * R * 10 = 90R 故可知：在輸送一定有功功率的情況下，時間減少一半，則損耗是原來的2倍。負荷曲線對損耗的影響： i 3 2 1 0 12 24 t 圖6P = I2 * R * t ，電阻R 不變，因此可以計算出：P1 = (32 *12 + 12*12)*R = 120RP2 = 22 *24 *R= 96R故可知：負荷曲線越陡峭，損耗越大；負荷曲線越平滑，損耗越小。二、 系統(tǒng)特點及創(chuàng)新算法農(nóng)網(wǎng)綜合降損輔助決策系統(tǒng)的一個顯著特點是線損理論計算的方法比傳統(tǒng)算法更加全面和精細，計算結(jié)果更加準確，為線損指標管理提供的指導(dǎo)更加可靠。其主要原因包括：一是系統(tǒng)為用戶提供了一個操作簡便、功能豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理工具，使得用戶可以高效地將過去從來沒有準確統(tǒng)計，但是卻對線損理論計算有著重要影響的因素都納入到常態(tài)化的管理范圍，為線損理論計算提供全面的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；二是算法在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上進行了總結(jié)和創(chuàng)新，利用最新的各種技術(shù)條件，包括新的計量技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)，使得計算過程更加嚴密，計算結(jié)果更加接近于實際。農(nóng)網(wǎng)綜合降損輔助決策系統(tǒng)的另一個顯著特點是提供了非常全面的降損建議和方案。影響線損的因素有很多種，系統(tǒng)對每一項因素都進行了計算和分析，根據(jù)每一項因素的降損效果，選擇性地提出相應(yīng)的降損建議，幫助用戶制定降損方案，使得降損調(diào)整工作既能夠提前預(yù)知，又區(qū)分輕重緩急，保障了降損工作的有序和有效開展。農(nóng)網(wǎng)綜合降損輔助決策系統(tǒng)是在新的技術(shù)條件下，創(chuàng)新設(shè)計了“基于自動匹配PQU負荷曲線的分時分相潮流算法”，實現(xiàn)了農(nóng)網(wǎng)各個電壓等級的線損理論計算。 原理：以PQU負荷曲線的每個測量周期為計算單元，對每一段線路和每一個負荷節(jié)點建立三相電路模型，通過潮流計算的方式計算出所有線路的三相電流和所有節(jié)點的三相電壓,從而計算出各項損耗 。 特點：計算結(jié)果比較精確，計算量大，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求高 。負荷曲線 常規(guī)的線損理論計算是以電網(wǎng)元件在一定時間段的抄見電量為計算數(shù)據(jù)，一般上是一整個月的電量。理論計算的復(fù)雜性在于電網(wǎng)元件的功率隨時間而變化，其變化程度對計算結(jié)果的影響很大?；倦娐防碚撚嬎惚砻?，在相同的線路條件下，同樣的月電量如果每天的運行時間減少一半，導(dǎo)線損耗將會增加一倍。傳統(tǒng)算法采用的負荷曲線，一般上是在代表日測量線路首端每小時的負荷電流的大小，通過數(shù)學方法計算出能夠反映負荷變化程度的系數(shù)，用以調(diào)整最后的計算結(jié)果。這種計算的前提條件是假設(shè)功率因數(shù)和電壓不會隨著時間而變化。但是，在真實的線路上，功率因數(shù)和電壓都是在不停的變化。新的計量技術(shù)可以自動采集到更加全面的數(shù)據(jù)，例圖中記錄的是一個低壓臺區(qū)連續(xù)數(shù)日每隔15分鐘的有功（P）、無功（Q）和電壓（U）。有功P、無功Q、電壓U ：負荷曲線：為了能夠更加準確地進行計算，系統(tǒng)把負荷曲線的概念進行了擴充，加入了無功和電壓，稱為PQU負荷曲線。另外，曲線的測量時間和測量周期也可以根據(jù)計量設(shè)備的具體情況而靈活選擇。新算法的一個基本原理是分時計算，即按照每個測量周期為單元，以每一個單元的有功、無功和電壓為計算數(shù)據(jù)，計算出所有單元的理論損耗，最后的計算結(jié)果是所有單元的累計值。相比傳統(tǒng)算法而言，這樣的計算方法雖然計算量大，但是能夠準確反應(yīng)負荷隨時間變化的特性。如果計量設(shè)備沒有無功或者電壓，系統(tǒng)也接受這樣的負荷曲線，只是在計算時進行簡化。沒有無功時系統(tǒng)假設(shè)功率因數(shù)固定不變，沒有電壓時系統(tǒng)假設(shè)為額定電壓，這種處理方式使得各種計量設(shè)備都能在系統(tǒng)的線損理論計算中得到利用。負荷特征 上節(jié)中對PQU負荷曲線進行了介紹，通過對曲線的分時計算，系統(tǒng)可以得到更為準確的計算結(jié)果。但是，在大多數(shù)線路中，并沒有安裝新的計量設(shè)備，采集不到PQU負荷曲線。如果只是為了實現(xiàn)線損理論計算而專門安裝新的計量設(shè)備，就不符合系統(tǒng)節(jié)能降損的設(shè)計目標。為了解決這一問題，系統(tǒng)設(shè)計了自動匹配負荷曲線的算法，匹配的原理來自于一個新的概念，即負荷特征。首先，系統(tǒng)通過收集和整理，建立了PQU負荷曲線庫。每一條負荷曲線都有一個負荷特征值，這個數(shù)值是由線路的各種用電性質(zhì)的電量比例，通過一定的數(shù)學方法計算得到的。負荷曲線居民生活一般工商業(yè)非居民農(nóng)業(yè)其它表數(shù)負荷特征魏莊1#70097560001582C-4-0-0-0魏莊2#180199110003445-1C-0-0-0鄉(xiāng)直1221611518681100878C-84-4E-0-0小南北莊67873060032016429-1-0-0-1楊莊1#17468000020356-0-0-0-0在線損理論計算時，如果一條線路沒有自己的負荷曲線，系統(tǒng)就會先計算出線路本身的負荷特征，然后去負荷曲線庫中尋找最為接近的負荷曲線，然后以這條曲線為計算數(shù)據(jù)。通過負荷特征自動匹配負荷曲線，這種算法的優(yōu)點在于，既保障了計算結(jié)果的可靠性，又避免了增加設(shè)備投資。三相不平衡度 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，三相不平衡問題普遍存在。通過基本電路理論的計算可以證明，相同的條件下，單相供電三相不平衡時導(dǎo)線損耗是三相平衡時的六倍。實際上，三相不平衡問題一直是影響線損率的一個主要因素。系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理中，實現(xiàn)了分相的管理，因此在算法上采用的是分相計算，即根據(jù)每相的負荷大小分別計算出各自的相電流和相電壓的大小，對于低壓的中性線，也要計算出電流的大小，以及對電壓偏移的影響。系統(tǒng)中采用的三相不平衡度計算公式，是三個相量的負序分量同正序分量的比值。以三相電流為例，其計算公式如下： 由于系統(tǒng)中統(tǒng)計到都是電量的大小，所以對于配電變壓器而言，把三相的統(tǒng)計電量代替以上公式中的三相電流，即可求得配電變壓器的三相負荷不平衡度。配電變壓器的三相負荷不