電力系統(tǒng)分析

1、第一章 電力系統(tǒng)的基本概念一、 什么是電力系統(tǒng)？由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電設備及相應的輔助系統(tǒng)組成的，能夠生產(chǎn)、輸送、分配、使用電能的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)（或由電源、電力網(wǎng)和用戶組成）。二、 電力系統(tǒng)運行的基本要求1、 保證可靠持續(xù)供電根據(jù)供電可靠性的要求將負荷分為三類（級）：一類負荷：中斷供電后，將造成人身傷亡、設備損壞，重要交通樞紐癱瘓，經(jīng)濟上造成重大損失，政治造成重大影響，社會秩序嚴重混亂等，稱為一類負荷。二類負荷：中斷供電后，將造成大量停產(chǎn)，停工，經(jīng)濟上造成較大損失、政治上造成較大影響等，稱為二類負荷。三類負荷：除一類、二類負荷以外的其他負荷，如工廠的附屬車間、小城鎮(zhèn)等。2、 保

2、證良好的電能質量電能質量包含電壓質量、頻率質量和波形質量。電壓質量：線路額定電壓正常運行電壓允許變化范圍：35KV及以上為±5%；10KV及以下為±7%；低壓照明及農(nóng)業(yè)用電為（+5%-10%）。頻率質量：我國所有交流電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，給定的允許頻率偏移為±0.20.5Hz。波形質量：所謂保證波形質量，就是限制系統(tǒng)中的電流、電壓的諧波，如更改換流裝置的設計、裝設濾波器、限制不符合要求的非線性負荷的接入等。3、 保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性三、 電力系統(tǒng)的電壓等級發(fā)電機的額定電壓較線路的額定電壓高5%。變壓器一次側額定電壓等于用電設備額定電壓（若直接與發(fā)電機相聯(lián)，

3、則一次側額定電壓等于發(fā)電機額定電壓）。變壓器二次側額定電壓應較線路額定電壓高10%，只有漏抗很小的，二次側直接與用電設備相聯(lián)的和電壓等級特別高的變壓器，其二次側額定電壓才可能較線路額定電壓高5%。如用電設備額定線電壓為6KV，則交流發(fā)電機電壓為6.3KV，變壓器一次繞組為6KV（與發(fā)電機相聯(lián)時為6.3KV），二次繞組為6.3KV（與線路相聯(lián)時為6.6KV）。四、電力系統(tǒng)中性點運行方式1、結線方式：星形連接和三角形連接。星形連接：線電壓等于3倍相電壓，線電流等于相電流。三角形連接：線電壓等于相電壓，線電流等于3倍相電流。2、中性點運行方式：直接接地和不接地。（只有星形接線才存在中性點）中性點直接

4、接地：中性點接地是為了降低回路對地電壓，提高線路的耐壓絕緣性，但中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，非故障相對地電壓不變，但線路上將流過較大的短路電流，從而使繼電保護裝置迅速斷開故障部分，供電可靠性降低。中性點直接接地一般使用在電壓等級較高的系統(tǒng)中（110KV及以上的系統(tǒng)），通過其他措施來提高供電可靠性。中性點不接地：不接地系統(tǒng)供電可靠性高，但對絕緣水平的要求也比較高。在電壓等級較低的系統(tǒng)中，一般采用中性點不接地方式以提高供電可靠性（60KV及以下的系統(tǒng)：電壓低于500V的裝置（380/220照明裝置除外），36KV電力網(wǎng)，當單項接地電流小于30A時；10KV電力網(wǎng)，當單相接地電流小于20A

5、時；當與發(fā)電機有電器鏈接的310KV電力網(wǎng)的接地電流小于5A時；以及3560電力網(wǎng)中，單項接地電流小于10A的系統(tǒng)）。中性點經(jīng)消弧線圈接地：也又稱為諧振接地，經(jīng)消弧線圈接地的電力網(wǎng)又稱為補償電力網(wǎng)或諧振電力網(wǎng)。消弧線圈為電抗線圈，其目的是通過線圈中的感性電流與系統(tǒng)的容性電流分量抵消，減小接地點電流，提高供電可靠性。在中性點經(jīng)消弧線圈接地時，又有過補償欠補償之分，過補償是指系統(tǒng)中線圈的感性電流大于系統(tǒng)的容性電流，反之為欠補償。實踐中一般都采用過補償方式。凡不符合中性點不接地條件的663KV的電力網(wǎng)，均可采用諧振接地。中性點經(jīng)小電阻接地：適合于架空線路，對于由瞬間故障引起的單相接地，依靠自動重合閘

6、裝置即可很快恢復供電。但這種接地方式存在絕緣水平較高，可能誘發(fā)倍數(shù)較高的弧光過電壓或鐵磁諧振過電壓的可能。在635KV主要電纜線路構成的配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流較大時，可采用經(jīng)小電阻接地。第二章 電力系統(tǒng)參數(shù)一、電力系統(tǒng)中的參數(shù)電阻：導體對電流的阻礙作用叫做導體的電阻。容抗：容抗是電容器對通過它的交流電的阻抗能力，即電容器對交流電源的阻抗。用數(shù)學表達式可表示為：XC=12fC 由公式可得：頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大。感抗：當交流電通過電感線圈時，電路中產(chǎn)生自感電動勢，形成感抗阻礙電流的改變。用數(shù)學表達式可表示為：XL=2fL有公式可得：感抗隨交流電的頻率增大而增大。當f=0時

7、，XL=0，所以電感起到“通直流，阻交流”的作用，或“通低頻，阻高頻”的作用。電抗X：電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗，其表達式為 X=XC+XL。阻抗Z：電阻與電抗的總稱，阻抗為復數(shù)，實部為電阻，虛部為電抗，即Z=R+jX，單位：歐姆（）。阻抗與導納互為倒數(shù)。電導G：表示某一種導體傳輸電流能力強弱的程度。在純電阻電路中，電導與電阻互為倒數(shù)，根據(jù)歐姆定律 R=UI 得 G=IU，單位：西門子，簡稱西（S或1）。在輸電線路輸送功率的過程中，除了電流在線路電阻產(chǎn)生有功功率損耗之外，在周圍的結緣介質中還將產(chǎn)生功率損耗，此部分功率損耗與電導有關。架空線路中的電導，稱為泄漏電導，其主要

8、與沿絕緣子串及金具的泄漏損耗以及電暈損耗有關，通常情況下，泄漏損耗的值很小，可忽略不計。（電暈：電暈放電是指當導線的表面電場強度達到并超過一定數(shù)值時，導線周圍的空氣分子被游離而產(chǎn)生放電。電暈的產(chǎn)生需要消耗功率和能量，這就形成電暈損耗。）電納B：電納時交流電流經(jīng)電容或電感的簡稱。簡單來講，交流電中的電納相當于直流電中的電導。電納與電抗互為倒數(shù)。導納Y：導納是電導和電納的統(tǒng)稱，在電力電子學中定義為阻抗的倒數(shù)，導納為復數(shù)，實部為電導，虛部為電納，即Y=G+jB，單位：西門子，簡稱西（S）。二、變壓器試驗1、變壓器短路試驗：將變壓器的一組線圈短路，在另一組線圈加上額定頻率的交流電壓，使變壓器線圈內的電

9、流為額定值，此時測得的損耗為短路損耗（銅損Pk），其值與電流的平方成正比（銘牌上所標的千瓦數(shù)，是指線圈在75攝氏度時通過額定電流的銅損，也稱額定負載損耗）。所加的電壓為短路電壓，短路電壓是以被加電壓線圈的額定電壓百分數(shù)表示的（Uk%），短路電壓百分數(shù)又稱為短路阻抗百分數(shù)。變壓器的短路電阻可由如下公式計算 Rk=PkUN2×103SN2 （）變壓器的短路電抗可由如下公式計算 Xk=Ukx%UN2×10SN （）2、變壓器空載試驗：試驗時將變壓器的高壓側開路，低壓側加壓，試驗電壓是低壓側的額定電壓，該試驗主要用來測量空載損耗，空載損耗主要是鐵損耗，且鐵損與負載的大小無關，試驗電

10、流為額定電流的百分之幾或千分之幾，根據(jù)空載試驗的結果，可以計算出變壓器的勵磁電導和勵磁電納。變壓器的勵磁電導可由如下公式計算 Gm=P0×10-3UN2 （S）變壓器的勵磁電納可由如下公式計算 Bm=I0%SN×10-5UN2 （S）三、電力網(wǎng)絡的電壓電壓降落 U：線路首端電壓與末端電壓的向量差（主要由無功功率引起），分為橫向分量U和縱向分量U，滿足向量關系U=U2+U2。（對于110KV及以下電壓等級的電力網(wǎng)，可以忽略電壓降落的橫向分量，此時電壓損耗就等于電壓降落的縱向分量）。電壓損耗：輸電線路首端和末端電壓的絕對值之差。電壓偏移：網(wǎng)絡實際電壓與額定電壓的數(shù)值之差，只計算

11、其大小，常用百分數(shù)表示。如：首（末）端電壓偏移=U-UNUN×100%四、有功功率與無功功率有功功率P：是保持用電設備正常運行所需的電功率。也就是將電能轉換為其他形式能量的電功率。無功功率Q：用于電路內電場與磁場，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率，凡是有電磁線圈的設備，都要建立磁場，需要消耗無功功率，由于它對外不做功，所以稱之為“無功”。（無功的用處：電機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率所建立的；變壓器也同樣需要無功功率，才能是變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變

12、壓器也不能變壓，交流接觸器也不會吸合等。）無功功率不足的危害：增加線路損失；增加線路的電壓降；使系統(tǒng)的電壓降低；降低發(fā)電、供電設備的利用率。通過調節(jié)系統(tǒng)的電壓，來使系統(tǒng)中的無功功率達到平衡，調節(jié)系統(tǒng)電壓的方法如下所示：1、 改變發(fā)電機的端電壓來進行調壓（調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流）。2、 改變變壓器的分接頭或采用專門的調壓變壓器來調壓（只有在電力系統(tǒng)無功電源充足的條件下才有效）。3、 改變電力網(wǎng)絡的無功功率分布。4、 改變輸電線路的參數(shù)進行調壓。（如R、X等）電力系統(tǒng)中的無功電源：1、 同步發(fā)電機（系統(tǒng)唯一的有功功率電源，同時又是系統(tǒng)最基本的無功功率電源）2、 同步補償機（調相機）：通過改變勵磁，即

13、可達到調節(jié)無功的效果，過勵磁：發(fā)出感性無功，欠勵磁：吸收感性無功。3、 電力電容器：只能從系統(tǒng)吸收容性的無功功率，適合補償感性無功負載的系統(tǒng)，實質上是只能發(fā)出無功功率的發(fā)電機。4、 靜止無功補償器5、 并聯(lián)電抗器：用以吸取輕載或空載線路過剩的感性無功功率，面對高壓遠距離輸電線路而言，他還有提高輸送能力，降低過電壓等作用。五、系統(tǒng)的無功損耗系統(tǒng)的無功損耗主要是輸電線路與變壓器內的無功損耗。1、 輸電線路的無功損耗：（1） 輸電線路的電抗所產(chǎn)生的無功損耗與線路的平方成正比，即 Q=I2XL ，功率損耗與導線的截面積成正比。（2） 輸電線路的電納中的容性功率又稱為線路的充電功率，其大小與線路電壓的平

14、方成正比，即 Q=U2Bm ，當充電功率看作為無功損耗時，應帶負號。充電功率將引起“長線路的電容效應”而導致“工頻電壓升高”的現(xiàn)象產(chǎn)生，即由于容性無功使電壓升高，使得線路末端的電壓高于首端電壓，為了減弱這種“工頻電壓升高”，常在遠距離輸電線路的中途或末端裝設并聯(lián)電抗器。依靠電抗器的感性無關來補償線路的容性無功，從而達到降低“工頻電壓升高”的目的。2、 變壓器的無功損耗：變壓器無功損耗包括兩個部分，一部分是勵磁損耗，這部分損耗與鐵芯有關而與負荷無關，通常為不變損耗，這部分損耗所占額定容量的百分數(shù)，基本上等于空載電流的百分數(shù)I0%。另一部分無功功率損耗是由于變壓器的漏電抗所產(chǎn)生的，它與負荷電流平方成正比，稱為可變損耗。第三章 電力系統(tǒng)的潮流分布及計算一、 電力系統(tǒng)的潮流電力系統(tǒng)中的潮流是指，電網(wǎng)中各節(jié)點電壓、線路上有功功率、無功功率的分布；潮流計算是通過給定一些條件，來計算電網(wǎng)中各節(jié)點電