第四章 配電網

第四章配電網運行分析主要內容配電網的電壓計算配電網的損耗計算與降損措施簡單配電網的潮流計算復雜配電網的潮流計算配電網的無功補償和電壓調整配電網的短路電流計算低壓電網短路電流計算第一節(jié)配電網的電壓計算一、配電網的電壓降落二、配電網的電壓損耗三、配電網的電壓偏移一、配電網的電壓降落電壓降落是指線路首末兩端電壓的相量差。（1）已知環(huán)節(jié)末端電壓及功率

以末端電壓為參考相量，負荷為感性，則可得或（a）末端電壓降落的縱、橫分量；（2）已知環(huán)節(jié)首端電壓及功率參照上述推導（b）首端電壓降落的縱、橫分量二、配電網的電壓損耗

電壓損耗是指線路首末兩端電壓的數(shù)值差。

忽略其橫分量，電壓損耗由兩部分組成的，即

式中第一部分與有功功率和電阻有關，第二部分與無功功率和電抗有關。

三、配電網的電壓偏移

所謂電壓偏移是指線路首端或末端電壓與線路額定電壓的數(shù)值差。電壓偏移常用百分值表示，即

常以電壓損耗和電壓偏移作為衡量電壓質量的主要指標。

第二節(jié)配電網的損耗計算與降損措施一、線路的功率損耗二、變壓器的功率損耗三、配電網的電能損耗四、配電網的降損措施一、線路的功率損耗

如圖所示的簡單線路，已知末端電壓和末端功率，忽略電導。該線路的功率損耗由下述三部分組成。

1．線路末端導納的功率損耗

由于忽略了線路的電導，故只需計算線路末端電納的功率損耗，其值與線路末端電壓有關，即

式中的負號表示容性無功功率。2．阻抗的功率損耗

線路阻抗的功率損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。如已知條件是末端功率、末端電壓，則

若已知條件為首端功率和電壓，則

3．線路首端導納的功率損耗

首末端電壓的不同，電納中的無功損耗并不相同。二、變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗包括阻抗的功率損耗與導納的功率損耗兩部分。1．阻抗的功率損耗

雙繞組變壓器阻抗的功率損耗可以套用線路阻抗功率損耗的計算公式或2．導納的功率損耗

變壓器導納的無功功率損耗是感性的，符號為正。

在有些情況下，如不必求取變壓器內部的電壓降(不需要計算出變壓器的阻抗、導納)，這時功率損耗可直接由制造廠家提供的短路和空載試驗數(shù)據(jù)求得，。實際計算時通常設

所以這些公式可簡化為

三、配電網的電能損耗1．配電網的電能損耗和損耗率

在同一時間內，配電網的電能損耗占供電量的百分比，稱為配電網的損耗率，簡稱網損率或線損率。2．電力線路電能損耗的計算

假定在一段時間內線路的負荷不變，則功率損耗也不變，相應的電能損耗為

由于電力系統(tǒng)的實際負荷是隨時都在改變的，線路的功率損耗也隨時間而改變。因此，應采用積分算式，即

在工程實際中常采用簡化的方法計算電能損耗。用得最多的是電力網規(guī)劃中電能損耗計算的方法——最大負荷損耗時間法。

最大負荷損耗時間τ：如果線路中輸送的功率一直保持為最大負荷功率Smax（此時的有功損耗為△Pmax），在τ小時內的電能損耗恰好等于線路全年的實際電能損耗，則稱為τ最大負荷損耗時間。

最大負荷損耗時間τ根據(jù)年最大負荷利用小時數(shù)Tmax查得；

年最大負荷利用小時數(shù)Tmax:如果用戶以年最大負荷Pmax持續(xù)運行小時所消耗的電能即為該用戶全年消耗的電能3．變壓器電能損耗的計算

變壓器鐵芯中電能損耗按全年投入運行的實際小時數(shù)來計算。計算式為

當變壓器兩側電壓在額定電壓附近時，可由下式計算變壓器全年的電能損耗，即四、配電網的降損措施1、合理使用變壓器2、重視和合理進行無功補償3、對電力線路改造，擴大導線的載流水平4、調整用電負荷，保持均衡用電第三節(jié)簡單配電網的潮流計算

一端電源供電的網絡稱為開式網。開式網中的負荷只能從一個電源取得電能。所謂潮流計算即是根據(jù)已知的負荷及電源電壓計算出其它節(jié)點的電壓和元件上的功率分布。實際進行配電網潮流計算時，根據(jù)已知條件的不同有兩種基本算法。第一種情況：

給定的已知條件是同一點的功率和電壓。這一類問題的計算比較簡單，只需按本章第一節(jié)、第二節(jié)介紹的電壓損耗、功率損耗等計算方法逐步進行計算即可。采取的是將電壓和功率由已知點向未知點交替遞推計算的方法。第二種情況：

給定的已知條件是不同點的功率和電壓。采取迭代算法：第五節(jié)配電網的無功補償和電壓調整一、配電網的無功補償二、電壓調整一、配電網的無功補償1、電力系統(tǒng)的無功平衡

影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素是無功功率。（1）電力系統(tǒng)的無功負荷及無功損耗

無功負荷是滯后功率因數(shù)運行的用電設備所吸取的無功功率。電力系統(tǒng)的無功負荷主要是異步電動機。電網中無功損耗一般有兩部分：一是輸電線路的無功損耗；二是變壓器上的無功損耗。

（2）無功電源

電力系統(tǒng)的無功電源包括同步發(fā)電機、調相機、電容器及靜止無功補償器、線路充電功率等。（3）無功平衡

電力系統(tǒng)無功功率平衡包含兩個含義。A、系統(tǒng)運行時，無功電源所發(fā)出的無功功率與系統(tǒng)無功負荷及無功損耗相平衡，即B、系統(tǒng)的無功電源設備容量與系統(tǒng)運行所需要的無功電源功率及系統(tǒng)的備用無功電源功率相平衡，以滿足運行的可靠性及適應系統(tǒng)負荷發(fā)展的需要，即

2、無功補償?shù)脑砑友b了無功補償設備Qc后

視在功率S'比S小了，補償后電力網的功率因數(shù)由補償前的cosφ1提高到cosφ2。

3、無功補償?shù)囊饬x（1）減少系統(tǒng)元件的容量，換個角度看是 提高電網的輸送能力。（2）降低網絡功率損耗和電能損耗。（3）改善電壓質量。4、配電網無功補償?shù)呐渲迷瓌t（1）總體平衡與局部平衡相結合。（2）電業(yè)部門補償和用戶補償向結合。（3）分散補償與集中補償相結合，以分散為主。（4）降損與調壓相結合，以降損為主。

5、無功補償措施（1）利用同步發(fā)電機進行補償。（2）利用調相機進行無功補償。（3）利用電容器進行無功補償。（4）利用靜止補償器進行無功補償。二、電壓調整1、電力系統(tǒng)的電壓管理

電力系統(tǒng)的電壓調整是通過監(jiān)視、調整中樞點的電壓來實現(xiàn)。電壓控制的方式有“逆調壓”、“順調壓”、“常調壓”。

逆調壓：負荷高峰時升高電壓，反之降低電壓順調壓：負荷高峰時允許電壓降低，低負荷時允許電壓降低升高常調壓：在任何負荷時都保持電壓基本不變2、電壓調整的基本原理

由發(fā)電廠母線處電壓開始推算，可求得為維持用戶處端電壓滿足要求，可以采用以下措施進行電壓調整：（1）調節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機端電壓；（2）改變變壓器T1、T2的變比；（3）通過改變電力網無功功率分布；（4）改變輸電線路的參數(shù)（降低輸電線路的電抗）。3、電壓調整的措施（1）利用發(fā)電機調壓（2）改變變壓器變比調壓（3）利用無功功率補償調壓（4）改變線路參數(shù)調壓4、各種調壓措施的合理應用（1）要求各類用戶將負荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的參數(shù)。（2）改變發(fā)電機勵磁，可以改變發(fā)電機輸出的無功功率和發(fā)電機的端電壓。（3）根據(jù)無功功率平衡的需要，增添必要的無功補償容量，并按無功功率就地平衡的原則進行補償容量的分配。（4）當系統(tǒng)的無功功率供應比較充裕時，各變電所的調壓問題可以通過選擇變壓器的分接頭來解決。

（5）在整個系統(tǒng)無功不足的情況下，不宜采用調整變壓器分接頭的辦法來提高電壓。（6）對于10kV及以下電壓等級的電網，由于負荷分散、容量不大，按允許電壓損耗來選擇導線截面是解決電壓質量問題的正確途徑。第六節(jié)配電網的短路電流計算一、短路過程的簡單分析二、對稱短路電流的標么值計算方法三、無窮大功率電源條件下短路電流的計算四、三相短路的實用計算一、短路過程的簡單分析

配電系統(tǒng)內某處發(fā)生三相短路時，假設電源和負荷都是三相對稱，則可取一相來分析。短路前的電流i

短路后，與電源相連接的左端回路電流的變化應符合：

這個微分方程的解為

當發(fā)生三相短路瞬間，電流不能突變，有

解出短路電流的全電流瞬時值為當發(fā)生三相短路時全電流由兩部分組成

周期分量非周期分量上述現(xiàn)象的電流波形圖如圖所示。

在電源電壓及短路點不變的情況下，要使短路全電流達到最大值，必須具備以下的條件：（1）短路前為空載；（2）電路的感抗X比電阻R大得多，（3）短路發(fā)生于某相電壓瞬時值過零時。

短路沖擊電流半個周期后（0.01s），短路電流達到的最大瞬時值沖擊系數(shù)kch

高壓配電網一般取kch=1.8

短路沖擊電流有效值

0.01s時，短路電流的有效值對高壓配電網

無窮大功率電源近似認為電源的內阻為零，則短路前后電源母線電壓不變，是短路計算時常用的概念。

二、對稱短路電流的標么值計算方法

為了求出短路電流，在計算時通常采用下面兩個假設：（1）不管短路點發(fā)生在何處，在計算短路電流時均可假定作用于短路點的電壓是該電壓等級線路電壓的平均值。（2）計算短路電流時，在高壓系統(tǒng)中忽略線路R，在低壓系統(tǒng)中可忽略線路X。（一）標么值法

基準值可以任意選定，但為了便于計算:

功率基準值:或者取SB＝100MVA，或者取要計算的供電系統(tǒng)中某一元件的額定值（如某一變壓器）；基準電壓:取短路點所在處的平均電壓值。

（二）供電系統(tǒng)中各元件電抗標么值的計算

1、輸電線路2、變壓器3、電抗器4、電源內阻電抗

三、無窮大功率電源條件下短路電流的計算

在用標幺值計算三相短路電流時，短路電流的標幺值短路容量的標幺值三相短路容量為其標么值為短路電流的具體計算步驟：（1）取功率基準值，并取各級電壓基準值等于該級的平均額定電壓；（2）計算各元件的電抗標么值，并繪制出等值電路；（3）網絡化簡，求出從電源至短路點之間的總電抗標么值；（4）計算出短路電流周期分量有效值（也就是穩(wěn)態(tài)短路電流），再還原成有名值；（5）計算出短路沖擊電流和短路最大有效值電流；（6）按要求計算出其他量。

四、三相短路的實用計算（一）運算曲線在工程計算中，常利用運算曲線來確定短路后任意指定時刻短路電流的周期分量，也稱運算曲線法。運算曲線表示了短路過程中，不同時刻的短路電流周期分量與短路回路計算電抗之間的函數(shù)關系，即（二）應用運算曲線計算短路電流的步驟和方法應用運算曲線計算短路電流的具體步驟如下：（1）繪制等值網絡。（2）進行網絡變換，求轉移電抗。（3）求出各等值機對故障點的計算電抗。（4）由計算電抗根據(jù)適當?shù)倪\算曲線找出指定時刻各等值機提供的短路電流周期分量標么值。（5）計算短路電流周期分量的有名值。第七節(jié)低壓電網短路電流計算一、低壓電網短路電流計算的特點二、低壓配電系統(tǒng)各元件阻抗的計算三、低壓電網短路電流計算實例一、低壓電網短路電流計算的特點

電力系統(tǒng)中1kV以下的電網稱為低壓電網，其短路電流計算具有以下特點：（1）供電電源可以看作是“無窮大”容量系統(tǒng)。（2）低壓電網中各元件電阻值相對較大，而電抗值相對較小，所以低壓配電系統(tǒng)中電阻不能忽略。一般可用阻抗的模進行計算。（3）直接使用有名值計算更方便。（4）非周期分量衰減快，Ksh取1－1.3。僅在配電變壓器低壓側母線附近短路時，才考慮非周期分量。（5）必須計及某些元件阻抗的影響。二、低壓配電系統(tǒng)各元件阻抗的計算（1）電力系統(tǒng)阻抗一般計算低壓網絡短路電流時，認為電源為無窮大容量系統(tǒng)，即XS＝0。但在精確計算時仍需要計入系統(tǒng)阻抗值。此時系統(tǒng)阻抗按下式計算：（2）變壓