电力系统分析

1《电力系统分析》2第一章电力系统的基本概念一．基本概念二．电力系统的结线方式三．电压等级及适用范围四．电力系统中性点的运行方式3一．基本概念电力系统——是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。4一．基本概念年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。5一．基本概念额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。6按对供电可靠性的要求将负荷分为三级一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。7二．电力系统的结线方式包括单回路放射式、干线式和链式网络优点：简单、经济、运行方便无备用结线缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷包括双回路放射式、干线式和链式网络优点：供电可靠性和电压质量高有备用结线缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷8三．电压等级及适用范围额定电压等级变压器线电压用电设备额定线电压交流发电机线电压一次绕组二次绕组3610351102203305003.156.310.53及3.156及6.310及10.5351102203305003.15及3.36.3及6.610.5及1138.5121242345及363525及5509三．电压等级及适用范围说明：1.用电设备的容许电压偏移一般为±5%；2.沿线路的电压降落一般为10%；3.在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。10三．电压等级及适用范围电力网络中电压分布采取的措施：1.取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2.取线路始端电压为额定电压的105%；3.取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；4.变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。11变压器的电压等级升压变压器（例如35/121，10.5/242）•一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；•直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压；•二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。12变压器的电压等级降压变压器（110/38.5，220/38.5）•一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；•二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。13四．电力系统中性点的运行方式特点：供电可靠性低，比较经济；直接接地故障时：如发生接地故障，则构成短路回路，接地相电流很大；适用范围：110KV以上系统。特点：供电可靠性高，绝缘费用高；故障时：如发生接地故障，不必切不接地除接地相，但非接地相对地电压为相电压适用范围：60KV以下系统314bEcEbIN'aIaIaEcI四．电力系统中性点的运行方式1.中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）中性点不接地方式2.中性点经非线性电阻接地过补偿（总电流为感性）欠补偿（总电流为容性）15第二章电力系统各元件的特性和数学模型一．电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分的特性和数学模型1.发电机组2.变压器3.电力线路4.负荷二．电力网络的数学模型16复功率的符号说明：取滞后功率因数为正，感性无功负荷运行时，所吸取的无功功率超前功率因数为负，容性无功滞后功率因数为正，感性无功发电机运行时，所发出的无功功率超前功率因数为负，容性无功iuUIjQPIUS~17第一节电力线路的参数和数学模型电力线路结构简述电力线路按结构可分为架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等电缆：导线、绝缘层、保护层等1.架空线路的导线和避雷线导线：主要由铝、钢、铜等材料制成避雷线：一般用钢线181.架空线路的导线和避雷线认识架空线路的标号×××××—×/×钢线部分额定截面积主要载流部分额定截面积J表示加强型，Q表示轻型J表示多股线表示材料，其中：L表示铝、G表示钢、T表示铜、HL表示铝合金例如：LGJ—400/50表示载流额定截面积为400、钢线额定截面积为50的普通钢芯铝线。19为增加架空线路的性能而采取的措施目的：减少电晕损耗或线路电抗。多股线其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推扩径导线人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。分裂导线又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线路电容。202.架空线路的绝缘子架空线路使用的绝缘子分为针式：35KV以下线路悬式：35KV及以上线路通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。3.架空线路的换位问题目的在于减少三相参数不平衡整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。滚式换位换位方式换位杆塔换位21•电力线路的阻抗1.有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线每相单位长度的电阻：其中：铝的电阻率为31.5铜的电阻率为18.8考虑温度的影响则：sr/1)20(120trrt222.有色金属导线三相架空线路的电抗最常用的电抗计算公式：其中：41105.0lg6.42rmrDfx311/cabcabmmrrDDDDcmmmDHzfcmmmrkmx），或几何均距（）交流电频率（数，对铜、铝，导线材料的相对导磁系）或导线的半径（）导线单位长度的电抗（23进一步可得到：还可以进一步改写为：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为0157.0lg1445.01rDxmrrrDxm779.0','lg1455.01km/40.0243.分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。可以证明：根导线间的距离：某根导线与其余1)(0157.0lg1445.011312)1(113121ndddrddddrrnrDxnnnmnneqeqm254.钢导线三相架空线路的电抗钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。5.电缆线路的阻抗电缆线路的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。rmrDx0157.0lg1445.0126•电力线路的导纳1.三相架空线路的电纳其电容值为：最常用的电纳计算公式：架空线路的电纳变化不大，一般为10lg0241.061rDCm(S/km)10lg58.761rDbmkmS/1085.26272.分裂导线线路的电纳3.架空线路的电导线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕绝缘子串的泄漏：通常很小电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。(S/km)10lg58.761eqmrDb28确定由于电晕产生的电导，其步骤如下：1.确定导线表面的电场强度2.电晕起始电场强度空气介电常数其中：rDrUrQEmrln2大气压力空气的相对密度气象系数粗糙系数其中：，bmmtbmmEcr273002996.04.212121293.，得电晕起始电压或临界电压4.每相电晕损耗功率5.求线路的电导crrEE为单位为相电压的有效值，以KVUrDrmmrDrEUcrmmcrcrlg3.49ln21521025241)()/()(mccrccDrfkkVUkmkWUUkP线路实际运行电压）（kmSUPgg/10321306.对于分裂导线在第一步时做些改变实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下可设g=0ndrnkrDrUnkrQkEmeqmmmrsin121ln231四.电力线路的数学模型电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。分两种情况讨论：1)一般线路的等值电路一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为300km；对电缆为100km。不考虑线路的分布参数特性，只用将线路参数简单地集中起来的电路表示。lbBlgGlxXlrR1111322）长线路的等值电路长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。精确型根据双端口网络理论可得：Z’Y’/2Y’/2/sinhsinh1cosh21'sinh'1111称线路传播特性称线路特性阻抗其中：yzryzZrlrlrlZYrlZZccc33简化型12161312112112111311lbxklxbrbxklbxkbxrkrR+jkxXjkbB/2jkbB/234两个基本概念在超高压线路中，略去电阻和电导，即相当于线路上没有有功功率损耗时1.波阻抗：特性阻抗。2.自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。11/CLZc35二．负荷的参数和数学模型负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。36第二节变压器的参数和数学模型双绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器的参数和数学模型自耦变压器的参数和数学模型37一.双绕组变压器的参数和数学模型阻抗1.电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近似等于额定总铜耗。我们通过如下公式来求解变压器电阻：1000)3(332222222222NNkTNNkTTNNkTNNTNNTNCuSUPRSUPRRUSPRUSRUSRIP经过单位换算：382.电抗在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%32392.电抗在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%3240导纳1.电导变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可如下求解：2.电纳在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等，其求解如下：201000NTUPG20100%NNTUSIB41二.三绕组变压器的参数和数学模型按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：100/100/100、100/50/100、100/100/50按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构：升压结构：中压内，低压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外421.电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于100/100/100然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1