电力系统分析

1、第一章 电力系统的基本概念一、 什么是电力系统？由发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的，能够生产、输送、分配、使用电能的统一整体，称为电力系统（或由电源、电力网和用户组成）。二、 电力系统运行的基本要求1、 保证可靠持续供电根据供电可靠性的要求将负荷分为三类（级）：一类负荷：中断供电后，将造成人身伤亡、设备损坏，重要交通枢纽瘫痪，经济上造成重大损失，政治造成重大影响，社会秩序严重混乱等，称为一类负荷。二类负荷：中断供电后，将造成大量停产，停工，经济上造成较大损失、政治上造成较大影响等，称为二类负荷。三类负荷：除一类、二类负荷以外的其他负荷，如工厂的附属车间、小城镇等。2、 保

2、证良好的电能质量电能质量包含电压质量、频率质量和波形质量。电压质量：线路额定电压正常运行电压允许变化范围：35KV及以上为±5%；10KV及以下为±7%；低压照明及农业用电为（+5%-10%）。频率质量：我国所有交流电力系统的额定频率为50Hz，给定的允许频率偏移为±0.20.5Hz。波形质量：所谓保证波形质量，就是限制系统中的电流、电压的谐波，如更改换流装置的设计、装设滤波器、限制不符合要求的非线性负荷的接入等。3、 保证系统运行的经济性三、 电力系统的电压等级发电机的额定电压较线路的额定电压高5%。变压器一次侧额定电压等于用电设备额定电压（若直接与发电机相联，

3、则一次侧额定电压等于发电机额定电压）。变压器二次侧额定电压应较线路额定电压高10%，只有漏抗很小的，二次侧直接与用电设备相联的和电压等级特别高的变压器，其二次侧额定电压才可能较线路额定电压高5%。如用电设备额定线电压为6KV，则交流发电机电压为6.3KV，变压器一次绕组为6KV（与发电机相联时为6.3KV），二次绕组为6.3KV（与线路相联时为6.6KV）。四、电力系统中性点运行方式1、结线方式：星形连接和三角形连接。星形连接：线电压等于3倍相电压，线电流等于相电流。三角形连接：线电压等于相电压，线电流等于3倍相电流。2、中性点运行方式：直接接地和不接地。（只有星形接线才存在中性点）中性点直接

4、接地：中性点接地是为了降低回路对地电压，提高线路的耐压绝缘性，但中性点直接接地系统发生单相接地短路时，非故障相对地电压不变，但线路上将流过较大的短路电流，从而使继电保护装置迅速断开故障部分，供电可靠性降低。中性点直接接地一般使用在电压等级较高的系统中（110KV及以上的系统），通过其他措施来提高供电可靠性。中性点不接地：不接地系统供电可靠性高，但对绝缘水平的要求也比较高。在电压等级较低的系统中，一般采用中性点不接地方式以提高供电可靠性（60KV及以下的系统：电压低于500V的装置（380/220照明装置除外），36KV电力网，当单项接地电流小于30A时；10KV电力网，当单相接地电流小于20A

5、时；当与发电机有电器链接的310KV电力网的接地电流小于5A时；以及3560电力网中，单项接地电流小于10A的系统）。中性点经消弧线圈接地：也又称为谐振接地，经消弧线圈接地的电力网又称为补偿电力网或谐振电力网。消弧线圈为电抗线圈，其目的是通过线圈中的感性电流与系统的容性电流分量抵消，减小接地点电流，提高供电可靠性。在中性点经消弧线圈接地时，又有过补偿欠补偿之分，过补偿是指系统中线圈的感性电流大于系统的容性电流，反之为欠补偿。实践中一般都采用过补偿方式。凡不符合中性点不接地条件的663KV的电力网，均可采用谐振接地。中性点经小电阻接地：适合于架空线路，对于由瞬间故障引起的单相接地，依靠自动重合闸

6、装置即可很快恢复供电。但这种接地方式存在绝缘水平较高，可能诱发倍数较高的弧光过电压或铁磁谐振过电压的可能。在635KV主要电缆线路构成的配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用经小电阻接地。第二章 电力系统参数一、电力系统中的参数电阻：导体对电流的阻碍作用叫做导体的电阻。容抗：容抗是电容器对通过它的交流电的阻抗能力，即电容器对交流电源的阻抗。用数学表达式可表示为：XC=12fC 由公式可得：频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大。感抗：当交流电通过电感线圈时，电路中产生自感电动势，形成感抗阻碍电流的改变。用数学表达式可表示为：XL=2fL有公式可得：感抗随交流电的频率增大而增大。当f=0时

7、，XL=0，所以电感起到“通直流，阻交流”的作用，或“通低频，阻高频”的作用。电抗X：电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗，其表达式为 X=XC+XL。阻抗Z：电阻与电抗的总称，阻抗为复数，实部为电阻，虚部为电抗，即Z=R+jX，单位：欧姆（）。阻抗与导纳互为倒数。电导G：表示某一种导体传输电流能力强弱的程度。在纯电阻电路中，电导与电阻互为倒数，根据欧姆定律 R=UI 得 G=IU，单位：西门子，简称西（S或1）。在输电线路输送功率的过程中，除了电流在线路电阻产生有功功率损耗之外，在周围的结缘介质中还将产生功率损耗，此部分功率损耗与电导有关。架空线路中的电导，称为泄漏电导，其主要

8、与沿绝缘子串及金具的泄漏损耗以及电晕损耗有关，通常情况下，泄漏损耗的值很小，可忽略不计。（电晕：电晕放电是指当导线的表面电场强度达到并超过一定数值时，导线周围的空气分子被游离而产生放电。电晕的产生需要消耗功率和能量，这就形成电晕损耗。）电纳B：电纳时交流电流经电容或电感的简称。简单来讲，交流电中的电纳相当于直流电中的电导。电纳与电抗互为倒数。导纳Y：导纳是电导和电纳的统称，在电力电子学中定义为阻抗的倒数，导纳为复数，实部为电导，虚部为电纳，即Y=G+jB，单位：西门子，简称西（S）。二、变压器试验1、变压器短路试验：将变压器的一组线圈短路，在另一组线圈加上额定频率的交流电压，使变压器线圈内的电

9、流为额定值，此时测得的损耗为短路损耗（铜损Pk），其值与电流的平方成正比（铭牌上所标的千瓦数，是指线圈在75摄氏度时通过额定电流的铜损，也称额定负载损耗）。所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的（Uk%），短路电压百分数又称为短路阻抗百分数。变压器的短路电阻可由如下公式计算 Rk=PkUN2×103SN2 （）变压器的短路电抗可由如下公式计算 Xk=Ukx%UN2×10SN （）2、变压器空载试验：试验时将变压器的高压侧开路，低压侧加压，试验电压是低压侧的额定电压，该试验主要用来测量空载损耗，空载损耗主要是铁损耗，且铁损与负载的大小无关，试验电

10、流为额定电流的百分之几或千分之几，根据空载试验的结果，可以计算出变压器的励磁电导和励磁电纳。变压器的励磁电导可由如下公式计算 Gm=P0×10-3UN2 （S）变压器的励磁电纳可由如下公式计算 Bm=I0%SN×10-5UN2 （S）三、电力网络的电压电压降落 U：线路首端电压与末端电压的向量差（主要由无功功率引起），分为横向分量U和纵向分量U，满足向量关系U=U2+U2。（对于110KV及以下电压等级的电力网，可以忽略电压降落的横向分量，此时电压损耗就等于电压降落的纵向分量）。电压损耗：输电线路首端和末端电压的绝对值之差。电压偏移：网络实际电压与额定电压的数值之差，只计算

11、其大小，常用百分数表示。如：首（末）端电压偏移=U-UNUN×100%四、有功功率与无功功率有功功率P：是保持用电设备正常运行所需的电功率。也就是将电能转换为其他形式能量的电功率。无功功率Q：用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率，凡是有电磁线圈的设备，都要建立磁场，需要消耗无功功率，由于它对外不做功，所以称之为“无功”。（无功的用处：电机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率所建立的；变压器也同样需要无功功率，才能是变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变

12、压器也不能变压，交流接触器也不会吸合等。）无功功率不足的危害：增加线路损失；增加线路的电压降；使系统的电压降低；降低发电、供电设备的利用率。通过调节系统的电压，来使系统中的无功功率达到平衡，调节系统电压的方法如下所示：1、 改变发电机的端电压来进行调压（调节发电机的励磁电流）。2、 改变变压器的分接头或采用专门的调压变压器来调压（只有在电力系统无功电源充足的条件下才有效）。3、 改变电力网络的无功功率分布。4、 改变输电线路的参数进行调压。（如R、X等）电力系统中的无功电源：1、 同步发电机（系统唯一的有功功率电源，同时又是系统最基本的无功功率电源）2、 同步补偿机（调相机）：通过改变励磁，即

13、可达到调节无功的效果，过励磁：发出感性无功，欠励磁：吸收感性无功。3、 电力电容器：只能从系统吸收容性的无功功率，适合补偿感性无功负载的系统，实质上是只能发出无功功率的发电机。4、 静止无功补偿器5、 并联电抗器：用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功率，面对高压远距离输电线路而言，他还有提高输送能力，降低过电压等作用。五、系统的无功损耗系统的无功损耗主要是输电线路与变压器内的无功损耗。1、 输电线路的无功损耗：（1） 输电线路的电抗所产生的无功损耗与线路的平方成正比，即 Q=I2XL ，功率损耗与导线的截面积成正比。（2） 输电线路的电纳中的容性功率又称为线路的充电功率，其大小与线路电压的平

14、方成正比，即 Q=U2Bm ，当充电功率看作为无功损耗时，应带负号。充电功率将引起“长线路的电容效应”而导致“工频电压升高”的现象产生，即由于容性无功使电压升高，使得线路末端的电压高于首端电压，为了减弱这种“工频电压升高”，常在远距离输电线路的中途或末端装设并联电抗器。依靠电抗器的感性无关来补偿线路的容性无功，从而达到降低“工频电压升高”的目的。2、 变压器的无功损耗：变压器无功损耗包括两个部分，一部分是励磁损耗，这部分损耗与铁芯有关而与负荷无关，通常为不变损耗，这部分损耗所占额定容量的百分数，基本上等于空载电流的百分数I0%。另一部分无功功率损耗是由于变压器的漏电抗所产生的，它与负荷电流平方成正比，称为可变损耗。第三章 电力系统的潮流分布及计算一、 电力系统的潮流电力系统中的潮流是指，电网中各节点电压、线路上有功功率、无功功率的分布；潮流计算是通过给定一些条件，来计算电网中各节点电