第三章输电网

1、第三章 输电网运行分析 主要内容电能质量分析 电网各元件的参数和等值电路 电网的等值电路 输电网的潮流分析 系统频率分析 第一节第一节 电能质量分析电能质量分析 衡量电能质量的指标主要是电压、频率、波形、电压波动与闪变、三相不平衡度。 1、电压 电压质量以用户处供电电压和额定电压的差值来衡量 电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接影响。 各类负荷电压特性如图所示。 在电力系统正常运行时，供电电压必须在规定的允许变化范围之内。这也就是电压的质量指标。 我国目前所规定的用户处的允许电压变化范围如表所示。线路额定电压电压允许变化范围（）线路额定电压电压允许变化范围（）35kV及以上5低压照明5

2、1010kV及以下7农业用户5102、频率 系统运行频率与系统额定频率之差称为频率偏移。频率偏移是衡量电能质量的一项重要指标。 我国电力系统采用的额定频率为50Hz，其允许偏移值如表所示。 运行情况允许频率偏差（Hz）允许标准时钟误差（s）正常运行小系统大系统0.50.24030事故运行30min以内15min以内绝不允许低于11.543、波形 电力系统电能质量要求供电电压（或电流）的波形应为正弦波。 波形质量由谐波含量与基波之比来衡量 122100UUDnnv4、电压波动与闪变 电压波动：短时的电压变化闪变：负荷急剧波动引起的照度变化 5、三相不平衡度 若三相电压（或电流）大小相等，相位依次

3、（A、B、C）领先120，称为三相平衡（或对称），否则为不平衡（或不对称）。 不平衡的三相系统可以将电压（或电源）用对称分量法分解为正序、负序、零序分量 。 负序分量与正序分量有效值之比称为不平衡度（或不对称度）。 电力系统中三相不平衡主要是由负荷不平衡，系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐所引起的。可以采用下列方法解决：（1）将不对称负荷分散接到不同的供电点，以减小集中连接造成不平衡度超标问题；（2）使不对称负荷合理分配到各相，尽量使其平衡化（换相连接）；（3）将不对称负荷连接到更高电压级上供电，以使连接点的短路容量足够大；（4）采用平衡装置。第二节第二节 电网各元件的参数和等值电路电

4、网各元件的参数和等值电路 一、电力线路的参数和等值电路 二、电抗器的参数和等值电路二、电抗器的参数和等值电路三、变压器的参数和等值电路三、变压器的参数和等值电路四、发电机、负荷的参数和等值电路四、发电机、负荷的参数和等值电路一、电力线路的参数和等值电路（一）电力线路的参数 电力线路的电气参数包括导线的电阻、电导，以及由交变电磁场而引起的电感和电容四个参数。 电力线路是均匀分布参数的电路，也就是说，它的电阻、电抗、电导和电纳都是沿线路长度均匀分布的。 1、线路的电阻 线路的电阻参数代表的是输电线路材料的电阻 直流电路中导体的电阻可按下式计算：lSR 在交流电路中，上式仍然适用，但由于集肤效应和近

5、距作用的影响，交流电阻与直流电阻不同。 2、线路的电抗 交流电流产生交变的磁场，这个磁场会在自身和临近导线中感应出电动势，这些电动势方向和电流方向相反，具有阻碍电流流过的性质，其现象和电抗的作用相同 三相导线对称排列或虽不对称排列但经循环换位时，每相导线单位长度的电抗可按下式计算： 41102lg6 . 42rmrDfx如将f50，r1代入上式得0157. 0lg1445. 01rDxmDm 三相导线的几何平均距离 3cabcabmDDDD 分裂导线线路的电抗： 分裂导线的采用，改变了导线周围的磁场分布，等效地增大了导线半径，从而减小了每相导线的电抗。 3、线路的电导 线路的电导主要是由沿绝缘

6、子的泄漏电流和电晕现象决定的。线路的电导主要取决于电晕现象。 电晕现象： 就是指导线周围空气的电离现象。 电晕要消耗有功功率、消耗电能的。 空气放电时产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信产生干扰， 电晕还会使导线表面发生腐蚀，从而降低导线的使用寿命。 电力线路应考虑避免发生电晕现象。 电晕现象的发生，主要决定于导线表面的电场强度。 在导线表面开始产生电晕的电场强度，称为电晕起始电场强度。使导线表面达到电晕起始电场强度的电压，称为电晕起始电压，或称临界电压。对于三相三角形架设的普通导线线路，其电晕临界电压的经验公式为 :rDrmmUmcrlg3 .4921 电晕损耗在临界电压时开始出现，而且工作电

7、压超过临界电压越多，电晕损耗就越大。总的功率损耗为Pg，从而可确定线路的电导：32110UPgg4、线路的电纳 在三相线路中，导线与导线之间、导线与大地之间存在电容，用电纳来反映其效应。 4、线路的电纳 三相线路对称排列或虽不对称排列但经整循环换位时，每相导线单位长度的电容可按下式计算： 6110lg0241. 0rDCm单位长度的电纳为)/(10lg58.72611kmSrDfCbm（二）输电线路的等值电路与基本方程 输电线路在正常运行时三相参数是相等的，因此可以只用其中的一相作出它的等值电路。 当线路长度在300km以内时，不计线路的这种分布参数特性，用集中参数来表示 用集中参数表示的等值

8、电路如图所示 ：1、短线路的等值电路与基本方程 短线路是指线长100km的架空线路，且电压在35kV及以下。由于电压不高，这种线路电纳的影响不大，可略去。jXRZ2、中等长度线路的等值电路与基本方程 对于电压为110330kV、线长100300km的架空线路及100km的电缆线路均可视为中等长度线路。 这种线路，由于电压较高，线路的电纳一般不能忽略，等值电路常为形等值电路，3、长线路的等值电路 电压为330kV及以上、线长300km的架空线路和线长100km的电缆线路，一般称之为长线路。必须考虑分布参数特性的影响。将分布参数乘以适当的修正系数就变成了集中参数，从而就可绘出用集中参数表示的等值电

9、路 。电阻、电抗及电纳的修正系数 为：12161312112112111211lbxklxbrbxklbxkbxr 上述修正系数只适用于计算线路始、末端的电流和电压，线路长度超过300km、小于750km的架空线路及长度超过100km、小于250km的电缆线路。超过上述长度并要求较准确计算远距离线路中任一点电压和电流值时，应按均匀分布参数的线路方程计算。 二、电抗器的参数和等值电路二、电抗器的参数和等值电路 电抗器的作用是限制短路电流，它是由电阻很小的电感线圈构成，因此等值电路可用电抗来表示。 一般电抗器铭牌上给定它的额定电压、额定电流和电抗百分值，由此可求电抗器的电抗。按百分值定义有： 10

10、0100%NRRRXXXX而NNNIUX3于是得NNRRIUXX3100%例题： 某220KV输电线路选用LGJ-300型导线，导线直径为24.2mm，水平排列，线间距为6m，线长200km，试求等值电路参数。 解： 几何均距 单位长度电阻： km/105. 03005 .311Srmm7560126633cabcabmDDDD例题：km/42. 00157. 01 .127560lg144. 00157. 0lg144. 01rDxm单位长度电抗：单位长度电纳：S/km1071. 2101 .127560lg58. 710lg58. 76661rDbm例题：8420042. 0X212001

11、05. 01l rR电阻：电纳：电抗：S1042. 52001071. 246B三、变压器的参数和等值电路三、变压器的参数和等值电路 变压器的参数包括电阻、电导、电抗和电纳，这些参数要根据变压器铭牌上厂家提供的短路试验数据和空载试验数据来求取。 变压器一般都是三相的，在正常运行的情况下，由于三相变压器是均衡对称的电路，因此等值电路可以只用一相代表。变压器的额定数据: 额定容量SN额定电压UN变压器短路试验数据：短路损耗pk短路电压百分比 Uk%变压器短路试验数据：空载损耗 p0空载电流百分比 I0% （一）双绕组变压器 1、电阻 变压器电阻反映经过折算后的一、二绕组电阻之和，通过短路试验数据求

12、得。 22NNkTSUPR 变压器短路试验接线图如图所示。从一次侧测得短路损耗和短路电压 。 由于短路试验时，变压器短路损耗近似等于额定电流流过变压器时高低压绕组中总的铜耗，于是有：TNNTNNTNCukRUSRUSRIPP2222333可解得22NNkTSUPR 2、电抗 变压器电抗反映经折算后的一、二次绕组漏抗之和，由短路试验参数获得NNkTSUUX100%2 短路试验时，绕组中通过额定电流，在一次侧测得的电压即为短路电压)(3TTNkjXRIU对于大容量的变压器， XTRT，则可认为短路电压主要降落在电抗上 ，有：TNkXIU3从而得NkTIUX3而NkkUUU100%NNNUSI3则有

13、NNkTSUUX100%23、电导 变压器电导反映与变压器励磁支路有功损耗相应的等值电导，通过空载试验数据求得。20NTUPG 变压器空载试验接线图如图所示。进行空载试验时，二次开路，一次加上额定电压，在一次测得空载损耗和空载电流。 由于空载试验的电流很小，变压器二次处于开路，所以此时的绕组铜损耗很小，可认为空载损耗主要损耗在铁芯上，因此，铁芯损耗近似等于空载损耗，于是有： TNFeGUPP20从而得20NTUPG 4、电纳 变压器电纳反映与变压器主磁通的等值参数（励磁电抗）相应的电纳，也是通过空载试验数据求得。 20100%NNTUSIB 变压器空载试验时，流经励磁支路的空载电流可分解为有功

14、电流和无功电流，且有功分量较无功分量小得多，所以在数值上空载电流计算约等于无功电流。 由TbTNBIBIU13130得TNbBUI3又由100%00NIII得NNNUSIIII3100%100%000解得20100%NNTUSIB 在工程计算中，因变压器的电压变化不太大，往往将变压器的励磁支路以额定电压下的励磁功率来代替，于是变压器的等值电路又可用下图表示。）（）（varM100%MW10000000NSIQPPw其中励磁功率损耗为：例题： 计算SFL1-20000/110 型变压器规算到高压侧的参数，并画出等值电路。变压器铭牌给出该变压器的变比为110/11、pk = 135kw、po =

15、22kw、Uk% = 10.5、 Ik% = 0.8 解： 08. 42010001101352222NNkTSUPR53.63201001105 .10100%22NNkTSUUXS1082. 11101000226220NTUPGS1032. 1110100208 . 0100%622NNoTUSIB四、发电机、负荷的参数和等值电路四、发电机、负荷的参数和等值电路1、发电机的参数和等值电路 发电机是供电的电源，其等值电路有两种。 在电力系统计算中，一般不计发电机的电阻，因此，发电机参数只有一个电抗 。 一般发电机厂家提供的参数有发电机额定容量，额定有功功率，额定功率因素，额定电压及电抗百分

16、值，据此可求得发电机电抗。 NGNGGSUXX100%2按百分值定义 100%NGGXXX而NGNNIUX3GNNNUSI3代入上式可解得： NGNGGSUXX100%22、负荷的功率和阻抗 负荷的表示方法一般有如下几种表示方法：（1）把负荷表示成恒定功率；（2）把负荷表示成恒定阻抗；（3）用感应电机的机械特性表示负荷；（4）用负荷的静态特性方程表示负荷。 最常用的是前两种。（a）用恒定功率表示负荷；（b）用恒定阻抗或导纳表示负荷负荷功率表示：LLLiuLLLLLIUIUIUS)(LLLLLLLLQPIUIUjsinjcos负荷以恒定阻抗表示：*LLLLLLLLLZUUZUUIUS由得LLLL

17、LLLLLLLLLLLXRQPSUSSUSSSUUZjj2222）（第三节 电网的等值电路 求得各元件的等值电路后，就可以根据电力系统的电气接线图绘制出整个系统的等值电路图。一、用有名值计算时的等值电路一、用有名值计算时的等值电路二、标么值计算时的等值电路二、标么值计算时的等值电路一、用有名值计算时的电压级归算一、用有名值计算时的电压级归算 在画等值电路时，要注意电压等级的归算。其参数归算过程如下。 （1）选基本级。基本级的确定取决于研究的问题所涉及的电压等级。 （2）确定变比。变压器的变比分为两种，即实际额定变比和平均额定变比。（3）参数归算。 采用变压器的变比进行归算ZKZ2YKY21UK

18、UIKI11）准确归算法：变压器的实际额定变比为：待归算级侧的额定电压基本级侧的额定电压K 2）近似归算法：采用变压器的平均额定变比进行参数归算avavbavUUK电压待归算级侧的平均额定压基本级侧的平均额定电采用平均额定电压的优越性在于：对多电压等级的复杂网，参数的归算按近似归算法进行时，可以大大减轻计算工作量。二、标么值计算二、标么值计算 所谓标么制是相对单位制的一种表示方法，在标么制中参与计算的各物理量都是用无单位的相对数值表示。标么值的一般数学表达式为： 位）基准值（与实际值同单实际值（任意单位）标么值1、标么值的特点（1）标么值是无单位的量（为两个同量纲的数值比）。（2）标么值计算结

19、果清晰，便于迅速判断计算结果的正确性，可大大简化计算等优点。 （3）标么值与百分值换算方便 三相系统中各量的关系满足YZIZUUIS1332、三相系统中基准值的选择 基准值选择有两个限制条件： （1)基准值的单位与有名值单位相同； （2）各电气量的基准值之间符合电路的基本关系式。因此有：BBBBBBBBYZZIUIUS133 首先选定SB、UB为功率和电压的基准值 其他三个基准值按三相电路关系派生：BBBBBBBBBUSIUSYSUZ3223、标么值用于三相系统 当基准值满足三相电路关系时，标幺值计算和单相电路一样phBBBUZIZIIZUUU33)1(33SUIUIIUSSSBBB标么值的益

20、处是给计算带来方便 。4、采用标么制时的电压级归算 对多电压等级的网络，网络参数必须归算到同一个电压等级上。若这些网络参数是以标么值表示的，则这些标么值是依基本级上取的基准值为基准的标么值。归算途径有两个： （1）先有名值归算，后取标么值计算。 先将网络中各待归算级各元件的阻抗、导纳以及电压、电流的有名值参数归算到基本级上，然后除以基本级的基准值，得到标么值参数（2）先基准值归算，后取标么值 先将基本级上的基准值归算到各待归算级，然后再被待归算级上相应的电压、电流、阻抗、导纳分别去除，得到标么值参数。归算过程中用到的公式如下： （归算） （取标么） BBBBBBBBBBBBBBBBBBSUII

21、IIKIIUUUUKUSUYYYYYKYUSZZZZKZZ312222实用方法：1、各级功率基准相同 2、各级电压基准取额定平均电压3、计算其他基准值4、计算各元件标么值5、基准值改变后的标么值换算 发电机、变压器、电抗器的电抗，厂家提供以百分值表示的数据，百分值除以100即得标么值，这个标么值是以元件本身的额定参数（额定电压、额定容量）为基准的标么值。 在电力网计算中，当选定基本级后，应把这些电抗标么值换算成以基本级上的参数为基准的标么值。 基准值改变后的发电机、变压器、电抗器的标么值电抗为： RNBBRNRRNBBNkTNBBNGGIIUUXXSSUUXXSSUUXX2222100%100

22、%100% 采用标么制时的网络参数归算，显然较有名值归算复杂些，但对以后的电力系统潮流计算、调压计算及短路计算等，采用以标么值参数表示的等值电路进行计算较为方便。 电力系统等值电路的绘制，即是将参数归算后的各元件的等值电路连接起来。为了以后的计算方便，等值电路越简单越好。 采用标么制计算的步骤（采用近似计算）：1、确定基准值 各级功率基准值（SB）相等 各级电压基准值取平均额定电压 计算各级电流、阻抗基准值2、计算各元件标幺值3、画出等值电路4、根据等值电路计算电压、电流和功率标么值6、计算各电量实际值第四节第四节 输电网的潮流分析输电网的潮流分析一、潮流分布一、潮流分布二、简单电网的手工计算

23、法二、简单电网的手工计算法三、复杂电网的计算机算法三、复杂电网的计算机算法一、潮流分布一、潮流分布 电力系统的潮流分布，指的是电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和支路功率的分布情况。 潮流分布计算，是按给定的电力系统接线方式、参数和运行条件，确定电力系统各部分稳态运行状态参量的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。 潮流计算的主要目的： 1、检查电力系统各元件（如变压器、输电线路等）是否过负荷，以及可能的预防措施等。 2、检查电力系统各

24、节点的电压是否满足电压质量的要求，分析机组发电出力和负荷的变化，网络结构的变化对系统电压质量和安全经济运行的影响。 3、帮助正确地选择系统接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地运行，向用户供给高质量的电能。 4、根据功率分布，可以选择电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 5、为电力系统的规划和扩建提供依据。 6、为调压计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。 潮流计算可以分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和运行中安排系统的运行方式，在线计算主要用于在运行中的系统经常性的监视和实时监控。 二、简单电网

25、的手工计算法二、简单电网的手工计算法计算步骤 1、由已知电气主接线图作出等值电路图； 2、推算各元件的功率损耗和功率分布； 3、计算各节点的电压； 4、逐段推算其潮流分布。 三、复杂电网的计算机算法三、复杂电网的计算机算法随着计算机技术的发展，复杂电力系统潮流计算几乎均采用计算机来进行计算，它具有计算精度高、速度快等优点。计算机算法的主要步骤有：（1）建立描述电力系统运行状态的数学模型；（2）确定解算数学模型的方法；（3）制定程序框图，编写计算机计算程序，并进行计算；（4）对计算结果进行分析。1、电力系统潮流的计算机算法的数学模型 在电力系统潮流分布的计算中，广泛采用的是节点电压方程。nnnn

26、nnnnUUUYYYYYYYYYIII2121222211121121nnnUYI 这是一组复数方程式，如果把实部和虚部分开，便得到2n个实数方程。 2、节点的分类（1）PQ节点 这类节点的有功功率和无功功率是给定的。节点电压是待求量。通常变电所都是这一类型的节点，由于没有发电机设备，故发电功率为零。若系统中某些发电厂送出的功率在一定时间内为固定时，则该发电厂母线可作为PQ节点。可见，电力系统中的绝大多数节点属于这一类型。（2）PU节点 这类节点的有功功率和电压幅值是给定的，节点的无功功率和电压的相位是待求量。（3）平衡节点 在潮流分布算出以前，网络中的功率损失是未知的，因此，网络中至少有一个

27、节点的有功功率不能给定，这个节点承担了系统有功功率的平衡，故称之为平衡节点。另外，必须选定一个节点，指定其电压相位为零，作为计算各节点电压相位的参考，这个节点称为基准节点。基准节点的电压幅值也是给定的。为了计算上的方便，常将平衡节点和基准节点选为同一个节点，习惯上称之为平衡节点（亦称为松弛节点、摇摆节点）。 潮流计算可以概括为求解一组非线性方程组，并使其解满足一定的约束条件。常用的计算方法是迭代法和牛顿法。在计算过程中或得出结果之后用约束条件进行检验，如果不满足，则应修改某些变量的给定值，甚至修改系统的运行方式，重新计算。第五节第五节 系统频率分析系统频率分析 电力系统的频率是电能的重要指标，系统运行时必须将频率偏移控制在一个小的范围。 频率由发电机转速决定，转速由机械功率和电磁（输出有功）功率的平衡决定 频率的调整通过原动机的功率调整实现一、电力系统的频率特性一、电力系统的频率特性1、负荷的有功功率频率静态特性 当电力系统稳态运行时，系统中有功负荷随频率变化的特性称为负荷的有功功率频率静态特性。 频率升高，有功负荷增大。 当频率