电气工程基础

1、第4篇 电气工程基础第25章 电力系统基本知识 l25.1 电力系统运行特点和基本要求 本节主要介绍电力系统的特点，以及对电力系统提出的基本要求。l25.1.1 电力系统运行的特点 1电能不能大量储存：它具有生产和消费都必须同时进行的特征，功率每时每刻都必须保持平衡. 2电能生产与国民经济和人民生活有着极为密切的关系。 3电力系统的过渡过程非常迅速 l25.1.2 电力系统运行的基本要求 电力系统的上述特点及电力系统在国民经济中的地位和作用，决定了对电力系统的基本要求。 、 1最大限度地满足用户用电的要求，为用户提供充足的电能 2保证安全可靠的供电通常，根据用户 对可靠性的要求，可将用户分为3

2、类; 第一类用户,第二类用户和第三类用户. 3保证良好的电能质量衡量电能质量的指标有3个：电压、频率和波形。用户供电电压的容许偏移值各不同。l 电动机 +5一5l 照明 +325l 农电 +75一10我国规定额定频率为50 Hz，电力系统对频率的偏移规定在士02 Hz以内。标准交流电的波形应是正弦波。在现代电力系统的用电设备中出现了大量的非线性负荷，它们是电力系统中的谐波源，它们的存在使电压或电流中都含有谐波分量，使供电波形畸变，从而影响电气设备的安全、经济运行.表251 公用电网谐波电压限值我国对公用电网谐波电压的限值如表251所示。其中U1为基玻电压的有效值,Uh为谐波电压均方根值。 电网

3、电压kV电压总谐波畸变率/ %各次谐波电压含有率/ %奇 次偶 次0.385.04.02.064.03.21.61035302.41.2661102.01.60.8 4电力系统运行的经济性 5注意环境保护问题 l25.2 电力系统的额定电压 25.2.1 额定电压 我国电压标准方面的制定，是以国家标准(GB)形式来发布的。以下给出国标规定的3类额定电压，见表252，表253，表254。 表254第三类额定电压 注：列本( )内的电压为将要淘汰的电压级 我国电力网的电压等级有: 3 kV，6 kV，10 kV，35 kV，110 kV，220 kV，330 kV，500 kV，750 kV。 电

4、 力 设电 力 设备 额 定备 额 定电压电压(kV)发 电 机发 电 机（交流）（交流）电压电压(kV)变压器线电压变压器线电压(kV)电 力 设电 力 设备 额 定备 额 定电压电压(kV)发 电 机发 电 机（交流）（交流）电压电压(kV)变压器线电压变压器线电压(kV)一次一次二次二次一次一次二次二次33.153及及3.153 . 1 5 及及3.3110-11012166.36及及6.36.3及及6.6(154)-(154)(169)1010.510及及10.510.5及及11220-220242-15.7515.75-330-33036335-3538.5500-500-(60)-

5、(60)(66)750-750- 25.2.2 额定电压与输电距离和传输功率的关系 线路中输送的三相功率s和线电压u、线电流I之间的关系为:为了确定电力网最合适的电压等级，通常是根据运行和设计的经验，对各种方案进行技术和经济的分析，计算和比较，从而确定出最合理的额定电压。 根据以往的运行和设计经验，电力网额定电压等级与输电距离和传输功率的范围如表255所示。 表25-5 我国的电压等级及输电范围 电压等级kv输送容量MW输送距离km30.111360.11.2415100.2262035215205060353030100110105050150220100500100300330200800

6、200600 5001000l50015085075020002500500以上l 25.3 电力系统的结线方式及特点25.3.1 结线图 25.3.2 电力网的结线方式电力网结线应考虑以下几方面的问题：l 第一，必须满足电力系统运行可靠性的要求.l 第二，必须能灵活地适应各种可能的运行方式。l 第三，使电力网的建设和运行都比较经济。l第四，保证运行人员操作方便、安全。按照上述的要求，在实际网络中根据发电厂特点以及各负荷的性质和大小，采用了多种结线方式。这些结线方式可以分为有备用和无备用两种。1无备用结线：如图252所示。2有备用结线：图253有备用结线方式l25.4 电力系统中性点运行方式

7、我国电力系统中性点运行方式有3种，直接接地(有效接地)，不接地(中性点绝缘)和从属于不接地方式的经消弧线圈接地(非有效接地)。1中性点不接地系统 在正常情况下三相对称，线间和相对地组成的等值电容相等，中性点为地电位，如图254所示。 若发生c相接地，如图25-5所示。此时中性点对地电压其它两相对地电压 流过接地点电流 目前在我国，中性点不接地电力网的适用范围如下：(1)电压小于500 V的装置(380220 V照明装置除外)；(2)310 kV电力网，当单相接地电流小于30A时；(3)3560 kV电力网，当单相接地电流小于10A时。如不满足上述条件，可采用经消弧线圈接地或中性点直接接地。 2

8、. 中性点经消弧线圈接地系统 消弧线圈实际止就是具有带气隙铁芯的可调线性电感线圈，其电阻很小,感抗很大.一般装设在变压器或发电机的中性点。 正常运行时中性点与地电位相等，消弧线圈不起作用。当发生单相接地时，中性点电压升高为相电压，消弧线圈中将有感性电流流过，如图256所示。其电流为： 选择不同的电感量有:全补偿,欠补偿和过补偿三种不同程度. 目前多采用过补偿方式,由于消弧线圈保留有一定的裕度，即使将来电力网发展，对地电容增加，原有消弧线圈还可以使用。3. 中性点直接接地系统 中性点直接接地方式被应用于110kv以上系统.主要缺点是产生单相短路电流和对邻近通信线有电磁干扰. 第26章 电力线路及

9、变压器参数和等值电路 l 261 架空输电线路参数及等值电路基本内容和知识点 本节重点介绍架空输电线路的参数及等值电路，掌握输电线路4个电气参数的物理意义、影响因素。理解几何均距概念，领会短、中、长输电线路等值电路不同的物理原因。能应用输电线路导线型号及几何均距获得线路单位长度的各参数，并能制定相应的等值电路，掌握分裂导线的原理。 2611 三相交流架空输电线路参数 l1输电线路的电阻每相导线单位长度的直流电阻可按下式计算：在电力系统计算中，实际使用的电阻率数值略大于这些材料的直流电阻率。实际应用中，一般可从产品目录或手册中查到。 2. 输电线路的电抗l 1)三相输电线路等值电抗每相单位长度的

10、等值电感为 在工频情况下，输电线路每相的等值电抗为上式中三相导线几何均距为2) 每相具有n根分裂导线等值电抗可以按式(2613)计算分裂导线等值半径 3. 输电线路的电纳若架空输电线路经过完全换位，且不计大地影响时，经推导得，每相对中性点的电容为对于工频交流电，频率为50 Hz时，相应的单位长度的电纳为 以上两式中，Dm和r的定义与式(266)中相同。4输电线路的电导每相输电线路单位长度的等值电导：式中，P。为输电线路每公里三相电晕损耗，kw；u为输电线路线电压，kv。由于在设计输电线路时，避免了输电线路在正常情况下发生电晕现象，故在一般情况下，忽略输电线路的电导，26.1.2 三相输电线路的

11、等值电路 输电线路的电气参数是沿线路均匀分布的，因此输电线路是一个均匀分布参数的电气元件。在实际应用中一般将一条输电线路作为一个完整的元件处理，特别是只考虑线路两端的特性,可以采用集中参数的等值电路来描述输电线路的电气特性。l输电线路的等值电路 在电力系统分析计算中，一般只考虑电力线路两端的电压和电流(对应于不同变电所的母线电压和线路电流)。对线路中间电压和电流并不着重研究。由电工原理可知，对一个无源的两端口网络可以用型等值电路来代替。电力线路的n型等值电路如图265所示。图中l(a) 对于L300 km时的长距离输电线路，其分布参数的特性比较明显，故要对集中参数z、y进行修正.l(b) 对中

12、距离输电线路，50 kmL300 km，且频率在50 Hz时，Kz1，Kyl，故可直接用z及y.等值电路如图265(b)所示.忽略电导时，导纳支路Y/2等于B2。l(c) 对距离zQL时，静止补偿器发出无功功率；而当QLQc时则吸收无功功率。与同步调相机相比，它调节速度较快，运行维护简单，功率损失较小。且能满足动态无功补偿的要求.l2无功负荷和无功损耗 1)无功负荷电力系统的无功负荷是一个综合负荷，异步电动机在综合负荷中占了很大的比重，异步电动机的无功功率一电压静态特性如图281所示。电力系统综合负荷的无功功率一电压静特性与异步电动机的无功一电压静特性曲线相似。 2)无功损耗对多电压级网络，变

13、压器中的无功损耗约为无功负荷的75左右。从整个电网来看，输电线路无功损耗约占无功负荷的25。因此，电力系统的总无功损耗约等于用户无功负荷。这样大的无功需求量，不能完全由发电机来提供，必须在适当地点装设其他无功电源，才能满足系统的无功需求。28.1.2 无功功率平衡与电压水平的关系电力系统正常运行时必须保持无功功率的平衡，即电力系统发出的无功功率必须等于无功负荷和无功损耗兰者之和。考虑系统应有一定的无功备用电源，则系统无功功率应满足下式：Qr为无功备用容量。 图283曲线所示系统的无功功率平衡与电压的关系l 28.2 电力系统的电压调整 28.2.1 改变变压器分接头进行电压调压下面以双绕组普通

14、降压变压器为例说明如何根据系统运行状况和调压要求选择分接头。图285(a)所示为一降压变电所，其等值电路图示于图(b)中。l1) 变压器的分接头电压与低压侧电压的关系l2) 选择一个合适的分接头最大负荷和最小负荷时电压要求的两种情况下的分头: 按上迹方法确定的分接头电压并不是实际有的分接头,可以选择一个最接近计算值的分接头.l3) 对所选定的分接头进行校验。对所选定的分接头进行校验。校验的方法如下： l4) 三绕组变压器的分接头三绕组变压器的分接头通常分接头设在高压侧和中压侧，确定分接头的方法如下:首先把变压器高压和低压绕组看成一个两绕组变压器，按满足低压侧电压要求选择出高压侧的分接头电压。确

15、定了高压侧的分接头后，再把高压绕组和中压绕组看成一个两绕组变压器，根据中压侧的调压要求选择出中压侧的分接头电压。l5)变电所的低压母线的各种调压要求变电所的低压母线的各种调压要求.逆调压：在最大负荷时保持低压母线电压比线路额定电压高5，在最小负荷时低压母线电 压保持在额定电压。顺调压：不得低于线路额定电压的1025；最小负荷时不得高于线路额定电压的10750%。恒调压：在最大、最小负荷时均要求变电所低压母线电压维持在比线路额定电压高25的数值。 28.2.2 利用电容器进行电压调整l1.选择静电电容器作为并联补偿设备下面以图28-6 所示的简单电力系统说明并联电容器补偿容量的确定方法。当末端装

16、设电容器后，设电容器补偿容量为Q，则有 选择电容器额定容量时，总是希望在满足调压要求条件下，容量愈小愈好。在使用普通变压器时，如果能选择适当的分接头，使最大负荷时补偿的无功功率等于Qcn，最小负荷时Qc为O(即全部切除)，这样Qcn将是最小的。按最小运行方式求出变压器的分接头，再按最大运行方式计算补偿容量，这样可以使所需装设的电容器最少。2在线路中串联电容器进行调压如图28-7所示第29章 短路电流计算与分析l 29.1 电力系统短路分析的基本知识 2911 短路类型 。表291示出三相系统中短路的基本类型。 三相短路时，三相回路仍旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均系三相回路不对称称为

17、不对称短路。若系统中仅一处发生短路，称为简单短路故障；若同时发生不同地点的短路，称为复杂短路故障。本章只讨论简单短路故障。 29.1.2 近似标幺制电力系统各元件近似标幺值计算式有：l 1发电机定子电抗l 2变压器元件电抗通常已知变压器的额定容量STN(MVA)和短路电压百分比u。，则变压器 电抗近似标幺值按下式计算：l 3线路、电缆元件的电抗l 4电抗器元件的电抗 29.1.3 短路计算中的基本假定l1电源的等值电路与参数不计发电机之间的摇摆现象,假定所有发电机电势都同相,发电机次暂态电势在短路前后瞬时不变。次暂态电势可由稳态运行时，发电机的端电压和定子压电流计算。压异步电动机通常表征负荷特

18、性，但当短路故障发生在大容量电动机附近时，由于短路 瞬间，电动机端的残余电压将低于正比于大容量电动机转子磁链的次暂态电势，因此，在短路瞬间，短路点附近的大容量电动机将作为电源向系统提供短路电流。因此，短路点附近的大容量异步电动机在短路计算中将作为电源处理，其等值电路与发电机等值电路类同，次暂态电势由下式计算： l 2对网络的近似处理(1)忽略高压电网中各元件的电阻，只计电抗；(2)通常忽略网络中的接地支路对短路电流的影响，(3)对网络中各元件电抗均以近似标幺制计算l 3对负荷的处理负荷处理为一恒定阻抗支路，如 图292所示。其中等值阻抗标幺值按下式计算：l 29.2 电力系统三相短路电流计算与分析： 2921三相短路电流分析 2922 三相短路电流周期分量起始值的计算l1叠加原理计算法由各电源电势单独作用下的三相短路电流周期分量起始有效值(标幺值)累加起来.l2网络等值电抗计算法如果短路点f处的开路电压U已知或容易计算，则短路点f处的短路电流周期分量起始标幺值按下式计算： 29.2.3冲击电流im与最大有效值电流Im的计算l冲击电流iMl最大有效值电流IM 式中，Km为冲击系数。 29.2.4 短路容量在短路计算中的应用l 短路容量Sf有名值l 标幺值 l 29.3 简单不对称短路的计算与分析三相不对称系统中对称分量法变换方程l l 29.3.1