电力系统分析PPT

35 110 220 330 500
35 110 220 330 500
38.5 121 242 345 及 363 525 及 550
8
三．电压等级及适用范围
1. 2. 3.
说明： 沿线路的电压降落一般为10%； 在额定负荷下，变压器内部的电压降落 约为5%。
用电设备的容许电压偏移一般为±5%；
3
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。
4
一．基本概念
额定频率——按国家标准规定，我国所


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。
分的特性和数学模型
1.发电机组 3.电力线路 2.变压器 4.负荷
二．电力网络的数学模型
15
复功率的符号说明：
~ 取 S U I P jQ UIu i
滞后功率因数 负荷 超前功率因数 滞后功率因数 发电机 运行时，所发出的无功功率 运行时，所吸取的无功功率 为负，容性无功 为正，感性无功 为正，感性无功
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。
5
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。
9
三．电压等级及适用范围

1.
2. 3. 4.
电力网络中电压分布采取的措施：
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；
取线路始端电压为额定电压的105%； 取发电机的额定电压为线路额定电压的105%； 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。
³³ ³ ³ ³ — ³/³
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。
18


为增加架空线路的性能而采取的措施
13
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）
Eb
N
欠补偿（总电流为容性）
Ib
Ec
Ia '
Ia
Ea
Ic
14
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
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。
25
• 电力线路的导纳
1.
三相架空线路的电纳
其电容值为：
C1 0.0241 10 6 D lg m r
最常用的电纳计算公式：
7.58 b1 10 6 (S/km) Dm lg r
27
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
U Q Er Dm 2r r ln r 其中： 空气介电常数
2.电晕起始电场强度
0.002996 b Ecr 21 .4m1m2 ， 273 t 其中：m1 粗糙系数 m2 气象系数
空气的相对密度
20
• 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：
)02 t( 1 02r tr
s / 1r
21
2.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：
•
12
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 3
19
2. 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
Dm 0.0157 x1 0.1445 lg req n
( req n r (d12d13 d1n ) n rd mn 1)
d12d13 d1n：某根导线与其余n 1根导线间的距离
24
4. 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。
x1 0.1445 lg Dm 0.0157 r r
30
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。
R r1l
22
进一步可得到：
Dm x1 0.1445 lg 0.0157 r
还可以进一步改写为：
x1 0.1455 lg Dm , r ' 0.779 r r'
在近似计算中，可以取架空线路的电抗为
0.40 / km
23
3.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：
Z ' Z c sinh rl
Z’
Y’/2
称线路特性阻抗 称线路传播特性
32

简化型
3
l k r 1 x1b1 3 2 2 r1 b1 l k x 1 x1b1 x1 6 l2 kb 1 x1b1 12
krR+jkxX
jkbB/2
jkbB/2
X x1l
G g1l
B b1l
31
2）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：
1 2coshrl 1 Y' sinh rl Zc sinh rl 其中： Z c z1 / y1 r z1 y1
Y’/2
架空线路的电纳变化不大，一般为 2.85 10 6 S / km
26
2.分裂导线线路的电纳
b1 7.58 10 6 (S/km) D lg m req
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。
33
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 Z c L1 / C1 。 2.自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所 消耗的功率。
34
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。
35
第二节 变压器的参数和数学模型

Pg U2
f
25
r 10 5 Dm
5. 求线路的电导
g1 10 3 （S / km）
29
6. 对于分裂导线在第一步时做些改变
km U Q Er k m 2r n r ln Dm req r k m 1 2n 1 sin d n
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
6
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
7
三．电压等级及适用范围
额 定 电 压 等 级 用 电 设 备 额 定 线 电 压 3 6 10 交 流 发 电 机 线 电 压 3.15 6.3 10.5 变 压 器 线 电 压 一 次 绕 组 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 二 次 绕 组 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11
11
•
变压器wk.baidu.com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%。
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
36
一.双绕组变压器的参数和数学模型
1.
阻抗 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： 2 SN SN 2 P 3I N RT 3( ) 2 RT RT Cu 2 UN 3U N
超前功率因数
为负，容性无功
16
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
17
1. 架空线路的导线和避雷线

认识架空线路的标号
Dm x1 2f 4.6 lg 0.5 r 10 4 r
其中：
x1 导线单位长度的电抗（ / k m） r 导线的半径（mm或cm）
r 导线材料的相对导磁系数，对铜、铝， r 1
f 交流电频率（Hz） Dm 几何均距（mm或cm），Dm 3 Dab Dbc Dca
10
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%。
《电力系统分析》
1
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
2
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。
b 大气压力
28
3.
Er Ecr ，得电晕起始电压或临界电压
Dm Dm U cr Ecr r ln 49.3m1m2r lg r r U cr 为相电压的有效值，以KV为单位
4. 每相电晕损耗功率
Pc k c (U U cr ) 2 ( k W / k m) U 线路实际运行电压( k V ) kc 241