電氣工程基礎(chǔ)第五章.ppt

電力工程基礎(chǔ),合肥工業(yè)大學 電氣與自動化工程學院,第五章 電壓、功率及電能損耗的計算,5.1 輸電線路的參數(shù)計算與等值電路,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,5.2 變壓器的參數(shù)計算與等值電路,5.3 電壓和功率分布計算,5.4 無功功率與電壓的調(diào)整,5.5 電能損耗的計算及降損措施,發(fā)電機,升壓變,輸電線路,降壓變,用電設(shè)備,水庫,水輪機,5.1 輸電線路的參數(shù)計算與等值電路,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,一、電阻R,二、電抗X,四、電納B,五、架空輸電線路的等值電路,三、電導G,5.1 輸電線路的參數(shù)計算與等值電路,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,單位長度直流電阻的計算公式,電阻：反映線路通過電流時產(chǎn)生的有功功率損耗；,電抗（電感）：反映載流導體周圍產(chǎn)生的磁場效應(yīng)；,電導：反映線路帶電時絕緣介質(zhì)中的泄漏電流及導線附近空氣游離的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率損耗；,電納（電容）：反映載流導線周圍產(chǎn)生的電場效應(yīng)。,一、電阻,實際交流導線電阻比直流電阻略大的原因：交流效應(yīng)、實際長度、截面積。,考慮溫度之后的電阻計算公式,集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng),電阻的溫度系數(shù),單位電阻率,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,二、電抗,三相對稱排列或雖不對稱排列但經(jīng)完全換位后，每相導線的單位長度的電抗為,對于超高壓輸電線路，為減少線路電抗、降低導線表面電場強度以達到減少電暈損耗和抑制電暈干擾的目的，往往采用分裂導線。,計算半徑,三相導線間的幾何均距,導體的相對磁導率 （對于鋁絞線等金屬為1）,單相導線的電抗值一般都在0.4歐姆/千米左右。,分裂導線的等值半徑,三相導體排列不對稱時，要進行換位，以使三相電抗參數(shù)對稱。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,三、電導,電暈的產(chǎn)生主要取決于線路電壓，線路開始出現(xiàn)電暈時的電壓稱為臨界電壓，計算公式為：,當運行電壓超過臨界電壓而產(chǎn)生電暈現(xiàn)象時，與電暈相對應(yīng)的每相等值電導為,導線表明的光滑系數(shù),氣象狀況系數(shù),計算半徑,空氣相對密度,三相導線間的幾何均距,注意：當架空線路的導線水平排列時，各相導線的電暈臨界電壓不完全相同。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,四、電納,采用分裂導線之后的電納計算公式：,三相對稱導線的每一相導線的單位長度的等值電容為,其相應(yīng)的電納為：,單位長度的單相等值電納值一般在2.810-6S/km,注意：采用分裂導線后，使電抗減少，電納增加。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,五、架空輸電線路的等值電路,書中例題5-1、5-2。,這種等值電路應(yīng)用比較廣泛,5.2 變壓器的參數(shù)計算與等值電路,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,一、雙繞組變壓器,二、三繞組變壓器,三、自耦變壓器,四、分裂繞組變壓器,5.2 變壓器的參數(shù)計算與等值電路,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,變壓器的常用參數(shù)：電阻RT、電抗XT、電導GT、電納BT、變比KT,制造廠家給出變壓器電氣特性的四個參數(shù)：短路損耗、短路電壓百分值、空載損耗和空載電流百分值。,一、雙繞組變壓器,短路試驗,空載試驗,這種等值電路在電力系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,1、電阻RT,變壓器短路試驗：將其中一側(cè)繞組短接，在另一側(cè)繞組施加電壓，使短路側(cè)電流達到額定值。,2、電抗XT,注意公式里面的單位！,短路損耗,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,3、電導GT,變壓器空載試驗：將其中一側(cè)繞組開路，在另一側(cè)繞組施加額定電壓，測量變壓器的有功損耗和電流百分值。,4、電納BT,5、變比KT,Yy及Dd接法,Yd接法,原副邊匝數(shù)比只能反映變壓器的相電壓之比,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,二、三繞組變壓器,三繞組變壓器的勵磁導納的計算方法與雙繞組變壓器相同。,我國目前生產(chǎn)的變壓器三個繞組的容量比，按高、中、低壓繞組的順序有100/100/100、100/50/100、100/100/50三種。,1、電阻,容量比為：100/100/100,容量比為100/100/50或者100/50/100的變壓器，要對廠家提供的短路損耗進行折算：,制造商應(yīng)提供三個繞組兩兩作短路試驗時（第三個繞組開路）的短路損耗,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,由于按照國標規(guī)定，制造廠商提供的短路電壓是已折算為與變壓器的額定容量相對應(yīng)的數(shù)值，因而不管變壓器各繞組的容量比如何，短路電壓不需要再進行折算了。,2、電抗,某型號為SFSL1-2000/110，容量比為100/50/100的三繞組變壓器。已知各試驗參數(shù)，求變壓器的參數(shù)及等值電路。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,降壓變多半是從高壓側(cè)向中壓、低壓側(cè)傳遞功率，把中壓繞組安排在高、低壓繞組中間，低壓繞組靠近鐵心，稱為降壓結(jié)構(gòu)（從繞組絕緣考慮不宜將高壓繞組放在中低壓繞組中間）。,3、繞組排列方式,升壓變多半是從低壓側(cè)向中高壓側(cè)傳遞功率，把低壓繞組安排在高、中壓繞組中間，中壓繞組靠近鐵心，稱為升壓結(jié)構(gòu)。使高壓、中壓繞組間的漏磁通道較長，阻抗電壓大。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,三、自耦變壓器,自耦變壓器的一、二次側(cè)共用一個線圈， 不僅有磁的耦合，還有電氣上的直接聯(lián)系，即不具備電氣隔離的功能。,它具有電阻小、功率損耗小、結(jié)構(gòu)緊湊、電抗小、重量輕、便于運輸?shù)葍?yōu)點，在中性點直接接地系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。,注意：一般手冊和制造廠家提供的自耦變壓器的試驗數(shù)據(jù)，其短路損耗和短路電壓百分值都是沒有折算的！,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,四、分裂繞組變壓器,分裂繞組變壓器是將普通雙繞組變壓器的低壓繞組分裂成額定容量相等的兩個完全對稱的繞組。這兩個分裂繞組之間僅有較弱的磁的聯(lián)系，沒有電的聯(lián)系。能使變壓器在正常工作和低壓側(cè)短路時呈現(xiàn)不同的電抗值，從而可以限制短路電流。,假設(shè)高壓側(cè)開路，低壓側(cè)一端短路時，通過兩分裂繞組的電抗為：,高低壓繞組都在正常工作時的等值電抗計算：,低壓分裂繞組正常工作時的電抗值僅等于兩分裂繞組短路電抗的25%。當一側(cè)分裂繞組短路時，來自另一側(cè)的短路電流會遇到較大的電抗值。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,四、分裂繞組變壓器,分裂繞組變壓器有三種運行方式：,分裂運行。高壓繞組開路，兩個低壓繞組運行，低壓繞組間的電抗值稱為分裂電抗。,并聯(lián)運行。兩個低壓繞組并聯(lián)，高、低壓繞組運行，這是最常用的運行方式。高、低壓繞組之間的電抗稱為穿越電抗；,單獨運行。一個低壓繞組開路，另一個低壓繞組和高壓繞組運行，高、低壓繞組之間的電抗稱為半穿越電抗。,分裂電抗和穿越電抗之比稱為分裂繞組變壓器的分裂系數(shù)。系數(shù)越大，其限制短路電流的效果越明顯。,5.3 電壓和功率分布計算,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,一、輸電線路的電壓和功率分布計算,二、變壓器的電壓和功率分布計算,三、開式電力網(wǎng)的潮流計算,四、閉式電力網(wǎng)的潮流計算,5.3 電壓和功率分布計算,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,電力系統(tǒng)的潮流計算：計算電力系統(tǒng)在各種運行方式 下各節(jié)點的電壓和通過網(wǎng)絡(luò)各元件的功率。,在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計中用于選擇系統(tǒng)接線方式，選擇電氣設(shè)備及導線截面；,靜態(tài)潮流、動態(tài)潮流,在電力系統(tǒng)運行中，用于確定運行方式，制定電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行計劃，確定調(diào)壓措施，研究電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；,提供繼電保護、自動裝置的設(shè)計與整定要求的數(shù)據(jù)。,電力靜態(tài)潮流：電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)是穩(wěn)態(tài)的，即在一個時間斷面上，計算過程中所有狀態(tài)變量是不隨時間而變化的常量。,各節(jié)點的有功負荷、無功負荷，發(fā)電機發(fā)出的有功功率及發(fā)電機節(jié)點電壓有效值。,電力系統(tǒng)潮流計算的基礎(chǔ)是電路計算，但所不同的是：在電路計算中，給定的量是電壓和電流，而潮流計算中，給定的量是電壓和功率，而不是電流。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,一、輸電線路的電壓和功率分布計算,除特殊說明外，通常采用三相功率、線電壓、線電流和單相等值電路進行電力系統(tǒng)的分析和計算。,1、給定同一節(jié)點運行參數(shù)的電壓和功率分布計算,首端電壓怎么求？,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,1、給定同一節(jié)點運行參數(shù)的電壓和功率分布計算,首端電壓怎么求？,假定,電壓降落的橫分量,電壓降落的縱分量,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,首端電壓怎么求？,假定,電壓降落的橫分量,電壓降落的縱分量,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,2、給定不同節(jié)點運行參數(shù)的電壓和功率分布計算,前面介紹的是已知一端的參數(shù)，求線路或變壓器另一端的參數(shù)。但是在實際電力系統(tǒng)中，許多情況是已知線路（或變壓器）首端電壓和末端輸出的功率，要求確定首端輸入的功率和末端的電壓。,采用前后迭代算法進行計算。,反復迭代循環(huán)計算直到誤差滿足要求。,工程上的近似計算方法,（1）令末端電壓為額定電壓，由末端向首端推算，計算出首端功率；,（2）利用首端已知電壓和計算得到的始端功率，由首端向末端推算電壓降落，從而確定末端電壓。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,電壓降落。指網(wǎng)絡(luò)元件首、末端電壓的相量差（包括縱分量和橫分量）。,3、工程上常用的幾個計算量,電壓損耗。指網(wǎng)絡(luò)元件首、末端電壓的數(shù)值差（常用百分值表示）。,直接反映了供電電壓質(zhì)量,電壓偏移。指網(wǎng)絡(luò)中某點的實際電壓值與網(wǎng)絡(luò)額定電壓的數(shù)值差（常用百分值表示）。,衡量電壓質(zhì)量的重要指標,輸電效率。指線路末端輸出的有功功率與線路首端輸入的有功功率的比值（常用百分值表示）。,電壓調(diào)整。指線路末端空載與負載時電壓的數(shù)值差（常用百分值表示）。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,線路與變壓器的功率、電壓計算有何異同？,計算原理相同；計算公式相似； 電納損耗不同； 一負一正相反。,(空載損耗),二、變壓器的電壓和功率分布計算,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,二、變壓器的電壓和功率分布計算,根據(jù)變壓器的實驗數(shù)據(jù)進行簡化計算。包括勵磁支路損耗、阻抗支路損耗。,簡化公式的條件和過程是什么？,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,三、開式電力網(wǎng)的潮流計算,可先對等值電路進行簡化，利用運算負荷（將節(jié)點上的所有功率合成一個負荷稱為運算負荷）將網(wǎng)絡(luò)簡化為幾個集中阻抗元件相串聯(lián)。然后按從末向首推算功率、從首向末推算電壓的方法進行計算。,1、同一電壓等級開式電力網(wǎng)的潮流計算,一般由一個電源點通過輸電網(wǎng)絡(luò)向若干個負荷節(jié)點供電。,a,b,c,d,已知同一端點參數(shù)，求對側(cè)參數(shù)時，按步驟逐步進行推算；,已知不同一端點參數(shù)，求剩余參數(shù)時，按近似計算方法進行前后推算；,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,將變壓器表示為理想變壓器與變壓器阻抗電路相串聯(lián),2、多級電壓開式電力網(wǎng)的潮流計算,將變壓器二次側(cè)的所有元件參數(shù)全部歸算到變壓器的一次側(cè),等值電路中含有理想變壓器（無損耗、無漏磁、無需勵磁）時，可以按照前述處理同一電壓等級開式電力網(wǎng)的類似方法進行電力網(wǎng)的潮流計算。遇到理想變壓器時，要根據(jù)變比進行電壓的歸算，而通過的功率不發(fā)生任何變化。,等值電路中不含有理想變壓器，但變壓器的二次側(cè)的參數(shù)均已歸算到一次側(cè)。這時整個網(wǎng)絡(luò)就轉(zhuǎn)換為同一個電壓等級，其潮流計算方法即為同一電壓等級的開式電力網(wǎng)的計算方法。,除一次側(cè)外，此時求出的各節(jié)點的電壓值均不是各節(jié)點的實際值，而是歸算到一次側(cè)的電壓值。還需要通過變壓器的變比，才能得到非一次側(cè)節(jié)點的實際電壓值,第一種方法使用起來較為方便！,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,四、閉式電力網(wǎng)的潮流計算,負荷可以從兩個及兩個以上方向獲得電能的電力網(wǎng)稱為閉式電力網(wǎng),閉式電力網(wǎng)最終可以簡化為兩端供電電力網(wǎng)，先確定不計網(wǎng)絡(luò)損耗的電力網(wǎng)中的功率分布（初步潮流分布計算）；以此為基礎(chǔ)，將閉式電力網(wǎng)拆成開式電力網(wǎng)，再進行潮流計算。,5.4 無功功率與電壓的調(diào)整,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,一、電力系統(tǒng)的無功功率平衡,二、中樞點的電壓管理,三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施,四、各種調(diào)壓措施的合理應(yīng)用,5.4 無功功率與電壓的調(diào)整,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,在額定電壓附近，無功功率對電壓具有較大的變化率，所以分析系統(tǒng)電壓水平應(yīng)從系統(tǒng)的無功功率入手。,1、無功電源,一、電力系統(tǒng)的無功功率平衡,發(fā)電機是電力系統(tǒng)基本的有功電源，也是重要的無功電源。,包括發(fā)電機、同步調(diào)相機、電力電容器和靜止補償器等。,定子電流限制,轉(zhuǎn)子電流限制,有功出力限制,發(fā)電機曲線,電動機曲線,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,同步調(diào)相機實質(zhì)上就是無功功率發(fā)電機，相當于空載運行的同步發(fā)電機,電力電容器并聯(lián)接于電網(wǎng)，只能向系統(tǒng)供給感性無功功率,過勵磁運行：向系統(tǒng)輸送無功功率；,欠勵磁運行：從系統(tǒng)吸收無功功率；,欠勵磁運行時的容量僅設(shè)計為過勵磁運行時容量的50%60%。,它供給的無功功率與其端口電壓的平方成正比，其容量可大可小，可集中可分散，但只能分組投切，不可平滑調(diào)節(jié)。,靜止無功補償器既可發(fā)出無功功率，也可吸收無功功率,它是由晶閘管控制的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，利用控制回路可平滑調(diào)節(jié)無功功率的大小。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,2、無功負荷和無功損耗,電網(wǎng)中的無功損耗包括：傳輸線路的無功損耗、變壓器上的無功損耗。,異步電動機的勵磁功率，它與施加在電動機上的電壓成正比,電力系統(tǒng)的無功負荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步電動機決定。,異步電動機漏抗中的無功損耗，它與負荷電流平方成正比,串聯(lián)電抗會產(chǎn)生無功損耗，與傳輸電流的平方成正比；并聯(lián)電納為感性無功電源。,分為勵磁支路損耗和繞組支路漏抗損耗兩部分。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,3、無功功率的平衡與運行電壓水平,無功備用容量一般為無功負荷的7%15%。在無功電源不足時，應(yīng)增設(shè)無功補償裝置，并應(yīng)盡可能裝在負荷中心，做到無功功率的就地平衡，以減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸引起的網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電壓損耗。,無功電源、無功負荷與運行電壓之間的關(guān)系,當系統(tǒng)無功電源充足時，可以維持系統(tǒng)在較高的電壓水平下運行。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,為了滿足負荷點A、B的調(diào)壓要求，中樞點電壓應(yīng)控制的變化范圍是：,電力系統(tǒng)調(diào)壓的目的是使用戶的電壓偏移保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，因此應(yīng)根據(jù)負荷對電壓的要求，確定中樞點的電壓允許調(diào)整范圍。,反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站的母線,二、中樞點的電壓管理,08h，U（A）=（0.951.05）UN+0.04 UN=（0.991.09）UN 824h， U（A）= （0.951.05）UN+0.10 UN=（1.051.15）UN,016h， U（B）= （0.951.05）UN+0.01 UN=（0.961.06）UN 1624h， U（B）= （0.951.05）UN+0.03 UN=（0.981.08）UN,t（）,t（）,A,B,O,0.01UN,0.04UN,0.03UN,0.1UN,8,16,24,8,16,24,S,U,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,為了滿足負荷點A、B的調(diào)壓要求，中樞點電壓應(yīng)控制的變化范圍是：,二、中樞點的電壓管理,08h，U（A）=（0.951.05）UN+0.04 UN=（0.991.09）UN 824h， U（A）= （0.951.05）UN+0.10 UN=（1.051.15）UN,016h， U（B）= （0.951.05）UN+0.01 UN=（0.961.06）UN 1624h， U（B）= （0.951.05）UN+0.03 UN=（0.981.08）UN,當由同一中樞點供電的各用戶負荷的變化規(guī)律差別較大時，可能在某些時段內(nèi)，中樞點的電壓不能同時滿足所有用戶的要求，必須采取其他調(diào)壓措施。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,逆調(diào)壓：高峰負荷時升高電壓（1.05UN），低谷負荷時降低電壓（UN）的中樞點電壓調(diào)整方式。適用于中樞點供電線路長，負荷變化范圍較大的場合。需要裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備。,二、中樞點的電壓管理,順調(diào)壓：高峰負荷時允許中樞點電壓略低（1.025UN），低谷負荷時允許中樞點電壓略高（1.075UN）的中樞點電壓調(diào)整方式。適合用戶對電壓要求不太高或供電線路不長、負荷變動不大的中樞點。一般不需裝設(shè)特殊的調(diào)壓設(shè)備。,常調(diào)壓：在任何負荷下都能保持中樞點電壓為基本不變的數(shù)值，?。?.021.05UN）。一般不需裝設(shè)特殊的調(diào)壓設(shè)備。通過合理地選擇變壓器的分接頭和并聯(lián)電容器就能滿足要求。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施,改變發(fā)電機端電壓；,改變變壓器的變比；,增設(shè)無功補償裝置，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o功功率；,改變輸電線路的參數(shù)。,通過改變電壓水平達到所需要的電壓,通過改變電壓損耗來調(diào)壓,R+jX,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,1、利用發(fā)電機調(diào)壓,按規(guī)定，發(fā)電機運行電壓的變化范圍在發(fā)電機額定電壓的+5%以內(nèi)，在直接以發(fā)電機電壓向用戶供電的系統(tǒng)中，如果供電線路不長、電壓損耗不大，用發(fā)電機調(diào)壓就可以滿足調(diào)壓要求。,通過改變發(fā)電機勵磁電流的辦法來調(diào)整發(fā)電機的端電壓，這是一種經(jīng)濟、簡單的調(diào)壓措施。可對發(fā)電機實行“逆調(diào)壓”以滿足用戶的電壓要求。,2、改變變壓器的變比調(diào)壓,雙繞組變壓器的高壓繞組，三繞組變壓器的高、中壓繞組都設(shè)有若干分接頭以供選擇。對應(yīng)變壓器額定電壓的分接頭稱為主接頭或主抽頭?？紤]到低壓側(cè)電流大，變壓器低壓側(cè)不設(shè)分接頭。,普通雙繞組變壓器的分接頭只能在停電的情況下改變，在正常運行時無論負荷怎么變化，只能有一個固定的分接頭。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,2、改變變壓器的變比調(diào)壓,分別求出最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓，然后求出它們的平均值，最后選擇一個與平均值最接近的分接頭。,最后還需要對所選分接頭分別用最大負荷和最小負荷校驗低壓母線實際電壓是否滿足要求。例題5-7,普通雙繞組變壓器的分接頭只能在停電的情況下改變，在正常運行時無論負荷怎么變化，只能有一個固定的分接頭。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程學院,2、改變變壓器的變比調(diào)壓,升壓變壓器分接頭的選擇方法與降壓變壓器的選擇方法基本相同。但在通常的運行方式下，其功率方向與降壓變壓器相反，是從低壓側(cè)流向高壓側(cè)的。,有載調(diào)壓變壓器可以在帶負荷條件下切換變壓器分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍大，一般在15%以上。目前我國規(guī)定：110kV的有載調(diào)壓變壓器有7個分接頭，即UN+3*2.5%； 220kV的有載調(diào)壓變壓器有9個分接頭，即UN+4*2%。有載調(diào)壓變壓器價格較貴，且有載調(diào)壓要注意安全。,合肥工業(yè)大學 .電氣與自動化工程