電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)二

主講人：劉洪電力基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)（二）內(nèi)容回顧培訓(xùn)目的培訓(xùn)內(nèi)容培訓(xùn)流程基本概念1電壓等級(jí)電壓等級(jí)分類低壓中壓高壓超高壓特高壓現(xiàn)行主要電壓等級(jí)380/220V6kV、10kV、20kV35kV、110kV、220kV330kV、500kV1000kV2基本參數(shù)參數(shù)符號(hào)單位電壓UV、kV相角φrad電流IA、kA功率有功功率PW、kW、MW無功功率QVar、kVar、MVar視在功率SVA、kVA、MVA阻抗ZΩ電阻RΩ電抗XΩ電導(dǎo)GS電納BS電感LH、mH、μH電容CF、μF、pF1.基本設(shè)備設(shè)備分類主要作用主要設(shè)備一次設(shè)備發(fā)電機(jī)將原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能線路傳輸電能架空裸導(dǎo)線/架空絕緣線/電纜變壓器轉(zhuǎn)換電能的電壓等級(jí)兩繞組/三繞組，升壓/降壓母線聚集電能開關(guān)切斷或閉合電能傳輸斷路器/負(fù)荷開關(guān)/倒閘/熔斷器二次設(shè)備--實(shí)行系統(tǒng)的測量、保護(hù)與控制電力系統(tǒng)構(gòu)成2基本設(shè)施設(shè)施主要作用所包含主要一次設(shè)備發(fā)電廠將一次能源（包括化石能、風(fēng)能、太陽能等）轉(zhuǎn)化為電能原動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)/變壓器/母線/開關(guān)變電站/配電室/箱變轉(zhuǎn)換電能的電壓等級(jí)變壓器/母線/開關(guān)開閉所/環(huán)網(wǎng)柜/分支箱分配電能母線/開關(guān)電力系統(tǒng)構(gòu)成3電力系統(tǒng)組成主要作用所包含主要設(shè)施和設(shè)備發(fā)電系統(tǒng)將一次能源（包括化石能、風(fēng)能、太陽能等）轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電廠輸電系統(tǒng)將大容量發(fā)電廠的電能可靠而經(jīng)濟(jì)的輸送到負(fù)荷密集地區(qū)變電站和輸電線路配電系統(tǒng)將發(fā)/輸電系統(tǒng)的電能分配到用戶變電站和配電線路電力系統(tǒng)構(gòu)成主接線模式1.廠站主接線模式接線模式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍單母線經(jīng)濟(jì)、易擴(kuò)建靈活性差、可靠性低配電變電站中、低壓側(cè)單母分段提高了靈活性和可靠性降低了經(jīng)濟(jì)性，不易擴(kuò)建配電變電站中、低壓側(cè)雙母線供電可靠、調(diào)度靈活，易擴(kuò)建經(jīng)濟(jì)性差發(fā)電廠；輸/配電變電站高壓側(cè)旁路接線使得出線斷路器檢修成為可能增加了旁路斷路器的投資發(fā)電廠；輸/配電變電站高壓側(cè)橋型接線操作簡單故障投切需短時(shí)停電配電變電站高壓側(cè)單元接線接線簡單，經(jīng)濟(jì)性好故障波及范圍大發(fā)電廠；變電站（國外）3/2接線可靠性和靈活性均較高，易擴(kuò)建經(jīng)濟(jì)性較差發(fā)電廠；500kV升/降壓變電站高壓側(cè)四角接線具備雙母線運(yùn)行特點(diǎn)，但比雙母線經(jīng)濟(jì)開/閉環(huán)運(yùn)行使設(shè)備選型困難配電變電站低壓側(cè)2配電網(wǎng)主接線模式（1）高壓配電網(wǎng)接線模式簡稱要點(diǎn)同電源不同母線輻射接線雙回直供可靠性高不同電源雙T接線雙T變壓器母線組接線易于實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化；可靠性較“雙回直供”低同電源不同母線雙T接線一直一T簡單，投資省，有較高的可靠性雙側(cè)電源不同母線雙T接線雙鏈靈活性較好，可靠性較高；接線模式稍顯復(fù)雜，設(shè)備投資較大雙側(cè)電源輻射接線單鏈可靠性高于“雙T”∏T混合接線--可靠性較高主接線模式（2）中壓配電網(wǎng)接線模式要點(diǎn)架空線單輻射線路利用率100%；可靠性差單環(huán)網(wǎng)線路利用率50%；可靠性高；接線清晰分段聯(lián)絡(luò)線路利用率67%或75%；可靠性高；接線稍顯復(fù)雜電纜單輻射線路利用率100%；可靠性差單環(huán)網(wǎng)線路利用率50%；可靠性高；接線清晰雙∏線路利用率67%；可靠性高；接線稍顯復(fù)雜“N-1”主備線路利用率67%或75%；可靠性高；接線清晰互為備用的主備線路利用率67%；可靠性高；運(yùn)行管理比較復(fù)雜開閉所接線可靠性很高；接線清晰主接線模式加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)構(gòu)成的認(rèn)識(shí)；了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；熟悉電力系統(tǒng)的元件等值和潮流計(jì)算。主要意義電力系統(tǒng)元件等值電力系統(tǒng)潮流計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行主要內(nèi)容電力系統(tǒng)的運(yùn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)相位等值三相交流輸電意義電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)一般區(qū)分為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)。暫態(tài)是系統(tǒng)暫時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，一般指系統(tǒng)從一種運(yùn)行狀態(tài)到另外一種運(yùn)行狀態(tài)的過渡過程。在暫態(tài)中，所有運(yùn)行參數(shù)都發(fā)生變化，有些則發(fā)生激烈變化。穩(wěn)態(tài)是暫態(tài)的反方面，指系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)保持穩(wěn)定時(shí)候的運(yùn)行狀態(tài)。由于電力系統(tǒng)存在各種隨機(jī)擾動(dòng)（如負(fù)荷變動(dòng)）因素，絕對(duì)的穩(wěn)態(tài)是不存在的。因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的某一段時(shí)間內(nèi)，如果運(yùn)行參數(shù)只在某一恒定的平均值附近發(fā)生微小的變化，我們就稱其為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)還可分為正常穩(wěn)態(tài)、故障穩(wěn)態(tài)和故障后穩(wěn)態(tài)。三相交流輸電的意義

首先，三相交流電在交流電機(jī)定子繞組中可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而且這個(gè)磁場是穩(wěn)定的具有固定旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場。但四相及以上在設(shè)計(jì)上變得不夠經(jīng)濟(jì)，而正交排列的兩相系統(tǒng)也能構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場，但是不具有固定的旋轉(zhuǎn)方向，從而會(huì)造成電機(jī)極距下線圈無法均布，從而不但降低了電機(jī)容量，還會(huì)產(chǎn)生主磁場的嚴(yán)重崎變。此外，在發(fā)電方面，相同尺寸的三相發(fā)電機(jī)比單相發(fā)電機(jī)的功率大，在三相負(fù)載相同的情況下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定，有利于發(fā)電機(jī)的工作；在傳輸方面，三相系統(tǒng)比單相系統(tǒng)節(jié)省傳輸線，三相變壓器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)；在用電方面，三相電容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使三相電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。電力系統(tǒng)等值

電力系統(tǒng)的三相是指A相、B相和C相，其中，A相比B相超前120度，B相比C相超前120度、C相比A相超前120度。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)基本上是三相對(duì)稱的（如正常運(yùn)行狀態(tài)）或者是可以化為三相對(duì)稱的（如用對(duì)稱分量法），因此只研究一相就可以了。電力系統(tǒng)各元件的三相，有星形接法和三角形接法，相應(yīng)的三相等值電路也有星形電路和三角形電路。為了便于應(yīng)用一相等值電路進(jìn)行分析計(jì)算，常把三角形電路化為星形電路。因此，等值電路中的參數(shù)是計(jì)及了其余兩項(xiàng)影響（如相間互感等）的一相等值參數(shù)。電力系統(tǒng)元件等值電力系統(tǒng)潮流計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行主要內(nèi)容輸電線路的等值

變壓器等值電力系統(tǒng)元件等值輸電線路等值輸電線路的參數(shù)有四個(gè)：反映線路通過電流時(shí)產(chǎn)生有功功率損失效應(yīng)的電阻，記為R；反映載流導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場效應(yīng)的電感，記為X；反映線路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及導(dǎo)線附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損失的電導(dǎo)，記為G；反映帶電導(dǎo)線周圍電場效應(yīng)的電容，記為B。圖1輸電線路等值電路（“П”型等效）輸電線路等值變壓器等值圖2兩繞組變壓器等值電路圖3三繞組變壓器等值電路電力系統(tǒng)元件等值電力系統(tǒng)潮流計(jì)算電力系統(tǒng)運(yùn)行主要內(nèi)容

基本知識(shí)網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗簡單網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

關(guān)鍵指標(biāo)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算基本知識(shí)（1）網(wǎng)絡(luò)的電氣表達(dá)電氣網(wǎng)絡(luò)主要由節(jié)點(diǎn)和支路組成，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間靠支路相連，支路與支路之間靠節(jié)點(diǎn)相連。支路—線路、開關(guān)、變壓器繞組；節(jié)點(diǎn)—發(fā)電廠、變壓器中性點(diǎn)、母線、負(fù)荷和其他虛擬拓?fù)潼c(diǎn)。（2）潮流計(jì)算變量

P—有功功率；Q—無功功率；

V—節(jié)點(diǎn)電壓；δ—節(jié)點(diǎn)相角。（3）潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)分類

PQ節(jié)點(diǎn)—般的變電站、負(fù)荷；

PV節(jié)點(diǎn)—具有無功設(shè)備儲(chǔ)備的發(fā)電廠、具有可調(diào)無功電源設(shè)備的變電站；

Vδ節(jié)點(diǎn)—主調(diào)頻發(fā)電廠、與外部可最大提供功率的節(jié)點(diǎn)。

基本知識(shí)網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗簡單網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

關(guān)鍵指標(biāo)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗

（1）電壓降落網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落是指元件首末端兩點(diǎn)電壓的相量差。圖1-1網(wǎng)絡(luò)元件的等值電路

（1-1）

圖1-2

電壓降落相量圖

注：和分別稱為電壓降落的縱分量和橫分量。

（1-4）

（1-3）

（1-2）網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗

在潮流計(jì)算中，一般給定的已知量都是功率，而不是節(jié)點(diǎn)的電流，所以與電壓和電流對(duì)應(yīng)的單相功率為通過上式解出和，代入式（1-2）和（1-3）中

（1-6）

（1-7）可得電壓降落公式

（1-5）注意，在使用公式（1-6）和（1-7）計(jì)算電壓降落的縱、橫分量時(shí)，如所用的是某一點(diǎn)的功率，就應(yīng)該取同一點(diǎn)的電壓。網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗而首端元件的相電壓為同樣，若以電壓相量的方向?yàn)閰⒖挤较颍瑒t元件末端的電壓為

（1-9）

（1-8）網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗

從電壓降落的公式可見，元件兩端的電壓幅值差主要由電壓降落的縱分量決定，電壓的相角差則由橫分量確定。高壓輸電線的參數(shù)中，電抗要比電阻大得多，作為極端的情況，令R=0，便得，說明在純電抗元件中，電壓降落的縱分量是因傳送無功功率而產(chǎn)生，電壓降落的橫分量則因傳送有功功率而產(chǎn)生。換句話說，元件兩端存在電壓幅值差是傳送無功功率的條件，存在電壓相角差則是傳送有功功率的條件。感性無功功率將從電壓較高的一端流向電壓較低的一端，有功功率則從電壓相位超前的一端流向電壓相位落后的一端。網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗則電壓就應(yīng)是環(huán)節(jié)末端的電壓；若功率是環(huán)節(jié)首端的視在功率，則電壓就應(yīng)是環(huán)節(jié)首端電壓。當(dāng)（或）未知時(shí)，一般可用線路額定電壓代替作近似計(jì)算。（2）功率損耗電流在線路電阻上產(chǎn)生的有功功率損耗為電流通過線路的感抗X產(chǎn)生的無功功率損耗為注意在式（1-10）和式（1-11）中，功率和電壓應(yīng)為線路環(huán)節(jié)中同一點(diǎn)的值。即如果功率是環(huán)節(jié)末端的視在功率，

（1-10）

（1-11）網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗

電力線路上除了阻抗支路中的變動(dòng)功率損耗外，導(dǎo)納支路中還會(huì)消耗與負(fù)荷無關(guān)的額固定電容功率（也稱充電功率）。如果已知線路首、末兩端的運(yùn)行電壓分別為和,則有式中：為靠近線路首端的一半線路所消耗的容性無功功率，為靠近線路末端的一半線路所消耗的容性無功功率，

（1-12）B

為線路的總電納。網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗式中：為全線路的充電功率（電容功率）。

電壓與線路額定電壓的差值一般不大，因而在工程計(jì)算中通?？砂?、近似計(jì)算線路的電容功率，即

（1-13）

變壓器的功率損耗包括阻抗支路中的變動(dòng)損耗和導(dǎo)納支路中的固定損耗兩部分。一般計(jì)算時(shí)用變壓器的額定電壓代替運(yùn)行電壓，則雙繞組變壓器功率損耗的計(jì)算公式為

（1-14）

（1-15）網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗式中：為變壓器的短路損耗，為變壓器的額定容量，為變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)，為變壓器的空載電壓百分?jǐn)?shù)。

網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗

基本知識(shí)網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗簡單網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

關(guān)鍵指標(biāo)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算（1）開式網(wǎng)絡(luò)開式網(wǎng)絡(luò)是電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)中最簡單的一種，用戶僅能從單方向獲取電源。潮流計(jì)算的任務(wù)就是要根據(jù)給定的網(wǎng)絡(luò)接線和其他已知條件，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的功率分布，功率損耗和未知的節(jié)點(diǎn)電壓。開式電力網(wǎng)的功率分布于電壓計(jì)算過程，實(shí)際上就是上述電力網(wǎng)環(huán)節(jié)功率與電壓平衡的反復(fù)應(yīng)用，即應(yīng)用功率、電壓平衡關(guān)系式逐個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，最終求出整個(gè)電力網(wǎng)的潮流分布。簡單的潮流計(jì)算圖1-3網(wǎng)絡(luò)元件的等值電路簡單的潮流計(jì)算

在工程實(shí)際中，一般已知線路末端負(fù)荷功率和線路首段電壓。其功率平衡和電壓平衡計(jì)算一般分兩步進(jìn)行：首先，根據(jù)并用線路額定電壓代替各點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行電壓，從線路末端到首端逐段進(jìn)行功率平衡計(jì)算，直至求出供電點(diǎn)首端送出的功率為止；其次，根據(jù)給定的電壓和功率平衡計(jì)算中求出的功率，從首端到末端逐段進(jìn)行電壓平衡計(jì)算，直至求出用戶端電壓。

以圖1-3所示的線路環(huán)節(jié)為例，計(jì)算的具體步驟如下：功率平衡簡單的潮流計(jì)算簡單的潮流計(jì)算電壓平衡上述平衡關(guān)系中，由于采用線路的額定電壓代替實(shí)際電壓計(jì)算功率分布，因而是一種近似計(jì)算方法，但其精度一般能滿足工程上的要求。

如果要進(jìn)行精確計(jì)算，則應(yīng)采用迭代法。迭代法的基本步驟是：（1）應(yīng)用假設(shè)的末端電壓和已知的末端功率逐段向首端推算，求出首端功率；（2）再用給定的首端電壓和求得的首端功率逐段向末端推算，求出末端電壓；（3）用已知的末端功率和計(jì)算得出的末端電壓向首端推算；（4）如此類推，逐步逼近，直至求出的首端電壓和末端功率同已知值相等或接近時(shí)為止。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行迭代計(jì)算很方便，手算時(shí)經(jīng)過一、二次往返一般也可獲得較為精確的結(jié)果。簡單的潮流計(jì)算（2）閉式網(wǎng)絡(luò)兩端電源供電網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)、復(fù)雜網(wǎng)，統(tǒng)稱為閉式網(wǎng)。與開式電力網(wǎng)相比，閉式電力網(wǎng)的功率分布既與負(fù)荷功率有關(guān)，又與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和電源電壓等因素有關(guān)，因而其功率分布的計(jì)算要比開式電力網(wǎng)復(fù)雜得多。這里主要分析兩端供電網(wǎng)絡(luò)的功率分布。簡單的潮流計(jì)算簡單的潮流計(jì)算

在圖1-4所示的兩端供電網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)，如果已知電源點(diǎn)電壓和以及負(fù)荷點(diǎn)電流和，可以根據(jù)基爾霍夫電壓定律和電流定律解出和如下圖1-4帶兩個(gè)負(fù)荷的兩端供電網(wǎng)絡(luò)簡單的潮流計(jì)算（1-16）

在電力網(wǎng)的實(shí)際計(jì)算中，負(fù)荷點(diǎn)的已知量一般是功率，而不是電流，而由于線路中存在功率損耗，沿線各點(diǎn)的功率是不一樣的。因此為了求取網(wǎng)絡(luò)中的功率分布，可以采用近似的算法，先忽略網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗，都用相同的電壓計(jì)算功率。令，對(duì)式（1-16）中的各量取共軛值，然后全式乘以計(jì)算功率，令，并認(rèn)為，便得

便得

（1-17）簡單的潮