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1,电力系统分析,2,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,3,一基本概念,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。,4,一基本概念,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。,5,一基本概念,额定频率按国家标准规定,我国所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。,6,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。,7,二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,8,三电压等级及适用范围,9,三电压等级及适用范围,说明: 用电设备的容许电压偏移一般为5%; 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%。,10,三电压等级及适用范围,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。,11,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%。,12,变压器的电压等级,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%。,13,四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,14,四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) 欠补偿(总电流为容性),15,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、消费电能的四大部分的特性和数学模型 1.发电机组 2.变压器 3.电力线路 4.负荷 二电力网络的数学模型,16,复功率的符号说明:,取 滞后功率因数 为正,感性无功 负荷 运行时,所吸取的无功功率 超前功率因数 为负,容性无功 滞后功率因数 为正,感性无功 发电机 运行时,所发出的无功功率 超前功率因数 为负,容性无功,17,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 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,18,1. 架空线路的导线和避雷线,认识架空线路的标号 / 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:LGJ400/50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。,19,为增加架空线路的性能而采取的措施 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。,20,2. 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,21,电力线路的阻抗,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:,22,2.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: 其中:,23,进一步可得到: 还可以进一步改写为: 在近似计算中,可以取架空线路的电抗为,24,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:,25,4. 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。 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。,26,电力线路的导纳,三相架空线路的电纳 其电容值为: 最常用的电纳计算公式: 架空线路的电纳变化不大,一般为,27,分裂导线线路的电纳 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。,28,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 2.电晕起始电场强度,29,3. ,得电晕起始电压或临界电压 4. 每相电晕损耗功率 5. 求线路的电导,30,6. 对于分裂导线在第一步时做些改变 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=0,31,四.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: 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。,32,2)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:,33,简化型,34,两个基本概念 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 波阻抗:特性阻抗 。 自然功率:当负荷阻抗为波阻抗时,该负荷所消耗的功率。,35,二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。,36,第二节 变压器的参数和数学模型,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,37,一.双绕组变压器的参数和数学模型,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:,38,电抗 在电力系统计算中认为,大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等,可近似如下求解:,39,电抗 在电力系统计算中认为,大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等,可近似如下求解:,40,导纳 电导 变压器电导对应的是变压器的铁耗,近似等于变压器的空载损耗,因此变压器的电导可如下求解: 电纳 在变压器中,流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等,其求解如下:,41,二.三绕组变压器的参数和数学模型,按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型: 100/100/100、100/50/100、100/100/50 按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构: 升压结构:中压内,低压中,高压外 降压结构:低压内,中压中,高压外,42,电阻,由于容量的不同,对所提供的短路损耗要做些处理 对于100/100/100 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻,43,对于100/50/100或100/100/50 首先,将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额 定电流下的值。 例如:对于100/50/100 然后,按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电阻。,44,按最大短路损耗求解(与变压器容量比无关) 指两个100%容量绕组中流过额定电流,另一个100%或50%容量绕组空载时的损耗。 根据“按同一电流密度选择各绕组导线截面积”的变压器的设计原则:,45,2. 电抗,根据变压器排列不同,对所提供的短路电压做些处理: 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 一般来说,所提供的短路电压百分比都是经过归算的,46,三.自耦变压器的参数和数学模型,就端点条件而言,自耦变压器可完全等值于普通变压器,但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量,因此需要进行归算。 对于旧标准: 对于新标准,也是按最大短路损耗和经过归算的短路电压百分比值进行计算。,47,第三节标幺值,基本概念 有名制:在电力系统计算时,采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。 标幺制:在电力系统计算时,采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。 基准值:对于相对值的相对基准。 三者之间的关系: 标幺制=有名制/基准值 4)基本级:将参数和变量归算至同一个电压级。一般取网络中最高电压级为基本级。,48,标幺制的优点:线电压和相电压的标幺值数值相等,三相功率和单相功率的标幺值数值相等。 选择基准值的条件: 基准值的单位应与有名值的单位相同 阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系 功率的基准值=100MVA 电压的基准值=参数和变量归算的额定电压,49,2. 电压级的归算,有名值的电压级归算 对于多电压级网络,都需将参数或变量归算至同一电压级基本级。 标幺值的电压级归算 将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到基本级,然后除以与基本级相
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