第三章输电网运行分析.ppt

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1、1,第三章 输电网运行分析,章节导学： 本章教学内容 1. 电能质量分析 衡量电能质量的指标主要是电压、频率、波形、电压波动与闪变和三相不平衡度等。 2. 电力系统各元件的参数和等值电路 电力线路的参数（电阻、电抗、电导和电纳）和等值电路 变压器的参数和等值电路 双绕组变压器 发电机、负荷的参数和等值电路,2,3. 电力系统的等值电路 由单个元件的等值电路组成。电力系统中有多个变压器，就有不同的电压等级，需要将全系统各元件的参数归算至同一个电压等级，才能将各元件的等值电路连接起来，构成系统的等值电路。 4. 输电网的潮流分析 指电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和支路功率

2、的分布情况。 潮流计算是电力系统最基本的计算，它是根据网络的结构、电源的分布和负荷状况对网络各点电压、各支路功率以及功率损耗的一种计算。,3,5. 电力系统频率分析 电力系统的频率与发电机的转速有严格的关系，发电机的转速是由作用在机组转轴上的转矩（或功率）平衡所确定。 重点：电网各元件的参数和等值电路；电网的等值电路。 难点：电网的等值电路。,4,第一节 电能质量分析,衡量电能质量的指标主要是电压、频率、波形、电压波动与闪变和三相不平衡度等。,1、电压 电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接影响。 各类负荷电压特性如图所示。,5,在电力系统正常运行时，供电电压必须规定在允许的变化范围之内

3、。这也就是电压的质量指标。我国目前所规定的用户处的允许电压变化范围如表所示。,6,2、频率 电力系统在稳定运行情况下，频率值决定于所有机组的转速，而转速则主要决定于发电机组的转矩平衡。 每一个电力系统都有一个额定频率，即所有发电机组都对应一个额定转速。 系统运行频率与系统额定频率之差称为频率偏移。 频率偏移是衡量电能质量的一项重要指标。,7,我国电力系统采用的额定频率为50Hz，为保证频率的质量，其允许偏移值如表所示。,8,3、波形 电能质量要求：供电电压（或电流）的波形应为正弦波。,波形发生畸变的原因： 系统中的变压器发生铁芯过度饱和时； 变压器中无三角形接法的绕组时； 三相负荷不平衡； 可

4、控硅控制的非线性负荷等。,造成的后果： 影响电动机的效率和正常运行 危害设备 对通信线有干扰,9,衡量波形畸变的技术指标： 正弦波形的畸变率 即：各次谐波有效值平方和的平方根与其基波有效值的百分比。,10,4、电压波动与闪变 供电电压在两个相邻的、持续1s以上的电压均方根值U1和U2之间的差值，称为电压变动。通常多以额定电压的百分数来表示电压变动的相对百分值 。,电压波动为一系列电压变动或连续的电压偏差。电压波动值为电压方均根值的两个极值之差，常以其额定电压的百分数表示其相对百分值 。,11,闪变的主要决定因素有： 1）供电电压波动的幅值、频率和波形； 2）照明装置（白炽灯的照度波动影响最大）

5、； 3）人的主观视感。,负荷急剧波动,电压急剧变动,照度变动,人可以感受到！,闪变：,12,5、三相不平衡度,三相平衡（或对称）、不平衡（或不对称）,三相电压（或电流）大小相等，相位依次（A、B、C）相差120。,例如：,不平衡的原因： 1）由负荷不平衡； 2）系统三相阻抗不对称； 3）消弧线圈的不正确调谐。,13,对称分量法,正序、负序、零序分量,不平衡系统,不平衡度（或不对称度）： 把负序分量与正序分量有效值之比,电压不平衡度：,电流不平衡度：,14,运行实际所采用的解决办法： 1）将不对称负荷分散接到不同的供电点； 2）使不对称负荷平衡分配到各相； 3）将不对称负荷连接到更高电压级上供电

6、； 4）采用平衡装置。,15,一、电力线路的参数和等值电路,（一）电力线路的参数,第二节 电网各元件的参数和等值电路,电阻 电感（电抗） 电导 电容（电纳）,线路每千米的电阻、电抗、电导和电纳的表示：,16,工程上：,1、线路的电阻,单位长度的电阻,是相同的,修正：,20时的电阻,实际温度时的电阻,电阻的温度系数,铝取0.0036, 铜取0.00382,17,2、线路的电抗,每相导线单位长度的电抗:,导线半径,三相间的几何均距,采用分裂导线，等效增大导线半径，可减小导线的电抗。,18,若将每相导线分裂成 n根，则决定每相导线电抗的将不是每根导线的半径 r，而是等效半径req。,四分裂导线,根数

7、,分裂导线根数愈多，电抗下降的愈多，但分裂导线根数超过4根时，电抗下降并不明显。,19,工程上：,单位长度的电阻,是相同的,架空线路的电抗一般都在0.40 左右 。,20,3、线路的电导,产生原因： 由沿绝缘子的泄漏电流（小）和电晕现象决定的。,工程上：,： 单位长度的电导,21,4、线路的电纳,产生原因： 导线之间及导线对大地之间的电容决定。,工程上：,： 单位长度的电纳,架空线路的电纳一般都在 左右。,22,（二）输电线路的等值电路与基本方程,输电线路在正常运行时三相参数是相等的，因此可以只用其中的一相作出它的等值电路。电力线路的单相等值电路 如图所示：,23,为了计算上的方便，当线路长度

8、在300km以内时，需要分析的只是线路两端的电压、电流及功率，可以不计线路的分布参数特性，即可以用集中参数来表示，只是对长度超过300km的远距离输电线路，才有必要考虑分布参数特性的影响。用集中参数表示的等值电路如图所示 ：,24,1、短线路的等值电路与基本方程 短线路是指线长100km的架空线路，且电压在35kV及以下。与由于电压不高，这种线路电纳的影响不大，可略去。因此短线路的等值电路十分简单，线路参数只有一个串联总阻抗。如图所示 ：,25,由图得基本方程为：,矩阵形式为：,26,2、中等长度线路的等值电路与基本方程 电压为110330kV、线长为100300km的架空线路及100km的电

9、缆线路均可视为中等长度线路。这种线路，电压较高，线路的电纳一般不能忽略，等值电路常为形等值电路，如图所示（图b为G0）：,好天气：G0,27,基本方程以图（a）为例。始端电压和电流为：,写成矩阵形式为：,28,3、长线路的等值电路 电压为330kV及以上、线长300km的架空线路和线长100km的电缆线路。必须考虑分布参数特性的影响。将分布参数乘以适当的修正系数就变成了集中参数，从而可绘出用集中参数表示的等值电路 。,29,电阻、电抗及电纳的修正系数 为：,上述修正系数只适用于计算线路始、末端的电流和电压，线路长度如超过300km、小于750km的架空线路及长度超过100km、小于250km的

10、电缆线路。超过上述长度并要求较准确计算远距离线路中任一点电压和电流值时，应按均匀分布参数的线路方程计算。,30,二、电抗器的参数和等值电路,电抗器的作用是限制短路电流，由电阻很小的电感线圈构成，因此等值电路可用电抗来表示。普通电抗器每相用一个电抗表示即可，如图所示：,31,一般电抗器铭牌上给定它的额定电压、额定电流和电抗百分值，由此可求电抗器的电抗。按百分值定义有：,而,于是得,32,三、变压器的参数和等值电路,变压器有双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器、分裂变压器等。 变压器的参数包括电阻、电导、电抗和电纳，这些参数要根据变压器铭牌上厂家提供的短路试验数据和空载试验数据来求取。 变压器一

11、般都是三相，在正常运行的情况下，由于三相变压器是均衡对称的电路，因此等值电路可以只用一相代表。,33,由于励磁支路阻抗,相对较大，励磁电流很小,T型等值电路,型等值电流,！,！,34,变压器的四个参数：,铜损耗,漏磁无功损耗,铁损耗,励磁无功损耗,短路实验可得： 短路损耗 短路电压百分值,空载实验可得： 空载损耗 空载电流百分值,另外铭牌上： 额定容量 额定电压,35,电气量的工程单位,36,1、短路实验求电阻和电抗,IN,可得：,单位：,工程单位：,变压器电阻和电抗反映经过折算后的一、二绕组阻抗之和。,37,由于 XTRT，则可认为短路电压主要降落在电抗上 。,工程单位：同上！,38,2、空

12、载实验求电导和电纳,UN,工程单位：同上！,39,由于：有功分量较无功分量小得多,工程单位：同上！,电纳,40,以励磁支路在额定电压下的励磁功率来表示的等值电路:,41,三绕组变压器的结构,（a）升压结构 （b）降压结构,高压绕组与中压绕组之间间隙相对较大，即漏磁通道较大。使低压绕组与高、中压绕组的联系紧密，有利于功率低压向高、中压侧传送。,高、低压绕组间间隙相对较大，即漏磁通道较大。使高压绕组与中压绕组联系紧密，有利于功率从高压向中压侧传送。,P,42,自耦变压器的结构,（a）三相接线；（b）单相接线,自耦变压器只能用于中性点直接接地的电网中，所以大都是星形接法。自耦变压器除了自耦联系的高压

13、绕组和中压绕组外，还有一个第三绕组。为消除三次谐波电流，所以第三绕组单独接成三角形。第三绕组与高压及中压绕组，只有磁的联系，无电的联系。第三绕组除补偿三次谐波电流外，还可以连接发电机、同步调相机以及作为变电所附近用户的供电电源或变电所的所用电源。第三绕组的容量小，小于额定容量。,43,三绕组变压器的等值电路,(自学),44,四、发电机的参数和等值电路,（a）电压源 （b）电流源,厂家提供的参数有发电机额定容量，额定有功功率，额定功率因素，额定电压及电抗百分值。 据此可求得发电机电抗：,与变压器的电抗一样,45,五、负荷的参数和等值电路,一般有如下几种表示方法： （1）把负荷表示成恒定功率； （

14、2）把负荷表示成恒定阻抗； （3）用感应电机的机械特性表示负荷； （4）用负荷的静态特性方程表示负荷。,46,常用：（a）用恒定功率表示负荷； （b）用恒定阻抗及导纳表示负荷,47,例3-2：,解：,48,等值电路 ：,49,第三节 电力系统的等值电路,元件参数对应于多个电压等级的等值电路 元件参数对应于同一电压等级的等值电路,元件参数对应于多个电压等级的等值电路,50,参数对应于同一电压等级的等值电路,51,方法一：精确计算,1）选基本级(最高电压级),2）采用变压器的实际额定变比,3）参数归算,加撇为归算后值！,52,4）化为标么值,53,方法三：近似计算（等效的方法二）,采用各自的平均电

15、压为基准，把参数的有名值就地化为标么值,54,注1: 功率不存在归算问题，但有标么值。,注2：利用等值电路计算得到各支路的电流、各节点电压的标么值后，还必须还原为原电压等级的实际值。,55,三相系统中基准值的选择 通常，对于对称的三相电力系统进行分析和计算时，均化成等值星型电路。因此，电压、电流的线和相之间的关系以及三相功率与单相功率之间的关系为：,有名值中,56,在基准值中，限制条件： （1) 基准值的单位与有名值单位相同； (2) 各电气量的基准值之间符合电路的基本关系式：,从理论上讲，五个电气量可以任意选择基准值，但为了使基准值之间也同有名值一样满足电路基本关系式，一般首先选功率和电压的

16、基准值，其他可按电路关系派生出来：,57,标么值用于三相系统 虽然在有名制中某物理量在三相系统中和单相系统中是不相等的，但它们在标么制中是相等的，即有：,显然标么值的益处是给计算带来方便 。,58,基准值改变后的标么值换算,发电机、变压器、电抗器的电抗，厂家提供以百分值表示的数据，百分值除以100即得标么值（是以元件本身的额定电压、额定容量为基准的标么值）。 在电力系统计算中，当选定基本级后，应把这些电抗标么值换算成以基本级上的参数为基准的标么值。,59,例3-5：,解：改进方法,60,61,Uk,62,63,64,Uk,65,66,第四节 输电网的潮流分析,一、潮流分布(简介) 二*、简单电

17、网的手工计算法 三*、复杂电网的计算机算法,67,潮流分布:,指电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和支路功率的分布情况。,68,给定的运行条件: 系统中各电源的功率 负荷节点的功率 枢纽点电压 平衡节点的电压和相位角,待求的运行状态参量: 各节点的电压及其相位角 流经各元件的功率 网络的功率损耗等。,潮流分布计算,69,潮流计算的主要目的： 1、可以检查电力系统各元件（如变压器、输电线路等）是否过负荷，寻找预防措施。 2、可以检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求，以及网络结构的变化对系统电压质量和安全经济运行的影响。 3、根据对各种运行方式的潮流分布计算，可以正

18、确地选择系统接线方式，合理调整负荷，以保证电力系统安全、可靠地运行。,70,4、根据功率分布，可以选择电力系统的电气设备和导线截面积，可以为电力系统继电保护整定计算提供必要的数据等。 5、为电力系统的规划和扩建提供依据。 6、为调压计算、经济运行计算、短路计算和稳定计算提供必要的数据。,潮流计算可以分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和运行中安排系统的运行方式，在线计算主要用于在运行中的系统经常性的监视和实时监控。,71,第五节 系统频率分析,一、电力系统的频率 二、频率的一次调整 三、频率的二次调整,72,一、电力系统的频率,1、电力系统负荷的有功功率频率静态特性 当

19、电力系统稳态运行时，有功负荷随频率变化的特性。,73,在额定频率附近，负荷的有功功率与频率呈直线关系。,用标么值表示为：,74,2、发电机组的有功功率频率静态特性 反映由频率变化而引起汽轮机（或水轮机）输出功率变化的关系，称为发电机组有功功率频率静态特性。,75,这种代表功频静特性的直线的斜率为负数，为,标么值为：,发电机的单位调节功率的倒数称为发电机组的调差系数，即：,76,二、频率的一次调整,如果负荷的有功功率突然增加，由于发电机输出的有功功率不能随负荷的突然增加而及时变动，发电机组将减速，电力系统频率将下降。在系统频率下降时，发电机输出增加，同时负荷所需的有功功率减少，最后在新的平衡点稳

20、定下来。 这一调节过程是由发电机和负荷共同完成的。,77,有,记,则有,用标么值表示为：,KS称为整个电力系统的有功功率频率静态特性系数，又称为电力系统的单位调节功率。,78,三、频率的二次调整,当电力系统由于负荷变化引起的频率偏移较大，采取一次调频尚不能使其保持在允许的范围以内时，通过频率的二次调整才能解决。 频率的二次调整就是以手动或自动方式调节调频器平行移动发电机组有功功率频率静态特性，来改变发电机组输出的有功功率，使频率的偏差在允许的范围之内。,79,在频率的一次调整和二次调整同时进行时，系统负荷的增量是由三部分调节功率与之平衡的： （1）由频率的一次调整（调速器作用）增发的 功率。

21、（2）由频率的二次调整（调频器作用）增发的 功率。 （3）由负荷自身的调节效应而减少取用的功率。,80,用公式表示可写成：,或,由上式可得,如果使用调频器进行二次调频所得的发电机输出功率的增量能完全抵偿负荷增加的增量，就能维持原频率不变，这样就实现了频率的无差调节。,81,担负有二次调频任务的电厂称为调频厂。调频厂又分成主调频厂和辅助调频厂。只有在主调频厂调节后，而系统频率仍不能恢复正常时，才起用辅助调频厂。而非调频厂在系统正常运行情况下，则按预先给定的负荷曲线发电。,82,本 章 小 结,电能质量及其指标分析； 线路的参数和等值电路（按工程习惯）； 变压器的参数和等值电路（重点掌握双绕组变压器和用好工程单位制）； 发电机和负荷的参数和等值电路； 电网的等值电路及不同电压等级之间的归算； 输电网的潮流和频率分析简介； 电力系统频率分析；,