电力网损耗分析.pdf

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1、1 目录 摘要 . . 3 关键词 . . 3 Abstract . . 3 Key words . 3 引言 . . 4 1 绪论 . 5 1.1 电力系统概述. 5 1.1.1 电力系统、电力网的定义. . 5 1.1.2 电力系统的电压等级 . . 5 1.2 电力系统负荷和负荷曲线. 6 1.2.1 电力系统负荷及分类 . . 6 1.2.2 负荷曲线及其特性系数. . 6 1.3 电力系统中性点运行方式. 6 2 电力网损耗的分类与形成成因. 8 2.1 电力系统主要元件的参数及等效电路. 8 2.1.1 输电线路的参数及其等效电路. . 8 2.1.2 电力变压器的参数及其等效电路

2、. 10 2.2 电力网损耗的分类 12 2.2.1 技术线损 . 12 2.2.2 管理线损 . 12 2.3 技术线损产生的原因 13 2.3.1 传输线上的功率损耗 . 13 2.3.2 变压器上的功率损耗 . 14 2.3.3 电力系统中的无功需求量大，功率因数低. 15 2.3.4 电力网中的输配电变压器不能处于经济运行状态. 15 2.3.5 三相负荷不平衡 . 16 2.3.6 电网构造不合理，不能处于经济运行方式. 17 2.4 管理线损的成因 18 2.4.1 计量设备不准确 . 18 2.4.2 线损理论计算水平低 . 18 2.4.3 管理上存在漏洞 . 18 3 降低线

3、损的措施 . . 18 2 3.1 技术降损 18 3.1.1 改善网络中的无功功率分布，设法提高功率因数. 18 3.1.2 实现电力变压器的经济运行. 20 3.1.3 调整电网运行电压和电力线路的运行方式. 24 3.1.4 平衡三相负荷 . 25 3.1.5 进行电网改造、改善城网结构. 26 3.1.6 积极应用新技术，新设备，新材料，新工艺. 26 3.2 管理降损 26 3.2.1 提高计量的准确性 . 26 3.2.2 提高线损的理论计算水平. 26 3.2.3 加强用电营业管理 . 26 4 结论 . . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 3 电力网损耗分析 摘 要：

4、电力网中各元件产生的电能损耗之和, 称为电力网损耗, 简称线损。线损是供电企业重要的经 济技术指标， 体现了电力系统生产运行和经营管理的水平。电网线损包括技术线损和管理线损，而技术 线损又分为不变损耗和可变损耗。不变损耗与负载两端的电压呈正相关，而与负载大小无关, 又称空载 损耗；可变损耗与负载电流的平方成正比，又称负载损耗 。管理线损是指因管理工作不善 , 规章制度不 健全等造成的损耗。本文通过深入分析线损的成因，提出了：提高电力网的功率因数、使输配电变压器 处于经济运行状态、调整电网电压和电力线路的运行方式、平衡三相负荷、 改造电网结构及加强电力企 业营业管理等一系列降损措施。并能够针对某

5、一特定的电网分布提出合理有效的降损措施。 关键词 ：电能损耗；不变损耗；可变损耗；无功补偿；经济运行 Analysis of Power Network Losses Abstract: All the electrical energy loss of each component in the power network are generally called losses of the power network which is abbreviated as line losses. The line losses of power network is an important e

6、conomic and technical indicator of power supplying enterprise, which directly reflect the level of operation and management. Power line losses consist of technical line losses and management line losses, and the technical line losses can be divided into invariable loss and variable loss. The invaria

7、ble loss which has nothing to do with the load is in relation to voltage of equipment, so it is called no-load loss, too. The variable loss is in proportion to the current square, it is called load loss, too. The management line losses are refer to damages which are caused by poor management、 not pe

8、rfect rules and so on, it is also called unclear line losses. Through in-depth analysis of line losses, proposing a series of measures to lower losses, such as enhance the power factor 、let the transformer to be at economy running status、adjust operational voltage and mode of power network 、 equaliz

9、e three-phase load、 improve the urban network structure and strengthen the management of power enterprises and so on. Besides, in view of specific distribution of network we can put forward some reasonable and effective measures to lower losses. Key words: Losses of power energy； Invariable loss；Var

10、iable loss； Reactive power compensation ； Economic operation 4 引言 国家电网公司的一份资料指出，全国仅变压器的运行损耗量达到1100 亿 kwh以上！ 这个数字意味着什么 ？意味着这个数字占去了全国总发电量的10% ，而这个10% 相当 于 3 个中等省份的用电量之和 ！ 当今世界，能源需求的增加和一次能源的不可再生性早已成为不争的事实，金融危机 在全球不断蔓延和加剧。当节能减排、科学发展观已成为一项社会责任时；当全球经济发 展放缓、供电量增幅下降时；当500kV级电网逐渐成为我国的主力电网时，降低电力网的 损耗的意义不言而喻 ！

11、 在电能的输送和分配过程中, 电力网中各个元件所产生的功率损耗和电能损耗之和, 通称为供电损耗 , 简称线损。线损电量占供电量的百分比称为线路损失率, 简称线损率 , 线损率是国家考核电力部门电能损耗水平的一项重要技术经济指标, 电网线损是供电企业 重要的考核指标之一，它直接影响企业的经济效益，体现了电力系统规划设计、生产运行 和经营管理的水平。在当前严峻的国际经济形势下，能否以节能减排为契机、以科学发展 观的指导思想统领全局，分别在技术上和管理上有效地降低线损，直接关系到电力企业各 部门竞争力和经济效益能否得到提高。 本文详细地论述了电网损耗的分类、成因及影响，对于电网各主要元件提出了线损的

12、 理论计算方法，分别从技术上和管理上提出了具体降低电网损耗的措施，并能够针对某一 实际电网的分布，进行实际调研、计算，继而得出较为合理有效的降损措施，使电力网既 能为用户输送高质量的电能，又能安全、稳定、经济、高效地运行。 5 1绪论 1.1 电力系统概述 深入分析电力网电能损耗，首先必须对电力网及其相关联的知识点有一个系统、全面 的把握。 1.1.1 电力系统、电力网的定义发电厂中生产出来的电能，通过电力网输送给散布在 各地的电能用户。由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一 个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统 4 。 电力系统中各级电压的电力线路及其联

13、系的变电所，成为电力网过称电网。电网可按 电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网供电范围大，电压一般在 220kv 以上。地方电网的供电范围较小，最高电压一般不超过110kv。 1.1.2 电力系统的电压等级电力系统的能量输送是靠电力线路来完成的，当输送功率 一定时，输电电压越高，电流越小，相应的导线载流部分的截面积越小，相应的导线投资 也越小；但同时电压越高，对耐压的绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等的投资也越 大。综合经济技术比较，对一定的输送功率和输送距离有一最合适的线路电压。 （1）各级电压的送电线路及其输送能力如表1.1 所示 1 : 额定电压 kv送电容量 /mw

14、送电距离 /km 10 20 35 60 110 220 330 500 750 1000 0.2-2.0 1.0-5.5 2.0-1.5 3.5-30 10-50 100-5000 200-800 1000-1500 2000-2500 - 10-20 15-30 20-50 30-100 50-150 100-300 200-600 150-850 500以上 - 表 1-1 各级电压的输送能力 表注：表中额定电压为线电压。 （2）电网中主要设备的额定电压 发电机的额定电压比同级电网的额定电压高5% 。因为电力线路允许的电压偏差为 5%，为使整个线路的平均电压维持在额定值，线路首端的电压宜

15、较线路额定电压高5% 电力变压器的额定电压要分成一次侧和二次侧两部分来讨论，而具体到每侧的额定 电压又要依变压器在电网中所处的位置而定，具体总结如下： 一次侧 二次侧 与发电机相连（即为升压变压器），与发电机的额定电压相同，高于同 级电网的 5% 与线路相连时，即为降压变压器时，与电网的额定电压相同 位于变电站时，高于所连同级电网额定电压的10% 位于用户变电所时，高于所连同级电网额定电压的5% 6 1.2 电力系统负荷和负荷曲线 1.2.1 电力系统负荷及分类用电设备工作时，从电力网中取用的功率或电能称为电力 负荷。按用户对供电据可靠性的要求不同和中断供电在政治上的影响、经济上的损失差异，

16、将其分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。其中一级负荷最重要，二级、三级次之。 负荷大小随时间变化的图形称为负荷曲线。可根据需要绘成有功负荷曲线和无功负荷 曲线；根据时间变化长短绘成日负荷曲线、月负荷曲线、和年负荷曲线 1 。 1.2.2 负荷曲线及其特性系数（1）运行日荷曲线 以有功负荷为例，在一天内每隔一定间隔将有功功率的平均值记录下来，在直角坐标 系中以横轴代表时间、纵轴代表功率，逐点绘成。负荷曲线下所包围的面积表示一天24h 的电能消耗 day W。 day W= 24 0 Pdt（1-1） （2）年负荷曲线 一种是根据每天最大负荷的情况，按一年365 天逐一绘制，称为运行年负荷曲线；另

17、一种是电力负荷全年持续曲线，它以全年8760h 为时间轴，以有功负荷的大小为纵轴。 一年内的电能消耗 8760 0 a WPdt。在全年持续曲线上找到 max P，则必存在 max T使 max P max T=W a （1-2） 称 max T为最大负荷年利用小时。 max T的大小反应了设备利用的程度和用户负荷的平稳 程度。同类型的电力用户，尽管 max P可能差别很大，但 max T是很接近的；不同工作性质和 工作班制的用户， max T相差很大。 1.3 电力系统中性点运行方式 中性点如何处理涉及许多方面，如对地绝缘、内部过电压、继电保护、发电机并列运 行的稳定性等。为消除三次和三的整

18、数倍次谐波，发电机定子绕组都采用Y 连接。对于 Y 的中性点，通常有两种处理方法，一是不接地，另一种是为防护定子绕组过电压而采用经 避雷器接地。变压器Y接法线圈的中性点，目前有三种处理方法 1 ： （1）中性点不接地 10-35kv 系统主要采取这种方式，因为此电压等级主要承担供配电任务，而在这种方 式下，即使有一相接地，三相之间的电压关系不变，仍能可靠为用户供电，但非故障相的 对地电压变为线电压，如图1-1 所示： AU BU CU CA I CB I C I 图 1-1 中性点不接地系统单相接地故障图 7 系统正常运行时，各相的对地电压为相电压；发生单相接地时，如C相接地，则剩余 A、B

19、两相的对地电压转换成为线电压 ACU 、BCU, 即变为原来的3 倍，显然他们的对地 电流也为正常时的3 倍。 CAI= 3 3 A CO C U I X （1-3） 式中 CO I为正常运行时， A相对地电容电流； CA I为 C相接地时， A相对地电容电流。 这样 C相的接地电流，即 系统的对地电容电流 为： CCACB III（1-4） 在量值上 C I=3333 CACOCO III, 显然中性点不接地系统发生一相接地时，系统 的对地电容电流变为原来的3 倍。 （2）直接接地 110kv及以上电力系统和380/220V 三相低压系统都属于这种情况。 由于中性点的钳位 作用，发生单相接地

20、时，非故障相的对地电压不会改变，电气设备的绝缘只需按相电压考 虑，这对于 110kv 及以上的高压系统来说绝缘造价降低，是很有经济技术价值的。但单相 接地短路相的短路接地电流相当大，断路器会立即动作，造成供电中断。 对于 380/220V 三相低压系统，由于要接单相设备，中性点直接接地可以减少中性点 的电压偏移，并可用来作为保障人身安全的“保护接零”。 （3）中性点经消弧线圈接地 为避免单相接地时接地点出现断续电弧，引起过电压，在单相接地电流大于一定值的 电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。 消弧线圈是一个铁心线圈，电阻很小、电感很大，当发生单相接地短路时，流过接地 点的电

21、流是对地地电容电流 C I与经过消弧线圈的电感电流 L I之和， C I与 L I方向相反，在 接地点相互抵消，是两者的量值差小于发生电弧的最小电弧电流，从而电弧不再发生。 一般中性点直接接地或经小电阻接地方式的系统称为大接地电流系统，中性点不接地 或经高阻抗接地的系统成为小接地电流系统。 8 2电力网损耗的分类与形成成因 2.1 电力系统主要元件的参数及等效电路 2.1.1 输电线路的参数及其等效电路输电线路的的架设方式分为架空线路和电缆线 路两类，由于电缆线路比架空线路的建设费用高很多，所以电力网中绝大多数都采用架空 线路，但它们的参数及等效电路是相同的，下面就分析一下其参数和等效电路 1

22、 。 1.常用的输电线路稳态参数有： （1）单位长度电阻 电阻决定线路上的有功功率损耗和电能损耗，因其与线路电流有关，所以是串联 参数，符号是 1 r ，可按下式计算： 1 r = S （2-1） 式中 1 r 导线单位长度的电阻（/km） ； 导线材料的电阻率（mm 2 / km） ； S导线的额定截面积 (mm 2 ) 。 注：由于肌肤效应和采用多股绞线使导线的实际电阻率略大于材料的直流电阻率，进 行修正后的电阻率： 铝31.5mm 2 / km ，铜 18.8mm 2 / km ； 实际使用时导线的电阻与温度有关，计算或手册查到的阻值均为20 C时的值，在 精度要求较高时，温度为t 时的

23、值可由下式修正 1 r = 20 r120tC（2-2） 式中为电阻温度系数，对铜导线=0.00382，对铝导线=0.0036 （2）单位长度电抗 电抗当导线中通有交流电流时，在导线中及其周围空间产生交变磁场，因而就存 在电感和电抗，电抗是串联参数。通过电磁场理论和整换位循环可每相单位长度电抗： 1 x =(0.1445lg m D r +0.0157) （2-3） 式中 1 x 导线单位长度电抗（/km） ； m D三相导线之间的几何均距（m ）, m D= 3 abbcac D D D； r 导线的半径（ m ） ； 注： 上式是对铜铝导线而言的， 当为其他材料时， 式中的 0.0157

24、应改为 0.0157 r ， r 为该材料的相对磁导率。 对于超高压线路，为了减少电晕损耗和单位长度电抗，普遍采用分裂导线，等效 的增大了导线半径，因而减少导线电抗，分裂导线电抗的计算公式： 9 1 x =(0.1445lg m eq D r + 0.0157 n ) （2-4） 式中 n每相导线的分裂数，一般n4 后 1 x 的减少量愈来愈不明显，故通常取n=24 ； eq r 分裂导线的等值半径； eq r = 12131 () n n r d dd 121n dd 分裂导线之间的距离（ m ） ； （3）单位长度电导 输电线路电导用来反映绝缘子表面的泄露损耗 和高压电晕损耗 的，用 1

25、g 表示, 单位为 S/km 。在实际工程中对不同电压等级的架空线路采取某些办法来避免电晕损耗的产生，所 以正常情况下，电晕损耗基本不发生，故一般计算时取 1 g =0。 （4）单位长度电纳 电纳是用来反映输电线路对地电容效应的，单位长度的电纳用 1 b表示，单位为 S/ km, 其计算公式为： 1 b= 67.58 10 lg m D r （2-5） 注： 对于分裂导线，仍用上式计算电纳，此时用等效半径 eq r 代替式中的 r 即可，显然分 裂导线的对地电纳要比单导线的大。 经过以上分析不难发现， 单位长度的电抗和电纳均与 m D r 的对数成比例， 一般随电 压等级升高导线半径r 增大，

26、几何均距 m D也随之增大，且由于对数关系， 1 x ， 1 b对各类导 线变化不大，一般取 1 x0.4/km， 1 b2.8 10 6 S/ km 。而单位长度电阻 1 r 与导线半径的 平方成反比，所以随电压等级升高，导线半径的增大，其电阻会大大减小，这就是为什么 高压输电线的电抗远远大于电阻的缘故。 2输电线路的等效电路 由于线路分布的特点，其精确的数学模型应是分布式的，即分布参数模型。但在实际 计算中，并不一定采取精确的分布参数电路，而是要根据具体线路的长度情况而采取不同 精确度的等效电路，具体如下： （1）当架空线路长度小于300km 、电缆线路长度小于100km时，采用集总参数电

27、路即 可满足要求。设线路长度为l，线路串联总阻抗Z , 并联总导纳Y 都是集中参数，有 11 ZRjXrljx l 11 YGjBg ljbl ， 对应的等效电路如图2-1 所示： 10 Z 2 Y 2 Y 1 U 2 U 1 I 2 I 图 2-1 输电线的等效电路 （2）当架空线路的长度在300kml1000km 、电缆长度在 100kml300km时，采用 近似的分布参数电路，即在集总参数上乘上相应的系数形成的等效电路，集总参数仍为： ZRjXYGjB 分布参数为： r RK R x XK X b BK B ，等效电路与图 2-1 相同。 其中 rx KK、 b K 的计算公式可查阅参考

28、文献2 。 （3）当架空线路长度大于1000km,电缆长度大于300km时，只能采用精确分布参数电 路。分布参数 z ZK Z y YK Y ，等效电路与图 2-1 相同。 式中 z K 、 y K 的计算公式可查阅参考文献2 ，按照精确计算公式求解。 2.1.2 电力变压器的参数及其等效电路在电力系统中，变压器的参数计算并不像电机 学中那要求严密，电力系统中的变压器一般不给出连接方式，其参数计算要求远不如电机 学中严格，而是有一套专用的参数计算公式。 1.双绕组变压器的参数计算 根据变压器名牌上提供的短路和空载实验数据，可以粗略地求出：绕组电阻R，漏抗 X，电导 m G 和电纳 m B 。

29、（1）短路实验求电阻和电抗（此时略去励磁支路） 短路时三相有功损耗主要是绕组电阻R消耗的功率。 所以可由短路损耗 S P 计算电阻 R R= 2 2 1000 SN N PU S （2-6） 注： N U取哪侧值，得到的参数就是归算到哪侧的值。 表达式中各量单位分别为： S P 是 kw、 N U是 kv、 N S 是 MVA ，以下均同。 由于漏电抗远大于绕组电阻R，所以短路电压近似看成是漏抗压降，于是计算出变压 器漏电抗 X X = 2 0 0 100 sN N uU S （2-7） （2）空载实验求励磁电导和励磁电纳 空载损耗主要是铁耗，即导纳上的功率损耗，于是可计算出变压器的电导 m

30、G 11 m G = 30 2 10 N P U （2-8 ） 式中 0 P 单位为 kw。 电纳 m B 较电导 m G 大得多，励磁电流主要流经电纳支路，由此可计算得 m B m B = 0 00 2 100 N N IS U （2-9） 变压器的形等效电路如图 2-2 所示： RjX 1U 2 U m G m B 1I m I 图 2-2 变压器的等效线路 2.三绕组变压器 在三绕组变压器中， 1 R 、 2 R 、 3 R 为各绕组电阻归算到一次侧的值， 1 X 、 2 X 、 3 X 成 为等效电抗或组合电抗，并不是各绕组的漏抗，也是都归算到一次侧。 （1）励磁参数的求解，方法同双绕

31、组变压器，不再赘述。 （2）短路阻抗的求解 总体思路与双绕组相同， 也是进行三次短路实验， 然后将短路损耗拆分成 123 , SSS PPP三 部分，然后根据公式计算电阻，求解电抗时是将短路电压拆分成 0 01s u、 0 02s u、 0 03s u，然 后根据公式计算电抗，其主要步骤： 将三次短路损耗归算至额定容量得 12S P、 13S P、 23S P 将其拆分为各绕组的短路损耗 123 , SSS PPP，具体公式查阅参考文献 2 按式R= 2 2 1000 SN N PU S ，将 123 , SSS PPP 分别代入计算即可 将三次短路电压归算至额定容量得 000 0001213

32、23 , sss uuu 将其拆分为各绕组的短路电压 0 01su， 0 02su， 0 03su，具体公式参考文献 2 按式X = 2 0 0 100 sN N uU S ，将 0 0 1s u， 0 0 2s u， 0 0 3s u分别代入计算即可 12 2.2电力网损耗的分类 在电能的输送和分配过程中，电力系统各元件产生的功率损耗和能量损耗，成为电力 网损耗，又称线损。线损电量占供电量的百分比称为线路损失率, 简称线损率 , 线损率是 国家考核电力部门电能损耗水平的一项重要技术经济指标, 电网线损是供电企业重要的经 济技术指标，它直接影响企业的经济效益，体现了电力系统规划设计、生产运行和

33、经营管 理的水平。 按线损产生的原因，可分为技术线损和管理线损。 2.2.1技术线损又称理论线损，它是电网中各元件电能损耗的总称，可过理论计算来 预测，它又包括与电网传送功率（电流）有关的部分可变损耗 和与电网传送功率无关 的部分 不变损耗 。 （1）可变损耗 随负荷电流的变动而变化 , 与电流的平方成正比 , 电流越大 , 损失越大。亦即与负载 的大小有关，故又称负载损耗。 可变损耗 ( 负载损耗 ) 变压器的铜损 输、配电线路的铜损 调相机、调压器、电抗器、互感器、消弧线圈等设 备的铜损 电能表电流线圈的损耗 接户线铜损 （1）不变损耗 与设备两端的电压有关，只要设备带有电压就要消耗电能，

34、产生的电能损耗与设备两 端电压的高低有着密切的关系。与负荷电流无关，亦即与所带负荷的大小无关，故又称空 载损耗。 不变损耗 ( 空载损耗 ) 变压器及调相机、调压器、电抗器、互感器、消 弧线圈等设备的铁损及绝缘子的损失 电缆和电容器的介质损失 电能表电压线圈损失 电晕损耗 2.2.2管理线损指由于管理工作不善，规章制度不健全或执行不力，以及其他不明 因素等造成的损失，也称为不明线损。它主要包括： 计量装置本身的综合误差, 计量装置故障。营业工作中的漏抄、漏计、错算及倍 率差错等。客户的违章用电、窃电。 供售电量抄表时间不同期。统计线损与理 论线损计算的统计口径不一致。以及理论计算的误差等。 1

35、3 2.3技术线损产生的原因 2.3.1 传输线上的功率损耗只考虑电力线路的串联阻抗，忽略并联导纳，可得到电 力线路的等效电路如图2-3 所示，其中 1 U 、 2 U表示始末端电压， 2 S表示传送至末端的复 功率。 1 U 2 U I ZRjX 图 2-3 输电线路的简化等效电路 由 2 S= 2 I U（2-10） 222 1 22 SPjQ I UU （2-11） 2222 22222 222 222 cos PQSP PIRRRR UUU （2-12） 由此可见，由于电阻的存在，在线路上传递功率 2 P , 必然引起功率损耗P。并且因为 线路电阻是串联参数， 所以功率损耗与电流的二次

36、方成正比，系可变损耗。 线路电阻越大， 功率损耗也越大。 在工程实际中，通常要计算线路上的年电能损耗， 假定电网的负荷保持为最大值 max P不 变，即功率损耗始终为最大负荷时的值，经过后，网络的电能损耗与全年的相同，称为 最大负荷损耗时间 ，单位为 h, 其值可由年负荷曲线确定。 在绪论中，我们已知道年最大负荷利用小时 max T决定于有功负荷曲线， 而现在提出的 必须用视在功率负荷曲线求，亦即决定于视在功率负荷曲线。因为很多用电设备在晚间 轻负荷时，从电网吸收的有功功率大大减少，而设备所需要用来励磁的无功功率是基本不 变的，功率因数变坏，故通常视在功率曲线较有功负荷曲线要平坦些。所以如果两

37、个用户 的有功负荷曲线相同，虽然 max T相同，但只要功率因数不同，则所得到的值也不同。 因此，只要知道线路的 max T与cos，就可以查阅相关表格得到线路的值，进而求出 线路的年电能损耗A： A= 2 max 3RI 2 max 3() 3cos P R U 2 max 22 cos PR U （2-13） 式中 max P为一年内最大负荷时的有功功率（kw） ； 14 A 为年电能损耗（ kwh） ； 2.3.2变压器上的功率损耗根据绪论中变压器的等效电路，变压器中即存在着有功 电能损耗和无功电能损耗。 以有功损耗为例， 励磁电导 m G 是表征铁耗的电阻， 其上的功率 损耗又称空载损

38、耗或不变损耗，与负荷大小无关，仅受电源电压的影响；绕组电阻R上的 损耗称为短路损耗或可变损耗，与负荷电流的大小有关。 （1）当电压为额定值时，变压器上的有功功率损耗： 2 2 00KK N S PPPPP S （2-14） 式中 0 P 变压器的额定空载有功损耗（kw） ； K P 变压器的额定短路有功损耗（kw） ； S变压器实际的视在功率（KVA ） ； N S 变压器的额定视在功率(KVA ） ， N S S = 2 2N I I =，称为负载系数或变压器的利用率。 同时可以推出变压器的有功损耗率 %P= P PP 2 0 2 0 cos K NK PP SPP （2-15） 其效率1-

39、%P（2-16） （2）当电压为额定值时，变压器上的无功功率损耗： 2 0k QQQ（2-17） 式中 0 Q 变压器额定空载无功损耗，即空载时所消耗的励磁功率； k Q 变压器额定短路无功损耗，额定负载时所消耗的漏磁功率。 有时还会用到综合功率损耗 z P , 其表达式为： z P =PkQ（2-18） 式中 k为无功经济当量。 在工程实际中常要计算年电能损耗A： A= 2 max 0K N S nP tnP nS = 2 max 0 2 K N S nPtP nS （kwh）（2-19） 式中 n 并联运行的变压器台数； max S变压器的最大负荷； t变压器每年投入运行的小时数； 最大负

40、荷损耗小时； 15 2.3.3 电力系统中的无功需求量大，功率因数低随着我国电力事业的迅猛发展，城 市电力需求不断增长，工矿企业大量采用感应电动机和其它感性用电设备，这些设备是滞 后功率因数运行的，它们除了吸收系统的有功功率外, 还需要电力系统提供大量的感性无 功功率才得以正常运行，其中以三相交流异步电动机的无功功率为主，它们约占整个电网 无功消耗的 60% 。 异步电机定子电流中励磁电流所占的成分很大，约为额定电流的20%-50% 。这是因为 异步电机的主磁路中含 气隙，气隙的磁阻大，磁导小，产生同样的磁通所需要的励磁电流 大，这样就使得异步电机的励磁电流值较大，所需要的无功率较大，功率因数

41、也不高, 结 合下面给出的异步电机的相量图，如图 2-4。此外异步电动机在空载或轻载时，即所谓“大 马拉小车 ”的情况，定子电流主要是用于励磁的励磁电流，功率因数相当低，所需要的无 功相对增加。还有变压器等电力设备都需要一定的无功功率来提供励磁。 m 1 2 EE 2 2 r s I 2 2 jx I 1 E 2 I m I 1 U 1 1rI 1 1 jx I 1 I 图 2-4 三相异步电机相量图 根据 22 SPQ ，在所需有功功率不变的情况下，经输电线路传送无功功率必然会 使总的视在功率S变大，由SUI可得传输线上的电流I 会变大，电源提供的电流增大， 不仅增加了电源的负担，而且使得线

42、路上的电能损耗大大增加。 2.3.4电力网中的输配电变压器不能处于经济运行状态随着经济的发展，用电负 荷也快速增长，从而使一些已处于满载或接近于满载的变压器的负荷增加，线路的损耗增 大；有些地方由于经济出现衰退，导致用电负荷下降，造成输配电变压器轻载甚至空载 ， 在这种情况下二次侧输出功率很少，亦即一次侧电流中的有功成分很少，主要是励磁的无 功电流，虽然负载电流减少使得可变损耗减少，但是铁心损耗（不变损耗）保持不变，即 轻载时总的损耗基本不变，这样效率降低，损耗相对增大，功率因数也很低，长期运行很 不经济 6 。 根据变压器的效率公式（2-16） ，进行求导，不难得到当负载损耗（铜耗）和空载损

43、 耗（铁耗）相等时，即满足式： 2 k P = 0 P 或= 0 K P P = J （2-20） 此时变压器的损耗最小，效率最高。 式中为前面提到的负载系数； J 称为最佳负载系数。 因电网建设水平和地方电力需求不平衡而导致负载损耗和空载损耗不平衡，从而造成 电力变压器不能处于经济运行状态，引起电能损耗的增加。 16 2.3.5三相负荷不平衡在电力系统中，由于三相负荷平衡没有引起人们的足够重视， 一些工作人员素质低，没有三相负荷平衡的概念，施工中随意接单相负荷，或者线路虽为 三相四线制，但是没有注意到把单相负荷均衡的分配到三相上，造成某相或某两相负荷过 多，加重了三相不平衡度，致使低压电网的

44、可靠性和稳定性差，线损率较高，从而影响系 统的安全运行。 设三相电流的平均值为I ，最大一相的电流为 max I，则不平衡度为： = max 100% II I （2-21） 下面会分析到，三相不平衡度越大，电能损耗就越大。 规程规定变压器出口处的三相负荷不平衡度不大于10% ，干线及主要支线首端三相负 荷不平衡度不超过20% 。三相负荷不平衡不仅会造成变压器和输电线路的损耗增加，同时 也会给用电设备带来众多不良的影响。 1.对变压器的影响 （1）增加变压器的损耗 9 根据前几节的内容可知，变压器的损耗包括负载损耗（可变损耗）和空载损耗（不变 损耗） ，正常运行情况下变压器的运行电压基本不变，

45、空载损耗就基本为一个常量，而负 载损耗则与负荷电流的平方成正比，在三相负荷不平衡的情况下，变压器的负载损耗可看 成是三只单相变压器的负载损耗之和。设变压器的各相负载损耗分别为 KA P、 KB P 、 KC P， 各相的二次侧负荷电流为 A I、 B I、 C I， R为变压器的相电阻，对于各相有 KA P= 2 A IR， KB P= 2 B IR， KC P= 2 C IR。变压器的损耗的表达式为： KA P+ KB P+ KC P3 222 3 ABC I RI RI R（2-22） 当 A I= B I= C I= I 时 ， 即 三 相 负 荷 达 到 平 衡 时 ， 变 压 器 的

46、 损 耗 最 小 为 KA P+ KB P+ KC P=3 2 I R。 当变压器运行在最大不平衡时，即 A I =3I ， B I = C I =0时， KA P= 2 3IR=9 2 I R。 通过比较，可看出，变压器运行于最大不平衡时的负荷损耗是平衡状态时的3 倍。 （2）三相负荷不平衡会造成严重烧毁变压器的后果 在三相负荷不平衡时，必然会产生零序电流，进而在铁心中产生零序磁通，由于电力 变压器大部分都是三相铁心式变压器，各相磁路是相互关联的，零序磁通不能像基波正序 磁通那样以其它两相铁心为流通路径，只能以铁心周围的油，油箱壁及部分铁轭等形成通 路。这样零序磁通就会在这些部件中产生磁滞损

47、耗和涡流损耗，引起油箱壁局部过热，温 度升高，绝缘材料受到高温的影响，绝缘老化加快，同时变压器油过热，引起油质劣化， 严重时将导致变压器烧毁 3 。 2.对线路的影响 9 （1）增加线路损耗 三相负荷不平衡会增加线路的电能损耗，其大小与三相的不平衡度有关，特别是对于 三相四线制的供电线路来讲，由于中性线较细，其电阻约为相线的2 倍，在负荷不平衡时 引起的损耗将更大。 17 某三相四线制线路， 当负荷平衡时， 各相的电流为 I , 中线无电流， 线路的有功损耗为 1 P=3 2 I R。 当负荷严重不平衡，都集中在一相上时，该相电流为3I , 同时中线电流为3I , 线路的 功率损耗为 2 P

48、=2 2 3IR=18 2 I R=6 1 P 。 可见最大不平衡时的电能损耗将是平衡时的6 倍，并且实际上中性线的电阻都是远大 于相线电阻的，至少为其2 倍，这样三相负荷不平衡增加的功率损耗会更大。 （2）可能造成烧断线路，烧毁开关设备的后果。 在严重最大不平衡时，重负荷相的电流过大，增大为正常运行时的3 倍，超载过多。 由于发热量与电流的平方成正比，电流变为3I 时，发热变为原来的9 倍，将造成该相导 线温度的垂直上升，以致烧断。由于中线的电阻更大，中线烧断的几率将更大。 同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而造成整机损坏 的严重后果。 3.对异步电动机的影响 3

49、（1）三相负载的不平衡引起了三相电压的不平衡，通过对称分量法可将不对称电压分 解为三个对称分量，即零序、正序、负序。负序电压通过电机后，会产生与正序电压相反 的旋转磁场，进而产生反向电磁转矩，起制动作用，使电动机的电磁转矩减少，过载能力 下降，输出的功率也大大减少。 （2）根据异步电动机的负序等效电路如图2-5 所示，其中 2 2 r s 是一比较小的数值， 励磁支路的阻抗相对较大，可将其忽略掉，这样负序阻抗Z 就约为短路电阻 K Z , 因而数值 较小，即使有较小的负序电压也会产生较大的负序电流，三相电流为正序和负序的叠加， 结果会使其中某一相或两相的电流过大，铜耗增加，发热严重，长期运行绝缘将遭到破坏。 1 r 1 x 2 2 r s 2 x m r m x 1 U Z 图 2-5 三相异步电动机的负序等效电路 4.对用户的影响 三相负荷不平衡，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户电器的正常使 用轻则带来不便，重则带来重大经济损失，中线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁