第四章 配電網(wǎng)

第四章配電網(wǎng)運(yùn)行分析主要內(nèi)容配電網(wǎng)的電壓計(jì)算配電網(wǎng)的損耗計(jì)算與降損措施簡單配電網(wǎng)的潮流計(jì)算復(fù)雜配電網(wǎng)的潮流計(jì)算配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)整配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算第一節(jié)配電網(wǎng)的電壓計(jì)算一、配電網(wǎng)的電壓降落二、配電網(wǎng)的電壓損耗三、配電網(wǎng)的電壓偏移一、配電網(wǎng)的電壓降落電壓降落是指線路首末兩端電壓的相量差。（1）已知環(huán)節(jié)末端電壓及功率

以末端電壓為參考相量，負(fù)荷為感性，則可得或（a）末端電壓降落的縱、橫分量；（2）已知環(huán)節(jié)首端電壓及功率參照上述推導(dǎo)（b）首端電壓降落的縱、橫分量二、配電網(wǎng)的電壓損耗

電壓損耗是指線路首末兩端電壓的數(shù)值差。

忽略其橫分量，電壓損耗由兩部分組成的，即

式中第一部分與有功功率和電阻有關(guān)，第二部分與無功功率和電抗有關(guān)。

三、配電網(wǎng)的電壓偏移

所謂電壓偏移是指線路首端或末端電壓與線路額定電壓的數(shù)值差。電壓偏移常用百分值表示，即

常以電壓損耗和電壓偏移作為衡量電壓質(zhì)量的主要指標(biāo)。

第二節(jié)配電網(wǎng)的損耗計(jì)算與降損措施一、線路的功率損耗二、變壓器的功率損耗三、配電網(wǎng)的電能損耗四、配電網(wǎng)的降損措施一、線路的功率損耗

如圖所示的簡單線路，已知末端電壓和末端功率，忽略電導(dǎo)。該線路的功率損耗由下述三部分組成。

1．線路末端導(dǎo)納的功率損耗

由于忽略了線路的電導(dǎo)，故只需計(jì)算線路末端電納的功率損耗，其值與線路末端電壓有關(guān)，即

式中的負(fù)號(hào)表示容性無功功率。2．阻抗的功率損耗

線路阻抗的功率損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。如已知條件是末端功率、末端電壓，則

若已知條件為首端功率和電壓，則

3．線路首端導(dǎo)納的功率損耗

首末端電壓的不同，電納中的無功損耗并不相同。二、變壓器的功率損耗

變壓器的功率損耗包括阻抗的功率損耗與導(dǎo)納的功率損耗兩部分。1．阻抗的功率損耗

雙繞組變壓器阻抗的功率損耗可以套用線路阻抗功率損耗的計(jì)算公式或2．導(dǎo)納的功率損耗

變壓器導(dǎo)納的無功功率損耗是感性的，符號(hào)為正。

在有些情況下，如不必求取變壓器內(nèi)部的電壓降(不需要計(jì)算出變壓器的阻抗、導(dǎo)納)，這時(shí)功率損耗可直接由制造廠家提供的短路和空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得，。實(shí)際計(jì)算時(shí)通常設(shè)

所以這些公式可簡化為

三、配電網(wǎng)的電能損耗1．配電網(wǎng)的電能損耗和損耗率

在同一時(shí)間內(nèi)，配電網(wǎng)的電能損耗占供電量的百分比，稱為配電網(wǎng)的損耗率，簡稱網(wǎng)損率或線損率。2．電力線路電能損耗的計(jì)算

假定在一段時(shí)間內(nèi)線路的負(fù)荷不變，則功率損耗也不變，相應(yīng)的電能損耗為

由于電力系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷是隨時(shí)都在改變的，線路的功率損耗也隨時(shí)間而改變。因此，應(yīng)采用積分算式，即

在工程實(shí)際中常采用簡化的方法計(jì)算電能損耗。用得最多的是電力網(wǎng)規(guī)劃中電能損耗計(jì)算的方法——最大負(fù)荷損耗時(shí)間法。

最大負(fù)荷損耗時(shí)間τ：如果線路中輸送的功率一直保持為最大負(fù)荷功率Smax（此時(shí)的有功損耗為△Pmax），在τ小時(shí)內(nèi)的電能損耗恰好等于線路全年的實(shí)際電能損耗，則稱為τ最大負(fù)荷損耗時(shí)間。

最大負(fù)荷損耗時(shí)間τ根據(jù)年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax查得；

年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax:如果用戶以年最大負(fù)荷Pmax持續(xù)運(yùn)行小時(shí)所消耗的電能即為該用戶全年消耗的電能3．變壓器電能損耗的計(jì)算

變壓器鐵芯中電能損耗按全年投入運(yùn)行的實(shí)際小時(shí)數(shù)來計(jì)算。計(jì)算式為

當(dāng)變壓器兩側(cè)電壓在額定電壓附近時(shí)，可由下式計(jì)算變壓器全年的電能損耗，即四、配電網(wǎng)的降損措施1、合理使用變壓器2、重視和合理進(jìn)行無功補(bǔ)償3、對(duì)電力線路改造，擴(kuò)大導(dǎo)線的載流水平4、調(diào)整用電負(fù)荷，保持均衡用電第三節(jié)簡單配電網(wǎng)的潮流計(jì)算

一端電源供電的網(wǎng)絡(luò)稱為開式網(wǎng)。開式網(wǎng)中的負(fù)荷只能從一個(gè)電源取得電能。所謂潮流計(jì)算即是根據(jù)已知的負(fù)荷及電源電壓計(jì)算出其它節(jié)點(diǎn)的電壓和元件上的功率分布。實(shí)際進(jìn)行配電網(wǎng)潮流計(jì)算時(shí)，根據(jù)已知條件的不同有兩種基本算法。第一種情況：

給定的已知條件是同一點(diǎn)的功率和電壓。這一類問題的計(jì)算比較簡單，只需按本章第一節(jié)、第二節(jié)介紹的電壓損耗、功率損耗等計(jì)算方法逐步進(jìn)行計(jì)算即可。采取的是將電壓和功率由已知點(diǎn)向未知點(diǎn)交替遞推計(jì)算的方法。第二種情況：

給定的已知條件是不同點(diǎn)的功率和電壓。采取迭代算法：第五節(jié)配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)整一、配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償二、電壓調(diào)整一、配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償1、電力系統(tǒng)的無功平衡

影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素是無功功率。（1）電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷及無功損耗

無功負(fù)荷是滯后功率因數(shù)運(yùn)行的用電設(shè)備所吸取的無功功率。電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷主要是異步電動(dòng)機(jī)。電網(wǎng)中無功損耗一般有兩部分：一是輸電線路的無功損耗；二是變壓器上的無功損耗。

（2）無功電源

電力系統(tǒng)的無功電源包括同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、電容器及靜止無功補(bǔ)償器、線路充電功率等。（3）無功平衡

電力系統(tǒng)無功功率平衡包含兩個(gè)含義。A、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，無功電源所發(fā)出的無功功率與系統(tǒng)無功負(fù)荷及無功損耗相平衡，即B、系統(tǒng)的無功電源設(shè)備容量與系統(tǒng)運(yùn)行所需要的無功電源功率及系統(tǒng)的備用無功電源功率相平衡，以滿足運(yùn)行的可靠性及適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)展的需要，即

2、無功補(bǔ)償?shù)脑砑友b了無功補(bǔ)償設(shè)備Qc后

視在功率S'比S小了，補(bǔ)償后電力網(wǎng)的功率因數(shù)由補(bǔ)償前的cosφ1提高到cosφ2。

3、無功補(bǔ)償?shù)囊饬x（1）減少系統(tǒng)元件的容量，換個(gè)角度看是 提高電網(wǎng)的輸送能力。（2）降低網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電能損耗。（3）改善電壓質(zhì)量。4、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t（1）總體平衡與局部平衡相結(jié)合。（2）電業(yè)部門補(bǔ)償和用戶補(bǔ)償向結(jié)合。（3）分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。（4）降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

5、無功補(bǔ)償措施（1）利用同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。（2）利用調(diào)相機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償。（3）利用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。（4）利用靜止補(bǔ)償器進(jìn)行無功補(bǔ)償。二、電壓調(diào)整1、電力系統(tǒng)的電壓管理

電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整是通過監(jiān)視、調(diào)整中樞點(diǎn)的電壓來實(shí)現(xiàn)。電壓控制的方式有“逆調(diào)壓”、“順調(diào)壓”、“常調(diào)壓”。

逆調(diào)壓：負(fù)荷高峰時(shí)升高電壓，反之降低電壓順調(diào)壓：負(fù)荷高峰時(shí)允許電壓降低，低負(fù)荷時(shí)允許電壓降低升高常調(diào)壓：在任何負(fù)荷時(shí)都保持電壓基本不變2、電壓調(diào)整的基本原理

由發(fā)電廠母線處電壓開始推算，可求得為維持用戶處端電壓滿足要求，可以采用以下措施進(jìn)行電壓調(diào)整：（1）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓；（2）改變變壓器T1、T2的變比；（3）通過改變電力網(wǎng)無功功率分布；（4）改變輸電線路的參數(shù)（降低輸電線路的電抗）。3、電壓調(diào)整的措施（1）利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓（2）改變變壓器變比調(diào)壓（3）利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓（4）改變線路參數(shù)調(diào)壓4、各種調(diào)壓措施的合理應(yīng)用（1）要求各類用戶將負(fù)荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的參數(shù)。（2）改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無功功率和發(fā)電機(jī)的端電壓。（3）根據(jù)無功功率平衡的需要，增添必要的無功補(bǔ)償容量，并按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。（4）當(dāng)系統(tǒng)的無功功率供應(yīng)比較充裕時(shí)，各變電所的調(diào)壓問題可以通過選擇變壓器的分接頭來解決。

（5）在整個(gè)系統(tǒng)無功不足的情況下，不宜采用調(diào)整變壓器分接頭的辦法來提高電壓。（6）對(duì)于10kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)，由于負(fù)荷分散、容量不大，按允許電壓損耗來選擇導(dǎo)線截面是解決電壓質(zhì)量問題的正確途徑。第六節(jié)配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算一、短路過程的簡單分析二、對(duì)稱短路電流的標(biāo)么值計(jì)算方法三、無窮大功率電源條件下短路電流的計(jì)算四、三相短路的實(shí)用計(jì)算一、短路過程的簡單分析

配電系統(tǒng)內(nèi)某處發(fā)生三相短路時(shí)，假設(shè)電源和負(fù)荷都是三相對(duì)稱，則可取一相來分析。短路前的電流i

短路后，與電源相連接的左端回路電流的變化應(yīng)符合：

這個(gè)微分方程的解為

當(dāng)發(fā)生三相短路瞬間，電流不能突變，有

解出短路電流的全電流瞬時(shí)值為當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)全電流由兩部分組成

周期分量非周期分量上述現(xiàn)象的電流波形圖如圖所示。

在電源電壓及短路點(diǎn)不變的情況下，要使短路全電流達(dá)到最大值，必須具備以下的條件：（1）短路前為空載；（2）電路的感抗X比電阻R大得多，（3）短路發(fā)生于某相電壓瞬時(shí)值過零時(shí)。

短路沖擊電流半個(gè)周期后（0.01s），短路電流達(dá)到的最大瞬時(shí)值沖擊系數(shù)kch

高壓配電網(wǎng)一般取kch=1.8

短路沖擊電流有效值

0.01s時(shí)，短路電流的有效值對(duì)高壓配電網(wǎng)

無窮大功率電源近似認(rèn)為電源的內(nèi)阻為零，則短路前后電源母線電壓不變，是短路計(jì)算時(shí)常用的概念。

二、對(duì)稱短路電流的標(biāo)么值計(jì)算方法

為了求出短路電流，在計(jì)算時(shí)通常采用下面兩個(gè)假設(shè)：（1）不管短路點(diǎn)發(fā)生在何處，在計(jì)算短路電流時(shí)均可假定作用于短路點(diǎn)的電壓是該電壓等級(jí)線路電壓的平均值。（2）計(jì)算短路電流時(shí)，在高壓系統(tǒng)中忽略線路R，在低壓系統(tǒng)中可忽略線路X。（一）標(biāo)么值法

基準(zhǔn)值可以任意選定，但為了便于計(jì)算:

功率基準(zhǔn)值:或者取SB＝100MVA，或者取要計(jì)算的供電系統(tǒng)中某一元件的額定值（如某一變壓器）；基準(zhǔn)電壓:取短路點(diǎn)所在處的平均電壓值。

（二）供電系統(tǒng)中各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算

1、輸電線路2、變壓器3、電抗器4、電源內(nèi)阻電抗

三、無窮大功率電源條件下短路電流的計(jì)算

在用標(biāo)幺值計(jì)算三相短路電流時(shí)，短路電流的標(biāo)幺值短路容量的標(biāo)幺值三相短路容量為其標(biāo)么值為短路電流的具體計(jì)算步驟：（1）取功率基準(zhǔn)值，并取各級(jí)電壓基準(zhǔn)值等于該級(jí)的平均額定電壓；（2）計(jì)算各元件的電抗標(biāo)么值，并繪制出等值電路；（3）網(wǎng)絡(luò)化簡，求出從電源至短路點(diǎn)之間的總電抗標(biāo)么值；（4）計(jì)算出短路電流周期分量有效值（也就是穩(wěn)態(tài)短路電流），再還原成有名值；（5）計(jì)算出短路沖擊電流和短路最大有效值電流；（6）按要求計(jì)算出其他量。

四、三相短路的實(shí)用計(jì)算（一）運(yùn)算曲線在工程計(jì)算中，常利用運(yùn)算曲線來確定短路后任意指定時(shí)刻短路電流的周期分量，也稱運(yùn)算曲線法。運(yùn)算曲線表示了短路過程中，不同時(shí)刻的短路電流周期分量與短路回路計(jì)算電抗之間的函數(shù)關(guān)系，即（二）應(yīng)用運(yùn)算曲線計(jì)算短路電流的步驟和方法應(yīng)用運(yùn)算曲線計(jì)算短路電流的具體步驟如下：（1）繪制等值網(wǎng)絡(luò)。（2）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換，求轉(zhuǎn)移電抗。（3）求出各等值機(jī)對(duì)故障點(diǎn)的計(jì)算電抗。（4）由計(jì)算電抗根據(jù)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算曲線找出指定時(shí)刻各等值機(jī)提供的短路電流周期分量標(biāo)么值。（5）計(jì)算短路電流周期分量的有名值。第七節(jié)低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算一、低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)二、低壓配電系統(tǒng)各元件阻抗的計(jì)算三、低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算實(shí)例一、低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)中1kV以下的電網(wǎng)稱為低壓電網(wǎng)，其短路電流計(jì)算具有以下特點(diǎn)：（1）供電電源可以看作是“無窮大”容量系統(tǒng)。（2）低壓電網(wǎng)中各元件電阻值相對(duì)較大，而電抗值相對(duì)較小，所以低壓配電系統(tǒng)中電阻不能忽略。一般可用阻抗的模進(jìn)行計(jì)算。（3）直接使用有名值計(jì)算更方便。（4）非周期分量衰減快，Ksh取1－1.3。僅在配電變壓器低壓側(cè)母線附近短路時(shí)，才考慮非周期分量。（5）必須計(jì)及某些元件阻抗的影響。二、低壓配電系統(tǒng)各元件阻抗的計(jì)算（1）電力系統(tǒng)阻抗一般計(jì)算低壓網(wǎng)絡(luò)短路電流時(shí)，認(rèn)為電源為無窮大容量系統(tǒng)，即XS＝0。但在精確計(jì)算時(shí)仍需要計(jì)入系統(tǒng)阻抗值。此時(shí)系統(tǒng)阻抗按下式計(jì)算：（2）變壓