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第四章 供配电系统电力网的潮流计算
Power flow calculation of power supply and distribution network
1.潮流计算:给定电力系统接线方式和运行条件,确定系统各部分稳定运行状态下的参量计算.
已知:发电机有功和无功出力,负荷有功和无功需求
平衡节电电压和相位
枢纽点电压
求取:节点电压幅值和相位;支路功率和网络损耗等.
2.潮流计算的用途
规划设计中,检验方案能否满足各种运行方式的要求;
运行中,进行安全分析,运行方式确定等
调度,提供初始运行方式
3.潮流计算分:
离线计算(主要同与系统规划设计和运行中安排系统运行方式)
和在线计算(主要用于对运行中系统的经常监视和实时控制).
§4-1 电力网的电压计算
Voltage calculation in the power network
稳态计算时不考虑发电机内部电磁过程，而将发电机母线视作系统的边界点。
三相复功率
式中 U-线电压； I-线电流；
则：；
, -相电压幅值；
;

注意:
1.负荷以滞后功率因数运行时所吸收的无功功率为正(感性无功功率),以超前功率因数运行时吸收的为负(容性无功功率);
2.发电机以滞后功率因数运行时所发出的无功功率为正(感性无功功率),以超前功率因数运行时发出的无功功率为负(容性无功功率);

一、电压降落 voltage drop
——矢量。功率传输过程中，在元件首末端产生的电压相量差。
以线路为例：
线路等值图，矢量图。

由线路等值图得：
将电压降相量在水平轴的投影定义为电压降纵分量，垂直方向的投影为电压降横分量，则：
电压降落
; .
由于，则：
上式两端乘以，得

其中：P2-三相有功，MW；Q2—三相无功，MVar；
U2—末端线电压，KV。
已知线路末端功率时： ；
已知线路首端功率时： ；
公式中Q为感性无功时，符号为正；反之，为负。
则： ，；
，
注意：代入同一公式的功率和电压必须是同一端的；且功率为流入或流出计算电压降落元件首端或末端的功率。

二、电压损失 voltage loss
——标量。元件首末端电压的绝对值之差。
电压损失=U1—U2 。
即：或
110KV及以下电网，电压降落横分量对电压绝对值影响很小，可忽略。则：U1=U2+△U2 ；
U2=U1—△U1 ;
电压损失为 。
分析：超高压电网中，因X>>R,则无功功率数值Q 对电压损失影响较大；电压不太高地区电网中R相对较大，则有功功率数值对电压损失影响较大。
注：以上关于电压降落和电压损失的计算公式，只要将线路阻抗换为变压器阻抗，同样适用于变压器。
三、电压偏移 voltage deviation
——网络的实际电压与额定电压的数值之差，用百分数表示。
首端电压偏移（%）
末端电压偏移（%）
 §4-2 电力网的功率损耗和电能损耗
Power loss and electric energy loss of power network
电力网的功率损耗和电能损耗主要产生在输电线路和变压器上。
其中一部分损耗与传输功率有关,主要产生在线路和变压器的串联阻抗上，称为变动损耗，这部分损耗占比重较大；另一部分损耗仅与电压有关，产生在线路和变压器的并联导纳上，称为固定损耗，如变压器的励磁损耗和线路的电晕损耗。
据统计，电力系统有功功率损耗最多可达到总发电量的20%—30%，这大大增加了发电和输配电设备的容量，造成了动力资源的浪费、电能成本的提高，进而影响整个国民经济。
一、线路功率损耗 line’s power loss
等值图如图所示：

1．线路末端导纳中的功率损耗
（MVar）
式中电压的单位为KV，电纳的单位为S。
2．阻抗上的功率损耗
(MW) ，(MVar) ;I—单相电流，KA。
1已知流出阻抗的功率，则
(MW)；
(MVar) ，
U2—线路末段电压，KV。
2)已知流入阻抗的功率，则
(MW)；
(MVar) ，U1—线路首端电压，KV。
注意：上式中的功率必须是流入或流出阻抗的功率，且功率和电压应是同一点的。
3．线路首端导纳上的功率损耗
（MVar）
式中电压的单位为KV，电纳的单位为S。
二、变压器的功率损耗 transformer’s power loss
1．双绕组变压器
；
或
式中功率单位为MW、MVar，电压单位为KV。
2．三绕组变压器

式中：U1—变压器一次绕组的额定电压，KV;
P1、P2、P3、Q1、Q2、Q3—相应绕组的负荷，MW, MVar。
RTi、XTi—归算到变压器一次侧的数值。
3．可根据变压器短路和空载试验数据计算功率损耗
；
；
有n台参数相同的变压器并列运行时：
；
；
三、电能损耗 electric energy loss
电力网损耗率%=
1．如果一段时间t内线路的负荷不变，则功率损耗不变；
相应的电能损耗为：（kwh）
有功、无功单位依次为kW 、kVar。
实际负荷随时在变,故：kwh）
但负荷随时间变化规律很难准确表达，故只能近似计算。
2．按最大负荷损耗时间计算
① Pmax—年最大负荷， Tmax—年最大负荷利用小时数
用户以Pmax持续运行Tmax所消耗的电能为该用户以变负荷运行全年所消耗的电能A，即：
对于同类用户，Pmax有所不同，但Tmax基本接近；Tmax反映用电规律。
②最大负荷损耗时间
如果在小时内，线路输送的功率一直保持最大负荷Smax（对应的有功损耗为），则它损耗的电能恰好等于线路按实际负荷曲线运行全年所损耗的电能。
可依据Tmax和从表2-4中查出。
与有关（因为一部分有功损耗是由传输无功引起的），越低，则由于输送的无功增大，相应的值也越大。
③ 线路全年电能损耗
(kwh)
Imax—装置的最大负荷电流，A。
④ 对于电压为额定值时，变压器全年电能损耗

（kwh）
式中：Smax—变压器最大负荷，kVA;
SN—变压器额定容量，kVA;
T—变压器每年投入运行的小时数，h;
n—并列运行的变压器的台数。

§4-6 工业企业供配电系统
Industrial power supply system
一、根据工业企业用户用电设备对供电可靠性的要求、允许停电时间、用电单位的规模、性质和用电容量，供电局按有关规定并结合本地区供电条件确定供电对其供电方式。
供电方式确定后，再根据技术上合理、经济上节约的原则设计工业企业供配电系统。
二、工业企业的供配电系统 industrial power supply system
分两部分：
1） 电源系统（外部供电系统）：从电源至总降压变电所的供电系统，包括高压架空线路或电缆线路。
2） 配电系统：高压用电设备、各车间变电所及低压配电系统。
1.总降压变电所
（1） 作用：将电源电压（35—110Kv）降至6－10Kv，并分别送到各车间变或其它6－10Kv的高压用电设备。
（2） 置符合下列要求
1)接近负荷中心；
2)进出线方便。高压架空线路的出线走廊的位置应与变电所的位置同时确定。
3)运输方便。
4)变电所屋外配电装置与其它建筑物、构筑物之间的防火间距应满足要求。
5)位于污秽源的上风侧。
6)位置的选择还应考虑是否妨碍企业的发展。
7)变电所建筑物、变压器及屋外配电装置与附近的冷却塔或喷水池之间有个最小距离。
2.配电所
（1）作用：在接近负荷中心处集中接受6－10Kv电源所供电能，重新分配到附近各车间变电所或其它6－10Kv的高压用电设备。
（2）位置应符合以下要求：
1)接近负荷中心并靠近电源侧；
2)进出线方便。
3)位于污秽源的上风侧。
4)应避免设在有剧烈震动的场所并考虑扩建的可能性等。
工业企业中是否需要设置总降压变电所或总配电所是根据地区供电电源的电压及工业企业负荷的大小及分布情况而定的。
3.车间变电所
（1）作用：将6－10Kv的电压降至380/220v,并送至各低压用电设备。
（2）位置：
1)应尽量靠近负荷中心，靠近电源侧。
2)进出线方便。
3)运输方便。
4)变压器室的大门应尽量避免朝西开门。
（3）型式：按变压器安装的位置分：附近变电所、屋内式车间变电所、独立变电所、屋外式变电所、杆上变电所。
（4）车间变电所的数量
主要取决于负荷的大小、车间之间的距离和经济效果。车间变电所一般用1台容量不大于1000KVA的变压器，最大不超过1800KVA，主要为了避免低压侧短路电流过大
必要时可用2台变压器，但最多不超过三3台。
三、工业企业供配电电压的选择 selection of supply voltage
供配电电压主要取决于地区供电电源电压、工厂用电设备的总容量和高压设备的容量。
（1） 中小企业因供配电距离短、用电设备容量小、无高压用电设备，广泛用380/220V三相四线制的低压供电。
（2） 中型工业企业，因供电距离长、用电设备容量大，有时可能有高压用电设备，一般用10Kv或6Kv电压供电，但主要由地区电源电压决定。
（3） 大型工业企业，当计算负荷超过5600KVA时，供电电压可用35Kv及以上。
工厂内部高压配电系统电压

（4 35Kv线路深入厂区直接配电的方式
当地区供电电压为35Kv时，对某些工厂可直接将35Kv电压作为配电电压深入工厂厂区，并直接降为380/220v对低压用电设备配电。
由于节省一级中间变压器及配电装置、简化配电系统、节省大量有色金属、降低电能损耗、提高供电质量，在一定条件下可推荐使用。
§4-7 总降压变电所主变压器的选择
the selection of main transformer used in total step-down substation
一、主变压器的容量、台数 capacity and number of main transformer
根据设计规程，一般设2台主变；如只有一个电源或可由中低压侧电力网取得备用电源，则也可只装一台主变。
－全厂的计算负荷
若为2台主变，则一台停运时，可保证对84％的负荷供电（主变有40％事故过负荷能力）
二、变压器的型式 type of transformer
由于供电电源电压一般不超过110Kv，因此一般用三相变压器
一般用双绕组变压器；但若厂区内出现三个电压等级，是用三绕组变压器还是双绕组变压器要经过技术经济比较，若用三绕组变压器其中某个绕组传送功率小于该变压器额定容量的15％，则用双绕组较合理。