【文档说明】《电力系统分析理论》刘天琪,邱晓燕第二版精华内容.pptx，共(93)页，5.050 MB，由精品优选上传

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2023/7/19电力系统三相短路的分析计算11.1.1电力系统电力系统的组成及分类发电厂电力系统电力网动力系统2023/7/19电力系统三相短路的分析计算2总装机容量定义：系统中实际安装的发电机组额定有功功

率的总和。常以千瓦(1kW=103W)、兆瓦(1MW=106W)、吉瓦(1GW=109W)、太瓦(1TW=1012W)为单位。我国工程上习惯以万千瓦为单位(1万千瓦=10MW)。年发电量定义：系统中所有发电机组全年实际发

出电能之和。常以千瓦时(kWh)、兆瓦时(MWh)、吉瓦时(GWh)、太瓦时(TWh)为单位。我国工程上习惯以亿度为单位。掌握三个概念2023/7/19电力系统三相短路的分析计算3电压等级安全电压：通常36V以下，例如36V、24V、12V、6V；低压：1k

V及以下，主要是220V和380V；中压：1kV以上、20kV及以下;高压：20kV以上、330kV以下;超高压：330kV及以上、1000kV以下;特高压：1000kV交流、±800kV直流以上;目前我国常用的电压等级：

220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV，750kV、1000kV。掌握三个概念配电电压输电电压2023/7/19电力系统三相短路的分析计算41.3电力网

输电线路按结构分为：架空线路和电缆线路按传输形式分为：直流输电线路和交流输电线路2023/7/19电力系统三相短路的分析计算51.3电力网—架空线路避雷线导线绝缘子杆塔2023/7/19电力系统三相短路的分析计算6综合用电负荷分类从用电设

备：异步电动机、同步电动机、电热炉、整流设备、照明负荷等。从用户性质：工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷。从用户等级：一级负荷(党政军机关、医院、大型企业等)，二级负荷(学校、机关企事业单位等)和三级负荷(城郊结合部、非重要

分散居民区等)。1.4.1电力系统的负荷2023/7/19电力系统三相短路的分析计算7额定频率工频50Hz，中国台湾、美国、日本、韩国等为60Hz。电压等级目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220

kV、330kV、500kV，750kV、1000kV。配电电压输电电压1.5额定电压和额定频率1、电气设备；2、发电机；3、变压器。它们的额定电压和额定频率如何确定？2023/7/19电力系统三相短路的分析计算81.5额定电压和额定频率1、电气设备电气设备都是按照指定的电压和频率来

设计制造的。电气设备的额定电压和频率等于输电（配电）线路的额定电压和频率。220kV220kV220kV2023/7/19电力系统三相短路的分析计算91.5额定电压和额定频率2、发电机考虑到电力线路电压损耗，发电机的额定电压比电力线路的额定电压高5%

。6.3kV6kV6kV6kV2023/7/19电力系统三相短路的分析计算101.5额定电压和额定频率3、变压器规定：接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。情况1：一次侧连接发电机，一次侧等于发电机额定电压，二次侧比电力线路额定电压高10%。10.5kV

10kV110kV10.5kV121kV2023/7/19电力系统三相短路的分析计算111.5额定电压和额定频率3、变压器规定：接受功率一侧的绕组为一次绕组，输出功率一侧的绕组为二次绕组。情况2：两侧连接电力线路，一次侧等于电力线路额定电压，二次侧比

电力线路额定电压高10%或5%(特殊情况)35kV11kVVs%≤7.5%或者直接/短距离与用户连接时10.5kV(特殊情况)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算121.5额定电压和额定频率名称额定电压电力线路（电网）UN电

气设备UN发电机1.05UN变压器一次侧UN或1.05UN（接发电机）二次侧1.1UN或1.05UN（特殊情况）小结：额定电压的规定2023/7/19电力系统三相短路的分析计算131.5额定电压和额定频率例1-1如图所示，图中标明的电压为电力线

路额定电压，试确定发电机和变压器的额定电压。10.5kV/242kV10.5kV110kV/11kV220kV/121kV35kV/3.15kV220kV/121kV/38.5kV2023/7/19电力系统三相短路

的分析计算141.5额定电压和额定频率变压器高（中）压侧通常设计有多个分接头，与额定电压对应分接头称为主抽头主抽头，242kV+2.5%，248kV+5%，254kV-5%，230kV-2.5%，236kV主抽头，220kV+2.5%，225.5kV+5%

，231kV-5%，209kV-2.5%，214.5kV10.5kV11kV升压变降压变10.5kV/242±2×2.5%220±2×2.5%/11kV额定变比和工作变比（实际变比）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算151.6.1电力系统接线图电气接线图、地理接线图

1.6.2电力系统的接线方式无备用接线、有备用接线1.6.3电力系统中性点运行方式中性点不接地、经消弧线圈接地和直接接地等1.6电力系统的接线方式2023/7/19电力系统三相短路的分析计算16优缺点及应用场合不接地：单相短路时仍可运行一段时间，供电可靠性高，但绝缘要求应按线电压设计

→3-10kV配电网经消弧线圈接地：为了避免断续电弧，当10kV电网接地电流大于30A，35kV电网接地电流大于10A，宜用消弧线圈接地→20-60kV电网直接接地：330kV与500kV超高压电网；110

kV与220kV电网(个别雷灾严重地区和某些大城市才采用消弧线圈)。经小电阻或阻抗接地：城网电缆线路，目前研究热点。1.6.3电力系统中性点运行方式绝缘成本2023/7/19电力系统三相短路的分析计算17单位

长度输电线路(单位：km)电阻r：反映线路的热效应（有功损耗）电抗x=ωL：反映载流导线周围的磁场效应电导g：反映泄露损耗和电晕损耗（g=0）电纳b=ωC：反映带电导线周围的电场效应2.2输电线路的等

值电路和参数计算注：1：小写r、x、g、b表示单位长度线路的等值参数；2：电缆线路参数计算较为复杂，可从手册查找，重点讨论的是架空线路。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算18分裂导线电抗超高

压(2、3、4)、特高压(6、8、10或12)2.2输电线路的等值电路和参数计算23340.1445lg,Ω/km234eqseqsseqsseseqqsDxDDdDDdDDDd=分裂根数为时，=分裂根数为时

，=分裂根数为时，=1.09一般单根导线时：0.40Ω/km分裂根数为2根时：0.33Ω/km分裂根数为3根时：0.30Ω/km分裂根数为4根时：0.28Ω/km2023/7/19电力系统三相短路的分析计算19中等

距离输电线路(100km~300km)2.2输电线路的等值电路和参数计算()ZRjXrjxlYjBjbl=+=+==Ⅱ型等值电路任意长度等值电路必须掌握2023/7/19电力系统三相短路的分析计算20双绕组变压器的等值电路电阻RT、电抗XT、电导GT、电纳BTГ型等值电路表示铜

耗表示铁耗2.4.1变压器的等值电路漏磁损耗励磁损耗2023/7/19电力系统三相短路的分析计算21电气量基本单位工程单位电压VVkV电流IAkA视在功率SVAMVA有功功率PWkW无功功率Qvarkvar阻抗ZΩΩ导纳

YSS电气量的单位2.4.2双绕组变压器的参数计算2023/7/19电力系统三相短路的分析计算22双绕组变压器的参数计算Г型等值电路2.4.2双绕组变压器的参数计算短路损耗：△PS(kW)短路电压：VS%空载损耗：△

P0(kW)空载电流：I0%额定容量：SN(MVA)额定线电压：VN(kV)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算23一台SFL1-20000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌试验参数：△PS=1

35kW，VS%=10.5，△P0=22kW，I0%=0.8,求归算到高压侧参数并画出Г等值电路。2.4.2双绕组变压器的参数计算2023/7/19电力系统三相短路的分析计算24标幺值的概念例如发电机额定端电压有名值为VG=10.5kV，如果基

准值选定为VB=10.5kV，则其标幺值为如果端电压标幺值VG*=1.1，说明此时标幺值无量纲2.6.2电力系统的标幺值2023/7/19电力系统三相短路的分析计算253.1潮流计算的一般概念什么是潮流？为什么要计算潮流？如何计算潮流？

电力系统中，功率的流动称为潮流（PowerFlow,LoadFlow），电压和功率的分布（各节点电压、各支路功率）称为潮流分布。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算263.1潮流计算的一般概念什么是

潮流？为什么要计算潮流？如何计算潮流？潮流计算是电力系统三大计算（潮流、短路、稳定计算）之一，是电力系统最基本、最重要的计算，在电力系统规划和运行中具有重要作用。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算273.1潮流计算的一般概念什么是潮流？为什么要计算潮流？如何计算潮

流？手算和机算两大类方法。手算只能计算简单网络，但有助于加深对物理概念和物理现象的理解；机算可以计算大规模复杂系统，速度快、精度高。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算283.2.1网络元件的电压降落电压降落条件1：已知末端电压，求首端电压条件2：已知首端电压，求末端电压

1V2V网络元件的等值电路RjX+1S2S1V2VLDSI2023/7/19电力系统三相短路的分析计算29现实条件：已知首端电压和末端功率，求末端电压3.2.1网络元件的电压降落条件1和条件2对比网络元件的等

值电路2S1V2V2023/7/19电力系统三相短路的分析计算303.2.1网络元件的电压降落现实条件：已知首端电压和末端功率，求末端电压网络元件的等值电路关键：由末端功率推导首端功率(如何计算元件的功率损耗)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算313.2.1网络元件的电压降落电压损耗

和电压偏移电压损耗示意图反映供电电压质量2023/7/19电力系统三相短路的分析计算323.2.2网络元件的功率损耗输电线路的功率损耗输电线路的等值电路通常用额定电压VN代替V1、V22023/7/19电力系统三相短路的分析计算333.2.2网络元件的功率损耗变压器的功率损

耗变压器的等值电路通常用额定电压VN代替V1、V22023/7/19电力系统三相短路的分析计算343.3.2同级电压开式电力网的潮流计算潮流计算步骤：第一步：做出等值电路并计算参数第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率第

三步：根据首端电压和求得的前级功率，从前往后逐次计算后级电压为了提高精度，可以利用第一轮求得的电压，从后往前再次逐次计算前级功率，然后…2023/7/19电力系统三相短路的分析计算35第一步：做出等值电路并计算参数开式电力网及其等值电路3.3.2同级电压开式电力网的潮

流计算2023/7/19电力系统三相短路的分析计算363.3.2同级电压开式电力网的潮流计算第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率2023/7/19电力系统三相短路的分析计算373.3.2同级电压开式电力网的潮流计算第三步：根据首端电压，从前往后逐次计算后级电压2023/7/

19电力系统三相短路的分析计算38最大电压损耗的计算电力网等值电路3.3.2同级电压开式电力网的潮流计算具有分支线的开式网络2023/7/19电力系统三相短路的分析计算39例3-1额定电压为110kV双回输电线路,长度为80km,采用LGJ-150导线，其单位长

度参数为：r1=0.21Ω/km,x1=0.416Ω/km,b1=2.74×10-6S/km。变电所中装有两台三相110kV/11kV的变压器,每台的容量为15MVA,其参数为：△P0=40.5kW,△PS=128kW,VS%=10

.5,I0%=3.5。负荷功率：SLDb=30+j12MVA,SLDc=20+j15MVA,母线A的实际运行电压为117kV。当变压器取主抽头时，求母线c的电压。3.3.3两级电压的开式电力网（习题）双回输电线路接线图2

023/7/19电力系统三相短路的分析计算40第一步：作出等值电路并计算参数3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算41第一步：作出等值电路并计算参数3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力

系统三相短路的分析计算42第一步：作出等值电路并计算参数3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算43第一步：作出等值电路并计算参数3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算44第二步：

利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算45第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率3.3.3两级电压的开式电力网（习题）

2023/7/19电力系统三相短路的分析计算46第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算47第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力

系统三相短路的分析计算48电压损耗及电压偏移：3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算49例3-210kV配电网，已知各节点负荷功率及线路参数，试求电压和功率分布。10kV配电网结构图3.3.4配电网的潮流计算（习题）2

023/7/19电力系统三相短路的分析计算50第一步：作出等值电路并计算参数3.3.3两级电压的开式电力网（习题）等值电路2023/7/19电力系统三相短路的分析计算51第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率3.3.3两级电

压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算52第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算53第二步：利用额定电压，从后往前逐次计算前级功率3.3.3

两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算54第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算55第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压3.3.3

两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算56第三步：利用已知功率，从前往后逐次计算后级电压3.3.3两级电压的开式电力网（习题）2023/7/19电力系统三相短路的分析计算57电压损耗及电压偏移：3.3.3两级电压的开式电

力网（习题）13131313==0.3844kV%=100%3.844%NVVVVVVV−−=最大电压损耗：33100%1.156%NNVVV−=节点电压偏移:2023/7/19电力系统三相短路的分析计算5

8额定频率工频50Hz：220V→中国、俄罗斯、泰国、巴基斯坦等230V→法国、德国、西班牙、荷兰、意大利、印度、新加坡等240V→英国、澳大利亚、马来西亚等工频60Hz：110V/220V→中国台湾、巴西、巴拿

马等120V→美国、加拿大、委内瑞拉等220V→韩国…问题的提出正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算594.1.2电力系统频率与有功平衡的关系频率改变的根源—有功功率不平衡2023/7/19电

力系统三相短路的分析计算604.1.4有功功率平衡及备用容量备用容量—按性质分类负荷备用(2%-5%)PM事故备用(5%-10%)PM检修备用(4%-5%)PM国民经济备用(3%-5%)PM只有拥有适当备用

容量，讨论有功分配和频率调整才有意义2023/7/19电力系统三相短路的分析计算614.1.4有功功率平衡及备用容量备用容量—按状态分类热备用(不易过大）负荷备用、事故备用冷备用检修备用、国民经济备用只有拥有适当备用容量，讨论有

功分配和频率调整才有意义2023/7/19电力系统三相短路的分析计算62公式（采用有名值时）00000011==1100=(MW/Hz)(MW/H==z)%GDGDDDGDGDDDnnGiDGiDiiGiGGGNGiNGiNDNGiDNNNiNiDiPPKKffPPffKKKKP

PffKKKKPPPPKKfffPPKfK===−==−=−++−−++=−−发电机：，负荷：单台机组：一次调频：，二次调频：多台机组：一次调频：，二次调频：，2023/7/19电

力系统三相短路的分析计算63例4-4设系统中各类发电机组的台数、容量和它们的调差系数分别为水轮机组G1100MW×5台=500MW，δ%=2.5G275MW×5台=375MW，δ%=2.75汽轮机组G310

0MW×6台=600MW，δ%=3.5G450MW×20台=1000MW，δ%=4.0较小容量汽轮机合计G51000MW，δ%=4.0系统额定频率为50Hz，总负荷为3000MW，负荷响应系数KD*=1.5。试计算以下情况下，系统总负荷增加到3300MW时，系统频率变化

情况和各机组增加的功率。(1)全部机组参加一次调频；(2)仅水轮机组参加一次调频。4.3.2频率的二次调整(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算644.3.2频率的二次调整(习题)2023/7

/19电力系统三相短路的分析计算654.3.2频率的二次调整(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算66习题4-7：某电力系统有4台额定功率为100MW的发电机，每台发电机的调速器的调差系数δ

%=4，额定频率为50Hz，系统总负荷PD=320MW，负荷的频率调节效应系数KD=0。在额定频率运行时，若系统增加负荷60MW，试计算下列两种情况下系统频率的变化值。（1）4台机组原来平均承担负荷。（2）原来3台机组满载，1台带20MW负荷。说明两种情况下频率变化不同的原因。4-

8：系统条件仍如题4-7，但负荷的调节效应系数KD=20MW/Hz，试作上题同样的计算，并比较分析计算结果。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算67例4-8某火电厂三台机组并联运行，各机组的燃料消耗特性及功率约束条件如下：F1=4+0.3PG1

+0.0007P2G1t/h，100MW≤PG1≤200MWF2=3+0.32PG2+0.0004P2G2t/h，120MW≤PG1≤250MWF3=3.5+0.3PG3+0.00045P2G3t/h，150MW≤PG1≤300MW试确定当

总负荷分别为400MW、700MW和600MW时，发电厂间功率的经济分配（不计网损的影响），且计算总负荷为600MW时经济分配比平均分担节约多少煤？4.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题)2023/7/19

电力系统三相短路的分析计算684.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算694.5.4多个发电厂间的负荷经济分配(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算

705.1.2电力系统允许的电压偏移333333333333()()LDLDPRQXPPRXVVVQQVQQ+++−==+无功补偿无功损耗无功损耗→感性无功损耗→导致电压跌落。无功补偿→依赖无功电源→发出感性无功可以提高系统电压

，吸收感性无功可以降低系统电压。概念梳理2023/7/19电力系统三相短路的分析计算71无功损耗负荷的无功损耗输电线路的无功损耗变压器的无功损耗5.2.1无功负荷和无功功率损耗如何应对负荷、输电线路以及变压器的无功损耗？→无功电源的无功补偿2023/7/19电力

系统三相短路的分析计算725.2.2无功功率电源无功电源同步发电机同步调相机静电电容器静止无功补偿器无功补偿装置静止无功发生器2023/7/19电力系统三相短路的分析计算73在实际运行或规划设计中由于缺乏必要数据而无法确定中枢点电压控制范围时，依据电力网中负荷分布远近及负荷变化程度，

对中枢点电压调整方式提出原则性要求，以确定一个大致范围：5.3.3中枢点电压调整的方式调压方式逆调压常调压顺调压2023/7/19电力系统三相短路的分析计算745.4.1电压调整的基本原理调节发电机励磁电流以改变发电机端电压VG；

改变变压器的变比k1、k2；改变功率分布P+jQ(主要是Q)，减小电压损耗△V；改变网络参数R+jX(主要是X)，减小电压损耗△V。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算755.4.3改变变压器变比调压1.降压变压器分接头的选择2023/7/19电力系统三

相短路的分析计算765.4.3改变变压器变比调压1.降压变压器分接头的选择找出相应接头并验证降压变顺调压2023/7/19电力系统三相短路的分析计算77例5-2某变电所由阻抗为4.32+j10.5Ω的35kV线路供电。变电所负荷集中在变压器10kV母线B点

。最大负荷8+j5MVA，最小负荷4+j3MVA，线路送端母线A的电压在最大负荷与最小负荷时均为36kV，要求变电所10kV母线上的电压在最小负荷与最大负荷时电压偏移不超过±5%，试选择变压器分接头。变压器阻抗折算到高压侧为0.69+j7.

84Ω，变比为35±2×2.5%/10.5。等值电路图5.4.3改变变压器变比调压(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算785.4.3改变变压器变比调压(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算795.4.

3改变变压器变比调压(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算805.4.3改变变压器变比调压2.升压变压器分接头的选择2023/7/19电力系统三相短路的分析计算815.4.3改变变压器变比调压2.升压变压器分

接头的选择找出相应接头并验证发电机逆调压2023/7/19电力系统三相短路的分析计算82例5-3一升压变压器，其归算到高压侧的参数、负荷、分接头范围如图所示，最大负荷时高压母线电压为120kV，最小负荷时高压母线电压为114kV，发电机电压调节范围为6~6.6kV，试选择变压器分接头

。等值电路图5.4.3改变变压器变比调压(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算835.4.3改变变压器变比调压(习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算845.4.3改变变压器变比调压(

习题)2023/7/19电力系统三相短路的分析计算85习题6-1为什么要进行派克变换？其实质是什么？6-2同步发电机稳态运行时的电势方程、等值电路及相量图的形式如何？6-4算一算，加深对Park变换的理解。6-6画一画，算一算，加深对等值电路及相量图的理解2023/7/19电力

系统三相短路的分析计算86电力系统在运行中常常会发生故障简单故障、复杂故障短路故障、断线故障问题的提出ƒZZ'ZZ'ZZ'发电机用电设备2023/7/19电力系统三相短路的分析计算877.1.1短路的类型83%f(1)单相接地短路8%f(1,

1)两相接地短路5%f(2)两相短路4%f(3)三相短路发生概率代表符号示意图短路种类三相短路故障发生的概率小，但后果最为严重，对系统的安全稳定运行影响最大。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算887.1.4计算短路电流的目的

在发电厂、变电所及整个电力系统的设计、运行中均以短路计算结果作为依据。选择电气设备（断路器、互感器、母线、电缆等）的依据继电保护的配置和整定的基础。比较和选择发电厂和电力系统电气主接线方案的依据。2023/7/19电力系统三相短路的分析计算89小结恒定电势源电路三相短路

电流表达式1≤kim≤2短路发生在发电机母线时：kim=1.9（最严重）短路发生在发电厂高压母线侧时：kim=1.85短路发生在其它地方时：kim=1.82023/7/19电力系统三相短路的分析计算907-11系统接线如题7-11图

所示，已知各元件参数如下。发电机G-1：60MVA,X"d=0.14,E"=1；变压器T：30MVA,VS%=8；线路L：20km,x=0.38Ω/km。试求f点三相短路时的起始次暂态电流、冲击电流、短路电流最大有

效值和短路功率的有名值。（SB=60MVA，kim=1.8）习题2023/7/19电力系统三相短路的分析计算91各级平均额定电压规定为：3.15、6.3、10.5、15.75、37、115、230、345、525kV（电抗器除外）习题2023/7/19电力系统

三相短路的分析计算92计算基准值下电抗标幺值习题2023/7/19电力系统三相短路的分析计算93计算起始次暂态电流、短路冲击电流等习题