尹克宁电力工程电子教案

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1、电力工程电力工程普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教国家级规划教材材尹克宁尹克宁 编著编著电力工程电力工程电力工程电力工程前言前言 本课件是为了配合普通高等教育“十一五” 国家级规划教材电力工程的教学需要而制作的。本课件采用powerpoint软件。 为了更好地与教材内容相协调，本课件中所使用的章节号，公式、图及表的编号均与原书一致，特此说明。 本课件由顺特电气有限公司肖勋，程小凤等协助制作，笔者谨在此表示最深切的谢意。 笔者 2009年4月 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第一章电力系统概述第一章电力系统概述1 14343第二章电力

2、网及其稳态分析第二章电力网及其稳态分析4444236236第三章发电厂和变电所的一次系统第三章发电厂和变电所的一次系统237237349349第四章电力系统短路第四章电力系统短路350350471471第五章电力系统稳定第五章电力系统稳定472472509509第六章发电厂和变电所的二次系统第六章发电厂和变电所的二次系统510510601601第七章远距离输电第七章远距离输电602602666666目录目录“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第一节第一节 电力工业在国民经济中的地位和我国电力工业的发展电力工业在国民经济中的地位和我国电力工业的发展 电力工

3、业是国民经济的重要部门之一。它承担着把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能，它既为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供必不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力又是工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。 第一章第一章 电力系统概述电力系统概述“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在电力工业发展的初期，发电厂都建设在用户附近，规模很小，而且是孤立运行的。随着生产的发展和科学技术的进步，用户的用电量和发电厂的容量都在不断增大。由于电能生产是一种能量形态的转换，发电厂宜于建设在动力资源

4、所在地，而蕴藏动力资源的地区与电能用户之间又往往隔有一定距离。例如，水能资源集中在河流落差较大的偏僻地区，热能资源则集中在盛产煤、石油、天然气的矿区；而大城市、大工业中心等用电部门则由于原材料供应、产品协作配套、运输、销售、农副产品供应等原因以及各种地理、历史条件的限制，往往与动力资源所在地相距较远，为此就必须建设升压变电所和架设高压输电线路以实现电能的远距离输送。而当电能输送到负荷中心后，又必须经过降压变电所降压，再经过配电线路，才能向各类用户供电。 一、电力系统的形成和优越性一、电力系统的形成和优越性 （一）电力系统的形成（一）电力系统的形成第二节第二节 电力系统的组成和特点电力系统的组成

5、和特点“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 随着生产的发展和用电量的增加，发电厂的数目也不断增加。这样一来，一个个发电厂再保持孤立运行的状态就没有什么好处了。当一个个地理上分散在各处、原来孤立运行的发电厂通过输电线路、变电所等相互连接形成一个“电”的整体以供给用户用电时，就逐步形成了现代的电力系统。换句话说，电力系统就是由发电厂、变电所、输配电线路直到用户等在电气上相互连接的一个整体. 它包括了从发电、输电、配电直到用电这样一个全过程。另外，还把由输配电线路以及由它所联系起来的各类变电所总称为电力网络（简称电力网），所以，电力系统也可以看作是由各类发电厂

6、和电力网以及用户所组成的。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）系统联系的优越性与存在问题（二）系统联系的优越性与存在问题 1减少系统中的总装机容量 2合理利用动力资源，充分发挥水力发电厂的作用 3提高供电的可靠性 4提高运行的经济性 5系统增强所带来的问题：事故波及“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、电力系统的特点以及对电力系统的要求二、电力系统的特点以及对电力系统的要求 （一）电力系统的特点（一）电力系统的特点 （1）电能不易

7、储藏。由于电能生产是一种能量形态的转换，从而要求生产与消费同时完成。电能难于储存，可以说是电能生产的最大特点。 （2）电能生产与国民经济各部门和人民生活有着极为密切的关系。 （3）暂态过程十分短暂。由于电是以光速传播的，所以运行情况发生变化所引起的电磁方面和机电方面的暂态过程都是十分迅速的。 （4）电力系统的地区性特点较强。 （二）对电力系统的要求（二）对电力系统的要求 （1）最大限度地满足用户的用电需要，为国民经济的各个部门提供充足的电力。 （2）保证供电的可靠性。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）保证电能的良好质量。 （4）保证电力系统运行

8、的经济性。 把把上上述述各各点点归归纳纳起起来来可可知知：保保证证对对用用户户不不间间断断地地供供给给充充足足、优优质质而而又又价价廉的廉的电电能，能，这这就是就是电电力系力系统统的基本任的基本任务务。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 一次能源，可以说与粮食和水一样，是人类赖以生存以及支撑现代社会文明的主要物质基础之一。从原始社会起，人类就是通过消耗能量而生活，并进行各种社会活动的，目前世界上可以利用的一次能源资源主要为化石能源（煤、石油、天然气）、可再生能源（水能、风能、太阳能等）以及核能源等，电能主要通过这些一次性能源转换而生产出来。能源形态与电

9、能生产的相互关系，可简略地用下图1-2表示。 一、一次能源与电力生产一、一次能源与电力生产 第三节第三节 发电厂的类型及其生产过程简介发电厂的类型及其生产过程简介“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 由于地球上的一次能源资源的储存量是有限的，如不注意节约与合理使用，必有一天人类将面临能源枯竭的危险。因此，在21世纪中，对节约能源与开发新能源特别是对可再生能源利用的研究，将是人类社会的可持续发展所面临的一项重大的课题。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 火力发电厂是以煤、石油、天然气等作为燃料，燃料燃烧时化学能被

10、转换为热能，再借助汽轮机等热力机械将热能转换为机械能，并由汽轮机带动发电机将机械能变为电能。据统计，全世界发电厂的总装机容量中，火力发电厂占了70%以上。迄今，我国的发电厂总装机容量中，火电厂占75%以上。 二、火力发电厂二、火力发电厂 一般火力发电厂多采用凝汽式汽轮发电机组，故又称为凝汽式发电厂“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图1-3凝汽式发电厂生产过程示意图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 水力发电厂是利用河流所蕴藏的水能资源来发电，水能资源是最干净、价廉的可再生能源。 三、水力发电厂三、水力发电厂 水

11、力发电厂可能的发电出力（容量）的大小决定于上下游的水位差（简称水头）和流量的大小。因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水库以调节河川流量。 水力发电厂的生产过程较简单（以坝后式水电厂图1-4为例进行介绍） ，故它所需的运行维护人员较少，且易于实现全盘自动化。再加之水力发电厂不消耗燃料，所以它的电能成本要比火力发电厂低得多。此外，水力发电机组的效率较高、承受变动负荷的性能较好，故在系统中的运行方式较为灵活；水力发电机组起动迅速，在事故时能有力地发挥其后备作用。 水力发电厂的另一个优点是不像火力发电厂、核能发电厂那样存在环境污染问题。水能

12、资源是属于可再生利用的清洁能源，这种发电方式对节能减排有利。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图1-4 坝后式水电厂示意图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 核能发电的基本原理是：核燃料在反应堆内发生可控核裂变，即所谓链式反应，释放出大量热能，由冷却剂（水或气体）带出，在蒸汽发生器中将水加热为蒸汽，然后同一般火力发电厂一样，用蒸汽推动汽轮机，再带动发电机发电。冷却剂在把热量传给水后，又被泵打回反应堆里去吸热，这样反复使用就可以不断地把核裂变释放的热能引导出来。 四、核能发电厂四、核能发电厂 核能发电厂与火力发

13、电厂在构成上的最主要区别是，前者用核蒸汽发电系统（核反应堆、蒸汽发生器、泵和管道等）来代替后者的蒸汽锅炉。所以核能发电厂中的反应堆又被称为原子锅炉。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 根据核反应堆的形式不同，核能发电厂可分为几种类型。图1-6为目前使用较广的轻水堆型（包括沸水堆和压水堆）核能发电厂的生产过程示意图。 （a）沸水堆型反应堆； （b）压水堆型反应堆 图1-6 轻水堆型核能发电厂生产过程示意图 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 核能发电厂的主要优点之一是可以大量节省煤、石油等燃料。例如，1 kg的铀

14、裂变所产生的热量，相当于2700 t标准煤燃烧产生的热量。具体而言，一座容量为50万kW的火力发电厂每年至少要烧掉150万t煤，而同容量的核能发电厂每年只要消耗600 kg铀燃料就够了，从而可避免大量的燃料运输。 核能发电厂的另一个特点是燃烧时不需要空气助燃，所以核能发电厂可以建设在地下、山洞里、水下或空气稀薄的高原地区。此外，从发电厂的建设投资和发电成本来看，核能发电厂的造价虽较火力发电厂的要高，但发电成本比火力发电厂的要低30%50%，它的规模愈大，单位千瓦投资费用下降愈多。另外，核能发电厂适宜于担任电力系统的基本负荷，这样可以保证运行时的效率最高。 核能发电厂的另一个主要优点是较之一般燃

15、煤电厂而言，它的CO2等温室气体的排放量要低得多，从而对节能减排有利。目前也有一种提法是“核电是清洁能源”。 核能发电厂的主要问题是对放射性泄漏污染的担心。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在我国，核能发电厂的建设起步较晚。迄今，在全世界的总发电容量中，核能发电厂占了约16%，而我国核电仅占1.6%， 据规划，到2020年中国的核电装机容量将达到4000万kW，约占当时全国装机容量的4%。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一般而言，可再生利用的能源主要是指水能、风能和太阳能。 五、可再生能源发电与分布式发

16、电五、可再生能源发电与分布式发电 在可再生能源中，以风力发电最受重视。风力发电有离网型和并网型两种类型。并网型的风电场可以得到大电力网的补偿和支撑，可以更充分地开发可利用的风能资源，这是近几年来国内外风力发电发展的主要方向。 （一）风力发电（一）风力发电 并网型的风力发电系统又可以分为恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两种。 图1-7 恒速恒频风力发电系统的基本结构“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 变速恒频风力发电系统的发展主要依赖于大容量电力电子技术的成果，从结构和运行方面可分为直接驱动的同步发电机系统和双馈感应发电机系统。 图1-8直接驱

17、动的同步发电机系统图1-9双馈感应发电机系统 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 利用太阳能的转换方式有光热转换、光电转换以及光化学转换三种。（二）太阳能发电（二）太阳能发电 太阳能电池是利用半导体PN结的光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件。单个太阳能电池不能作为电源使用，而要用若干片电池组成的电池阵进行发电。图1-10离网太阳能光伏发电系统 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图111并网屋顶太阳能光伏发电系统示意图 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 最后再谈一下分

18、布式发电。它是指风力、太阳能、潮汐、地热、植物秸秆发电，垃圾发电和磁流体发电等。这种发电方式一般都容量不大，具有各自的运行特点且并不都与系统相连，它可以分散于各处，其中多数属于上述的可再生利用的清洁能源。尽管分布式发电的技术尚不成熟，容量也有限，但是作为一种替代能源，它还是很有潜力的。为了解决长远的能源资源紧缺问题，世界上许多国家都出台了一些支持分布式发电的政策，我国也不例外，今后对它的发展还是非常值得关注的。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 电压质量对各类用电设备的安全经济运行都有直接的影响。图1-12表示照明负荷的电压特性。从图上可以看出，对照

19、明负荷来说，白炽灯对电压的变化是敏感的。当电压降低时，白炽灯的发光效率和光通量都急剧下降；当电压上升时，白炽灯的寿命将大为缩短。例如，电压较额定值降低10%，则光通量减少30%；电压额定值上升10%，则寿命缩减一半。 一、电压一、电压 第四节第四节 电能的质量指标电能的质量指标通常衡量电能质量的主要指标是电压、频率和波形。 图1-12照明负荷（白炽灯）的电压特性 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图1-13输出功率一定时异步电动机的定子电流、功率因数和效率随电压而变化的特性 对电力系统的负荷中大量使用的异步电动机而言，它的运行特性对电压的变化也是较敏感

20、的。当输出额定功率并保持不变时，异步电动机的定子电流、效率因数和功率随电压而变化的特性如图1-13所示。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 频率的偏差同样将严重影响电力用户的正常工作。对电动机来说，频率降低将使其转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的寿命；反之，频率增高将使电动机的转速上升，增加功率消耗，并使经济性降低。特别是某些对转速要求较严格的工业部门（如纺织、造纸等），频率的偏差将大大影响产品质量，甚至产生废品。另外，频率偏差对发电厂（尤其是火力发电厂）本身将造成更为严重的影响。 二、频率二、频率 此外，频率的变化还将影响到电子信息设备以及

21、计算机、自控装置等电子设备的准确工作等。 目前世界上除美国外的绝大多数国家规定的额定频率为50 Hz（美国为60 Hz），而各国对频率变化的容许偏差的规定不一，有的国家规定为不超过0.5 Hz，也有一些国家规定为不超过（0.20.1）Hz的。我国的技术标准规定电力系统的额定频率为50 Hz，而频率变化的容许偏差为（0.50.2）Hz。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 通常，要求电力系统给用户供电的电压及电流的波形应为标准的正弦波。 三、波形三、波形 供电电压（电流）的波形不是标准的正弦波时，必然包含着各种高次谐波成分，这些谐波成分的出现将大大影响电

22、动机的效率和正常运行，还可使系统因容抗、感抗等参数的改变而产生高次谐波共振以及增大元件的谐波损耗而危及设备的安全运行。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、一、电电力系力系统统的接的接线线方式方式第五节第五节 电力系统的接线方式和电压等级电力系统的接线方式和电压等级 （一）系统发展的基本结构形式（一）系统发展的基本结构形式 （1）大城市型。 图1-14以大城市为中心的环形主干电力系统 （2）远距离型。 图1-15远距离型输电系统 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）电力网络的接线（二）电力网络的接线 （1

23、）无备用电力网接线 （2）有备用电力网接线 （a）单回线路放射式（b）单回线路干线式（c）单回线路链式 （a）双回线路放射式（b）双回线路干线式（c）双回线路链式（d）环网（e）两端供电式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、电力系统的额定电压等级二、电力系统的额定电压等级 电力系统中的电机、电器和用电设备都规定有额定电压，只有在额定电压下运行时，其技术经济性能才最好，也才能保证安全可靠运行。 我国所制定的电压在1000 V以上电气设备的国家标准所规定的额定电压如下表1-1所示。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力

24、工程对表1-1进行分析，可以发现下列特点:（1）发电机的额定电压较用电设备的额定电压高出5%。 （2）变压器的一次绕组是接受电能的，可以看成是用电设备，其额定电压与用电设备的额定电压相等，而直接与发电机相连接的升压变压器的一次绕组额定电压应与发电机额定电压相配合。 （3）变压器的二次绕组相当于一个供电电源，从表1-1可以看出，它的额定电压要比用电设备的额定电压高出10%。但在3、6、10 kV电压时，如为短路阻抗小于75%的配电变压器，则二次绕组的额定电压仅高出用电设备额定电压的5%。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图1-18电力网各部分电压分布示

25、意图 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、电压等级的选择三、电压等级的选择 在输送距离和传输功率的一定条件下，如果所选用的额定电压愈高，则线路上的电流愈小，相应线路上的功率损耗、电能损耗和电压损耗也就愈小。并且可以采用较小截面的导线以节约有色金属。但是电压等级愈高，线路的绝缘愈要加强，杆塔的几何尺寸也要随导线之间的距离和导线对地之间的距离的增加而增大。这样线路的投资和杆塔等的材料消耗就要增加。同样线路两端的升压、降压变电所的变压器以及断路器等设备的投资也要随着电压的增高而增大。因此，采用过高的额定电压并不一定恰当。一般来说，传输功率愈大、或输送距离愈

26、远，选择较高的电压等级就比较有利。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 根据以往的设计和运行经验，我国电力网额定电压、输送距离和传输功率之间的大致关系如下表1-2所示。此表可供选择电力网额定电压时的参考。 表1-2 电力网的额定电压、传输功率与输送距离的大致关系（供参考） 目前，我国超高压交流远距离输电电压为330、500、750kV（其中330kV及750kV仅在我国西北地区使用），即将有1000kV的特高压线路投入运行。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、负荷与负荷特性一、负荷与负荷特性 第六节第六节

27、电力系统的负荷和负荷曲线电力系统的负荷和负荷曲线 （一）负荷 通常把用户的用电设备所取用的功率统称之为负荷（以往又称负载）。 另外，把用户所消耗的总用电负荷再加上网络中线路和变压器所损耗的功率就得出系统中各个发电厂所应供给的功率，称其为系统的供电负荷。供电负荷再加上发电厂本身所消耗的功率（发电厂的自用电）就是系统中各个发电厂所应发出的总功率。 （二）负荷的分类 （1）按物理性能分类。 （2）按电力生产和销售过程分类。 （3）按突然中断供电对用户所造成的损失分类 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）负荷特性（三）负荷特性 负荷特性是指负荷功率随负荷端

28、电压或系统的频率变化而变化的规律，又有静态特性与动态特性之分。 （a）静态电压特性 （b）静态频率特性“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、电力系统的日负荷曲线及其用途二、电力系统的日负荷曲线及其用途 图1-20电力系统的典型日有功负荷曲线 图1-21电力系统的典型日无功负荷曲线 负荷曲线除了用来表示负荷功率随时间变化的规律外，还可用来计算用户所消费的电能的大小。在某一时间t内用户所消耗的电能A为该时间内用户的有功功率P和时间t的乘积。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图1-22电力系统日负荷曲线分配 负荷曲线

29、对电力系统的运行十分有用，电力系统的计划生产主要是建立在预测的负荷曲线的基础之上的。通常，为了事先安排电力系统中各个电厂的生产（即要求各个电厂在某个时刻应开几台机组、发多少电等），必须事前由电力系统调度中心（指挥和协调电力系统中各个发电厂生产的一个部门）制定出电力系统每天的预测负荷曲线。这种负荷曲线常绘制成阶梯形，如图1-22所示。 因此，在一昼夜内用户所消费总电能为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、电力系统的年负荷曲线和年最大负荷利用小时数三、电力系统的年负荷曲线和年最大负荷利用小时数 图1-23年最大负荷曲线 在电力系统的运行和设计中，还要知道

30、一年之内负荷的变化规律，最常用的是年最大负荷曲线如图1-23所示。 在电力系统的分析计算中常常用到年负荷持续曲线，如图1-24所示。 图1-24年负荷持续曲线 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如果把用户全年所消耗的电能与一年内的最大负荷相比，所得到的时间称为年最大负荷利用小时数Tmax，则有 从式（1-7）可以看出，Tmax的物理意义为：若用户始终保持最大负荷Pmax运行，在经过Tmax小时后所消耗的电能恰好等于其全年实际消耗的总电能。 年最大负荷利用小时数的大小在一定程度上反应了实际负荷在一年内的变化程度。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规

31、划教材电力工程电力工程电力工程电力工程表1-3各类用户的年最大负荷利用小时数Tmax 根据电力系统长期实测资料积累，对于各类用户的年最大负荷利用小时数Tmax值大体在一定范围内，如表1-3所示 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第一节电力线路的结构第一节电力线路的结构 电力线路可分为架空线路与电缆线路两大类。架空线路将线路导线架设在杆塔上，它敷设于屋外并露置于大气中，如图2-1所示；电缆线路则一般埋于地下，图2-2为敷设于地下电缆廊道内的电缆。4绝缘子图2-1 架空线路1避雷线； 2导线； 3杆塔；第二章第二章 电力网及其稳态分析电力网及其稳态分析“十

32、一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 架空线路主要由导线、避雷线（架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等部件所组成（见图2-1），它们的作用分别是：（1）导线传导电流、输送电能；（2）避雷线将雷电流引入大地，以保护线路免受雷击；（3）绝缘子将不同带电体之间及其与接地杆塔之间保持良好的绝缘；（4）金具连接导线，或将导线固定在绝缘子上以及将绝缘子固定在杆塔上，也可作连接绝缘子或保护绝缘子和导线等用；一、架空线路的结构一、架空线路的结构（5） 杆塔支持导线和避雷线，并使导线之间、导线和杆塔以及大地间保持一定的距离。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力

33、工程电力工程电力工程 架空线路的导线和避雷线都在露天环境下工作，要承受自重、风力、覆冰等机械力的作用，同时还要受到温度变化的影响。因此，对导线材料除了要求有良好的导电性能外，还要求有相当高的机械强度与抗化学腐蚀能力。导线的材料主要是铝、铜、钢等，目前主要采用铝线；个别情况下也有采用铝合金线的。 架空线路导线的结构形式主要有单股线、多股绞线、钢芯铝绞线三种，其结构如图2-3所示。 （一）导线和避雷线（一）导线和避雷线 图2-2 敷设于地下电缆廊道内的电缆“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-3架空线路导线的结构形式（a）单股线（b）多股绞线（c）钢芯铝

34、绞线 由于它结合了铝和钢两者的优点，在某些方面它甚至较铜线的性能更为优越，可以说是架空线路导线的主要形式。 目前一般都采用钢芯铝绞线见图2-3（c）。这种绞线是将铝线绕在钢线的外层，由于集肤效应，电流主要从铝线部分通过，而导线的机械负荷则主要由钢线负担。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 根据所用材料的不同，架空线路的杆塔可分为木杆、铁塔和钢筋混凝土杆这三种类型。 1.直线杆塔 用于线路走向成直线处。图2-5所示为500kV架空线路的单回线路直线铁塔。 2.耐张杆塔 耐张杆塔又称为承力杆塔，它是每隔几个直线杆塔就设置的一种能承受较大拉力的杆塔。图2-7

35、所示为500kV耐张杆塔外观。（二）杆塔（二）杆塔“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-5 500 kV架空线路的单回线路直线铁塔图2-7 500 kV耐张杆塔外观“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 3.转角杆塔 这种杆塔装设在线路的转角处，在结构上必须考虑承受这种不平衡拉力的要求。 图2-9为500kV转角铁塔的外观。图2-9 500 kV转角铁塔外观4.终端杆塔 终端杆塔是设置在进入发电厂或变电所的线路末端的杆塔，由它来承受最后一个耐张档距中导线的拉力,如图2-10所示。图2-10 终端杆塔布置图“十一五

36、十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 5.特种杆塔 特种杆塔主要有跨越杆塔与换位杆塔两种。图2-11表示了三相导线在形杆塔上轮流换位的情况。（三）绝缘子（三）绝缘子图2-11 三相导线在形杆塔上轮流换位的情况 1.针式绝缘子。 它的外形如图2-12所示。图2-12 针式绝缘子的外形“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2.悬式绝缘子 这种绝缘子广泛用于电压为35 kV以上的线路,其外形如图2-13（a）所示。 悬式绝缘子通常都组装成绝缘子链来使用，如图2-13（b）所示每串绝缘子链的绝缘子数目与线路额定电压有关，如表2-1所

37、示。表表2-1 2-1 悬式绝缘子链的绝缘子最小用量表悬式绝缘子链的绝缘子最小用量表 用于耐张杆塔上的绝缘子数量要多一些。例如，在35110kV线路上要多一个，在220kV线路上要多用两个。 注注 额定电压3563110220330500每链绝缘子的最少个数2357131419222426“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3.瓷横担绝缘子 这种绝缘子是可以同时起到横担与绝缘子作用的一种绝缘子结构，其外形如图2-14所示。图2-13悬式绝缘子的外形（a）单个悬式绝缘子；（b）悬式绝缘子链1耳环；2绝缘子；3吊环；4线夹图2-14 瓷横担绝缘子外形“十一五

38、十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程4.复合绝缘子 关于绝缘子所用材料，以往最常用的是电瓷。自20世纪60年代起出现了由环氧树脂玻璃纤维芯棒和高分子聚合物伞盘、护套组成的复合绝缘子，如图2-15所示。复合绝缘子具有许多优点，如工艺简单、生产过程对环境污染小、质量小、体积小、运输安装方便，尤其是它具有优良的耐污闪性能，所以近年来复合绝缘子的应用日益增加。图2-15复合绝缘子结构简图1铁帽；2芯棒；3伞盘；4护套（四）金具（四）金具通常把架空线路所使用的金属部件总称为金具。（1）悬垂线夹 图2-17（a）所示为一种常见的悬垂线夹，它的使用已表示在图2-17（b）中。

39、 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-16 220 kV悬式复合绝缘子1上铁帽；2芯棒；3伞盘及护套；4粘接材料；5下铁帽图2-17 悬垂线夹和耐张线夹（a）悬垂线夹；（b）耐张线夹（a）（b）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）耐张线夹（3）接续金具 图2-17（b）所示为一种常见的耐张线夹。耐张线夹在线路上的具体应用情况则如图2-18所示。 这种金具主要用于导线或避雷线的两个终端的连接处，如图2-19所示的压接管、钳接管等。图2-18耐张线夹在线路上的具体应用情况 图2-19接续金具 （a）压接管；

40、 （b）钳接管“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4）连接金具（5）保护金具图2-20几种保护金具（a）护线条；（b）防振锤；（c）悬重锤“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、电缆线路的结构二、电缆线路的结构 在人口密度大与负荷密度高的大城市及其近郊区，由于受到环境、安全、景观等多方面的限制，大多采用埋设于地下的电缆配电线路。近年来我国的大城市的城网改造中这种趋势愈来愈明显。一般来说，电缆线路的造价较之架空线路要高，而且电压等级愈高，二者的差别也愈大，且电缆线路的检修也费事、费时。但由于电缆线路不需要在地面上架

41、设杆塔，占用土地面积少、美观、营造绿色的居住环境，且极少受到各种气象因素与外力的影响，因而供电可靠性高，对人身也较安全、更符合环保要求，等等。电缆的构造一般包括三部分：导体、绝缘层和包护层。电缆的导体一般采用铝或铜的单股或多股线，通常用多股线。（一）电缆的构造（一）电缆的构造“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 电缆绝缘层的材料有橡胶、沥青、聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（XLPE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丁烯、棉、麻、绸、纸、浸渍纸和矿物油、植物油等液体绝缘材料。电缆线路常用电缆的构造如图2-21所示。图2-21 常用电缆的构造（a）铝（铜）芯线绝缘铝（铅

42、）包钢带铠装电力电缆；（b）纸绝缘分相铝（铅）包裸钢带铠装电力电缆1导体；2相绝缘；3带绝缘；4铝（铅）包；5麻衬；6钢带铠装；7麻被；8填麻“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-23 XLPE电缆结构1导线；2导线屏蔽层；3XLPE绝缘层；4半导电层；5铜带；6填料；7扎紧布带；8PVC外护套图2-24 PVC电缆结构1导线；2PVC绝缘；3PVC内护套；4铠装层；5填料；6PVC外护套“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）电缆的附件（二）电缆的附件 电缆附件主要有连接头（盒）和终端头（盒），而充油电缆则

43、还有一整套供油系统。图2-25 环氧树脂连接头1铝（铅）包；2线芯绝缘；3环氧树脂；4压接管图2-26 环氧树脂户外终端头 1缆芯；2预制袖口套管； 3预制模盖；4预制底壳；5环氧树脂“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 输电线路的电气参数是指线路的电阻、电导、电感（电抗）和电容，通常，这些参数是均匀分布的。正确计算这些参数是线路电气计算的基础。单根导线单位长度的直流电阻计算为 式中 导线材料的电阻率， ；导线的截面积， 。一、电阻一、电阻（2-1）第二节第二节 输电线路的电气参数输电线路的电气参数“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力

44、工程电力工程电力工程 由于从产品目录或手册中所查得的通常都是20时的电阻值，当线路实际运行的温度不等于20时，应修正其电阻值，修正式为 式中 、 分别为 ，20时的电阻，/km。 电阻的温度系数。对于铝， =0.0036；对于铜， =0.00382。 二、电导二、电导 输电线路在输送功率的过程中，除了电流在线路电阻内产生有功功率损耗之外，在周围的绝缘介质中还将产生功率损耗。输电线路的电导即与后一部分功率损耗有关。（2-2）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 具体而言，架空线路的电导，或称为泄漏电导，它主要与沿绝缘子串及金具 的泄漏损耗以及电晕损耗有关，

45、严格说来它应理解为等值电导。 通常，泄漏损耗的值很小，往往可以略去不计，而线路的电晕损耗往往是决 定线路电导值的主要因素。 电晕是一种气体放电现象。电晕放电是当导线的表面电场强度达到并超过一定数值时，导线周围的空气分子被游离而产生的。产生电晕需要消耗功率与能量，这就形成了电晕损耗。电晕损耗的大小与导线表面电场强度值、导线的表面状态、气象条件、导线的布置方式等因素有关，而与线路的电流值无关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当已知架空线路单位长度的电晕损耗后，即可计算出线路单位度的等值电导g1来，其计算式为 g1= 10-3(S/km)（2-3） 式中

46、pg三相线路单位长度的电晕损耗功率，kW/km； U线路的线电压，kV。 为了减少电晕损耗，应设法降低导线表面电场强度值，当导线表面电场强度值低于产生电晕的临界电场强度值时就不致发生电晕。 对于超高压输电线路而言，单纯依靠增大导线截面来限制电晕的产生是不经济的。 实践证明，采用每相导体分裂几根子导体的分裂导线结构，可降低其表面电场强度，这是目前国内外超高压输电线路上广为采用的导线形式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-27 分裂导线结构示意图（a）n=2；（b）n=2；（c）n=3；（d）n=4；n每相导线分裂根数三、电抗三、电抗（一）两线输电线

47、路的电感（一）两线输电线路的电感 对于图2-29所示的往返两线输电线路，单位长度电感计算式为（2-4）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程单位长度导线的内部电感， ； 单位长度导线的外部电感， ；真空磁导率， ；导线的半径， ；式中两导线的几何轴线距离， 。如将0的值代入式（2-4）并适当化简后可得（2-5）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）三相输电线路的电感（二）三相输电线路的电感1. 三相导线按等边三角形布置时的电感 从物理概念出发，完全与上述往返两线输电线路的电感计算相等效。可以直接用式（2-5）来计

48、算电感，这时三相中每相导线的电感值均完全相同。图2-30 三角形布置的三相导线（a）等边三角形布置；（b）不等边三角形布置图2-29 往返两线输电线路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2.三相导线按不等边三角形布置时的电感 当三相导线按不等边三角形布置，如图2-30（b）所示。 若流过下列对称的三相交流时，有（2-6）于是，相应A相导线的电感值为（2-9）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程同理，可求得B相、C相的电感值分别为（2-10）（2-11）3.三相导线按水平布置时的电感 如图2-31所示，由于各相之间的

49、距离并不相等，故它的电感计算可认为是上述三相不等边三角形布置的一种特例，可取D12=D，D23=D，D31=2D，并代入式（2-9）式（2-11），即可得出三相导线水平布置的各相电感的计算公式为：“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-31三相导线按水平方式布置（2-12）（2-13）（2-14）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程4.三相导线完全换位时的电感 换位就是轮流改换三相导线在杆塔上的位置，如图232所示。当线路进行完全换位时，在一次整换位循环内，各相导线将轮流地占据A、B、C相的几何位置，因而在这个长

50、度范围内各相的电感（电抗）值就变得一样了。当线路经完全换位后，各相电感值就变得相等。图2-32三相输电线路的一次整换位循环“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式中 三相导线经完全换位后每相导线单位长度的电感；三相导线间的几何均距，对于水平布置方式，由于D12=D，D23=D，D31=2D，故有5.三相单回线路电抗的适用计算公式（2-16）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如将f=50 Hz，=2f=250=100代入式（2-16），并将自然对数换算为常用对数后即可得（2-17） 式（2-17）即为一般完全换位的

51、三相单回线路电抗的适用计算公式。在计算时须注意Djp与r应取相同的单位。 由于电抗值与几何均距、导线半径之间为对数关系，所以导线在杆塔上的布置方式及导线截面积的大小对线路电抗值影响不大。通常，架空线路的电抗值一般都在0.4/km左右，在近似计算时就可取这个值。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程6.分裂导线电抗的计算公式 如前所述，对于超高压输电线路，为了降低导线表面电场强度以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，目前广泛采用了分裂导线。 由于电流分布的改变所引起的周围电磁场的变化，使得分裂导线的电抗计算将不同于一般的导线。可以设想，如将每相导线分裂为若

52、干根子导体，并将它们均匀布置在半径为rD的圆周上见图2-33（d），则决定每相导线电抗的将不再是每根子导体的半径r，而是圆的半径rD，这样就等效地增大了导线半径，从而减低了导线的电抗。图2-33分裂导线（a）双分裂；（b）三分裂；（c）四分裂；（d）n分裂“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程分裂导线电抗的适用计算式为（2-22）式中 每相导线的分裂根数（即子导体数）；分裂导线的等值半径，m；三相导线的几何均距，m。分裂导线的等值半径 的一般计算式为（2-23）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式中 每根子导体的半

53、径； 各根子导体间的几何均距，它的一般计算式可根据电感计算的原理推导而得，由于较繁琐，这里从略。读者如有需要，可参阅有关书籍。 根据理论推导的结果，在实际使用时， 值可计算为 ( 2-24）表表2-2 2-2 不同布置方式时分裂导线的不同布置方式时分裂导线的值值“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程采用分裂导线可以显著降低输电线路单位长度的电抗。图2-34分裂导线的电抗x1值与分裂根数n的关系四、电容和电纳四、电容和电纳 通常，架空线路的相间和相对地之间都存在着电位差，而它们之间又依靠空气等绝缘介质隔开，因而相间和相对地之间必有一定的电容存在，相应地也有一

54、定的容性电纳存在。电容的大小与相间距离、导线截面、杆塔结构尺寸等因素有关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）两线输电线路的电容（一）两线输电线路的电容 对于图2-35所示一组分别带有电荷为 , , , 的平行导线，根据静电场的原理，它们在导线A、B间所引起的电位差UAB为式中 、 、 、 各平行导线单位长度所带的电荷，C/m； 、 、 、 各导线的计算半径，m； 、 、 、 各导线的间距，m； 介质的介电常数，真空的介电常数为 =8.8510-12F/m，而一般电介质的相对介电常数为 。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程

55、电力工程电力工程 式（2-25）将作为分析后面内容的重要基础。 下面研究图2-36所示往返两线输电线路的电容。已知导体A、B的半径为rA=rB=r，另外由于是往返两线输电线路，导体的电荷间存在着qA=-qB=q的关。根据式（2-25）可知，导线A、B间的电位差为（2-26）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程根据电容的定义可知（2-27） 将介电常数 的值代入式（2-27），再把自然对数换算成常用对数，并进行适当的单位换算后可得（2-28）图2-35一组带电的平行导线图2-36往返两线输电线路图2-37两线输电线路间的线间电容与对地电容“十一五十一五”国

56、家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 式（2-28）给出了往返两线输电线路的导体A、B之间的电容量，即线间电容量，但是作为电力网计算用的等值电容都是指线对地的电容。为此，人们常设想在两导线间正好有一个零电位点处于导线间的几何中心处，因此可以把线间电容CAB看成是两个导线对地电容（即对中点N的电容）CAN及CBN相串联（见图2-37）。故导线的对地电容为（2-29）根据式（2-28）、式（2-29）可得（2-30）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）三相（二）三相输电线输电线路的路的电电容和容和电纳电纳（1 1）三相）三相导线导

57、线按等按等边边三角形布置三角形布置时时当三相导线对称布置时每相导线的对地（中性点）电容为（2-35）式中 C1每千米线路的相对地电容,相应的容性电纳b1为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）三相导线不对称布置时 当三相导线采用如图2-40所示的不等边三角形布置或如图2-31所示的水平布置时，都属于不对称布置的情况，这时各相之间的距离一般不相等，即D12D23D31。对于不对称布置的三相线路，需要进行导线换位。经推导，每根导线的对地电容为（2-45）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程或 比较式（2-30）、式

58、（2-35）以及式（2-45）可知，对于两线输电线路、三相导线对称布置以及三相导线不对称布置这三种情况而言，其对地电容的计算公式在形式上是相同的，只是当三相导线不对称布置时，相间距离应取为导线间的几何均距而已，这与前述导线电感计算的情况相类似。 这时，相应的电纳计算式为（2-46）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）分裂（三）分裂导线导线的的电电容和容和电纳电纳 理论推导表明，采用分裂导线的线路仍可分别采用式（2-45）和式（2-46）来计算其电容与电纳，只是这时导线的半径应当用按式（2-23）所确定的等值半径rD来代替。其具体计算公式如下。1.

59、相对地电容式中 Djp三相导线的几何均距，m； rD分裂导线的等值半径，按式（2-23）计算，m。（2-47）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2.电纳（2-48） 一般来说，采用分裂导线的线路的每相电纳，在截面相同时，要比一般线路的每相电纳大，其增大的程度与分裂根数等有关。（四）大地（四）大地对对三相三相输电线输电线路路电电容的影响容的影响 上述计算电容的公式是在没有考虑大地影响的前提下得出的。但是，由于大地的存在将使输电线路导线的电场发生畸变，从而影响到输电线路的电容值。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程

60、首先看一看如图2-42所示由具有电荷q的单根导线与大地间所形成的电场。如果设想大地是一个无限大平面的完全导体，则大地表面可以看成是一个等位面。根据电磁场理论中的“镜像法”原理，可以设想有一根虚构的镜像导线位于地面以下，它距地面的距离就等于架空导线的离地高度H。如果将大地移去而将与架空导线上的电荷大小相等但符号相反的电荷q充于假想导体上，则在架空导线与假想导体之间的中间平面将形成一个等位面，这正是原来大地的位置，这时电力线分布情况将与大地存在时完全一致。这表明完全可以用镜像法来处理大地对导线电容的影响，现进一步推导于后。 设三相导线的布置如图2-43所示。导线A、B、C的电荷量分别为qA，qB，

61、qC，导线采用完全换位，并且在换位的第一个循环中分别占据1、2、3的位置。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-42大地对单根导线电场分布的影响（a）单根导线的对地电场；（b）导线的镜像图2-43利用镜像法来分析考虑“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程经推导，在考虑大地影响后，每相的对地电容为（2-55） 式中H1、H2、H3、H12、H23、H31各导线与镜像导线之间的距离，m，可参见图2-43。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 比较式（2-55）与式（2-45）可

62、知，大地的影响将使线路的电容增大。但由于一般架空线路距地面较高，以致H12、H23、H31与H1、H2、H3的值很接近，于是分母中的第二项可以忽略不计，这样一来，式（2-55）又变成了式（2-45）。换句话说，在一般情况下大地的影响可以不考虑。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、一、双绕组变压器的参数计算双绕组变压器的参数计算第三节第三节 电力网参数计算中变压器电力网参数计算中变压器参数的计算方法参数的计算方法 双绕组变压器常常可以用图2-44所示的简化等值电路来表示。 双绕组变压器的基本参数为：短路电阻Rk，短路电抗Xk，励磁电导Gm，励磁电纳Bm

63、。 要计算Rk，Xk，Gm，Bm这四个参数，往往只需要事先知道负载损耗Pk、空载损耗P0、短路阻抗Uk%、空载电流I0%这四个铭牌数据即可。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）短路电阻（一）短路电阻R Rk k具体计算式为（2-56）图2-44双绕组变压器的简化等值电路（a）简化等值电路；（b）近似等值电路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）短路电抗（二）短路电抗X Xk k 具体计算公式为（2-57）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三（三）励磁电导励磁电导

64、G Gm m （2-59）（四（四）励磁电纳励磁电纳B Bm m （2-60）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、三绕组变压器的参数计算二、三绕组变压器的参数计算（一）短路电阻（一）短路电阻R RK K图2-45三绕组变压器的等值电路 当三个绕组的容量均等于变压器的额定容量时，则各绕组的等值负载损耗为（2-61）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 然后再参照计算双绕组变压器短路电阻的公式（2-56），即可分别得出各个绕组归算到同一侧电压下的等值短路电阻值的计算公式为（2-62）“十一五十一五”国家级规划教材国

65、家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 应当指出：对于三个绕组中有一个绕组的容量不等于额定容量的三绕组变压器，例如，容量比为100/100/50的三绕组变压器，制造厂给出的短路损耗，往往是指在一对绕组中当容量较小的一侧（例如SN3=50%SN）达到其额定电流（即变压器额定容量的12）时的数值。这时，应当首先按式（2-63）把2、3绕组间和1、3绕组间的短路损耗值归算到变压器的额定容量下，即（2-63）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程( (二二) )短路电抗短路电抗X Xk k 各绕组的等值短路电压值为（2-64）“十一五十一五”国家级规划教材国

66、家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 再参照式（2-58），可得出归算到同一侧电压下的各个绕组的等值短路电抗的计算式为（2-65）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、自耦变压器的参数计算三、自耦变压器的参数计算 三绕组自耦变压器的参数计算就完全可以采用上面介绍的一般三绕组变压器的参数计算方法。但是，由于它的第三绕组的容量总是小于额定容量SN，因而存在一个容量归算的问题。图2-47三绕组自耦变压器原理接线图（a）三相接线；（b）单相电路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式中 P*k(2-3)、P*k(1

67、-3)以低压绕组额定容量S3N为基准的负载损耗值。 自耦变压器的电导、电纳计算与一般双绕组变压器完全相同。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、短距离输电线路一、短距离输电线路 第四节第四节 输电线路的等值电路输电线路的等值电路 通常对于长度不超过50 km、电压在35 kV及以下的架空线路都可以作为短距离输电线路（见图2-48）来处理，电容的影响可以不考虑，电阻和电感也可以作为集中参数来处理。 图2-48短距离输电线路（a）等值电路；（b）相量图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程根据等值电路和相量图，可知则

68、U1的模值为或电流关系为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程送端功率受端功率“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、中距离输电线路二、中距离输电线路 当输电线路的长度在50 km以上但不超过300 km时（电压等级一般为110220 kV），输电线路仍可按集中参数处理，并可忽略电导影响，但电容影响已不可忽略。 对于这种中距离输电线路通常采用的等值电路有两种：一种为形等值电路，如图2-49所示；另一种为T形等值电路，如图2-50所示。图2-49形等值电路图2-50T形等值电路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教

69、材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）（一）形等值电路的计算形等值电路的计算受端视在功率送端的电流送端的输入功率“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程形等值电路的计算公式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）（二） T T形等值电路的计算形等值电路的计算线路中央处电压为线路的充电电流为因此，T形等值电路的计算式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、远距离输电线路（长线）三、远距离输电线路（长线）（一）长线的基本方程式（一）长线的基本方程式 通常，对于距离在300 k

70、m以上的超高压线路，必须按照符合线路实际参数分布情况的分布参数等值电路来进行计算。分布参数的等值电路如图2-53所示。图中的r1，x1，g1，b1，分别表示线路单位长度的电阻、电抗、电导和电纳。图2-53 分布参数的等值电路（长线等值电路）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式中 Zc线路的波阻抗（又称特性阻抗），当不计线路电阻和电导时， 线路的传播常数，1/km当不计线路的电阻和电导时， （2-95）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 应当指出，式（2-95）即为表示沿线路的电压、电流分布的关系式，式中的Zc与

71、为表示电压、电流分布特征的常数，通常还可用公式 来表示。该式中的实部可理解为支配电压与电流大小的衰减常数，虚部则为支配电压和电流之间的相位角的相位常数。 当x为线路全长l时，从式（2-95）可以得到线路首端和末端的电压、电流的关系式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程或（三）长线的修正（三）长线的修正形等值电路形等值电路 为了使形等值电路能代替分布参数的等值电路，必须使二者的网络参数A、B、C、D值相等“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程联立解上述各式后可得（2-102）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教

72、材电力工程电力工程电力工程电力工程中kz、ky称为修正系数（2-103）（2-104）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第五节第五节 电力网电压计算电力网电压计算 一、电压降落的计算一、电压降落的计算（2-108）图2-57 集中参数输电线路的 等值电路和相量图（a）计算用等值电路；（b）相量图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 通常把这个相量差 称为电压降落。它实质上就是电流在线路阻抗上的压降，相量图中的三角形abc就是一个阻抗压降三角形，ac边为总的电压降落，ab边为电阻压降（或压降的有功分量），bc边为电

73、抗压降（或压降的无功分量）。以线电压表示的电压降落纵分量的计算式为式中U2末端的线电压。（2-112）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-114）或绝对值为（2-115）二、电压损耗与电压偏移二、电压损耗与电压偏移所谓电压损耗，就是指输电线路首端和末端电压的绝对值之差。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-120）（2-121）电压损耗是由两部分所组成，即（2-122）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 式（2-122）中的第一部分与有功功率和电阻有关，第二部分与

74、无功功率和电抗有关，但这些因素对电压损耗值的影响程度归根到底与电力网特性有关。一般说来，在超高压电力网中，因输电线路的导线截面较大，XR，所以QX项对电压损耗值影响较大，亦即无功功率Q的数值对电压影响较大；反之，在电压不太高的地区性电力网中，由于电阻R的值相对较大，这时PR项的影响将不可忽视。所谓电压偏移是指网络的实际电压与额定电压的数值之差,常用百分值表示首端电压偏移(%)末端电压偏移(%)（2-123）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、系统的无功电源、无功负荷和无功平衡一、系统的无功电源、无功负荷和无功平衡（一）系统的无功电源（一）系统的无功电

75、源1. 同步发电机 发电机的额定有功功率PN，额定无功功率QN，额定视在功率SN以及额定功率因数cosN之间有如下的关系（2-134）（2-135）第六节第六节 电力系统的无功平衡和电压调节电力系统的无功平衡和电压调节“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2. 同步补偿机（调相机） 它是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过励磁、欠励磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的励磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，它可以直接装设在用户附近就近供应无功功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于它是旋转电机，故有

76、功功率损耗较大。3. 电力电容器 电力电容器只能从系统吸取容性的无功功率，它最适合补偿系统的感性无功负载。它一般单台容量不大，多成组使用，因而其容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，具有较大的灵活性。电容器的无功功率与所在节点的电压平方成正比，即“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-136）4. 静止补偿器 静止补偿器是20世纪60年代起发展起来的一种新型可控的静止无功补偿装置，它简称为SVC。其特点是：利用晶闸管电力电子元件所组成的电子开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样它的性能完全可以做到和同步补偿机一样，既可发出感性无功，又可发出容性

77、无功，并能依靠自身装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态电压闪变等均能起着较大的作用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1） FC-TCR型静止补偿器（2）TSC-TCR型静止补偿器图2-62 FC-TCR型静止补偿器的原理接线图图2-63 TSC-TCR型静止补偿器的原理接线图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3） 饱和电抗器型静止补偿器 可控饱和电抗器型中的饱和电抗器工作在饱和区，对应的等值电抗随饱和程度的加深而减少，它所吸收的无功因QL=U2

78、/XL关系而增加。其接线方式如图2-64所示。饱和电抗器特性、滤波电容器特性以及综合伏安特性如图2-65所示。由综合伏安特性可见，当系统电压增加时，饱和电抗器电流将迅速增加，从而起到调节作用。 自饱和电抗器实质上是一种大容量的磁饱和稳压器，不需要外加控制调节设备。自饱和电抗器具有如下特性：电压低于额定电压时，铁心不饱和，呈现很大的感抗值，基本上不消耗无功功率，整个装置由并联的固定电容器组C发出无功功率，使母线电压回升；当电压达到或略超过额定电压时，铁心急剧饱和，回路感抗急剧降低，从外界大量吸收无功功率，使母线电压降低；在额定电压附近，电抗器吸收的无功功率将随电压波动而灵敏地变化，从而达到稳定电

79、压的目的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-64可控饱和电抗器型静止补偿装置“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-65 可控饱和电抗器型静 止补偿装置的伏安特性图2-66 自饱和电抗器型静止补偿器上述五种类型的SVC装置综合技术经济比较，如表2-7所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程表2-7 五种SVC装置的技术经济比较“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）系统的无功负荷和无功损耗（二）系统的无功负荷和无功损耗1.

80、 系统的无功负荷 系统的无功负荷主要是指以滞后的功率因数运行的用电设备所吸收的感性无功功率，其中主要是异步电动机，特别是当异步电动机轻载时，所吸收的无功功率较多。2. 系统的无功损耗（1）输电线路的无功损耗 另外，输电线路上还有电纳，电纳中的容性功率又称为线路的充电功率，其大小与线路电压的平方成正比。对超高压输电线路而言，这部分容性充电功率的数值常常是较大的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）变压器的无功损耗 由于从发电厂到用户中间要经过多级变压，所以虽然每台变压器的无功损耗一般只占每台变压器容量的百分之几，但多级变压器的无功损耗的总和就很可观了

81、。（三）系统的无功平衡（三）系统的无功平衡 所谓系统的无功平衡，就是指在运行的每一时刻，系统中各无功电源所发出的总无功功率要与系统的无功负荷及无功功率损耗相平衡。同时，为了运行可靠及适应系统的发展，还要求有一定的无功备用容量，具体可用公式表示为（2-137）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如果QB0，则表示系统的无功功率不仅可以平衡，还适当留有备用。反之，如QB0，则表示系统无功功率不足，需要增设无功补偿装置。 如前所述，要保持节点的电压水平就必须维持无功平衡，因而保持充足的无功电源是维持电压质量的关键。由于负荷的综合功率因数一般在0.60.9之间

82、，多数在0.70.8之间，加之线路无功损耗约为总无功负荷的25%，变压器的总无功损耗最多可达总无功负荷的75%。因而，需要由系统中各类无功电源所供给的无功负荷最多可达系统总无功负荷的两倍左右，而从数量级上看甚至与有功负荷的两倍相接近。因此，维持系统无功平衡就并非是轻而易举的事。实践表明，绝大多数电力系统必须采取专门的无功功率补偿措施，才能达到维持电压水平的目的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、电力系统的调压措施二、电力系统的调压措施（一）改变发电机的端电压来进行调压（一）改变发电机的端电压来进行调压（二）改变变压器的分接头或采用专门的调压变压器来

83、调压（二）改变变压器的分接头或采用专门的调压变压器来调压 通常，改换变压器分接头的方式有两种：一种是在停电的情况下改换分接头，称为无励磁调压（以往称为“无载调压”）。 另一种调压方式称为有载调压，它可以在不停电的情况下去改换变压器的分接头，从而使调压变得很方便。有载调压变压器的关键部件是有载调压的分接开关。一般的变压器只要配用有载分接开关后，就可以作成有载调压变压器。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）改变电力网无功功率分布调压（三）改变电力网无功功率分布调压 上述的调节发电机端电压或调节变压器分接头的调压方式，只有在电力系统无功电源充足的条件下才

84、是行之有效的。反之，当系统无功电源不足时，为了防止发电机因输出过多的无功功率而严重过负荷，往往不得不降低整个电力系统的电压水平，以减少无功功率的消耗量，这时如采用调节变压器分接头等方法尽管可以局部地提高系统中某些点的电压水平，但这样做的结果反而增加了无功功率的损耗，迫使发电机不得不进一步降压运行，以限制系统中总的无功功率消耗，从而导致整个系统的电压水平更为低落，形成了电压水平低落和无功功率供应不足的恶性循环，甚至导致电压崩溃。因此，当电力系统的无功电源不足时，就必须在适当的地点装设新的无功电源对所缺的无功进行补偿，只有这样才能实现调压的目的，别无其他选择。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规

85、划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 一般来说，在负荷点适当地装设并联无功补偿装置，可以减少线路上传输的无功功率，使无功得以就地供给，从而降低了线路上的功率损耗和电压损耗，相应提高了负荷点的电压水平。图2-69 依靠无功补偿装置来调节电压“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（四）改变输电线路的参数进行调压（四）改变输电线路的参数进行调压 从电压损耗的计算公式可知，改变输电线路电阻R和电抗X，都可以达到改变电压损耗的目的。但是由于减小电阻将增加导线材料的消耗，加之QX/U这一项对电压损耗的影响更大，所以目前一般都着眼于减低电抗X以降低电压损耗。图2-70

86、 串联电容补偿原理 减少线路电抗的一种有力的措施是采用串联电容补偿，它的原理可示意如图2-70所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程利用式（2-147）求出所需串联的电容器的电抗值为（2-147）相应的电容器组的容量为（2-148）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如将串联电容补偿与图2-69所示的并联电容补偿在调压特性方面加以比较，可以得出下列的结论。 (1)当负荷的功率因数很高，即线路上所传输的无功功率很小时，串联电容补偿在调压方面不起多大作用。 (2)串联电容补偿不能使流过线路电流减少，反之，由于总电

87、抗减少还将增大短路电流，因此，当线路的导线受到热容量的限制时，则应当采用并联补偿方式。 (3)串联电容补偿由于响应时间很短，对减轻由于冲击负荷(如铁道交通、电炉等）所引起的电压急剧波动（闪变）最有效。 (4)当线路的电抗值相对较大时，串联电容补偿调压的效果特别显著。此外，对长距离线路，采用串联电容补偿对提高系统稳定性也很有好处(详后)。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（6）串联电容补偿的容抗中所补偿的电压，与通过其中的线路电流成正比。当线路电流增大时，线路上的感抗压降增大，与此同时，电容器上的容性电压升高也相应增大，二者恰好互相补偿。因此，串联电容补

88、偿有自行按需要而调整线路末端电压的优点，这是其他调压方式所难以做到的。（7）当线路发生短路时，短路电流将流经串联电容器，并在电容器上引起危险的过电压，为此需要设置专门的过电压保护装置。 (5)从降低线路的功率损耗来看，由于并联电容补偿能做到就近供应无功功率，故效果较显著，而串联补偿方式则由于没有改变线路所输送的无功功率，所以它对降低线路损耗的作用不大“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程五、电压调节与频率调节的比较五、电压调节与频率调节的比较 （1）对连成一体的电力系统，不管系统中有多少机组，不管在系统的任何地点，根据同步电机原理，系统的频率都是相同的，因

89、而无论在系统的任何地方调节有功功率，均可达到调频的目的。但是，系统中各处的电压却是不相同的，在某一个地点调节其无功功率，将只对附近的电压造成影响。这就是所谓统一性（指频率）与局部性（指电压）的关系。 （2）无功电源基本上不消耗一次能源，无论投资与运行费都较有功电源要低得多，而有功电源却正好相反。所以，在考虑有功电源的配置与有功负荷的分配时，节能与经济性的因素就较无功电源要更为突出。 （3）从数量级来看，容许的频率偏差较之容许的电压偏差要严格得多。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4） 就无功平衡来言，白天与晚上所遇到的问题是大不相同的。例如，在白天无

90、功负荷最大时，最关心的问题是采用哪种无功分配方式可以使线路损耗减到最小；反之，当深夜无功负荷最小时，如何吸收过剩的无功就成了最关心的事。因而，从数学上看，最优的无功分配比最优的有功分配还要复杂得多。可以认为，最优的无功功率分配的标准应当是：负荷最大时为线路损耗最小；负荷最小时为如何最有效地吸收过剩的无功。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、概述一、概述电力系统频率的变化，主要是由有功负荷变化引起的。根据负荷的变化进行电力系统的频率调整，分为一次、二次、三次调整三种。二、电力系统的有功功率平衡二、电力系统的有功功率平衡 电力系统运行中，在任何时刻，系统

91、中所有发电厂发出的有功功率总和，都必须和系统的总有功负荷相平衡，该总负荷应包括系统所有用户所消耗的总有功功率、所有发电厂的自用电中的有功功率以及所有网络（线路和变压器）中所损耗的总有功功率，此外还必须具有一定的备用容量，可用公式表示为第七节第七节 电力系统的有功平衡及频率调节电力系统的有功平衡及频率调节“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-149）关于系统的备用容量，一般有下列几种。（1）负荷备用容量（即调频备用容量） 由于水力发电厂应变能力较强，能迅速地适应负荷的变动，且运行效率高，故一般由水力发电厂担负系统的负荷备用容量较好。（2）事故备用容量

92、在规划设计时，系统的事故备用容量，一般取为系统最大负荷的10%，并且不小于系统中最大一台机组的容量。（3）检修备用容量“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、电力系统的频率特性三、电力系统的频率特性（一）电力系统负荷的有功功率（一）电力系统负荷的有功功率频率静态特性频率静态特性 当电力系统稳态运行时，系统中负荷的有功功率随频率变化的特性称为负荷的有功功率频率静态特性。根据电力系统负荷的有功功率与频率的关系可将负荷分为以下几种：与频率变化无关的负荷，如照明、电炉、整流负荷等；与频率的一次方成正比的负荷，如机床、往复式水泵、压缩机、球磨机等；与频率的二次方成

93、正比的负荷，如变压器中的涡流损耗；与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、循环水泵等离心式机械；与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头很高的给水泵等。因此，系统综合负荷的有功功率频率静态特性用数学式可表示为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-150） 式（2-150）表明，当电力系统频率降低时，电力系统负荷的有功功率也将随之降低（在这点上，与前述电压降低时无功负荷也随之降低相类似）。图2-71 电力系统负荷的有功功率频率静态特性“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）发电机组的有功功率（二）发电机组的有功功率

94、频率静态特性频率静态特性 发电机的频率调整是由原动机的调速系统来实现的，当系统有功功率平衡遭到破坏、引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加或减少发电机的出力。 原动机调速系统有很多类型，下面介绍广为应用的离心飞摆式机械调速系统，其原理示意如图2-72所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-72 离心飞摆式机械调速系统原理示意图1飞摆；2弹簧；3错油门；4油动机；5调频器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、电力系统的频率调整四、电力系统的频率调整 在电力系统中，各发电厂机

95、组所带负荷的多少，是系统调度人员按系统的经济运行方式等而事先编制决定的。当系统的频率因系统负荷的变化而变化时，一般发电厂不得采用随意增减负荷来调频，因为这样做不仅不能使系统迅速平稳地恢复到额定频率，反而破坏了系统的经济运行。因此，调整频率的问题，必须与发电厂间或发电厂中发电机组间有功功率的合理分布以及全系统的经济运行同时考虑。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 为了避免在频率调整过程中出现过调或频率长时间不能稳定的现象，频率的调整工作须在各发电厂进行分工，实行分级调整，即将所有发电厂分为主调频厂、辅助调频厂和非调频厂三类。主调频厂是负责全系统的频率调整

96、工作，一般由一个发电厂担任。辅助调频厂是当系统频率超过了某一规定的偏移范围后才参加频率的调整工作，一般由少数几个发电厂共同担任。非调频厂是指电力系统在正常运行的情况下均按所规定的负荷曲线运行，不参加调频工作。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当电力网运行时，在线路和变压器内将产生功率损耗和电能损耗。通常电力网的损耗是由两部分所组成的：一部分是与传输功率有关的损耗，它产生在输电线路和变压器的串联阻抗内，传输功率愈大则损耗愈大；另一部分损耗则仅与电压有关，这一部分损耗产生在输电线路和变压器的并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等。在总损耗中

97、前一部分损耗所占比重较大。据统计，电力系统的有功功率损耗最多可达总发电容量的20%30%，再者，为供给这部分功率损耗及电能损耗，系统中的火力发电厂还必须多发电，从而使向大气中排放的二氧化碳等温室效应气体增加，这样对环境保护也造成不利影响。 当通过输电线路和变压器输送无功功率时，也将要引起有功功率损耗以及相应的电能损耗。第八节第八节 电力网的功率损耗和电能损耗电力网的功率损耗和电能损耗“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、功率损耗的计算一、功率损耗的计算（一）有功功率损耗的计算（一）有功功率损耗的计算1. 线路上的有功功率损耗计算2. 变压器的有功功率损

98、耗的计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-157）对三绕组变压器或三绕组自耦变压器，其有功功率损耗的计算式为（2-158） 假定有n台容量和其他参数均相等的变压器并列运行，如其中每台的额定容量为SN、总负荷为S，则其总损耗为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-160）（二）无功功率损耗的计算（二）无功功率损耗的计算1. 线路无功功率损耗计算（2-161）（2-162）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2. 变压器的无功功率损耗计算（2-163）对三绕组变压器或

99、三绕组自耦变压器则应为（2-164）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如果有n台容量和其他参数都相同的变压器并列运行，且总负荷为S时，则总无功损耗为二、电能损耗的计算二、电能损耗的计算 由于电力系统的实际负荷是随时都在改变的，其变化规律一般具有较大的随机性，对于随时间t而变化的负荷在线路电阻R中的电能损耗，应当用下列积分式来表示为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-168）下面主要介绍按“最大负荷损耗时间”来进行电能损耗计算的具体方法。图2-76 I=f(t)及I2=f(t)的年负荷电流持续曲线“十一五十

100、一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程根据第一章中年最大负荷利用小时数Tmax的概念可知（2-169）同样，根据等面积的原则可以有（见图2-76）（2-171）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程故最大负荷损耗时间的定义为（2-172）（2-173）变压器的年电能损耗，当电压为额定值时，可计算（推导从略）为（2-174）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 计算电能损耗的关键在于算出值。计算值的最基本方法严格说来应当根据年负荷曲线来进行，但这样做很复杂，特别是在系统规划设计阶段尚无准确的

101、年负荷曲线时，更难以求出值来，因此需要寻求其他的更加简便的方法。 由于年最大负荷利用小时数Tmax和最大负荷损耗时间都是按年负荷曲线确定的，它们之间必然有一定的联系。如果针对性质不同的负荷，根据相应的一系列典型的年负荷曲线按上述方法求出它们的Tmax和对应的值，再作成如图2-77所示Tmax关系曲线，则使用起来就很方便。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-77 Tmax关系曲线“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、降低电力网中功率损耗和电能损耗的措施三、降低电力网中功率损耗和电能损耗的措施( (一一) )降

102、低电机、变压器的损耗标准，推广高效电机与节能变压器降低电机、变压器的损耗标准，推广高效电机与节能变压器（二）改变电力网的功率分布，提高负荷的功率因数（二）改变电力网的功率分布，提高负荷的功率因数（1）合理地选择异步电动机的容量以提高用户的功率因数（2）采用并联无功功率补偿装置以提高供电线路的功率因数图2-79 靠并联无功补偿装置来降低线路的功率损耗“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）提高电力网的运行电压水平（三）提高电力网的运行电压水平（四）实现变压器的经济运行（四）实现变压器的经济运行 首先，应当合理选择变压器的台数与容量，以保持变压器在合理的负

103、荷率下，得以维持高效率运行。 其次，要合理选定并列运行变压器的台数，以使其总功率损耗为最小。（五）实现整个系统的有功、无功经济分配（五）实现整个系统的有功、无功经济分配图2-80 变压器总功率损耗随负荷变化的曲线“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、概述一、概述 电力系统的潮流计算是为了弄清楚在给定的运行条件和系统接线下，系统各部分的运行状态。如各母线上的电压（幅值及相位角）、各元件中通过的功率的大小以及功率损耗等。 潮流计算本身从电路计算的观点出发，实质上是求解复杂电气网络的计算过程。由于现代系统中往往发电机、变压器台数很多，不同电压等级的输配电线路

104、多，且网络接线也日趋复杂，所以要对这样的电气网络进行潮流计算就是一项较为复杂的任务。第九节第九节 电力系统潮流分布计算电力系统潮流分布计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、单侧电源的开式电力网的潮流分布计算二、单侧电源的开式电力网的潮流分布计算 单侧电源的开式电力网系统图如图2-81所示，可以认为是最简单的一种电力网。图2-81单侧电源的开式电力网及其等值电路（a）系统图；（b）等值电路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对这种开式网络潮流计算的主要任务在于确定线路首端和末端的功率、电压这四个最基本的参数，

105、只要这四个参数一旦确定，则各处的功率和电压分布也就相应确定了。为了确定这四个参数，工程上常需要先给定两个参数，再去求解其余的两个参数。 第一类是给定同一点的功率和电压，例如给出首端（发电厂）送出的功率及其母线电压，求取末端实际送给用户的功率及降压变电所低压侧的母线电压。或者，反过来已知末端的负荷功率及降压变电所低压侧的母线电压的条件下求取首端的功率和电压。第二类是给定不同点的电压和功率，去求另外两个未知量。 由于给出的不是同一点的功率和电压，所以这类计算就比较麻烦，不可能直接计算出电压损耗和功率损耗值，只能采用“迭代法”或“逐步逼近法”之类的方法去求解。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划

106、教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、两端供电网络与闭式电力网络的潮流计算三、两端供电网络与闭式电力网络的潮流计算 计算开式网络时，由于开式网络的功率方向是确定的，所以其功率分布比较容易计算，而闭式网络的功率方向和量值都待确定，要精确求出其功率分布比较困难。因此，一般实用计算中都采用近似计算方法。其做法是：先忽略线路上的功率损耗，认为网络各点的电压都等于额定电压，在此条件下计算出网络各段线路的功率方向和量值，从而找出功率分点，然后把闭式网络在功率分点处拆开，变成两个开式网络，并按开式网络进行计算，进而计算出闭式网络的功率分布和各点电压。在进行上述计算时，经常要用到电路计算中的重叠原理。“十一

107、五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 图2-83 重叠原理的应用（a）等值电路；（b）等值电路一；（c）等值电路二“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、复杂电力系统的计算机潮流计算方法简介四、复杂电力系统的计算机潮流计算方法简介 对于复杂电力系统的潮流计算，只有依靠计算机进行数值计算才有可能。 而用计算机计算电力系统潮流，首先是建立电力网的数学模型，即拟订等值网络，建立网络方程；其次是寻找并确定一种适合于计算机计算的求解网络方程的方法；最后是根据确定的计算方法编制计算程序上机计算。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规

108、划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）电力网功率方程（一）电力网功率方程1.节点方程（2-194）2. 基本网络方程 式（2-191）所示的三节点系统的节点方程可以推广到有n个节点的系统，此时方程改为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-195）（2-195）还可用矩阵形式表示成（2-197）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3. 导纳矩阵 由式（2-197）看出，有n个节点的电力系统导纳矩阵是一个n阶矩阵，矩阵中主对角线上的元素Yii具有两个相同的下标，称为节点i的自导纳，也称输入导纳，物理概念上它相

109、当于在等值网络的第i个节点与地之间加上单位电压，而将其余节点全部接地时由节点i流入网络的电流，可用数学式表示为 实质上自导纳Yii就是在ji的各节点全接地时，i节点的所有对地导纳之和。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 导纳矩阵中的非对角线元素Yij称为互导纳，它的物理意义是在节点j施加单位电压，其他节点全部接地时，经节点i注入网络的电流。 电力系统中许多节点之间有线路连接，但也有许多节点之间无线路连接，因而Yij很多情况下为零，故导纳矩阵中有很多元素的值为零，这样的矩阵称为稀疏矩阵。4. 功率方程 如前所述，常规潮流计算的目的是在已知电力网参数和各节

110、点注入量的条件下，求解各节点电压和支路的功率。在实际工程中，节点注入量不是电流，而是节点功率，因此节点电压方程要修改为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-200） 式(2-200)为电压的非线性隐函数，无法直接求解，必须通过一定的算法求近似解。为了避免复杂的复数运算，可以采用将式（2-200）展开成以下两种实数形式的方程组。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1） 直角坐标形式（2-201）（2）极坐标形式（2-202）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）节点分

111、类（二）节点分类 从上述功率方程式（2-201）、式（2-202）可知，有n个节点的系统有功及无功功率的方程的总数为2n个。每个节点都有四个变量。以直角坐标表示的方程，这四个变量是ei、fi、Pi、Qi；对于用极坐标形式表示的方程，四个变量是Ui、i、Pi及Qi。全系统总的变量数为4n个，由于功率方程只有2n个，只能求解2n个变量，其余2n个量必须已知才能求解功率方程。潮流计算中究竟哪2n个变量是待求量，哪2n个变量是必须事先给定，需通过对系统中的母线进行分析方能确定。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程1. PQ节点 此类节点注入的有功功率Pi和无功功

112、率Qi是已知的，而节点的电压数值和相位角Ui、i是待求量。2. PV节点 这类节点的特点是注入的有功功率Pi已经给定，同时又规定了母线电压的数值，而无功功率和电压的相位角i则根据系统运行情况而确定。3. 平衡节点 平衡节点是根据潮流计算的需要人为确定的一个节点。在潮流计算未得出结果之前，网络中的功率损耗不能确定，因而电力网中至少有一个含有电源的节点的功率不能确定，这个节点最后要担当功率平衡的任务，故称为平衡节点。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）用数值计算方法求解非线性方程组以实现潮流计算（三）用数值计算方法求解非线性方程组以实现潮流计算 在上述

113、功率方程组中含有电压的平方项以及电压相位角的三角函数项，因而这样的功率方程组是非线性方程组，所以，要实现复杂的电力系统的潮流计算就必须求解这样一组非线性方程组。目前，根据数值计算方法，必须将非线性方程组线性化后，用迭代的方法去求近似解。1. 用牛顿拉夫逊法求解一元非线性方程组的基本过程 为便于理解，将牛顿拉夫逊法用几何图形进一步解释，其图解如图2-89所示。图中的曲线表示非线性函数y=f(x)的轨迹，它与y=y0的交点就是方程f(x)=y0的解，随意选取初值x(0)，过该点作y=y0的垂线，该垂线与曲线的交点就是f(x(0)，在该交点作曲线的切线，切线与y=y0的交点就是第一次迭代得到的近似解

114、x(1)。继续这样的作图就能逼近到真实解。由此可见，牛顿拉夫逊法就是用切线逐渐找寻真实解的方法，故牛顿拉夫逊法又称为切线法。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-89 牛顿拉夫逊法图解2. 复杂系统潮流计算的大致步骤复杂系统潮流计算大致步骤如下（基于上述的牛顿拉夫逊法）：（1）形成导纳矩阵；（2）设置各节点电压的初始值；（3）将初始值代入功率方程求解各节点功率和电压的偏移量；（4）依靠牛顿拉夫逊法对功率方程式反复迭代求解以计算出节点电压和功率的偏移量，直到结果收敛为止；（5）计算出各线路中的功率分布及平衡节点的功率并最后打印出计算结果。“十一五十一五

115、”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、选择导线截面时的技术条件一、选择导线截面时的技术条件（一）导线截面的选择应避免正常运行时发生电晕（一）导线截面的选择应避免正常运行时发生电晕表表2-11 2-11 按电晕条件所规定的导线最小外径按电晕条件所规定的导线最小外径第十节第十节 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）导线的截面应保证一定的机械强度（二）导线的截面应保证一定的机械强度 对不同等级的线路按机械强度条件所要求的导线的最小截面如表2-12所示。比较表2-11及表2-12可以看

116、出，只有对63kV及以下的架空线路，当采用铝线时才需要按机械强度条件加以检算。这是由于对于110 kV或更高电压的线路，为了避免电晕现象，要求采用50 mm2以上截面的导线，都远大于表2-12中所要求的截面。而对63kV以下的架空线路，当采用钢芯铝绞线时，由于有足够的机械过载能力，所以选择截面时实际上也可以不考虑这个条件。表表2-12 2-12 按机械强度要求允许的导线最小截面积（按机械强度要求允许的导线最小截面积（mmmm2 2）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）导线长期通过的电流应满足热稳定的要求（三）导线长期通过的电流应满足热稳定的要求 导

117、线上的电能损耗转换为热能是促使导线温度升高的主要原因。当损耗的热能与向周围发散的热能相等时，温升就达到稳定值。损耗的热能大致与电流的平方成正比，而向周围发散的热能则大致与温升成正比，因而，通过的电流愈大则稳定温升愈高。在一定的容许温度下，导线容许通过的电流值对各类导线是各不相同的。通常根据理论分析计算和试验的结果制作出一些表格，在实用时只要直接查表即可。（四）导线截面的选择应使输电线路的电压损耗在容许范围之内（四）导线截面的选择应使输电线路的电压损耗在容许范围之内“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、选择导线截面时的经济条件二、选择导线截面时的经济条件

118、 按经济条件选择导线截面时，必须综合考虑投资与年运行费这两个方面的因素。从全局出发，应当通过技术经济分析计算找出一个在满足技术要求的前提下在一定使用期限内综合费用最小的导线截面来。 为了保证所选择的导线截面在经济上最合理，导线上通过的电流与导线截面的比值应为一个常数，这个常数通常称为经济电流密度，一般用J来表示。 经济电流密度从原则上来说，应按一定期限内综合费用最小的原则通过技术经济计算来确定。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 我国多年来沿用的经济电流密度如表2-13所示，只要知道了经济电流密度和最大负荷电流值，就很容易求出导线截面来，实用的计算公式

119、为（2-211）表表2-13 2-13 经济电流密度值（供参考）经济电流密度值（供参考） 单位：单位：A/mm2A/mm2“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、导线截面选择的实用方法三、导线截面选择的实用方法（1）区域电力网 首先应按经济电流密度选择导线截面，其次根据电压等级按电晕条件来校核，再按线路最严重的运行方式来校核热稳定条件。（2）地方电力网这种电力网中的导线截面应按电压损耗条件来选择。（3）低压配电力网 这种电力网中导线截面主要是按容许发热所决定的载流能力来选取的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程

120、电力系统的中性点接地方式是一个涉及供电的可靠性、短路电流的大小、人身和设备的安全、过电压的大小、绝缘水平、继电保护与自动装置的配置、电磁环境兼容、通信干扰以及系统稳定等许多方面的一项综合性的技术经济问题。 电力系统的中性点接地方式有：不接地（中性点绝缘）；中性点经消弧线圈接地；中性点直接接地；中性点经电阻或电抗接地等。目前国际上把中性点不接地或经高阻抗接地（如经消弧线圈接地）的系统称为非有效接地系统，而把中性点直接接地或经小电阻接地的系统则称为有效接地系统。第十一节第十一节 电力系统的中性点接地方式电力系统的中性点接地方式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力

121、工程一、中性点不接地（绝缘）的电力网一、中性点不接地（绝缘）的电力网（一）正常运行时中性点不接地电力网的中性点位移（一）正常运行时中性点不接地电力网的中性点位移 对于中性点不接地的三相电力网，当三相电压对称，且各相的对地电容又相等时，其中性点电位为零。因此，从正常传输电能的观点来看，中性点接地与否对运行并无任何影响。图2-90 中性点不接地电力网的正常工作状态（a）接线图；（b）相量图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 可是，当中性点不接地系统的各相对地导纳（主要是容性电纳）大小不相等时，即使在正常运行状态下，中性点的对地电位也不再是零。通常，把这种情

122、况称为“中性点位移”，即中性点对地的电位发生了偏移。 可得出中性点对地电位的计算式为（2-213）或（2-214）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-216）（2-217）如仅计算的绝对值，则有（2-218）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-91为有中性点位移时的相量图（二）中性点不接地电力网的单相接地（二）中性点不接地电力网的单相接地 图2-93表示当C相在d点发生金属性接地时的情况。接地后故障点处C相的电压变为零，即UdC=0。（2-219）图2-91 中性点位移时的相量图“十一五十一五”国家级规

123、划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-221）图2-93 中性点不接地电力网的单相接地（a）接线图；（b）相量图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 这时AC相之间的电压等于 ， BC相之间的电压等于 ， 而AB相之间的电压则等于 ， 即相当于原有的线电压三角形ABC平移到了ABC的位置。三个线电压仍保持对称和大小不变,两个非故障相A和B的对地电压却升高了 倍。 同时，由于A、B两相对地电压升高了 倍，该相对地的电容电流也相应增大了 倍，由于C相接地，其对地电容被短接，所以C相的对地电容电流变为零。但是经过C相接地点流进地中的电容电流

124、(即接地电流)不再是零，而是（2-222）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-223）（2-224）其绝对值为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在中性点不接地的电力网中，单相接地电流IC等于正常时相对地电容电流的三倍。 接地电流IC的大小与网络的电压、频率和相对地电容C的大小有关，而电容C的大小则与电力网的结构（电缆线或架空线）、布置方式、长度等有关。 值得注意的是，单相接地时所产生的接地电流将在故障处形成电弧。这种电弧可能是稳定的或间歇性的。当接地电流不大时，则电流经过零值时电弧将自行熄灭。如果接地电流

125、较大（30 A以上），则将产生稳定的电弧，形成持续性的电弧接地。当电弧持续燃烧时，故障相的对地电压可看作零。 当接地电流大于5 A而小于30 A时，有可能产生一种不稳定的间歇性电弧。这是由于网络中的电感和电容所形成的振荡回路所致，随着间歇性电弧的产生将出现一种电弧过电压，其幅值可达（2.53）Uph，足以危及整个网络的绝缘。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）中性点不接地电力网的适用范围（三）中性点不接地电力网的适用范围 综上所述可知：在中性点不接地电力网中，当发生单相接地故障时，线电压仍保持对称不变，因而对用户供电并无影响，这是这种电力网的主要优

126、点。但是，必须在较短时间（23 h）内迅速发现并消除故障，以免发展成为多相短路接地。目前在我国中性点不接地电力网的适用范围为：（1）电压低于500 V的装置（380/220 V的照明装置除外）。（2）36 kV电力网，当单相接地电流小于30 A时；10 kV电力网，当单相接地电流小于20 A时。（3）3560 kV电力网中，单相接地电流小于10 A时。如不满足上述条件，通常将中性点直接接地或经消弧线圈或小电阻接地。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、中性点经消弧线圈接地的电力网二、中性点经消弧线圈接地的电力网（一）概述（一）概述 消弧线圈是一个具有铁

127、心的可调电感线圈，它装设于变压器或发电机的中性点。当发生单相接地故障时，可形成一个与接地电流的大小接近相等但方向相反的电感电流，这个电流与电容电流相互补偿，使接地处的电流变得很小或趋近于零，从而消除了接地处的电弧以及由它所产生的一切危害。 图2-94表示当中性点经消弧线圈接地的电力网中发生单相接地时的电流路径和相量图。当发生单相（如在图2-94中的C相）接地时，中性点电压 将变为 。这时消弧线圈处于装置的相电压下，如忽略线圈电阻，则有一感性电流（滞后于 90）流过线圈，其数值等于“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如图2-94（b）所示，当C相接地时，

128、健全相A和B的电压将升高到线电压，而A相和B相的接地电容电流 和 将分别超前 和 90。从相量图上还可以看出， 和 所组成的总电容电流 将超前 90。这样一来，电感电流IL与电容电流IC正好相位相反，而且IL也必然流经故障点，从而实现了对单相接地时所产生的电容电流的补偿。随着接地电流的减小，电弧将自行熄灭，故障随即消失。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）消弧线圈的补偿度与容量的选择（二）消弧线圈的补偿度与容量的选择单相接地时的电容电流为如使 ,即 ,可以有 ，于是（2-225） 式（2-225）意味着当所选择的消弧线圈的电感值满足此条件时，电容电

129、流将全部被补偿，接地处的电流为零，这种情况称为完全补偿。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 常把 称为补偿度，而 称为脱谐度。显然，当采用完全补偿时，K=1，而=0，即容抗和感抗相等，网络处于谐振状态。 初看起来，采用完全补偿使接地电流为零似乎是一种理想的事，但实际上这种状态却存在着严重问题。为此，可进一步分析如下。 对于经消弧线圈接地的电力网，如各相对地电容不等，则也存在着中性点位移电压U0。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2-226） 当采用完全补偿时，容抗等于感抗，即 ，从而网络将产生串联谐振，式（2

130、-226）的分母将变为零（或接近于零），这种情况下，如果各相电容值不等，则式（2-226）的分子将是一个很小的值但又不会为零，从而消弧线圈的中性点位移电压U0将达到极高的数值。为此，一般系统都不允许采用完全补偿方式，通常采用不完全补偿方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在不完全补偿方式中又有欠补偿与过补偿之分。如果消弧线圈的感抗值大于网络的总对地容抗值，则ILIC,这种情况就称为欠补偿，其特点为K0。这时接地处将残余有电容性的欠补偿电流。反之，如果使消弧线圈的感抗值小于网络的对地容抗值，则ILIC，这种情况就称为过补偿，其特点为K1,IC，消弧线

131、圈保留有一定的裕度，即使将来电力网发展、对地电容增加后，原有消弧线圈还可以使用。如果采用欠补偿方式，则当运行方式改变而切除部分线路时，整个网络的容抗减少，又可能变得接近完全补偿方式，从而出现不容许的过电压。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 近年来，在我国的许多电力网中还广泛采用了自动跟踪调谐式消弧线圈成套装置，这是考虑到电力网中的电容电流随着网络运行方式的变化（如线路的投切）、气象条件的变化等原因而发生变化时，为了达到最佳的补偿效果，应当自动及时地相应改变消弧线圈的电感值（如调节匝数或调节磁路以改变电感，调节并联电容等）来实现自动跟踪补偿。这种装置的

132、测量、调节、控制全部依靠自动装置来实现。从运行实践看，所取得的自动补偿效果是很好的。 在结构上，消弧线圈可以作成油浸式或环氧浇注干式（见图2-95）。后者可以满足防火要求，它主要在城网供电中使用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-95 环氧浇注干式消弧线圈外形“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）中性点经消弧线圈接地的电力网的适用范围（三）中性点经消弧线圈接地的电力网的适用范围 在我国，规定凡不符合中性点不接地条件663 kV的电力网（即36 kV，电容电流在30 A以上；10 kV电压，电容电流在20

133、 A以上；3563 kV电压，电容电流在10 A以上时）均可采用经消弧线圈接地。 在我国，110220 kV的电力网多数不采用经消弧线圈接地的方式。主要原因是为了降低绝缘水平以减低设备和线路的造价。图2-96 消弧线圈的结构示意图 实践证明，采用中性点经消弧线圈接地的方式只能用于220 kV以下的电力网。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、中性点直接接地的电力网三、中性点直接接地的电力网 在中性点直接接地电力网中发生单相接地故障时，中性点的电位仍保持为零，非故障相的对地电压也基本上不会变化。但是，线路上将流过较大的单相接地短路电流I(1)d。因而，采

134、用中性点直接接地方式可以克服中性点不接地方式所存在的某些缺点。 但是，由于中性点直接接地电力网在发生单相接地时，不仅要流过较大的单相接地短路电流，还要中断供电，这将影响供电的可靠性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 此外，在中性点直接接地电力网中，单相接地电流将在导线周围形成单相磁场，从而对附近的通信线路和信号装置产生电磁干扰。 目前，我国对110 kV及以上的电力网基本上采用中性点直接接地的方式。在国外，即使有部分国家对110220 kV的电力网采用中性点经消弧线圈接地方式，但是对220 kV及以上的电力网都是采用中性点直接接地的方式。 严格说来“

135、中性点直接接地电力网”这种称呼是不够确切的。目前按国际与国家标准都称呼这种接地方式为“有效接地电力网”。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、中性点经小电阻接地四、中性点经小电阻接地 对于电缆供电的中、低压网络而言，传统的消弧线圈接地方式存在着下列主要缺点与不足。（1） 由于电缆单位长度的对地电容通常较架空线路大得多，因而电缆网络的电容电流大增，有的地区甚至达到100 A及以上，相应就要求补偿用消弧线圈的容量很大。（2）电缆线路为非自恢复性绝缘（3）消弧线圈接地系统的内部过电压倍数较高，可达3.54倍相电压（4）人身触电不能立即跳闸“十一五十一五”国家

136、级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 为了克服上述缺点，目前对主要由电缆线路所构成的电力网，当电容电流超过10 A时，均建议采用小电阻接地，其电阻值一般不大于10。在电力行业标准DL/T6201997中明确规定：“635 kV主要由电缆线路构成的送配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用中性点经小电阻接地方式”。关于中性点经小电阻接地方式的原理接线如图2-98所示。图2-98 中性点经小电阻接地的原理图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 但是，由于接地电阻值较小，故发生故障时的单相接地（短路）电流值可按式（4-102）计算较大。

137、从而对接地电阻元件的材料及其动、热稳定性能也提出了较高的要求。 表2-14为中性点经消弧线圈接地与经小电阻接地这两种方式的相互比较，可供读者参考。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程表表2-14 2-14 中性点经消弧线圈接地方式与经小电阻接地方式的相互比较中性点经消弧线圈接地方式与经小电阻接地方式的相互比较“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程续表“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程五、各种接地方式的比较与适用范围五、各种接地方式的比较与适用范围（一）电气设备和线路的绝缘水平

138、（一）电气设备和线路的绝缘水平 归结起来，从过电压与绝缘水平的观点看，采用接地程度愈高的中性点接地方式愈有利。（二）继电保护工作的可靠性（二）继电保护工作的可靠性从继电保护的观点出发，显然以采用中性点直接接地方式较为有利。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）供电可靠性与故障范围（三）供电可靠性与故障范围 总的说来，从供电可靠性和故障范围的观点来看，非有效接地电力网，特别是经消弧线圈接地的电力网具有明显的优越性。（四）对通信和信号系统的干扰（四）对通信和信号系统的干扰 从干扰的角度以及电磁兼容的要求来看，中性点直接接地的方式当然最为不利，而非有效接地

139、电力网，一般都不会产生较严重的干扰问题。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 根据电压等级的不同，对电力系统中性点接地方式的选择问题再总结归纳于后。 （1） 220 kV及以上电压的超高压电力网： 这时对降低过电压与绝缘水平方面的考虑占首要地位，目前世界各国在这个电压等级都无例外的采用中性点直接接地方式。（2） 110154 kV的电力网： 上述几个因素对选择中性点接地方式都有影响。在我国，110 kV电力网则大部分采用直接接地方式，小部分采用经消弧线圈接地的方式。（3） 2063 kV电力网： 通常总是从供电可靠性出发，采用经消弧线圈接地或不接地的方式

140、。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4） 310 kV电力网： 此时供电可靠性与故障后果是考虑的主要因素，一般均采用中性点不接地的方式。（5） 1000 V以下的电力网： 可以选择中性点接地或不接地的方式。唯一例外的是对电压为380/220 V的三相四线制电力网，从对人员的安全观点出发，它的中性点是直接接地的，这样可以防止一相接地时出现超过250 V的危险的电压，这种方式又称为保安接零。而对电缆供电的城市电力网，则一般采用经小电阻接地方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 理想的交流电压和交流电流波形应是单

141、一频率的正弦波，而实际电力系统中由于负荷的非线性常会使电压和电流波形产生畸变而偏离正弦波，出现各种谐波分量从而使得供电电压和电流的波形发生畸变。 谐波对电力系统的危害是巨大的，如使电力设备发热、缩短使用寿命、引起电压或电流谐振、绝缘击穿、损坏设备等。所有这些危害，有时又称之为谐波污染。第十二节第十二节 谐波对电力系统的影响及其治理谐波对电力系统的影响及其治理“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、有关电力系统谐波的几个基本概念一、有关电力系统谐波的几个基本概念（1）谐波含量谐波电压含量可表示为（2-228）谐波电流含量可以表示为（2-229）“十一五十一

142、五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）谐波总畸变率电压总畸变率为电流总畸变率为（2-230）（2-231）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）谐波含有率第n次谐波电压含有率为第n次谐波电流含有率为（2-232）（2-233）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4）含有谐波时的有功功率和功率因数（2-234）含有谐波时的视在功率，可表示为（2-235）据此可将含有谐波时的功率因数表示成（2-236）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、

143、电力系统的谐波源二、电力系统的谐波源 作为电力系统的电源的同步发电机的输出电压基本上是正弦的，如果发电机所带的负荷是线性的，则其输出电流也是正弦的。如果与发电机相连的设备或负荷具有非线性特征，则电压和电流波形将发生畸变而出现谐波分量。（一）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源（一）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源 电弧的伏安特性具有高度的非线性，再加以电弧的长度受电磁力、对流气流、电极移动以及炉料在熔化过程中的崩落和滑动等多种因素的影响，电弧电流的变化是很不规则的，因而会出现一系列的谐波，成为主要的谐波源。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）整流和换流电子

144、器件所形成的谐波源（二）整流和换流电子器件所形成的谐波源 由于电力电子技术的发展，晶闸管整流和换流技术在包括电力工业自身在内的现代工业企业和运输部门中得到了广泛的应用，成为产生谐波的主要源头之一。 图2-99是简单的单相桥式不控整流电路及其输出电压和输入电流波形。利用傅里叶级数，负载电压uD可分解为（2-238）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式中，恒定分量 即为负载电压的平均值。最低谐波分量的幅值为 ，角频率为电源频率的两倍，其他谐波分量的角频率为4，6，偶次谐波。图2-99 单相桥式不控整流电路及其输出电压和输出电流波形 （a）电路；（b）电源电

145、压； （c）电阻负载；（d）电感负载“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如果负载为纯电阻，则负载电流iD和负载电压uD具有相同的波形，交流输入电流保持为正弦。 如果负载电感很大，负载电流为恒定值ID，则交流输入电流is(t)将为180宽的交流方波，其傅里叶级数表达式为（2-239）即在交流电流中将出现一系列奇次谐波分量。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）各种家用电器的谐波含量（三）各种家用电器的谐波含量表表2-17 2-17 几种常用家用电器的各次谐波（几种常用家用电器的各次谐波（I I1 1I I151

146、5）的含量单位：的含量单位：% %“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（四）电力电容器及其附加串联电抗器对高次谐波的放大（四）电力电容器及其附加串联电抗器对高次谐波的放大 当系统中无功补偿电容器配置不当时，将放大电力网的谐波，从而对配电网中的高次谐波含量造成较大的影响。 在图2-100中，如果在电力电容器的电路中不附加装设串联电抗器L，将引起高次谐波电流的放大，当装设串联电路后，则可限制谐波放大现象的产生。另外，图2-101则表示装有串联电抗器后电力电容器组的频率特性，图中以LC的谐振频率为分界线，低频时为容抗，高频时为感抗。图中+j范围为感性，-j范围

147、为容性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-100 电力电容器在系统的装设图2-101 电力电容器的频率特性“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当各次高次谐波电流在电源与电容与电感串联回路之间符合谐振条件时，将引起谐波的异常放大，谐振可能有串联谐振与并联谐振。 串联谐振是从母线到电力电容器的感抗（nXL）和电力电容器的容抗（XC/n）形成串联谐振的条件，当从逆变器等换流装置发生的高次谐波的频率与这个串联谐振频率一致时，换流装置发生的高次谐波将原封不动地流入电容器回路。 并联谐振是指在电力电容器中不附加串联电

148、抗器L时，从与发生高次谐波的负载相接的母线来看的电源侧电抗(nXS)和电力电容器侧电抗(XC/n)，在特定的频率时绝对值相等，当这一谐振频率与换流装置发生的高次谐波次数一致时，换流装置产生的高次谐波电流将放大分流到电力电容器侧和电源侧。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图2-102 图2-100的等值电路图表表2-18 2-18 电容器组发生谐波电流放大或产生并联谐振判断表电容器组发生谐波电流放大或产生并联谐振判断表“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电

149、力工程电力工程三、谐波的危害三、谐波的危害（1）谐波可使旋转电机附加损耗增加，出力降低，绝缘老化加速。（2）谐波电流流入变压器时，将因集肤效应和邻近效应，在变压器绕组中引起附加损耗。此外谐波还会使变压器的噪声增大，使作用于绝缘材料中的电场强度增大，从而缩短变压器的使用寿命。（3）谐波电压作用于对频率敏感（频率愈高，阻抗愈降低）的电容元件上时，例如电容器和电缆等，会使之严重过电流，导致发热，并加速介质老化，局放量增大，甚至损坏。（4）高次谐波电流流过串联电抗器时，会在串联电抗器上形成过高的压降，使电抗器的匝间绝缘受损。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（

150、5）谐波电流流过输电线（包括电缆）时，输电线的电阻会因集肤效应而增大，从而加大了线路的损耗。谐波电压的存在可能使导线的对地电压和相间电压增大，使线路的绝缘受到影响，或使线路的电晕问题变得严重起来。（6）谐波电压和谐波电流将对电工仪表的测量准确度产生影响。（7）供电线路中存在的高次谐波所产生的静电感应和电磁感应会对与之平行的通信线路产生声频干扰，影响到通信质量。（8）较大的高次谐波电流（数十安或更大），会显著延缓潜供电弧的熄灭，导致单相重合闸失败或不能采用快速单相重合闸。（9）高次谐波含量较大的电流，由于波形畸变严重使经过零点处的 较大，降低了断路器的开断能力。“十一五十一五”国家级规划教材国家

151、级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（10）当换流装置的容量达到电力网短路容量的 或以上时，或电力网参数配合易导致较低次谐波谐振时，交流电力网电压波形畸变可能引起常规控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈而使放大系统的电压波形畸变，使整流器工作不稳定，对逆变器可能发生连续的换向失败而无法工作。 此外，谐波侵入电力网有可能会引起电力系统中继电保护的误动作，影响到电力系统的安全运行。总之，目前谐波污染已成为电力网的公害。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 为了限制谐波污染对系统及电力网运行中的影响，在我国有关国家标准、电力行业标准以及有关规程中，都明

152、确规定了在数量上对谐波的一些限制。具体可参见表2-19表2-21。表表2-19 2-19 公用电力网谐波电压限制（相电压）公用电力网谐波电压限制（相电压）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程表表2-20 2-20 注入公共连接点的谐波电流允许值注入公共连接点的谐波电流允许值 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、治理谐波污染的措施四、治理谐波污染的措施（1）增加整流装置的脉冲数图2-103 12脉冲整流装置的原理接线图（a）并联12脉冲连接；（b）串联12脉冲连接“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工

153、程电力工程电力工程电力工程表表2-22 2-22 三相桥式整流器的高次谐波电流发生量的情况三相桥式整流器的高次谐波电流发生量的情况（2）混合采用各种变压器的接线方式，使5次、7次谐波相互抵消。（3）夜间断开改善功率因数用电容器（4）连接串联电抗器（5）调整系统供电与电力网的接线方式，进行适当的系统切换“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（6）减少家电、通用机器的高次谐波发生量（7）设置LC滤波器（无源滤波器）。装设滤波器是就近吸收谐波所产生谐波电流的有效措施，也可以说是治理谐波污染的最基本措施。（8）设置有源滤波器。有源滤波器不利用LC滤波器的谐振特性，

154、而是根据新型电力电子元件（GTO，IGBT）所构成的逆变器应用技术去产生反相位的高次谐波，因而能抵消系统中的高次谐波，成为理想的滤波器。电流中含有的高次谐波成分相位相反的电流，抵消电源电流中所含有的高次谐波电流，从而使电源电流成为正弦波。图2-104 LC滤波器的接线方式（a）单调谐滤波器；（b）高通滤波器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第一节第一节 电气主接线图电气主接线图 发电厂和变电所的电气主接线图是由各种电气设备的图形符号和连接线所组成的表示电能生产流程的电路图。一、概述一、概述通常，发电厂和变电所的主接线图应满足下列基本要求：第三章第三章

155、发电厂和变电所的一次系统发电厂和变电所的一次系统“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （1）根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。在运行中供电被迫中断的机会越少或事故后影响的范围越小，则主接线的可靠性就越高。（2）主接线应具有一定的运行调度的灵活性，以适应电力系统及主要设备的各种运行工况的要求，此外还要便于检修。（3）主接线应简单明了、运行方便，使主要设备投入或切除时所需的操作步骤最少。（4）在满足上述要求的条件下，力求做到投资和运行费用最省。（5）具有扩建的可能性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力

156、工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、主接线的基本形式二、主接线的基本形式（一）单母线接线（一）单母线接线 发电厂和变电所的主接线的基本环节是电源（发电机或变压器）和引出线。母线（又称汇流排）是中间环节，它起着汇总和分配电能的作用。由于多数情况下引出线数目要比电源数目多好几倍，故在二者之间采用母线连接既有利于电能交换，还可使接线简单明显和运行方便，整个装置也易于扩建，但是当母线故障时将使供电中断。只有一组母线的接线称为单母线接线，图3-1所示是典型的单母线接线。“十一五十一

157、五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 单母线接线的缺点可以通过分段办法来加以克服，如图3-2所示。 由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点，故这种接线一直被广泛应用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）双母线接线（二）双母线接线 双母线接线方式是针对单母线分段接线的缺点而提出来的，其基本形式如图3-3所示即除了工作母线W1之外还增设了一组备用母线W2。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程当有了两组母线后，就可以通过切换两组

158、母线隔离开关做到：（1）轮流检修母线而不致使供电中断；（2）当修理任一回路的母线隔离开关时只断开该回路；（3）工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使装置迅速恢复供电；（4）修理任何一个回路的断路器时，不致使该回路的供电长期中断；（5）在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分出来，并单独接至备用母线上。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 综上所述可知，双母线接线的主要优点是可以在不影响供电的情况下对母线系统进行检修。但是双母线接线却存在着下列的缺点：（1）接线较复杂。（2）当工作母线故障时，在切换母线的过程中仍要短时停电。1. 检修工作母

159、线2. 检查一条出线上的断路器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （3）母线隔离开关数目较单母线接线大为增加，从而增大了配电装置占地面积，并相应增加投资。为了消除上述的某些缺点，可以采用下列措施： （1）为了避免工作母线故障时造成全部停电，可以采用双母线同时带电运行（即按单母线分段运行）的方式。（2）采用双母线分段接线，如图3-5所示。 （3）为了避免在检修线路断路器时造成短时停电，可采用双母线带旁路母线接线，如图3-6所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程

160、电力工程电力工程电力工程1）双母线双断路器接线方式。如图3-7所示。2） （一倍半）接线方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）无母线接线（三）无母线接线 （1）桥形接线。当电路内只有两台变压器和两条输电线时，采用桥形接线所需的断路器数较少。桥形接线可分为内桥式和外桥式两种。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （2）多角形接线。图3-10中的三角形接线和四角形接线都是属于多角形接线方式。 （3）单元及扩大单元接线方式。单元接线的特点是几个元件直接串联连接，其间没有任何横的联系（如母线等），这样不仅减少了电

161、器的数目，简化了配电装置的结构和降低了造价，同时也降低了故障率。单元接线的主要有下列两种基本类型。1）发电机变压器单元接线。2）扩大单元接线。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、各类发电厂和变电所主接线的特点三、各类发电厂和变电所主接线的特点（一）火力发电厂（一）火力发电厂 对地方性火力发电厂而言，由于发电机电压负荷的比例较大，发电机电压的出线又多，故均采用有母线的接线方式或母线分段接线方式。在分段母线之间及引出线上通常都安装有限流电抗器以限制短路电流，以便可以选择轻型的断路

162、器。在升高电压侧可根据容量大小、重要程度和出线数的多少，采用双母线、双母线带旁路、单母线分段、多角形或桥形等接线方式。图3-12所示为一个中等容量的火力发电厂的主接线示例。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对大容量的区域性火力发电厂及核能发电厂，由于容量大，地位重要，一般高压侧均采用双母线接线或112接线方式。当出线回路数较少时，也可以采用多角形接线。而发电机电压侧由于负荷很少，故一般都采用单元接线或扩大单元接线。（二）水力发电厂（二）水力发电厂 由于水力发电厂建在水能资源所在地，一般距离负荷中心较远，绝大多数电能是通过高压输电线路送入系统，发电机电

163、压负荷较小，因而其主接线图与区域性火力发电厂很相近。即发电机电压侧多采用单元接线或扩大单元接线，当有少量地区负荷时，也可采用单母线或单母线分段接线。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在水力发电厂的升高电压侧，当出线不多时，应优先考虑采用多角形接线等类型的无母线接线；当出线数目较多时，可根据其重要程度采用单母线分段、双母线或 接线方式等。（三）降压变电所（三）降压变电所 对于区域变电所的高压侧（一次），根据出线多少或重要程度采用双母线、多角形或 接线方式，对于某些重要程度极高的

164、枢纽变电所，多采用 接线或双母线四分段等方式。区域变电所的中、低压侧多采用双母线带旁路、单母线分段以及无母线接线等接线方式。图3-14为区域变电所主接线示例。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对地方变电所，由于其容量相对较小，重要程度较低，且多数属于终端变电所类型，在其高压侧，当线路较少时可采用桥形、多角形等简化接线方式；而当线路回路数较多时，则可采用双母线或单母线分段等接线方式。对其低压侧，一般都采

165、用单母线分段或双母线分段等接线方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 一、高压开关电器一、高压开关电器第二节第二节 高压电器高压电器（一）概述（一）概述 高压开关电器的总任务是：在正常工作情况下，可靠地接通或断开电路；在改变运行方式时，灵活地进行切换操作；在系统发生故障时，迅速切除故障部分以保证非故障部分的正常运行；在设备检修时，隔离带电部分以保证工作人员的安全。根据开关电器在电路中所担负的任务，可以分为下列几类：“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （1）用来在正常情况下断开或闭合正常工作电流的。如低压闸刀开

166、关、高压负荷开关等； （2）用来断开故障情况下的过负荷电流或短路电流的，如高、低压熔断器； （3）既用来断开或闭合正常工作电流，也用来断开或闭合过负荷电流或短路电流的，如高、低压断路器； （4）不要求断开或闭合电流，只用来在检修时隔离电源的，如隔离开关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）电弧的产生和熄灭（二）电弧的产生和熄灭 当用开关电器断开电路时，如果电路电压不低于10 V，电流不小于80 mA，触头间便会产生电弧。电弧是高温高电导率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，并且使断开电路的时间延长。1.电弧产生的物理过程游离和去游离 电弧的形

167、成是触头间的中性质点（分子和原子）被游离的过程。触头间电弧燃烧的间隙，称为弧隙。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 电弧由碰撞游离产生，靠热游离维持，而阴极则借强电场发射或热电子发射以提供传导电流的电子。 在电弧中，游离过程同时还进行着带电质点减少的去游离过程。去游离的主要方式是复合和扩散。复合是异性带电质点的电荷彼此中和的现象。 扩散是带电质点从电弧内部逸出而进入到周围介质中的现象。影响游离和去游离的主要条件有：“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1）使电弧冷却可以减弱热游离，减少新带电质点的形成。 （2）去

168、游离的效果在很大程度上决定于介质的特点。介质的热传导能力、介质强度、热游离温度和热容量愈大，则去游离过程愈强烈。六氟化硫（SF6）气体的分子可以捕捉自由电子而形成稳定的负离子，有很好的灭弧性能，现正广泛地用于高压开关电器中。 增加气体介质的压力可以缩小质点间的距离，增大其热传导能力和介质强度，并使复合的机会增加。 高真空中（气压低于1.333104 Pa）除了从触头蒸发的金属蒸气和放出的微量吸附气体外，气体分子数量极少，游离困难。弧柱中带电质点的浓度和温度比周围高得多，容易扩散，真空开关就是利用这一原理制造的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）触

169、头的材料对于去游离也有一定影响。2、交流电弧的特性（1）电弧的伏安特性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （2）交流电弧的重燃与熄灭。由于交流电弧的上述特点，电弧电流每经半周总是要经过零值一次。在电弧电流经过零值的瞬间，电源不供给电弧能量（电弧所消耗的功率 ，当 =0时，则P=0），而电弧却继续在散失能量（经过传导、对流的方式将热量散出），因此使弧隙内的去游离增加，弧隙温度也迅速下降，电弧也就暂时熄灭。在电弧电流经过零值以后，电弧也可能再度重新燃烧，也可能就此熄灭。因此交流电弧电流的过零，给熄灭电弧造成了有利的条件，只要在电流经过零值后不使之发生重燃

170、，电弧就能最终熄灭。因此，交流电弧比直流电弧要容易熄灭得多。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当电弧电流经过零值时，电弧暂时熄灭。从这一时刻开始，在电弧间隙就将发生两个相互影响而作用相反的过程，即电压恢复过程和介质强度恢复过程。电流经过零值后，一方面，电弧间隙上的电压要恢复到线路电压，随着电压的增大将可能引起间隙的再击穿而使电弧重燃；另一方面，电弧熄灭后去游离的因素增强，使间隙从原来是电弧的导电通道逐渐变成介质，间隙的介质强度不断增加，加，将阻碍间隙的再击穿而使电弧最终熄灭。

171、“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程因此，电弧的熄灭与否，就取决于这两个相反过程的竞赛。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3、熄灭电弧的基本方法（1）利用气体或油吹灭电弧。 电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替。气体或油的流速愈大，则作用愈强。（2）采用多断口。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）采用并联电阻。（三）断路器的类型和基本要求（三）断路器的类型和基本要求 （1）油断路器。利用绝缘油作灭弧介质。它又可分为少油式和多油式

172、两类。（2）空气断路器。（3）六氟化硫（SF6）断路器。（4）真空断路器。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（四）（四）SF6SF6断路器断路器这种断路器的主要优点是： （1）由于SF6气体的灭弧能力强，介质恢复速度快，散热性能好，所以易于制成大开断容量的断路器。（2）容许开断次数多，检修周期长。（3）结构简单、体积小、噪声低。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 SF6断路器的绝缘是利用压力较低（0.30.5 MPa）的气体，而灭弧则用压力较高的气体，一般在11.5 MPa之间。按照获得高压气体的方式的不同。S

173、F6断路器主要有两种类型的结构。1.双压式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2.单压式（压气式） 这种SF6断路器在内部只有一种较低压力的SF6气体。在开断过程中，利用触头与活塞的活动所产生压力作用，在触头喷口间产生气流吹弧。一旦分断动作完成，压气作用将立即停止，触头间又恢复为低压力的气体状态，故称为单压式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（五）真空断路器（五）真空断路器真空断路器是指在真空灭弧室内开断电路的断路器。1、真空断路器的结构及性能2、真空断路器的灭弧原理 图3-27所示为真空断路器的灭弧室结构原理

174、图。由图可见，灭弧室的结构很像一只大型电子管，所有灭弧元件都密封在一个绝缘的玻璃外壳内。动触杆与动触头的密封是靠金属波纹管来实现的。波纹管在其允许的弹性变形范围内伸缩时，可以有足够的机械寿命。在动触头外面装有金属屏蔽罩，固定在玻璃外壳的腰部。屏蔽罩是灭弧过程中起重要作用的结构部件，它可冷凝、吸收弧隙内的金属蒸气。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、互感器二、互感器 互感器是发电厂和变电所的主要设备之一。供测量电压用的互感器称为电压互感器，供测量电流用的互感器称为电流互感器。互

175、感器的主要用途是：（1）将二次回路与一次回路隔离，以保证操作人员和设备的安全； （2）将电压和电流变换成统一的标准值，以减少测量仪表和继电器的品种规格，使仪表和继电器产品标准化。电压互感器二次额定电压为100 V或100/3 V，电流互感器二次侧额定电流为5 A或1 A。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程1. 电压互感器的变化及误差（一）电磁式电压互感器（一）电磁式电压互感器 电压互感器的结构原理与变压器相同，主要区别在于电压互感器容量很小，通常只有几十到几百伏安。 电压互感器的额定变比，即为一、二次额定电压之比，可以定义为（3-1）式中U1N、U2N

176、额定一次电压和额定二次电压;W1、W2电压互感器的一次绕组匝数和二次绕组匝数。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对电压互感器和电流互感器而言，人们最关心的是它的准确度，即误差的大小。通常，电压互感器的误差可分为电压误差U和角误差这两种。（3-2） 所谓角误差是指一次电压U1与转过180后的二次电压U2（即U2）之间的夹角。 电压误差对测量仪表的指示及继电器的输入值都将带来直接的影响；而角误差只是对功率型的测量仪表和继电器带来误差。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 准确级为0.2级的电压互感器，主要用于精密的

177、实验室测量，0.5级及1级的电压互感器通常用于发电厂、变电所内配电盘上的仪表以及继电保护装置中，对计算电能用的电度表应当采用0.5级的电压互感器。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2. 电压互感器的分类和结构 电压互感器按安装地点可分为户内式和户外式，通常，35 kV以下制成户内式、35 kV以上制成户外式；按相数分单相和三相两种，单相电压互感器可制成任何电压级的，而三相电压互感器则只限于10 kV及以下电压级；按绕组数分可分为双绕组和三绕组；按绝缘结构可分为干式、树脂浇注式、充气式和油浸式几种。1）油浸式普通结构的电压互感器。2）油浸式串级式电压互感

178、器。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3. 电容式电压互感器 电容式电压互感器实质上是一个电容分压器，其分压原理如图3-30所示，则当外加电压为U1时，C2上分得的电压为（3-3）电容分压器的分压比nY为（3-4）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 根据电容分压器的原理制成的电容式电压互感器，迄今在我国220500 kV电力网中已得到了广泛应用，其典型原理接线图如图3-31所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工

179、程电力工程电力工程（二）电磁式电流互感器（二）电磁式电流互感器 （1）仪表和继电器电流线圈的阻抗值很小，因此电流互感器正常运行时二次绕组相当于短路状态。 （2）电流互感器一次绕组串联在被测电路中，且其匝数很少，因此电流互感器一次绕组中的电流完全取决于被测电路中的负荷电流，而与电流互感器的二次负荷无关，这是电流互感器的最大特点。（3）电流互感器在运行中不容许二次侧（二次绕组）开路。1. 电流互感器的特点“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3-7）2. 电流互感器的变流比“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图3-34

180、 电流互感器的等值电路及相量图（a）等值电路图；（b）相量图3. 电流互感器的误差“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3-8） 从相量图可以看出：由于电流互感器本身存在励磁损耗（对应于励磁电流I0）的原因，使一次电流 和二次电流 在数值上和相位上都有差异，从而产生所谓电流误差和角度误差。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1）电流误差。（3-9）（3-11）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）角度误差。电流互感器角度误差是以 和 相位差来表示的。（3-12） 由上两

181、式可以看出，电流互感器的两种误差都与F0和F1数值有关，随F0的增大而增大，随F1的增大而减小。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程4. 电流互感器的准确度和10%误差曲线“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 用于继电保护的电流互感器，则应考虑当电力系统发生故障时，在巨大的短路电流流过电流互感器的情况下，电流互感器的准确度能否满足要求。通常流过故障电流时电流互感器的电流误差应控制在10%以内，角度误差不应大于7。为了校验电流互感器用于继电保护时的准确度，则要求绘制出电流互感器的10%误差曲线。此曲线表示电流互感器的

182、误差为10%时，其一次额定电流倍数 与二次负荷阻抗Z2的关系如图3-35所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 按安装地点可分为户内式、户外式及装入式。35 kV及以上多为户外式，10 kV以下多为户内式，装入式又称套管式，即把电流互感器装在35 kV及以上的变压器或断路器的套管中，这种形式应用很普遍。按安装方法可分为穿墙式和支柱式。按绝缘结构可分干式、环氧树脂浇注式和油浸式。按变流比可分为单变流比电流互感器和多变流比电流互感器。 按一次绕组匝数分，可分为单匝式和多匝式两种。单匝式又有贯穿式（一次绕组为单根铜杆或铜管）、母线式（利用母线作一次绕组）和

183、套管式。多匝式分8字形和U字形两种。5. 电流互感器的分类和结构“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 图3-37 220 kV瓷箱式U字形结构的电流互感器1油箱；2二次绕组接线盒；3环形铁心及二次绕组；4压圈式卡接装置；5U字形一次绕组；6瓷套；7均压护罩；8储油箱；9原线圈切换装置；10一次绕组端子；11呼吸器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、电子式电流互感器简介三、电子式电流互感器简介（一）电子式电流互感器的结构与参数（一）电子式

184、电流互感器的结构与参数 根据一次传感器的不同而有不同的结构形式，一次传感器有光学传感器件（包括磁光玻璃、全光纤等）、罗哥夫斯基线圈（空心线圈）电流传感器、铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）等。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 电子式电流互感器的输出有模拟量和数字量两种输出形式，模拟量输出为二次电压方均根值。 电子式电流互感器的使用环境条件、绝缘耐压要求及准确度要求与电磁式电流互感器相同，不同的是增加了电磁兼容（EMC）的特殊要求和误差与频率以及温度变化的稳定性要求，后者正是制造电子式电流互感器的关键技术。( (二二) )光学电流传感器光学电流传感

185、器 光学电流传感器基于法拉第磁光效应原理。当一束线偏振光穿过透明光介质时，若在光波传播方向施加一外磁场，则其偏振面将旋转角，有=VHL（3-13）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 因此，通过测量电流导体周围线偏振光偏振面的变化，就可间接地测量出导体中的电流值。（三）单独式罗哥夫斯基线圈（空心线圈）传感器（三）单独式罗哥夫斯基线圈（空心线圈）传感器 罗哥夫斯基线圈在冲击大电流测量中早已应用，由于电子式电流互感器输出信号极小，负荷是高阻抗，所以罗哥夫斯基线圈也得到普遍应用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 罗哥

186、夫斯基线圈电流传感器在高压或超高压电子式电流互感器中应用时，一般需要将输出电压信号变成光信号，由光纤传输至二次，在高压端需要有电源，这类传感器称为有源传感器，相应地称光学传感器为无源传感器。（四）铁心线圈式低功率电流互感器（四）铁心线圈式低功率电流互感器（LPCTLPCT） LPCT与常规的电磁式电流互感器相同，只是二次绕组回路多了一个并联电阻Rsh（见图3-41）。并联电阻Rsh的设计要求为铁心线圈式低功率电流互感器的功率消耗接近于零，二次电流在并联电阻上产生的压降Us正比于一次电流且同相位。铁心线圈式低功率电流互感器内部损耗和负荷要求的二次功率越小，其测量范围的准确度越理想。“十一五十一五

187、”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、电子式电压互感器简介四、电子式电压互感器简介( (一一) )电子式电压互感器的结构与参数电子式电压互感器的结构与参数 电子式电压互感器的一次电压传感器有光学传感器、分压型传感器（包括电容分压型和电阻分压型）。电子式电压互感器的输出有模拟量输出和数字量输出。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程( (二二) )电子式电压互感器的光学传感器电子式电压互感器的光学传感器 光学传输器有电光晶体（BGO-Bi4Ge3O12）型

188、和全光纤型。电光晶体型即利用某些光学介质在外电场作用下，其折射率随外电场而线性变化，此称为Pockels效应或线性电光效应。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）分压型一次电压传感器（三）分压型一次电压传感器 分压型一次电压传感器普遍采用电容分压型和电阻分压型。 电容分压型一般用于高压乃至超高压电子式电压互感器中，电阻分压型一般用于中压（35 kV电压级及以下）电子式电压互感器中。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、分类和基本要求一、分类和基本要求第三节第三节 配电装置的一般问题配电装置的一般问题 按主接线

189、图，由开关设备、保护电器、测量仪表、母线与必要的辅助设备所组成，用以接受和分配电能的装置总称为配电装置。通常，按布置场所配电装置可分为屋内配电装和屋外配电装置。此外，近年来在配电装置中还广泛采用了金属全封闭组合电器（GIS）。下面介绍配电装置应满足的基本要求。（1）保证运行的可靠性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）保证运行人员的安全。（3）保证操作维护的方便性。（4）力求提高经济性。（5）具有扩建的可能“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 整个配电装置的外形尺寸是综合考虑了设备的外形尺寸、检修维护和搬运的

190、安全距离、电气绝缘距离等因素后而加以决定的。各种间隔距离中最基本的是空气中最小容许电气距离，即A值。A值表示不同相的带电部分之间或带电部分对接地部分间的最小容许空间净距离。A值的确定是根据过电压与绝缘配合计算并根据空气间隙放电试验曲线来确定的。二、配电装置的最小电气距离二、配电装置的最小电气距离 在A值的基础上，屋内外配电装置中各部分的相互距离尺寸被分为A、B、C、D、E五项，其含意如下 A值分为两项：A1和A2。 A1带电部分至接地部分间的最小空气距离； A2不同相导体间的最小空气距离。 （一）A值“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程B值分为三项：B1

191、、 B2、B3。B1=A1+750(mm)B2=A1+70+30(mm)B3=A1+30(mm)（三）C值 无遮栏的裸导体距地面的高度为C值，考虑人举手后，手与带电体之间的距离不得小于A1值，故C=A1+2500(mm)(二）B值“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（四） D值 保证配电装置检修时人和裸导体之间的距离不小于A1值时的约束值为D值。D=A1+1800+200(mm)“十一五十一五”国家级规划

192、教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第四节第四节 屋内配电装置屋内配电装置 屋内配电装置的结构形式与主接线和电气设备的形式有着密切的关系。此外，还与施工、检修条件、运行经验等因素有关。屋内配电装置的总体布置原则是： （1）既要考虑设备的质量，把最重的设备（如电抗器）放在底层，以减轻楼板荷重和方便安装，又需要按照主接线图的顺序来考虑设备的连接，做到进出线方便。 （2）同一回路的电器和导体应布置在同一个间隔（小间）内，而各回路的间隔则相互隔离，以保证检修时的安全及限制故障范围。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （3）在母线分段处要用墙把各段

193、母线隔开以防止母线事故的蔓延并保证检修安全。（4）布置应当尽量对称，以便利于操作。（5）充分利用各间隔的空间。（6）容易扩建。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 图3-48 两层二走廊式双母线带出线限流电抗器610 kV屋内配电装置布置 实例图（单位：mm） （a）断面图；（b）出线及电抗器单元接线；（c）图（b）的布置图“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第五节第五节 屋外配电装置屋外配电装置 屋外配电装置的结构形式与主接线、电压等级、

194、容量、重要程度、母线和构架的形式、断路器和隔离开关的形式以及地形、地势、占地面积等都有关系。通常，根据电气设备和母线的布置高度，屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等类型。 在低型和中型屋外配电装置中，所有电器都装在同一水平内较低的基础上。中型配电装置大都采用悬挂式软母线，母线所在水平高于电器所在的水平面，但近年来硬母线的采用也日益增多。低型的主母线一般由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。在半高型和高型屋外配电装置中，电器分别装在几个水平面内。高型布置中母线隔离开关位于断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型配电装置的高度则

195、处于中型的和高型的之间。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、屋外配电装置布置的基本原则一、屋外配电装置布置的基本原则 屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线或软管母线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的挡距（一般不超过三个间隔宽度），但挡距较大，导线弧垂也越大，因而，导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度均需增加。（二）电力变压器（二）电力变压器（一）母线（一）母线 电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在铺有铁轧的双梁形钢筋混凝土基础上，轨距中心等于变压器的滚轮中心。“十一五十

196、一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）高压断路器（三）高压断路器 高压断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器放在0.51 m的混凝土基础上，低式布置的优点是：检修比较方便，抗振性能较好。但必须设置围栏，因而影响通道的畅通。一般中型配电装置的断路器采用高式布置，即把断路器安装在高约2m的混凝土基础上。断路器的操动机构须装在相应的基础上。( (四四) )隔离开关和电流、电压互感器隔离开关和电流、电压互感器这几种设备均采用高式布置，其要求与断路器相同。( (五五) )避雷器避雷器避雷器也有高式和低式两种布置。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程

197、电力工程电力工程电力工程( (六六) )电缆沟电缆沟屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。( (七七) )道路道路 为了运输设备和消防需要，应在主要设备近旁铺设行车道路，大、中型变电站内一般均应设置3 m宽的环形道路，还应设置0.81 m的巡视小道。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、屋外配电装置布置实例二、屋外配电装置布置实例1. 普通中型配电装置布置实例（一）中型配电装置按照隔离开关的布置方式（一）中型配电装置按照隔离开关的布置方式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）高型配电装置布置实例

198、（二）高型配电装置布置实例1. 单框架双列式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2. 双框架单列式3. 三框架双列式“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）半高型配电装置布置实例（三）半高型配电装置布置实例（四）超高压配电装置实例（四）超高压配电装置实例“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第六节第六节 成套配电装置和成套配电

199、装置和SFSF6 6全封闭式组合电器全封闭式组合电器 成套配电装置是由制造厂成套供应的设备，通称高压开关柜。把开关电路、测量仪表、继电保护装置和辅助设备都装配在封闭或半封闭的柜中，运到现场只需安装即构成配电装置。目前广为采用的预装式变电站或箱式变电所也属于成套配电装置。 一般来说，高压开关柜的每一个柜（有时用两个柜）构成一条电路，在使用时只要根据电气接线选择各个电路的开关柜，即可组成配电装置。 成套配电装置有屋内式和屋外式，根据开关电路是否可以移动，又可分为固定式和手车式等。另外，近年来采用较多的SF6全封闭式组合电器（GIS与C-GIS）也应属于成套配电装置，它主要应用于屋内。“十一五十一五

200、”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、低压成套配电装置一、低压成套配电装置( (一一) )GGDGGD型固定式低压配电屏型固定式低压配电屏“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、高压开关柜二、高压开关柜高压开关柜是指335 kV的成套配电装置。( (一一) )XGN2-10XGN2-10型固定式高压开关柜型固定式高压开关柜( (二二) )GZS1-10GZS1-10型手动车式高压开关柜型手动车式高压开关柜“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力

201、工程电力工程电力工程电力工程三、三、SF6SF6全封闭式组合电器装置（全封闭式组合电器装置（GISGIS）与与C-GISC-GIS装置装置 全封闭组合电器是按照主接线图的要求把特殊设计制造的断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器以及母线、电缆头等设备依次连接组成一个整体，并组装在一个封闭的接地金属壳体内。各元件的带电部分在该金属壳体内部连接起来，因而就取消了各元件的外部绝缘，在壳体内充有高介电性能的绝缘气体。如前所述，SF6气体具有极其优越的绝缘和灭弧性能。目前,它已成为国内外全封闭式组合电器所采用的主要绝缘介质。 SF6是一种不易与其他物质起反应的性能极其稳定的化合物，在

202、常态下，不燃、无色、无嗅、无毒、无公害，其绝缘强度在均匀电场下为空气的23倍，在3MPa下可达到与绝缘油相同。而其灭弧后的介质恢复强度却是空气的300倍，因而其灭弧和绝缘性能都极为优越。近二三十年以来，SF6全封闭式组合电器发展很快，目前已发展到1000 kV级。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）（一）SF6SF6全封闭式组合电器装置的基本结构特点全封闭式组合电器装置的基本结构特点 SF6气体的击穿特性与最大场强有着很密切的关系，它与空气的放电特性的最大不同之处在于，当SF6气体中的最大场强一旦达到其起始场强时，许多场合下其放电不会停留在电晕放电

203、（即局部放电），而将很快发展到火花放电以致全面击穿。因而，在进行SF6类气体绝缘电器的绝缘设计时，其电场分布应当尽可能地调整到较为均匀分布。因而目前的SF6全封闭式组合电器装置的基本结构为图3-57中（a）（d）所示的同轴圆柱式结构。 应当指出，同轴圆柱体结构只是交流三相中的一相的绝缘结构，而全封闭式组合电器装置的母线则经常作成三相同罐式见图3-62（d）。对这种结构而言，一旦发生绝缘事故时，有可能发展为三相短路，“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程且容器和支持体也都较大；但是，由于三相装在一起，所以其占地空间可大为紧缩，并且还可减少防止气体泄漏装置的数

204、量，比起同轴圆柱结构的单相来，可以大大降低制造成本。无论单相式或三相式，SF6的气压一般均为0.40.5 MPa。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在SF6全封闭式组合电器中，除主要靠SF6气体绝缘之外，通常导体的支撑用固体绝缘材料一般采用带填料硅（SiO2）或铝（Al2O3）的环氧树脂浇注而成，其形状如图3-62所示，可以采用圆盘形、圆锥形、圆柱形这三种。圆柱形支撑虽然制造容易，但在要阻止SF6气体流通的场所，应当采用盘形或圆锥形支撑。这种支撑有时又称为盘形绝缘子。( (二二) )SF6SF6全封闭式组合电器装置的具体结构全封闭式组合电器装置的具体

205、结构 图3-63所示为110 kV双母线接线的SF6全封闭组合电器的一相断面图，它由母线1，母线隔离开关2，充SF6的气体断路器3，电压互感器4，电流互感器5，快速接地开关6，避雷器7以及出线套管8，波纹管9，操动机构10等所组成。每个元件的导电部分均在金属壳体内连接起来。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程SF6全封闭式组合电器的主要优点是：（1）占用面积和空间小。（2）设备运行安全可靠。（3）能妥善解决超高压下的静电感应、电晕干扰等环境保护问题。（4）维护工作量小，检修周期长

206、，安装工期短。 SF6全封闭式组合电器的主要缺点是：金属材料消耗量大，对材料性能、加工与安装精度要求高，价格较贵等。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）（三）C-GISC-GIS装置的结构特点装置的结构特点 C-GIS（Cubicle GIS）装置是指开关柜式金属全封闭组合电器。即把一个进（出）线电路的全部电器都密闭放置于金属开关柜那样的箱体内，而在其内部充以SF6气体作为主要的绝缘。柜内各个电器的SF6气体是难于区分开的，这是它和上述GIS的主要不同之处。这种绝缘形态相当于把前述的露天布置于大气中的屋外变电所置换为SF6气体，但布置尺寸却可以紧凑

207、得多，在C-GIS中，SF6气体的气压不超过0.2 MPa，较之一般的全封闭式组合电器装置要低得多，因此制造较容易。 图3-64为C-GIS装置的结构概况，比起传统的全封闭式组合电器采用罐式容器来，C-GIS为柜式容器，所以它占有的空间较小，另外现场操作、维护等都较方便。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 近年来在国内广泛采用的一种美式箱变，又称为组合式变压器，其外形如图3-65所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第七节第七节 保护接地保护接地一、保护接地的作用、接触电压和跨步电压的概念一、保护接地的作用、

208、接触电压和跨步电压的概念 将一切正常不带电而在绝缘损坏时可能带电的金属部分（例如各种电气设备的金属外壳、配电装置的金属构架等）接地以保证运行人员触及时的安全就称为保护接地。触电事故除了人与带电导体过分接近或直接接触以外（这种情况可依靠设置遮栏或保持一定通道宽度来避免），还可能由于下列原因所造成。 （1）在电气设备的绝缘损坏之后触及设备的金属结构和外壳。 （2）在电气设备的绝缘损坏之处，或在载流部分发生接地故障处附近，人的两脚受到所谓跨步电压的危害。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 以上两种原因所造成的触电，都可以用保护接地来加以防护。首先应当指出，触

209、电对人体的危害程度并不直接决定于电压，而是决定于电流和接触时间的长短。 在最恶劣的条件下，只要人所接触的电压达到4050 V0.05(8001000)V时，即有致命的危险。 降低触电时流过人体的电流值的有效措施是采用保护接地。为完成与地连接的整套装置称为接地装置。图3-66表示保护接地的工作原理。如设备外壳未接地时见图3-66（a），当绝缘损坏后，人触及外壳即与故障相的对地电压接触。在有了保护接地后见图3-66（b），则在故障时设备外壳上的对地电压将为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3-15） 当人触及设备外壳时，接地电流将同时沿着接地体和人体两条

210、通路流过，而相应流过人体的电流为（3-16） 接地装置的电阻rd愈小，通过人体的电流愈小。因而，只要适当地选择rd，人即可免除触电的危险。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 通常，接地装置是由埋入土中的金属接地体（钢管、扁钢等）和连接用的接地线等所组成。接地电流通过接地体散流于周围的土壤中，由于土壤具有一定的电阻率，所形成的散流电阻就是接地电阻。 接地装置的接地电阻实质上是接地电流经接地体散流于周围土壤中时所遇到的散流电阻，因此绝不要误认为它仅是金属接地体本身的电阻。而整个接地装置的电阻应等于接地体的对地电阻和接地线电阻之和，后者的数值较小，往往可以忽

211、略不计。接地电阻的数值与接地体的材料类别无关，但与接地体的形状、尺寸、布置方式，特别是与周围土壤的电阻率值有关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 如运行人员处于电流场内，由于各点的电位分布不相同，当人用手接触故障器件时，因手处于最高电位Ud，而脚处于较低的电位U，人体将承受一定的电位差，这种电位差称为接触电压即Ujc，即Ujc=UdU （3-18） 接触电压通常按人距电气设备0.8 m处计算。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 另外，当人在电气设备附近行走时，每跨一步在两足之间（一般把人的步距取为0.8 m）

212、也要形成一定的电位差，这种电位差称为跨步电压Ukb，即 Ukb=U1U2 （3-19） 人体所能耐受的接触电压和跨步电压的容许值的大小与通过人体的电流值、持续时间长短、地面的土壤电阻率以及电流流经人体的途径等因素有关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在大接地短路电流电力网（即有效接地系统）中，接触电压和跨步电压的容许值可用式(3-20)来计算: 在小接地短路电流的电力网（即非有效接地系统）中，接触电压和跨步电压容许值可用式(3-21)计算:(3-21)(3-20)“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 为了保证

213、运行人员的安全，应使接触电压和跨步电压尽可能减小。 另外，在330/220 V的三相四线制电力网中，无论电气装置采用保护接地与否，设备的外壳都要接到中性线上（见图3-68）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、接地电阻的容许值二、接地电阻的容许值 对大接地电流电力网而言，由于接地电流大，在故障电流切除前的时间里，在故障电流所流经途径（大地及金属导体）上会引起严重的高电位分布。对人身安全有威胁的主要是接触电压和跨步电压。运行经验表明，当（3-22）时，人身和设备是安全的。当接地短路电流Id大于4000 A时，则应取rd0.5 。另外，如土壤的电阻率值较高

214、，以致按上述要求在技术经济上极不合理时，可容许将rd值提高到5 。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对小接地短路电流电力网中的接地装置而言，当发生单相接地故障时，继电保护装置通常作用于信号，而不切除故障部分。因而接地装置上的电压可能存在较长时间，运行人员也就有可能在此期间内触及设备的外壳，所以应当限制接地电压。当接地装置仅用于高压设备时，规定接地电压Ud250 V，故有（3-23） 当接地装置为高低压电气设备共用时，考虑人与低压设备接触的机会更多，规定接地电压Ud120V，因而（3-24）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电

215、力工程电力工程 上两式中的Id为单相接地电流。按上式计算出的接地电阻一般不应大于10 。 在1000 V以下的低压装置中接地电阻值不应大于4 ；在小容量装置中，如发电机或降压变压器的总容量未超过100 kVA，可以容许提高为10 。三、接地装置的实施办法三、接地装置的实施办法接地装置中的接地体有自然接地体和人工接地体两大类。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 设计接地装置时，应尽可能广泛地利用自然接地体。经常作为自然接地体的有：埋在地下的自来水管及其他金属管道（但液体燃料和易燃及有爆炸性气体的管道除外）；金属井管；建筑物和构筑物与大地连接的或水下的金属

216、结构；建筑物的钢筋混凝土基础等。 人工接地体的材料可以采用垂直敷设的角钢、圆钢或钢管以及水平敷设的圆钢、扁钢等。接地装置主要有两种形式：外引式和环路式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 外引式接地装置的优点是选择土壤电阻率和土方工程量都最小的地点来敷设接地体，因此造价较低，钢材消耗量也较少，其缺点是电位分布不均匀，接触电压最高可达Ud。 环路式接地装置中电位分布较均匀（见图3-70），可使接触电压与跨步电压大为降低。在大接地电流电力网中，除了利用自然接地体和外引式接地装置外，还应敷设环路式接地装置。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程

217、电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第一节第一节 概述概述一、短路的类型一、短路的类型 电力系统短路是最为常见的一种系统故障形式。所谓短路就是一相或多相载流导体接地或相互接触。在三相系统中短路的基本形式有：三相短路k（3）；两相短路k（2）；单相接地短路（单相短路）k（1）以及两相接地短路k（1.1），它们可分别示意于图4-1。第四章第四章 电力系统短路电力系统短路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当三相短路时，由于被短路回路的三相阻抗相等，因而三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路

218、。但发生其他类型短路时，不仅每相电路中的电流和电压数值不相等，它们之间的相角也不相同，这些短路总称为不对称短路。 图4-1 短路的基本类型（a）三相短路；（b）两相短路；（c）单相接地短路；（d）两相接地短路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在中性点有效接地的高压和超高压电力系统中，以单相接地短路的故障最多，占全部短路故障的90%左右。 在中性点非有效接地的电力系统中，短路故障主要是各种相间短路故障，包括不同相两点接地。二、短路的原因与后果二、短路的原因与后果 发生短路的主要原因是由于各种因素所造成的电气设备和载流导体的绝缘损伤。短路对电力系统的影响

219、主要有下列几方面。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1）当巨大的短路电流流经导体时，将使导体严重发热，造成导体熔化和绝缘损坏。同时巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体与电器，可能使它们变形或损坏。（2）短路时往往同时有电弧产生，高温的电弧不仅可能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围的设备。（3）由于短路电流基本上是电感性电流，它将产生较强的去磁性电枢反应，从而使得发电机的端电压下降，将使网络电压降低。（4）短路时由于系统中功率分布的突然变化和网络电压的降低，可能导致并列运行的同步发电机组之间的稳定性被破坏。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划

220、教材电力工程电力工程电力工程电力工程（5）不对称短路将产生负序电流和负序电压而危及机组的安全运行。（6）不对称接地短路故障将会产生零序电流，它会在邻近的线路内产生感应电动势，造成对通信线路和信号系统的电磁干扰。（7）在某些不对称短路情况下，非故障相的电压将超过额定值，引起工频电压升高。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、标么制一、标么制 所谓标么制，就是把各个物理量用标么值来表示的一种运算方法。标么制又称相对值，是指实际值（有名值）与所选定的基准值间的比值，即标么值既然是同单位的两个数量的比值，因此就没有单位，标么值乘以100时即得到用同样基准值表示

221、的百分值。第二节第二节 标么制标么制“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、基准值的选择二、基准值的选择 在采用标么值计算法时必须首先选定基准值。原则上说基准值可以随便选择，但通常都选取该设备的额定值作为基准值，或整个系统选取一个便于计算的共同基准值。 但是，并不是所有量的基准值都可以随便选定，各量的基准值之间应服从功率方程式和电路的欧姆定律。 在三相制中电流、电压、阻抗（在短路电流计算时往往可以只考虑电抗）和功率这四个物理量的基准值Ib、Ub、Zb、Sb之间当满足下列关系“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程功率方

222、程式欧姆定律因此，只要事先选定其中两个量的基准值，其余两个基准值也就确定了。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在求出各量的基准值后，即可很方便地求出其标么值。当计算阻抗标么值Z*，可以用关系式 计算，即三、基准值变化时标么值的归算三、基准值变化时标么值的归算（1）当只是基准功率值不同时（4-7）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）当只是基准电压不同时，有（3）当基准功率、基准电压均不相同时，有（4-11）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 但是，采用式（4-11）

223、进行阻抗的归算时，将涉及到变比的折算，当线段间的电压级数较多时，计算将比较复杂。目前，在实际工程计算中一般都取变压器两侧的网络的平均额定电压之比来代替变压器的实际变比，这种近似计算可使整个计算大为简化。 我国现行各级电压下的网络平均电压分别为6、3、105、37、63、115、230、345、525 kV。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当选取网络平均额定电压Uav作为各级基准电压，并且不考虑各元件额定电压与平均额定电压之差，而以Uav来近似计算变比时，则不管归算到哪个电压级下其电抗的标么值都是一样的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电

224、力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 为选择电气设备而进行的短路电流计算时，如果系统阻抗（即等值电源内阻抗）不超过短路回路总阻抗的5%10%，就可以不考虑系统阻抗，而作为“无限大”电力系统对待。 在讨论“无限大”电力系统三相短路电流的计算方法时，首先要用到电路课程中对RL电路接通正弦电压后的过渡过程的分析方法。第三节第三节 由由“无限大无限大”电力系统供电的简单电力电力系统供电的简单电力网网三相短路电流的计算三相短路电流的计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 图4-4“无限大”电力

225、系统示意图（a）接线图；（b）等值电路；（c）等值电路“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程根据电路理论，突然短路时电路的方程式为（4-13）求解方程式（4-13），可得短路电流瞬时值的表达式为（4-14）式中电流滞后于电压的相位角。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 式（4-14）中的第一项为短路电流的稳态分量，由于它是一个幅值不变的正弦电流，故又称周期分量；同时，这个分量又是外加电压在阻抗Z=R+jX的回路内强迫产生的，故又称为强制分量。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工

226、程 式（4-15）所示的短路电流瞬时值的变化波形如图4-7所示。从图上可以看出，从短路发生的时刻起直到短路电流的暂态分量衰减完毕为止的这段时间，称为短路的过渡过程（暂态过程）。在短路的暂态过程结束后即进入了稳定短路状态，这时的短路电流即为稳态分量短路电流。在短路的暂态过程中，总的短路电流的瞬时值为稳态分量与暂态分量之和，两个分量都是随时间而变化的，因而它的最大瞬时值将在暂态过程中的某一时刻出现。由于短路电流所产生的电动力等与其瞬时值有关，因此应设法找出短路电流的最大瞬时值来。 式(4-14)中的第二项为短路电流的暂态分量，由于它是一个按指数规律衰减的直流分量，故又称非周期分量或自由分量。“十一

227、五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 短路电流的最大瞬时将出现在短路后的半个周波，当f=50 Hz时，这个时间应为0.01 s。这个短路电流的最大瞬时值又称为冲击短路电流ich， 冲击短路电流ich的大小与冲击系数值Kch成正比，由于电路的时间常数 ，故冲击系数Kch的计算式又可写为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对于一般电压的高压电力网而言，电抗均较电阻值要大得多，Ta值一般在0.050.2 s的范围内。以往多取Ta=0.05 s，相应的Kch=1.8。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程

228、电力工程电力工程一、同步发电机的三相短路电流的一般计算方法一、同步发电机的三相短路电流的一般计算方法 同步发电机突然短路时的短路电流同样具有周期分量与非周期分量。就周期分量而言，从突然短路瞬间起，经历了从次暂态暂态稳态的变化过程。短路电流周期分量的幅值随时间而变化的公式为第四节第四节 由同步发电机供电的简单电力网由同步发电机供电的简单电力网三相短路电流的计算三相短路电流的计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程在式（4-19）中，各短路电流的方均根值为式中 发电机的次暂态电抗、暂态电抗、稳态直轴（同步）电抗； E0发电机的空载电动势。“十一五十一五”国家

229、级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在最不利的短路条件下（即电压的瞬时值过零时），同步发电机三相突然短路电流瞬时值的表达式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程( (二二) )计算方法计算方法（1）次暂态短路电流 ，当发电机端点短路时，其一般计算式为如短路发生在电力网内，即经过外部电抗短路时，则近似可取为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）冲击电流式中Kch冲击系数。（3）稳态短路电流I如短路是发生在外部电力网内

230、，则有“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、自动调节励磁装置对同步发电机三相短路电流的周期分量的影响二、自动调节励磁装置对同步发电机三相短路电流的周期分量的影响 当突然短路时，由于发电机的端电压急剧下降，自动调节励磁装置的强行励磁装置立即发挥作用，迅速增大励磁电流，使发电机的感应电动势增大，端电压重新回升。但是，不管哪种类型的自动调节励磁装置，由于发电机的励磁回路具有较大的电感，都不可能立即增大励磁电流，所以自动调节励磁装置的调节效果要在短路后略为延迟一定时间才可以显现出来，如图4-12所示。 因而，装设自动调节励磁装置后，短路电流周期分量的起始值一般

231、不会受什么影响。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 可是，由于自动调节励磁装置发挥作用的结果，仍将改变感应电动势，从而使得稳态短路电流的计算方法不同于没有装设有自动调节励磁装置的发电机。 当计算稳态短路电流时，发电机的参数应采用稳态同步电动势E和稳态同步电抗xd（1）根据已知发电机定子漏抗x、短路比fk0及励磁电流Ie，由发电机稳态电动势曲线（见图4-13和图4-14）查得稳态电动势E。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）发电机的稳

232、态同步电抗xd可按式(4-36)进行计算（3）当外接电抗为X1时，首先假定发电机处于强制励磁状态，则稳态短路电流为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4）校验发电机励磁状态是否与以上假定相符，方法如下：当短路电流为I时发电机的端电压Ued(Ued=IX1)如小于发电机的额定电压UN，则表示发电机所处励磁状态和式（4-37）的计算条件相同，I即为所求的值。 当IX1的值大于UN时，则表示发电机不是处于强励状态。如以标么值表示可令Ued*=UN*=1，这时I应按式(4-28)进行计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工

233、程三、任意时刻三相短路电流的计算三、任意时刻三相短路电流的计算运算曲线法运算曲线法 上面所介绍的方法只能计算次暂态短路电流、冲击电流以及稳态短路电流，如需要计算短路暂态过程中任意时刻的短路电流，则需要求解式（4-19）。要实现这样的计算，需要知道每个发电机的各个时间常数值，还应计及暂态过程中发电机电动势和电抗的变化，因而是很复杂的，如果事先利用计算工具通过计算绘制成某种计算用曲线，然后再利用查曲线的方法去计算，这样就有可能使计算结果既满足工程要求又较为简便。运算曲线就是基于这种想法而事先制定好的一种计算短路电流周期分量方均根值的曲线，应用这种曲线可以较方便地查得系统中各台发电机或各类发电机任意

234、时刻送至短路点的短路电流。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程运算曲线是用图4-18所示的网络来制作的。 进一步对于不同时间t，绘制成以短路电流的方均根值I*为纵坐标，运算电抗Xjs*=Xd*+Xf*为横坐标的运算曲线。在图4-19上列出了一种汽轮发电机的运算曲线。其他类型的运算曲线可参见附录五。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第五节第五节 对称分量法对称分量法 当三相电气量在数量上相等、相位上互差120时，系统就处在对称运行状态。但是

235、电力系统和电气设备在实际运行时还可能出现一些不对称的运行状态，例如三相负载大小不等，相位差不为120，两相运行，不对称短路等。总之，凡属三相大小不等或相位互差不为120的情况均可认为是不对称运行状态。对称分量法是基于线性电路的叠加原理。 图4-22表示了对称分量的分解与合成的情况。通常任何一组三相不对称的量可以分解为三个对称的分量。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（1）正序分量（又称顺序分量）。如图4-22（a）所示， 领先于领先于 ，相当于一般对称三相制的情况。（2）负序分

236、量（又称逆序分量）。如图4-22（b）所示，这个三相系统同样是对称的，但旋转相序与正序系统恰好相反。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）零序分量。如图4-22（c）所示，它是一组大小相等、相位一致的量（即认为相位互差0或360），故仍为一组对称系统。如将上述正序、负序、零序分量叠加在一起即可得到如图4-22（d）所示的一组不对称三相电流系统，即“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程将式（4-39）式（4-41）的关系式代入式（4-42）可得也可用矩阵的形式表示为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工

237、程电力工程电力工程电力工程或简写为式中显然，A是非奇异矩阵，它的逆矩阵为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程根据线性变换原则，将式（4-45）的两端分别左乘以A-1可得即 实际上，式（4-45）和式（4-48）是三个量 与另三个量 之间的线性变换关系。式（4-49）即为任何一组三相不对称电流系统分解为三个电流对称分量的计算公式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程第六节第六节 不对称故障的序网图不对称故障的序网图 当电力系统的某一点发生不对称故障时，三相系统的对称条件将受到破坏。但同时应当看到，这种对称条件的破坏，

238、往往只是局部性的，即除了在故障点出现某种不对称之外，电力系统其余的部分仍旧是对称的。因而，可以运用对称分量法，按式（4-49）将故障处的电压、电流分解为正序、负序和零序三组对称分量系统，由于电路的其余部分是三相对称的，加之各序分量都具有独立性，从而可以形成独立的三个序网络。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、正序网络一、正序网络 把图4-25中的正序电压、电流分量取出而单独标示于图4-26（a）上，就得出了正序网络图。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工

239、程电力工程电力工程正序网络的基本方程可以写为 正序网络中各元件的电抗称为“正序电抗”。式中X1表示网络从故障点到电源间的总等值正序电抗。由于正序关系就是正常对称运行时以及三相对称短路的相序关系，所以正序电抗也就是三相对称运行时或三相对称短路时的电抗。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、负序网络二、负序网络 如果把图4-25中的负序电压、电流单独取出，即可得出如图4-27（a）所示的网络，把它称为负序网络。由于发电机不能发出负序电动势来，因此负序网络是无源网络。负序网络的基本方程式可以写为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力

240、工程电力工程三、零序网络三、零序网络 如将图4-25中的零序电压、电流单独取出，即可得如图4-28（a）所示的网络，把它称为零序网络。如前所述，零序系统是大小和方向都相同的三相系统，因此， 是大小相等、方向相同的电流。所以，流向中点的三组零序电流，只能经过地线（或大地）流动；反之，如果没有地线（中性点不接地电力网），就不会出现零序电流，对于三角形接法的绕组，零序电流可以在其内部闭合循环流动，但线路上无零序电流流动。因此，零序电流具有地中电流的特点。另一个特点是流经地线的电流应是三相零序电流之和，也就是三倍的各相零序电流。所以，接于中线上的阻抗应等值为每相阻抗值的三倍。“十一五十一五”国家级规划

241、教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程零序系统基本方程式可写为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 由于发电机不能发出零序电动势，所以零序网络也是无源网络。同时由于零序电流只能在中性点接地的电力网中出现，所以零序网络也只有中性点接地或具有公共接地零线时才存在。 如果把上述各序网络的基本公式（4-50）式（4-52）加以汇总后，可得到下列方程组 式（4-53）方程组对各种类型的不对称故障都适用，它表示了不对称故障的共性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 综上所述，可得出应用对称分量法来求解电力系统的不

242、对称故障的大致步骤如下：（1）计算电力系统各元件的各序阻抗；（2）根据故障的特征，作出针对故障点的各序网络图；（3）由序网络图及故障的边界条件列出对应方程组，作出相应的复合序网图；（4）按复合序网图或由联立方程组式（4-53）解出故障点的电流和电压的各序分量，并将每相的各序分量相加，以求出故障点的各相电流和各相电压；（5）计算各相序电流和各相序电压在网络中的分布，进一步求出各指定支路的各相序电流和指定节点的各相序电压。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、发电机一、发电机 同步发电机的负序电抗与零序电抗均与其正序电抗不同，在表4-5中列出了同步发电机各

243、序电抗的平均值。 第七节第七节 电力系统中各元件的负序电抗和零序电抗电力系统中各元件的负序电抗和零序电抗“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、变压器二、变压器 对于变压器来说，由于三相电磁耦合回路是静止的，改变三相的相序并不改变各相的互感，因此，其正序电抗与负序电抗是相等的。 但是，变压器的零序电抗却与正序电抗大不相同，下面着重分析零序电抗的计算方法。 变压器的零序电抗与变压器的结构（主要是磁路系统的结构）、连接组别以及类型（是普通变压器或自耦变压器）等都有密切的关系。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）磁

244、路系统与零序电抗（一）磁路系统与零序电抗 首先，由于零序磁通仍是工频交变磁通，所以它在一、二次绕组中的电磁感应关系与正序、负序磁通是基本相同的，因而众所周知的正序T形等值电路原则上仍可适用于零序（见图4-32）。由于绕组的漏抗与相序无关，所以x10和x20与正序时的值基本相同，而零序时的励磁电抗xm0值则与磁路系统有着密切的关系。由于零序磁通是三相同相位的，因而与三相制中的3次谐波磁通具有类似特点。对由三个单相变压器所构成的三相变压器组、三相五柱式变压器以及壳式变压器而言，零序磁通可顺利地在铁心内形成闭路，零序励磁电抗就等于正序励磁电抗，即xm0=xm。由于xm较之x10漏抗及x20要大得多，

245、故可近似地认为励磁支路是开路的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 但是，对于采用三相三柱式铁心的变压器（又称心式变压器）而言，由于三相具有公共的磁路而零序磁通又是三相同相位的，所以零序磁通就不可能在铁心内形成闭合回路，只能穿过充油空间（非导磁体）取道油箱壁，再经充油空间返回铁心以形成闭合回路（见图4-33）。由于铁心与油箱壁之间的空间距离较大，加之空气（油）的磁导率很低，所以这个回路的磁阻是很大的，这时的零序励磁电抗xm0要比正序励磁电抗xm小得多。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对于采用三柱式铁心的普通

246、变压器，据以往的资料，其零序励磁电抗的标么值（以变压器的额定容量为基准值）为xm0*=0.31，平均为0.6左右。而正序励磁电抗的标么值xm*则在20以上，短路电抗xk*=x1+x2的标么值在0.050.15之间，可见xm*xm0*，但xm0*xk*。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）接连组与零序电抗（二）接连组与零序电抗 变压器绕组的连接组对零序电流的流通情况有很大影响，从而将影响到零序电抗的数值。例如，在Y连接的绕组中，方向相同的零序电流无法流通，在等值电路中相当于开路（即阻抗为无限大）；而在YN连接的绕组中，零序电流则可以流通，等值电路是接

247、通的；在d连接中，零序电流可以在绕组内形成环流，三相绕组将形成一个短路的闭合回路，而线路上则没有零序电流。所以用等值电路来表示时，在变压器内部相当于短路，而从外部电路看进去则是开路的（即阻抗为无限大）。从图4-35所示为YNd连接的变压器的零序等值电路，即可看出零序电流在YN连接和D连接两种接法时的流通情况及其零序等值电路的表示方式。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）一般的双绕组和三绕组变压器的零序电抗（三）一般的双绕组和三绕组变压器的零序电抗 根据上述原则，可以把一般常

248、用的双绕组及三绕组变压器的零序等值电路，根据其连接组的类型，综合列于图4-36中，可供实际使用时参考。 在具体应用图4-36来计算变压器的零序电抗时，应当按下列原则来处理。 （1）当铁心结构为三相五柱式、三个单相组合式或壳式时，xm0*的值很大，可把励磁支路近似作为开路处理。同时，其x10*、x20*与x30*的值则与正序时基本相同。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 （2）当采用三相三柱式铁心自耦变压器时，由于上述的箱壁的“”作用，使得x10*、x20*、x30*的值均较正序漏抗要小，在精确计算时，应采用厂家提供的值或实测值；在近似计算时也可以就取为

249、正序漏抗。同时，如前所述，三柱式铁心的xm0*xm*，这时励磁支路不能作为开路处理。（3）对于目前在电力系统中使用较广的YNd连接的变压器，当采用单相变压器组这种类型的铁心时，由于xm0*的值很大，可近似认为开路，从而零序电抗x0*=x10*+x20*=xk*=x1*。但是，当采用三柱式铁心自耦变压器时，根据我国某些系统的运行实测，其正序短路阻抗要比零序短路阻抗大20%左右。因此有人建议：在近似计算时可以取x0*0.8xk*（即0.8xk1*）。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（4）对Yy、Dd、Yd连接的变压器，由于对外电路而言，零序电流均不可能流

250、通，故其零序等值电路应作为开路处理，即x0=。（5）对于某些连接方式而言，当不可能如YNd连接那样把零序等值电路简单地归并为一个零序电抗值来代表时，就应将变压器的零序等值电路纳入整个网络的零序等值网络中去进行归并计算。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（四）中性点经阻抗接地时变压器的零序阻抗（四）中性点经阻抗接地时变压器的零序阻抗（1）对普通变压器，应在中性点经阻抗接地一侧的电路中串入三倍的接地阻抗值（应是经过相应归算后的值）。这是由于流经接地阻抗的零序电流为每相零序电流的三倍

251、的缘故。图4-37所示就是YNd连接的三柱式铁心双绕组变压器的中点经电抗xd接地时的零序等值电路。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（2）对自耦变压器，接地阻抗值对各侧的等值分支阻抗均有影响，图4-38所示为中点经阻抗接地的YNynd连接的自耦变压器的接线图和等值电路图。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 在等值电路图4-38（b）中，x10、x20、x30为中性点经电抗xd接地时、折算到一次侧的各电压侧的零序电抗值，经分析推导，其计算式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力

252、工程三、输电线的零序电抗与零序电容三、输电线的零序电抗与零序电容（一）输电线的零序电抗（一）输电线的零序电抗1.概述 和变压器一样，输电线也是静止的磁耦合回路，它的负序电抗与正序电抗是相等的，但其零序电抗与正序电抗却相差较大。 首先，当三相输电线上流过正（负）序电流时，是三相互为回路的。但是流过零序电流时，由于三相零序电流之和不为零，就必须另有回路，如前所述，通常都是以大地作为回路的。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 其次，再看一看线路电流所产生的空间磁场的情况。当线路上流过大小相等、相位相同的零序电流时则情况大不相同，这时由于三相零序电流是同方向的

253、，所以在导体附近的空间内，磁力线将相互排斥而使得磁通较少，但在导线外部的空间磁力线将相互叠加而使得磁场增强。零序电流所产生的磁通，将要深入到大地内部形成回路，所以，零序电抗将在较大程度上受大地电导率的影响。2. 单根导线地回路的电抗 如前所述，输电线上的零序电流将要通过大地而返回，由于线路上的零序阻抗是由单位零序电流所产生的穿链导线的磁链所决定的。所以它与返回电流在地中的分布有关，但是，返回电流在地中的分布状况又与土壤的电阻率、电流的频率等因素有关。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 这里特别要提到的是卡尔松（Carson）的公式，经过实践的证明，这个

254、公式可以方便地解决线路零序电抗的计算问题，其精确度完全满足要求。 对单导线以地作为回路的交流电路，可用一个虚构的双导线回路来代替，导线与位于地下的虚构的导线的轴线间的距离为Dd，如图4-39所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程图中的Dd又称为导线地回路的等效深度。 由于导线地回路的电抗计算可以按双导线回路的电抗计算式（2-4）来处理，于是导线地回路（见图4-39）的等值电抗xd的计算式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3. 三相输电线路的零序电抗计算公式的推导对于三相输电系统可以用三个相互平行的导线地回路

255、来代替。 对于图4-40所示的三相输电线，三相线路的电压降 和 与三相电流之间将有下列关系“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程如忽略电阻的影响，则有“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程线路的自电抗，即按式（4-57）计算的导线地回路的电抗，可取为xAA=xBB=xCC=xk；线路的互电抗，即每两个导线地回路彼此之间的互感抗。可取为：xAB=xAC=xBA=xBC=xCA=xCB=xM。可得“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程正、负序电抗零序电抗“十一五十一五”国家级规划教材国

256、家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当转换为对称分量后，各对称分量的线路压降是没有耦合的，即正序压降只和正序电流有关，负序压降只和负序电流有关，零序压降只和零序电流有关，这就再一次证明，各个序网图可以相互独立而单独存在4. 没有架空地线的单回线路的零序电抗的计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程由于 ，故有5. 没有架空地线的双回线路的零序电抗的计算 在双回线路中，除了每回路的三相导线间具有互感之外，在两个平行回路间还具有互感，所以每个回路的x0都将要增大。对于图4-41，在考虑了平行回路间的互感后的零序电抗x0的计算式为“十一五十一五”国家

257、级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 把D(-)称为回路和间的几何均距，它等于两个回路中的六根导线两两之间总共九个轴线距离的连乘积的九次方根。 因此，当双回线路并联运行时，整个双回线路的零序电抗应为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程6. 架空地线对零序电抗值的影响 当导线中流过零序电流时，三相零序电流是同相位的，因此将产生很大的合成磁链与架空地线相穿链，于是在地线和大地所组成的闭合回路内将感应出电流。如把输电线路等效为变压器的一次绕组，则架空地线的作用可看成短接的二次绕组。显然，架空地线的存在将减低零序电抗值。钢质架空地线的电阻较大

258、，限制了地线回路内的电流，使得x0的值减低不多,当架空地线是用良导体材料制作时，则对x0值的影响甚大，决不可忽略不计。 下面首先讨论具有一根架空地线的三相单回线路的零序电抗的计算。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程有架空地线的导线地回路的零序电抗为同理，根据式（4-69）可求得导线和架空地线之间的零序互感抗为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程具有一根架空地线的单回线路的等效零序电抗为 当线路装设两根架空地线时，x0的计算公式与一根地线时

259、相似，只要把架空地线系统用一根等值电线来代替即可，这个等值地线的几何平均半径rTpj确定为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 对于装有两根架空地线的双回线路，经过分析推导可知，当双回线路并联运行时的等值零序电抗的计算式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）输电线的零序电容（二）输电线的零序电容 尽管在进行不对称短路计算时，一般已知输电线的零序电抗就足够了，但是在分析长线的不对称运行特性以及过电压特性等时，还必须知道输电线的零序电容。 在推导零序电容的计算公式时，与第二章中考虑大地对正序电容的影响相同，需要利

260、用静电场理论中的镜像法原理，为此，首先采取下列假定：（1）地是个零电位的等位面；（2）导线上的电荷是均匀分布的，以致对导线外的静电场而言，可以看作电荷集中于导线的轴线上；“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（3）导线电位沿线不变；（4）导线距地的高度不变。 图4-45表示三相架空输电线路，在导线A、B、C上分别带有电荷qA、qB、qC，并假定在地下面有三根镜像导线A、B、C，它们所带电荷分别为-qA、-qB和-qC。由于地的电位等于零，所以上式可改写为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教

261、材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当线路上流过零序电流时，在三相的零序电荷之间具有的关系。将其代入式（4-87）后即可得“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程经过换位的三相输电线路的零序电容的计算式为当f=50 Hz时，相应的零序电纳为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程具有一根地线的三相线路的零序电容的计算式为相应的容性电纳的计算式为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、单相接地短路

262、计算一、单相接地短路计算（一）单相接地短路电流的计算（一）单相接地短路电流的计算 当中性点直接接地电力网发生单相接地短路时，例如图4-49所示三相系统的A相发生单相接地短路时，反应故障特征的条件为第八节第八节 电力系统不对称短路故障的计算电力系统不对称短路故障的计算“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 首先根据对称分量法，将上述不对称三相系统分解为对称三相系统。按式（4-49），可以有 式（4-95）表明，当发生单相接地短路时，各相序电流的大小相等、相位相同。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 同理，根据式（4-

263、42），又可写出故障点k(1)处A相（故障相）的对地电压为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程式（4-95）和式（4-96）称为单相接地故障的对称分量的边界条件。 根据这个边界条件，还可以作出单相接地短路时的复合序网图，如图4-50所示。 所谓复合序网图是由正序、负序和零序网络组合而成，它反映故障的特点，各序网图之间的连接关系是由故障的边界条件所决定的。因此，满足上述二式的单相接地短路的复合序网图，应为各序网图相互串联而成，如图4-50所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规

264、划教材电力工程电力工程电力工程电力工程有了复合序网图，分析问题即可大为简化A相（故障相）的短路电流为“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程单相接地短路电流可用I(1)k来表示，其绝对值为下面进一步比较三相短路电流与单相接地短路电流值“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 通常，在高压网络内发生短路时，一般来说，X0X1，因而I(3)kI(1)k；但当发电机出口或邻近处发生单相接地短路时，将有X0IfJ，因而KfJ1。在实际应用中，常常要求KfJ能接近于1。通常可采用坚硬的轴承以减小摩擦力矩，改善磁路结构等方法来提高返回

265、系数。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）电磁式辅助继电器（二）电磁式辅助继电器1. 时间继电器2. 中间继电器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3. 信号继电器“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、晶体管式继电器简介二、晶体管式继电器简介 晶体管式继电器是无触点的，它具有不怕振动，工作可靠，动作速度快，装置紧凑等优点。晶体管式继电器通常由测量回路、比较回路（逻辑回路）、输出回路（执行回路）等所组成。 图6-16为晶体管式时间继电器的一个实例。“十一五十一五”国家级

266、规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、常用继电器的新旧图形、文字符号比较四、常用继电器的新旧图形、文字符号比较“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程一、保护相间短路的定时限过电流保护一、保护相间短路的定时限过电流保护（一）工作原理（一）工作原理 在电力系统中，输电线路发生相间短路故障时，线路的电流增大，母线电压降低。利用电流增大这一特征，构成当电流超过某一整定值时使电流继电器动作的保护，称为线路的过电流保护。 对于图6-23所示单侧电源辐射形电网，为切除故障只需

267、在各线路L1、L2、L3电源侧装设断路器QF1、QF2、QF3及保护装置1、2、3。为使保护在正常运行时不动作，各保护的动作电流应大于被保护线路的最大负荷电流。第六节第六节 过电流保护过电流保护“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 当线路L3上的k1点发生短路故障时，短路电流Ik由电源经线路L1、L2及L3流至短路点。由于短路电流Ik经过保护装置1、2及3，且Ik大于保护装置1、2及3的电流继电器的动作电流，所以上述各保护装置的电流继电器均启动。但根据选择性要求，应由装于故障线路L3上的保护装置3动作，使断路器QF3跳闸。QF3跳闸后，短路电流消失，保护

268、装置1及2的电流继电器都应立即返回。为此必须使各保护的动作时限有 每一线路的过电流保护装置除保护本线路外，还应起相邻下一线路的后备保护作用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程定时限过电流保护装置接线如图6-24所示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（二）定时限过电流保护装置动作电流的（二）定时限过电流保护装置动作电流的整定及灵敏系数的校验整定及灵敏系数的校验 选择定时限过电流保护的动作电流时，应保证正常运行时保护不动作，故障时保护装置可靠动作。1. 动作电流的整定（1）为了保证定时限过电流保护在正常运行时（包

269、括输送最大负荷和故障消除后电压恢复且电动机自启动时）不动作，其动作电流应满足“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程保护1的返回电流应满足下列条件“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程2. 灵敏系数校验 保护装置能否对保护区内的短路故障灵敏地反应，应通过计算灵敏系数来衡量。灵敏系数是当被保护元件发生故障时，通过保护装置的最小短路电流与保护装置的动作电流之比值“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程3. 动作时限的整定 时限的整定应从离电源最远的元件保护开始，如图6-27，电动机的保护4

270、位于电力网的最末端，只要电动机内部故障，它就可瞬时跳闸，所以t4即为电动机过电流保护电流继电器和出口中间继电器的固有动作时间，其值很小，故认为t40 s。线路末端保护3的动作时限t3应比t4大一个时限级差t（t通常取0.5 s）。依次类推，可以求出t2、t1。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（三）保护的接线方式（三）保护的接线方式1. 三相星形接线 它能反应各种相间短路及中性点直接接地电力网中的单相接地短路。这种接线方式的接线系数KC0=1。2. 两相不完全星形接线 图6-2

271、8所示为两相不完全星形接线。在图6-1中所介绍的过电流保护也是两相不完全星形接线。它采用两只电流互感器和两只电流继电器。这种接线的接线系数KC0=1。 这种接线方式能够反应各种相间短路故障，且接线简单，节省电流互感器和继电器。在中性点非有效接地电力网中，单相接地不产生大的短路电流，过电流保护只需反应相间短路，所以，目前两相不完全星形接线方式得到了广泛的应用。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、瞬时电流速断保护二、瞬时电流速断保护 对于图6-32所示单侧电源辐射形电力网，假定在

272、线路L1和线路L2上分别装设瞬时电流速保护1和2（瞬时电流速断保护通常用符号 表示）。根据选择性要求，对保护1来说，在相邻的下一段线路L2首端k2短路时，不应动作，而该故障应由保护2动作切除。为了使延时动作的保护1在k2点短路时不动作，只有使其动作电流大于k2点短路时的最大短路电流。由于下一线路L2首端k2点短路时的短路电流与本线路末端点k1短路时的短路电流可认为相等，因此瞬时电流速断保护的动作电流可按大于本线路末端短路时的最大短路电流来整定。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程

273、 为了保证选择性，瞬时电流速断保护1的动作电流应大于曲线1上的IkBmax，即瞬时电流速断保护2的动作电流应为 这样整定后，瞬时电流速断保护不反应本线路以外的短路，既能瞬时动作，也能保证选择性。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程瞬时电流速断保护的灵敏性通常用保护范围的大小来衡量。图6-33为瞬时电流速断保护的原理接线图。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、限时电流速断保护三、限时电流速断保护 瞬时电流速断保护虽能快速切除线路故障，但只能保护靠近首端的一部分线路，对线路其余部分的故障它是无能为力的。为了较快地切

274、除线路其余部分的故障，可增设限时电流速断保护。 限时电流速断保护要保护本线路全长，其保护范围势必伸延至下一线路的一部分。为了保证选择性，限时电流速断保护就必须带有一定的时限，以便与下一线路的保护相配合。限时电流速断保护通常用符号 表示。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程四、三段式电流保护装置四、三段式电流保护装置( (一一) ) 三段式电流保护的构成及功用三段式电流保护的构成及功用 35 kV及以下的单侧电源供电线路常采用三段式电流保护装置，如图6-35所示。( (二二) )

275、三段式电流保护的原理图与展开图三段式电流保护的原理图与展开图图6-36为三段式电流保护装置的接线图，保护采用两相不完全星形接线。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程五、方向过电流保护简介五、方向过电流保护简介 对于由多电源所组成的复杂电网，上述简单的过电流保护已不能满足系统运行的要求。例如图6-37所示的双侧电源网络中，在每条线路

276、的两侧，均需装设断路器和保护装置，如在线路L1和L2两侧都装有过电流保护，则当k1点发生短路时应由保护1、2动作于断路器1、2跳闸。因此要求保护2比保护3先动作，即保护2的动作时限应比保护3的短（t2t3）；但当k2点发生短路时，则应由保护3、4动作，断开断路器3、4，这时要求t3Eref将流过滞后的电流，从而消耗无功，电压也随之下降；反之，当EsUs时，超前 90。STATCOM等效为一电容电抗，向系统发出无功功率；若UiUs，则 滞后 90，STATCOM等效为一电感电抗，从系统吸收无功功率；在Ui=Us时， =0等效于STATCOM被切除，与系统间没有无功功率交换。可见，控制STATCO

277、M输出电压 的大小可以快速调节其无功输出。 STATCOM的直流侧电容仅提供直流电压，它的电压则由三相六个二极管充电得到。因此，在系统电压下降时，它仍能供给额定的无功电流。而静止补偿器的设备，其输出的电流是随电压而比例减小的。因而，STATCOM在故障时能更好地支撑电压。另外，它还具有自整流充电的功能。 但是，STATCOM难于应对系统的不对称工况。STATCOM在系统电压不对称时，会产生很大的负序电流，这个电流必然流过直流电容器，也就是说它本身不能承担过大的不对称电流。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程二、可控串联补偿装置二、可控串联补偿装置 如前所

278、述，在线路中串入电容C（见图7-35）可达到补偿线路电抗、调节有功功率、增大输送功率的稳定极限值的目的。将串联电容作成可调的，就称为可控串补，是FACTS技术的一种重要形式。 “十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（一）（一） 晶闸管投切串联电容（晶闸管投切串联电容（TSSCTSSC） TSSC原理如图7-36所示，由双向晶闸管VS投切的电容器组互相串联而成。当晶闸管导通时，与之并联的电容被短接而切除。按一定规律分别控制各晶闸开关的通断即可获得离散调节串联电容的效果。（二）（二） 晶闸管控制串联电容（晶闸管控制串联电容（TCSCTCSC） TCSC原理如图

279、737所示，它由电容C与TCR并联组成。通过改变TCR的电抗值可以实现等效串补电容值的连续变化。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程三、统一潮流控制器（三、统一潮流控制器（UPFCUPFC） PFC将可控并联补偿和可控串联补偿技术融为一体，协调控制，不仅可对电网实施电压控制，还能有效地调节系统潮流。较之同时安装多个单一性能的装置，可以降低造价，是一种具有良好发展前景的FACTS装置。UPFC的结构原理如图7-40所示，由STATCOM和基于电力电子开关的电压源型串联补偿器组成。“

280、十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 电力网运行中不可避免地会发生事故和故障，即使可靠性很高的系统，仍需要采取防止事故发生时不使其影响范围扩大的保护措施，用以分隔事故区域和无故障区域。在事故发生时，即使最快速地保护切断故障部分也需要零点几秒，而在这个时间会使许多负荷受到影响，事故时的特点是故障电流增大、系统电压降低，这就使接触器类开关由于低电压释放而停电。四、动态电压恢复器（四、动态电压恢复器（DVRDVR）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工

281、程 DVR是在当测出电压瞬时降低后，立即由直流电源逆变产生一组交流，与电源电压相加（串联），这样输出的电压可能维持在允许的范围内，直到系统电压回升到正常值。DVR的单相电路如图7-41所示，“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程 目前，DVR已经在造纸厂、化工厂、制药厂和电子工业企业等采用，DVR补偿的电压波形在1 s之内，多为0.5 s以下，补偿的目的是三相不平衡的故障状态，而超导储能所补偿的大多是20 ms内的一些波形上的缺欠，也可能是重复的，但每周期补偿的也只有不足1 ms的缺欠。“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材电力工程电力工程电力工程电力工程（全文完）（全文完）“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材