第1章概論1.1電力系統(tǒng)的基本概念1.2發(fā)電廠的類型及其電能的生產(chǎn)過(guò)程1.3電力系統(tǒng)的負(fù)荷1.1電力系統(tǒng)的基本概念1.1.1電力系統(tǒng)的組成我國(guó)城市、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及其它電力用戶所需的電能多數(shù)是由生產(chǎn)電能的火力和水力發(fā)電廠供給。發(fā)電廠可位于用戶附近，也可相距很遠(yuǎn)。但在任何情況下，電能總是從發(fā)電廠經(jīng)過(guò)線路而輸送給用戶。若用戶與發(fā)電廠相距很遠(yuǎn)，電能的輸送則須采用升高電壓的方法，以減少電能損耗，同時(shí)為了滿足用戶對(duì)電壓的要求，又須采用降低電壓的方法，所以，在發(fā)電廠與用戶之間，就必須建立升壓和降壓變電所。所謂電力系統(tǒng)就是將各種類型發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓和降壓變壓器、輸電線路以及各種用電設(shè)備聯(lián)系在一起所構(gòu)成的統(tǒng)一整體。該系統(tǒng)起著電能生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)的作用。圖1-1電力系統(tǒng)示意圖組成電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：（1）降低發(fā)電廠的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用；（2）在各個(gè)發(fā)電廠之間能對(duì)負(fù)荷進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理地分配；（3）充分利用當(dāng)?shù)氐膭?dòng)力資源（水力、燃料），減少鐵路的運(yùn)輸量；（4）構(gòu)成電力系統(tǒng)，能提高對(duì)用戶供電的可靠性；（5）便于集中管理和控制。電力系統(tǒng)和動(dòng)力部分構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力部分包括火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)，水力發(fā)電廠的水庫(kù)、水輪機(jī)以及原子能發(fā)電廠的原子反應(yīng)堆等。電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的一部分，包括變電所和不同電壓等級(jí)的輸電線路。其作用是輸送和分配電能。1.1.2電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)和要求1、電能不能大量?jī)?chǔ)存

2、過(guò)渡過(guò)程十分短暫

3、電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)

4、電力系統(tǒng)運(yùn)行與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門關(guān)系密切根據(jù)上述特點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)有如下基本要求：1、保證電力系統(tǒng)供電的可靠性2、保證電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量

3、為用戶提供充足的電能

4、保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性1.1.3電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)在同一電壓等級(jí)下，各種設(shè)備的額定電壓并不完全相等。1．用電設(shè)備

為了使用電設(shè)備經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行，要求在制造用電設(shè)備時(shí)，用電設(shè)備的額定電壓應(yīng)與線路的額定電壓相等。2．發(fā)電機(jī)

由于一般用電設(shè)備的允許電壓偏移規(guī)定為5%的額定值。這就要求線路始端電壓應(yīng)比線路額定電壓高5%，使其末端電壓比用電設(shè)備額定電壓不低于5%。這就要求線路始端電壓應(yīng)比線路額定電壓高5%，使其末端電壓比用電設(shè)備額定電壓不低于5%。3．變壓器

電力系統(tǒng)中的不同電壓等級(jí)線路是通過(guò)有變壓功能的變壓器聯(lián)接起來(lái)的。變壓器的一次繞組聯(lián)接在對(duì)應(yīng)于某一級(jí)額定電壓線路的末端，相當(dāng)于用電設(shè)備，其額定電壓與用電設(shè)備額定電壓相等。但當(dāng)變壓器直接與發(fā)電機(jī)聯(lián)接時(shí)，其額定電壓則與發(fā)電機(jī)的額定電壓相等，即比線路額定電壓高5%。變壓器二次繞組向負(fù)荷供電，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，因此二次繞組額定電壓應(yīng)高于線路額定電壓的5%；又因變壓器二次繞組額定電壓規(guī)定為變壓器空載電壓，當(dāng)變壓器滿載時(shí)，約有5%的電壓降。如果變壓器二次側(cè)供電線路較長(zhǎng)，則變壓器二次繞組的額定電壓，一方面要考慮補(bǔ)償變壓器內(nèi)部5%的阻抗電壓降，另一方面要考慮變壓器滿載時(shí)輸出的二次電壓還要高于線路額定電壓的5%，以補(bǔ)償線路上的電壓降，所以它要比線路額定電壓高10%。如果變壓器二次側(cè)供電線路較短或變壓器阻抗較小，則變壓器二次繞組的額定電壓只需高于線路額定電壓5%。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中，220kV以上電壓等級(jí)多用于大型電力系統(tǒng)的主干線；110kV則多用于中、小型電力系統(tǒng)的主干線，也可用于大型電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)；一般工廠內(nèi)部多采用6~10kV的高壓配電電壓。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看，最好采用10kV。如果工廠擁有相當(dāng)數(shù)量的6kV用電設(shè)備時(shí)，可考慮采用6kV電壓作為工廠配電電壓。380/220V電壓等級(jí)多作為低壓配電電壓。

表1-2電力網(wǎng)的額定電壓等級(jí)及其相適應(yīng)的傳輸功率和傳輸距離1.1.4電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)是指星形聯(lián)結(jié)的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)。電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式分為兩大類：一類是小電流接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地；另一類是大電流接地系統(tǒng)，包括中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小阻抗接地。其中采用最廣泛的有三種：，中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地及中性點(diǎn)直接接地。1、中性點(diǎn)不接地我國(guó)3～60kV的電力系統(tǒng)通常采用中性點(diǎn)不接地方式。(a)(b)圖1-2中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電路圖和相量圖圖1-3中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障電路圖和相量圖中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在接地點(diǎn)將流過(guò)接地故障電流（電容電流）。例如，A相發(fā)生接地故障時(shí)，A相對(duì)地電容被短接，流過(guò)接地點(diǎn)的故障電流

（電容電流）為B、C兩相的對(duì)地電容電流

、

之和，但方向相反，即短路點(diǎn)的接地電流有效值為即單相接地的電容電流為正常情況下每相對(duì)地電容電流的3倍。2、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地消弧線圈是一個(gè)具有鐵芯可調(diào)的電感線圈，安裝在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與大地之間，如圖1-4所示。(a)(b)圖1-4中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障電路圖和相量圖正常運(yùn)行時(shí)，由于三相對(duì)稱，消弧線圈中沒(méi)有電流流過(guò)。當(dāng)發(fā)生A相接地故障時(shí)，如圖1-4(a)所示，中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高為電源相電壓，消弧線圈中將有電感電流

（滯后于

90°）流過(guò)，其數(shù)值為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，有三種補(bǔ)償方式：即全補(bǔ)償方式、欠補(bǔ)償方式和過(guò)補(bǔ)償方式。（1）全補(bǔ)償方式在選擇消弧線圈的電感時(shí)，使則接地故障點(diǎn)電流為零，即全補(bǔ)償方式。此時(shí)，由于感抗等于容抗，電網(wǎng)將發(fā)生諧振，產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓和過(guò)電流，可能造成設(shè)備的絕緣損壞，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，一般電網(wǎng)都不采用全補(bǔ)償方式。

（2）欠補(bǔ)償方式

在選擇消弧線圈的電感時(shí)，使此時(shí)，接地故障點(diǎn)有未被補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏髁鬟^(guò)。采用欠補(bǔ)償方式時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式改變而切除部分線路時(shí)，整個(gè)電力網(wǎng)對(duì)地電容將減少，有可能發(fā)展成為全補(bǔ)償方式，導(dǎo)致電力網(wǎng)發(fā)生諧振，危及系統(tǒng)安全運(yùn)行。所以，很少被采用。，

（3）過(guò)補(bǔ)償方式在選擇消弧線圈的電感時(shí)，使，

此時(shí)，接地故障點(diǎn)有剩余的電感電流流過(guò)。在過(guò)補(bǔ)償方式下，即使電力系統(tǒng)運(yùn)行方式改變而切除部分線路時(shí)，也不會(huì)發(fā)展成為全補(bǔ)償方式，致使電力網(wǎng)發(fā)生諧振。同時(shí)，由于消弧線圈有一定的裕度，今后電力網(wǎng)發(fā)展，線路增多、對(duì)地電容增加后，原有消弧線圈仍可繼續(xù)使用。因此，實(shí)際上大多采用過(guò)補(bǔ)償方式。3、中性點(diǎn)直接接地

中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)示意圖如圖1-5所示。如果該系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于構(gòu)成單相短路線路上將流過(guò)很大的單相短路電流，使得線路上安裝的繼電保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，斷路器跳閘將故障部分?jǐn)嚅_(kāi)，從而防止了單相接地故障時(shí)產(chǎn)生間歇性電弧過(guò)電壓的可能。顯然，中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，是不能繼續(xù)運(yùn)行的，所以其供電可靠性不如電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地和經(jīng)消弧線圈接地方式。圖1-5中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)示意圖

中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)電位仍為零，非故障相對(duì)地電壓不會(huì)升高仍為相電壓，因此電氣設(shè)備的絕緣水平只需按電力網(wǎng)的相電壓考慮，可以降低工程造價(jià)。由于這一優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)110kV及以上的電力系統(tǒng)基本上都采用中性點(diǎn)直接接地方式。由于在發(fā)生單相接地故障時(shí)，除了接地相要流過(guò)較大的單相接地短路電流，危害設(shè)備的運(yùn)行外，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，中斷供電。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，可在線路上裝設(shè)三相或單相自動(dòng)重合閘裝置，以此來(lái)提高供電的可靠性。對(duì)于1kV以下的低壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電力網(wǎng)的絕緣水平已不成為主要矛盾，系統(tǒng)中性點(diǎn)接地與否，主要從人身安全考慮問(wèn)題。在380/220V系統(tǒng)中，一般都采用中性點(diǎn)直接接地方式，一旦發(fā)生單相接地故障時(shí)，可以迅速跳開(kāi)自動(dòng)開(kāi)關(guān)或燒斷熔絲，將故障部分切除。1.2發(fā)電廠的類型及其電能的生產(chǎn)過(guò)程發(fā)電廠是將各種自然資源轉(zhuǎn)化為電能的工廠。按利用能源的類型不同，發(fā)電廠可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠、風(fēng)能發(fā)電廠、太陽(yáng)能發(fā)電廠以及其它形式能源的發(fā)電廠。1.2.1火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠是將煤、油、天然氣及其它燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的工廠?；鹆Πl(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠或火電站。其能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程：燃料的化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。單一生成電能的火電廠應(yīng)盡量建在燃料產(chǎn)地、礦區(qū)附近，這樣的電廠也稱為礦口電廠或坑口電廠，它的生產(chǎn)不會(huì)對(duì)城市造成污染，又避免了燃料的長(zhǎng)途運(yùn)輸。發(fā)電兼供熱的火電廠稱為熱電廠或熱電站，熱電廠一般建在大城市及工業(yè)區(qū)附近，以提高熱能的利用率。我國(guó)火電廠所使用的燃料以煤為主。圖1-6為凝氣式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖。圖1-6凝氣式火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖。1.2.2水力發(fā)電廠

水力發(fā)電廠是利用水流的位能來(lái)生產(chǎn)電能的工廠。水力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱水電廠或水電站。其能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程：水的位能→機(jī)械能→電能。圖1-7堤壩式水電廠示意圖1.2.3核能發(fā)電廠核能發(fā)電廠是利用核能來(lái)發(fā)電的工廠。核能發(fā)電廠簡(jiǎn)稱核電廠或核電站。其能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程：核裂變能→熱能→機(jī)械能→電能。核電廠由兩個(gè)主要部分組成：核系統(tǒng)部分（包括反應(yīng)堆及其附屬設(shè)備）和常規(guī)部分（包括汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備）。反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)可控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。反應(yīng)堆的形式中，包括輕水堆、重水堆及石墨冷水堆等。輕水堆有壓水堆和沸水堆兩種類型。

圖1-8核電廠的生產(chǎn)過(guò)程示意圖。(a)沸水堆核電廠(b)壓水堆核電廠

1.2.4其它能源發(fā)電（1）風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力的動(dòng)能來(lái)生產(chǎn)電能。風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程是：當(dāng)風(fēng)力使旋轉(zhuǎn)葉片轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)力的動(dòng)能就轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再通過(guò)升速裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。（2）太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電是利用太陽(yáng)光能或太陽(yáng)熱能來(lái)生產(chǎn)電能。太陽(yáng)光能是利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)熱能發(fā)電有直接熱電轉(zhuǎn)換和間接熱電轉(zhuǎn)換兩種形式。溫差發(fā)電、熱離子和磁流體發(fā)電等，屬于直接轉(zhuǎn)換方式發(fā)電。將太陽(yáng)能集中或分散地聚集起來(lái)，通過(guò)熱交換器，將水變成蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，屬于間接轉(zhuǎn)換方式發(fā)電。（3）地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電是利用地表深處的地?zé)崮軄?lái)生產(chǎn)電能。地?zé)岚l(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程與火電廠近似，只是以地?zé)峋〈仩t設(shè)備，地?zé)嵴羝麖牡責(zé)峋?，將蒸汽中固體雜質(zhì)濾掉，然后通過(guò)蒸汽管道推動(dòng)汽輪機(jī)作功，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。（4）潮汐發(fā)電潮汐發(fā)電是利用海水漲潮落潮中的動(dòng)能、勢(shì)能來(lái)生產(chǎn)電能。它是一種特殊類型的水電廠。潮汐發(fā)電廠需要建設(shè)攔潮大壩，因而要求一定的地形條件、足夠的潮汐潮差和較大的容水區(qū)。潮汐發(fā)電廠一般為雙向潮汐發(fā)電廠，漲潮及退潮時(shí)均可發(fā)電。漲潮時(shí)打開(kāi)兩個(gè)閘門將潮水引入廠內(nèi)發(fā)電，退潮前打開(kāi)所有閘門儲(chǔ)水，退潮后再打開(kāi)另外兩個(gè)閘門進(jìn)行發(fā)電。1.3電力系統(tǒng)的負(fù)荷1.3.1電力負(fù)荷的分類

電力負(fù)荷的分類方法很多，不同場(chǎng)合采用不同的分類方法。根據(jù)消耗功率的性質(zhì)，可分為用電負(fù)荷、供電負(fù)荷及發(fā)電負(fù)荷。用電負(fù)荷是用戶的用電設(shè)備在某一時(shí)刻消耗功率的總和。供電負(fù)荷是用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)損耗的功率。發(fā)電負(fù)荷是供電負(fù)荷加上發(fā)電廠本身所消耗的功率。負(fù)荷重要程度是決定系統(tǒng)接線方式的主要依據(jù)。按供電可靠性將負(fù)荷分為三級(jí)：一級(jí)負(fù)荷：中斷供電將造成人身事故或重大設(shè)備損壞，且難以修復(fù)，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)重大損失。由于一級(jí)負(fù)荷重要，在正常運(yùn)行和故障情況下，系統(tǒng)接線方式必須有足夠的可靠性和靈活性，保證對(duì)用戶的連續(xù)供電。一級(jí)負(fù)荷要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電。二級(jí)負(fù)荷：中斷供電將造成大量減產(chǎn)和廢品，以致?lián)p壞生產(chǎn)設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)上造成重要損失。二級(jí)負(fù)荷由雙回線供電。但當(dāng)雙回線路有困難時(shí)，允許由一回專用線供電。三級(jí)負(fù)荷：不屬于一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷的用戶均屬于三級(jí)負(fù)荷。三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電無(wú)特殊要求，允許較長(zhǎng)時(shí)間停電，可用單回線路供電。

1.3.2負(fù)荷的計(jì)算1.負(fù)荷曲線的概念負(fù)荷曲線是指在某一時(shí)間段內(nèi)描繪負(fù)荷隨時(shí)間的延續(xù)而變化的曲線。按負(fù)荷性質(zhì)可繪制有功和無(wú)功的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷持續(xù)時(shí)間可繪制日和年的負(fù)荷曲線；按負(fù)荷在電力系統(tǒng)內(nèi)的地點(diǎn)可繪制用戶、變電所、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的負(fù)荷曲線。將這幾方面負(fù)荷曲線綜合在一起就可表明負(fù)荷曲線發(fā)與供的全部特性。圖1-9逐點(diǎn)描繪的日有功負(fù)荷曲線

圖1-10階梯型的日有功負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線除了用來(lái)表示負(fù)荷功率隨時(shí)間變化的關(guān)系外，還可用來(lái)計(jì)算用戶取用電能的大小。在一晝夜內(nèi)用戶所消耗的總電能為根據(jù)日有功負(fù)荷曲線可以作出年有功負(fù)荷曲線，制作時(shí)必須利用一年中具有代表性的冬、夏季負(fù)荷曲線進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖1-11表示制作這種負(fù)荷曲線的方法，圖1-11(c)中橫坐標(biāo)是一年從0到8760小時(shí)數(shù)，縱坐標(biāo)是負(fù)荷的千瓦數(shù)，用電時(shí)間冬季取213日，夏季取152日。這一時(shí)間是根據(jù)地區(qū)的地理位置而定的。

圖1-11日—年負(fù)荷曲線的轉(zhuǎn)換a)冬季代表日負(fù)荷曲線；b)夏季代表日負(fù)荷曲線；c)全年時(shí)間負(fù)荷曲線由于負(fù)荷全年耗電量為則年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)是衡量年有功負(fù)荷均勻程度的一個(gè)重要指標(biāo)

根據(jù)長(zhǎng)期觀察所測(cè)得的負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)：對(duì)于同一類型的用電設(shè)備組、同一類型車間或同一類企業(yè)，其負(fù)荷曲線具有相似的形狀。因此，典型負(fù)荷曲線就可作為負(fù)荷計(jì)算時(shí)各種必要系數(shù)的基本依據(jù)。利用這種系數(shù)，根據(jù)工廠所提供的用電設(shè)備容量，將其變換成電力設(shè)備所需要的假想負(fù)荷—計(jì)算負(fù)荷。用此計(jì)算負(fù)荷選擇供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線和電纜截面，確定變壓器容量，為選擇電氣設(shè)備參數(shù)、整定保護(hù)裝置動(dòng)作值以及制定提高功率因數(shù)措施等提供依據(jù)。2.求計(jì)算負(fù)荷的方法目前規(guī)定在最大工作班的負(fù)荷曲線中連續(xù)30分鐘出現(xiàn)的平均最大負(fù)荷稱為計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷有有功計(jì)算負(fù)荷、無(wú)功計(jì)算負(fù)荷及視在計(jì)算負(fù)荷三種。

(1)按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷1）單臺(tái)用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

就單臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，設(shè)備容量就是電動(dòng)機(jī)的額定容量，線路在30分鐘內(nèi)出現(xiàn)的計(jì)算負(fù)荷是對(duì)單個(gè)白熾燈、單臺(tái)電熱設(shè)備和電爐等，設(shè)備額定容量就作為計(jì)算負(fù)荷。即為了表征斷續(xù)周期的特點(diǎn)，將整個(gè)工作周期里的工作時(shí)間與全周期時(shí)間之比用負(fù)荷持續(xù)率（也稱暫載率）表示對(duì)于起重設(shè)備，統(tǒng)一規(guī)定換算到負(fù)荷持續(xù)率時(shí)的功率：對(duì)于電焊設(shè)備，統(tǒng)一規(guī)定換算到負(fù)荷持續(xù)率時(shí)的功率：

上述用電設(shè)備是按持續(xù)運(yùn)行工作制得出的計(jì)算負(fù)荷。但有些設(shè)備是屬于斷續(xù)周期工作制。所謂斷續(xù)周期工作制是指有規(guī)律的，時(shí)而工作，時(shí)而停歇，反復(fù)運(yùn)行的用電設(shè)備，如起重設(shè)備、電焊設(shè)備等。2）用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷

一組中的用電設(shè)備并不同時(shí)工作，參與工作的設(shè)備也未必滿載，同時(shí)考慮供電線路的效率、用電設(shè)備本身的效率等因素，計(jì)算負(fù)荷表達(dá)式為為需要系數(shù)，它標(biāo)志著用電設(shè)備組在投入運(yùn)行時(shí)，需從網(wǎng)路實(shí)際取用功率所必須考慮的一個(gè)綜合系數(shù)。該組的無(wú)功計(jì)算負(fù)荷及視在計(jì)算負(fù)荷3）多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷

多組用電設(shè)備（組），由于各組的需要系數(shù)互不相同，各組最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間也有差異，因此，除了將各組計(jì)算負(fù)荷累加外，還必須乘一個(gè)同期系數(shù)（2）按二項(xiàng)式系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷二項(xiàng)式法是用二個(gè)系數(shù)表征負(fù)荷變化規(guī)律的方法。計(jì)算負(fù)荷基本公式為對(duì)于不同種類的用電設(shè)備組（組），其二項(xiàng)式的表達(dá)式為無(wú)功功率的計(jì)算負(fù)荷可用類似方法求得第2章發(fā)電廠和變電所的一次系統(tǒng)2.1電網(wǎng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)地基本概念2.2電力線路的結(jié)構(gòu)2.3電氣設(shè)備2.4發(fā)電廠及變電所主接線2.5電氣一次系統(tǒng)接線實(shí)例2.1電網(wǎng)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的基本概念

電力系統(tǒng)按其作用可分一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，一次系統(tǒng)是電力網(wǎng)中電能傳輸?shù)耐?，通常把一次系統(tǒng)中生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用電能的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器和斷路器等稱為一次設(shè)備。二次系統(tǒng)則是輔助電路，對(duì)一次系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、控制、監(jiān)視和保護(hù)，其中的所有設(shè)備稱為二次設(shè)備。

在發(fā)電廠和變電站中，相應(yīng)地有主接線（又稱一次接線或主電路）和二次接線（又稱二次回路）。用規(guī)定的設(shè)備文字符號(hào)和圖形符號(hào)將各電氣設(shè)備按連接順序排列，詳細(xì)表示電氣設(shè)備的組合和連接關(guān)系的接線圖，稱為電氣主接線圖。電氣主接線圖一般畫(huà)成單線圖，但對(duì)三相接線不完全相同的局部則畫(huà)成三線圖。2.2電力線路的結(jié)構(gòu)2.2.1架空線路

電力線路包括輸電線路和配電線路，用來(lái)傳送電能。按結(jié)構(gòu)分架空線路和電纜線路，架空電力線路是用電桿將導(dǎo)線懸空架設(shè)，直接向用戶傳送電能的電力線路；電纜線路一般埋在地底下的電纜溝或管道中。架空線路由塔桿、導(dǎo)線、避雷線（或稱架空地線）、金具、絕緣子和拉線等主要元件組成，如圖2-1所示。圖

2-1架空線路的主要組成部分1.架空線路的導(dǎo)線和避雷線導(dǎo)線和避雷線不僅要具有良好的導(dǎo)電性，還必須具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕的能力。導(dǎo)線除低壓配電線路使用絕緣線外，一般都是用裸線，常用的架空導(dǎo)線有鋼芯鋁絞線、鋁絞線、銅絞線和鋼絞線等，有時(shí)也采用絕緣導(dǎo)線。避雷線一般采用鋼線，也有鋁包鋼線。

為了防止電暈并減小線路感抗，超高壓架空輸電線路中的導(dǎo)線多采用擴(kuò)徑導(dǎo)線、空心導(dǎo)線和分製導(dǎo)線。

圖2-2空心導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線（a）空心導(dǎo)線（b）分裂導(dǎo)線（三分裂）

2.塔桿的種類及選用塔桿是架空線路的重要組成部分，是架空導(dǎo)線的支柱。電桿應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，造價(jià)要低、使用壽命要長(zhǎng)。塔桿的種類：電桿按其材質(zhì)可分為木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔三種。3.絕緣子的種類及選用絕緣子用來(lái)固定導(dǎo)線，并使導(dǎo)線對(duì)地絕緣。此外絕緣子還要承受導(dǎo)線的垂直荷重和水平拉力，所以它應(yīng)有良好的電氣絕緣性能和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。4.線路金具的種類及選用在鋪設(shè)架空線路中，橫擔(dān)的組裝、絕緣子的安裝、導(dǎo)線的架設(shè)及電桿拉線的制作等都需要一些金屬附件，這些金屬附件統(tǒng)稱為線路金具。線路金具主要用于架空電力線路，可將絕緣子和導(dǎo)線懸掛或拉緊在桿塔上，或用于導(dǎo)線、地線的連接、防震及拉線桿中拉線的緊固與調(diào)整等。2.2.2電纜線路電纜是將導(dǎo)電芯線用絕緣層及防護(hù)層包裹，敷設(shè)于地下、水中、溝槽等處的電力線路。電力電纜的結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)層三部分，如圖2-3所示。（a）三相統(tǒng)包型（b）分相鉛包型

圖2-3電纜結(jié)構(gòu)示意圖

1—導(dǎo)體；2—相絕緣；3—紙絕緣；4—鉛包皮；

5—麻襯；6—鋼帶鎧甲；7—麻被；8—鋼絲鎧甲；9—填充物2.3電氣設(shè)備2.3.1斷路器1.

開(kāi)關(guān)電器的種類開(kāi)關(guān)電器按功能可分為以下幾種：（1）僅用于正常情況下斷開(kāi)或接通正常工作電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、低壓閘刀開(kāi)關(guān)、接觸器和磁力啟動(dòng)器等；（2）僅在故障或過(guò)負(fù)荷情況下切斷或閉合故障電流和過(guò)載電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如高低壓熔斷器；（3）既能開(kāi)斷或閉合正常工作電流，又能開(kāi)斷、閉合故障電流的開(kāi)關(guān)設(shè)備，常見(jiàn)的有：高低壓斷路器和低壓空氣開(kāi)關(guān)；（4）僅用于檢修時(shí)隔離帶電部分的開(kāi)關(guān)電器，主要指隔離開(kāi)關(guān)。

2.

電力系統(tǒng)對(duì)高壓斷路器的要求

（1）在正常情況下能開(kāi)斷和關(guān)合電路；

（2）在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)應(yīng)以較短時(shí)間將故障部分從電力系統(tǒng)中切除，以減輕故障對(duì)設(shè)備的損害；

（3）應(yīng)能配合自動(dòng)重合閘進(jìn)行多次關(guān)合和開(kāi)斷。3.高壓斷路器的基本類型按滅弧介質(zhì)的不同，斷路器可分為：（1）油斷路器（2）壓縮空氣斷路器（3）六氟化硫斷路器（4）真空斷路器

（5）磁吹斷路器

（6）固體產(chǎn)氣斷路器（簡(jiǎn)稱自產(chǎn)氣斷路器）圖

2-4LWA-126戶外自能瓷柱式SF6斷路器4.高壓斷路器的基本技術(shù)參數(shù)（1）額定電壓UN（2）額定電流IN（3）額定開(kāi)斷電流INbr（4）熱穩(wěn)定電流Ith（5）穩(wěn)定電流Ies（6）額定短路關(guān)合電流INcl

（7）開(kāi)斷時(shí)間tbr（8）合閘時(shí)間tcl2.3.2隔離開(kāi)關(guān)隔離開(kāi)關(guān)是一種沒(méi)有滅弧裝置的開(kāi)關(guān)設(shè)備。1.隔離開(kāi)關(guān)用途將停役的電氣設(shè)備與帶電電網(wǎng)隔離，以形成安全的電氣設(shè)備檢修斷口，建立可靠的絕緣回路；根據(jù)運(yùn)行需要換接線路以及開(kāi)斷和關(guān)合一定長(zhǎng)度線路的交流電流和一定容量的空載變壓器的勵(lì)磁電流。2.對(duì)隔離開(kāi)關(guān)的特殊要求隔離開(kāi)關(guān)在分閘狀態(tài)時(shí)應(yīng)有明顯可見(jiàn)的斷口，使運(yùn)行人員能明確區(qū)分電器是否與電網(wǎng)斷開(kāi)，但在全封閉式配電裝置中除外；隔離開(kāi)關(guān)斷點(diǎn)之間應(yīng)有足夠的距離，可靠的絕緣，在任何狀態(tài)下都不能被擊穿而引起過(guò)電壓危及工作人員的安全；具有足夠的短路穩(wěn)定性，包括動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠；帶有接地閘刀的隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)有保證操作順序的閉鎖裝置，以供安全檢修和檢修完成后恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.隔離開(kāi)關(guān)的分類按安裝地點(diǎn)的不同，隔離開(kāi)關(guān)可劃分為戶內(nèi)、戶外兩種；按絕緣支柱的數(shù)目，隔離開(kāi)關(guān)可分為單柱式、雙柱式和三柱式三種；按刀閘的運(yùn)行方式，隔離開(kāi)關(guān)可分為水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式、擺動(dòng)式和插入式四種；按有無(wú)接地閘刀，它又可分為帶接地刀閘和不帶接地刀閘兩種。4.隔離開(kāi)關(guān)的典型結(jié)構(gòu)戶內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)有三極式和單極式兩種，一般為刀閘隔離開(kāi)關(guān)。戶外隔離開(kāi)關(guān)有單柱式、雙柱式和三柱式三種。

a）戶內(nèi)GN19-12(C)系列b）戶外GW8系列c）戶外GW4-40.5系列圖2-6高壓隔離開(kāi)關(guān)

2.3.3負(fù)荷開(kāi)關(guān)1.負(fù)荷開(kāi)關(guān)的用途負(fù)荷開(kāi)關(guān)用于電網(wǎng)中，其主要作用是用于配電系統(tǒng)中關(guān)合、開(kāi)斷正常條件下的電流，并能通過(guò)規(guī)定的異常電流。2.負(fù)荷開(kāi)關(guān)的類型按使用電壓可分為高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)和低壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)。

高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)主要有6種。（1）固體產(chǎn)氣式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)

（2）壓氣式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（3）壓縮空氣式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（4）SF6式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（5）油浸式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)（6）真空式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)

圖2-7壓氣式高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)2.3.4高壓熔斷器1.熔斷器作用熔體工作時(shí)串聯(lián)在被保護(hù)回路中，正常情況下工作電流不應(yīng)使熔體熔斷，當(dāng)流過(guò)熔體的電流超過(guò)一定數(shù)值（如短路電流或過(guò)負(fù)荷電流）時(shí)，熔體會(huì)因自身產(chǎn)生的熱量而自行熔斷，從而達(dá)到切斷電路保護(hù)電網(wǎng)和設(shè)備的目的。熔體從通過(guò)非正常電流到開(kāi)斷整個(gè)過(guò)程由三個(gè)階段構(gòu)成：從短路電流開(kāi)始通過(guò)熔體至熔體熔斷所需的時(shí)間即熔體熔化時(shí)間；從熔體熔斷到產(chǎn)生電弧所需的時(shí)間；從電弧產(chǎn)生至電弧熄滅所需時(shí)間，即燃弧時(shí)間。

2.熔斷器特性熔斷器的時(shí)間－電流特性又稱為熔體的安秒特性，表示熔體熔化時(shí)間與通過(guò)電流間的關(guān)系。

熔斷器最小熔化電流（Imin）是熔體熔化必須的最小電流。3.高壓熔斷器的典型結(jié)構(gòu)高壓熔斷器的型號(hào)用RN和RW表示。圖2-8RN1、RN2型高壓熔斷器圖2-9RN1、RN2型高壓熔斷器圖

2-10跌落式高壓熔斷器2.3.5互感器互感器包括電流互感器和電壓互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)元件，將一次側(cè)的高電壓、大電流變成二次側(cè)標(biāo)準(zhǔn)的低電壓（100V或V）和小電流（5A或1A），用以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，使二次電路正確反映一次系統(tǒng)的正常運(yùn)行和故障情況。1.互感器的作用及工作特性（1）互感器與系統(tǒng)連接電壓互感器一次繞組并接于電網(wǎng)，二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器電壓線圈并聯(lián)。電流互感器一次繞組串接于電網(wǎng)（與支路負(fù)載串聯(lián)）二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器的電流線圈相串聯(lián)?；ジ衅髋c系統(tǒng)連接如圖2-11所示。圖

2-11互感器與系統(tǒng)連接圖（2）互感器的作用將一次回路高電壓和大電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)值，使低電壓的二次系統(tǒng)與高電壓的一次系統(tǒng)實(shí)施電氣隔離，且互感器二次側(cè)接地，保證了人身和設(shè)備的安全。（3）電流互感器的工作特性正常運(yùn)行時(shí)，二次繞組近似于短路工作狀態(tài)；一次電流的大小決定于一次負(fù)載電流；運(yùn)行中的電流互感器二次回路不允許開(kāi)路；電流互感器的一次電流變化范圍很大；電流互感器結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足熱穩(wěn)定和電動(dòng)穩(wěn)定要求。（4）電壓互感器的工作特性正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器二次繞組近似工作開(kāi)路狀態(tài)；電壓互感器一次側(cè)電壓決定于一次電力網(wǎng)的電壓；運(yùn)行中的電壓互感器二次側(cè)繞組不允許短路。2.電流互感器（1）電流互感器的工作原理

圖2-12電流互感器的工作原理圖（2）電流互感器的誤差電流誤差（又稱比差）指電流互感器實(shí)際測(cè)量出來(lái)的電流KⅠ2與實(shí)際一次電流Ⅰ1之差，占Ⅰ1的百分?jǐn)?shù)，即

角誤差（角差）指旋轉(zhuǎn)1800的二次電流與一次電流之間的夾角。規(guī)定二次電流負(fù)相量超前于一次電流相量時(shí)，角誤差δ為正，反之角誤差δ為負(fù)。

（3）電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)準(zhǔn)確度級(jí)是指在規(guī)定的二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，一次電流為額定值時(shí)的最大電流誤差。

額定準(zhǔn)確限值一次電流即一次電流為額定一次電流的倍數(shù)，也稱為額定準(zhǔn)確限值系數(shù)。電流互感器的10%誤差曲線：當(dāng)一次電流為n倍一次額定電流時(shí)，電流誤差達(dá)-10%，n=Ⅰ1/Ⅰ1N稱為10%倍數(shù)。10%倍數(shù)與互感器二次允許最大負(fù)荷阻抗Z21的關(guān)系曲線為n=f(Z21)，叫做電流互感器的10%誤差曲線。（4）電流互感器的額定容量電流互感器的額定容量SN2系指電流互感器在額定二次電流ⅠN2和額定二次阻抗ZN2下運(yùn)行時(shí)，二次繞組輸出的功率SN2=I2N2ZN2。

（5）電流互感器的接線方式電流互感器的接線形式指的是電流互感器與測(cè)量?jī)x表或保護(hù)繼電器之間的連接形式，電流互感器接線方式圖2-14所示。

（a）三相完全星形接線（b）兩相不完全星形接線（c）兩相差接式接線（d）單相接線（e）兩相完全星型接線（6）電流互感器的分類和型號(hào)按安裝地點(diǎn)可分為屋內(nèi)和屋外式。按安裝方式可分為穿墻式、支持式和裝入式。按絕緣可分為干式、澆注式、油浸式等。按一次繞組匝數(shù)可分為單匝式和多匝式。按電流互感器的工作原理，可分為電磁式、電容式、光電式和無(wú)線電式。（7）電流互感器的配置原則每條支路的電源側(cè)均裝設(shè)足夠數(shù)量的電流互感器，供該支路測(cè)量、保護(hù)使用。

（8）電流互感器使用注意事項(xiàng)電流互感器在工作時(shí)其二次側(cè)不得開(kāi)路；電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地；電流互感器在連接時(shí)，要注意其端子的極性。3.電壓互感器（1）電磁式電壓互感器由于電壓互感器存在勵(lì)磁電流和內(nèi)阻抗，因此電壓互感器測(cè)量結(jié)果呈現(xiàn)誤差，通常用電壓誤差（又稱比值差）和角誤差（又稱相角差）表示。

電壓誤差為二次電壓的測(cè)量值乘額定互感比所得一次電壓的近似值與實(shí)際一次電壓之差，而以后者的百分?jǐn)?shù)表示，即角誤差為旋轉(zhuǎn)1800的二次電壓相量與一次電壓相量之間的夾角，并規(guī)定二次電壓超前于一次電壓時(shí)，角誤差為正值，反之，為負(fù)值。（2）電壓互感器的準(zhǔn)確級(jí)和額定容量電壓互感器的測(cè)量誤差，以用其準(zhǔn)確度級(jí)來(lái)表示。電壓互感器的準(zhǔn)確度級(jí)，是指在規(guī)定的一次電壓和二次負(fù)荷變化范圍內(nèi)，負(fù)荷的功率因數(shù)為額定值時(shí)，電壓誤差的最大值。電壓互感器的誤差與二次負(fù)荷有關(guān)，因此對(duì)應(yīng)于每個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)額定容量，但一般說(shuō)電壓互感器的額定容量是指最高準(zhǔn)確度級(jí)下的額定容量。（3）電壓互感器的接線方式（a）兩個(gè)單相電壓互感器接成V-V型（b）三個(gè)單相電壓互感器接成星形-星形，高壓側(cè)中性點(diǎn)不接地；（c）三個(gè)單相電壓互感器接成星形-星形，高壓側(cè)中性點(diǎn)接地（d）一個(gè)三相三柱式電壓互感器（e）一個(gè)三相五柱式電壓互感器(f)三個(gè)單相三線圈電壓互感器（4）電壓互感器的配置原則電壓互感器配置原則是：應(yīng)滿足測(cè)量、保護(hù)、同期和自動(dòng)裝置的要求；保證在運(yùn)行方式改變時(shí)，保護(hù)裝置不失壓、同期點(diǎn)兩側(cè)都能方便地取壓。（5）電壓互感器使用注意事項(xiàng)電壓互感器在工作時(shí)其二次側(cè)不得短路；電壓互感器的二次側(cè)必須接地；為保護(hù)電壓互感器，通常在高壓側(cè)裝設(shè)高壓熔斷器，在低壓側(cè)裝設(shè)低壓斷路器或低壓熔斷器。2.3.6低壓電器低壓電器主要是指車間變電所變壓器低壓側(cè)常用的低壓熔斷器、低壓刀開(kāi)關(guān)、低壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、低壓斷路器和低壓配電屏等。1.低壓熔斷器低壓熔斷器是串接在低壓線路中的一個(gè)保護(hù)電器，主要是實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的短路保護(hù)，有的熔斷器也能實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。利用熔片產(chǎn)生的熱量引起本身熔斷，從而將故障線路切斷。

（1）RM10型密閉管式熔斷器

（2）RT型有填料式封閉管式熔斷器圖

2-19RTO熔斷器圖

2-20RT16（NT)系列低壓高分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥?.低壓刀開(kāi)關(guān)

刀開(kāi)關(guān)是一種最簡(jiǎn)單的低壓開(kāi)關(guān)，它只能用于手動(dòng)操作，接通或斷開(kāi)低壓電路的正常工作電流。它的分類方式較多，按其操作方式分，有單投和雙投；按其極數(shù)分，有單極、雙極和三極；按滅弧結(jié)構(gòu)分，有帶滅弧罩和不帶滅弧罩的等等。圖

2-21HD13BX系列旋轉(zhuǎn)操作型刀開(kāi)關(guān)組圖

2-22HH15型系列隔離開(kāi)關(guān)熔斷器組3.低壓斷路器

低壓斷路器舊稱低壓自動(dòng)開(kāi)關(guān)或空氣開(kāi)關(guān)。它既能帶負(fù)電荷通斷電路，又能在短路、過(guò)負(fù)荷和低電壓（或失壓）時(shí)自動(dòng)跳閘，其功能與高壓斷路器類似。

低壓斷路器按滅弧介質(zhì)分類，有空氣斷路器和真空斷路器等；按用途分類，有配電用斷路器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)用斷路器、照明用斷路器和漏電保護(hù)斷路器等。

配電用低壓斷路器按保護(hù)性能分，有非選擇型和選擇型兩類。4.低壓配電屏

低壓配電屏是按一定接線方案將有關(guān)電氣設(shè)備組裝在一起的一種金屬框架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，并可雙面維護(hù)，檢修方便，在發(fā)電廠（或變電所）中，作為廠（所）用低壓配電裝置。它有固定式和抽屜式兩種結(jié)構(gòu)。2.4發(fā)電廠及變電所主接線2.4.1電氣主接線的基本要求1.電氣主接線的作用可以了解各種電氣設(shè)備的規(guī)范、數(shù)量、聯(lián)接方式和作用，以及和各電力回路的相互關(guān)系和運(yùn)行條件等。2.電氣主接線的基本要求可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。其他：主接線應(yīng)簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行方便，倒閘操作步驟最少，另外具有可擴(kuò)建性。

2.4.2電氣主接線的基本接線形式發(fā)電廠、變電站的電氣主接線的基本環(huán)節(jié)是電源（發(fā)電機(jī)、變壓器）和引出線。母線（匯流排）的作用：中間環(huán)節(jié)，匯總和分配電能。主接線方式

無(wú)匯流母線（無(wú)母線）單母線

雙母線簡(jiǎn)單單母線單母分段單母帶旁母單母分段帶旁母雙母線雙母單分段雙母帶旁母雙母雙斷路器3/2接線（一倍半）橋形接線（內(nèi)橋、外橋）多邊形接線單元接線擴(kuò)大單元接線有匯流母線1.有匯流母線接線形式（1）單母線接線（2）單母線分段主接線（3）單母線分段兼帶旁母接線（4）雙母線接線（5）雙母線分段接線（6）帶旁路母線的雙母線接線

（7）一臺(tái)半斷路器接線（二分之三接線）2.無(wú)匯流母線接線形式（1）橋形接線這是一種沒(méi)有母線的接線，其最大特點(diǎn)是使用斷路器數(shù)量較少，一般采用斷路器數(shù)都等于或小于出現(xiàn)回路數(shù)，從而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資較少。

圖

2-32 橋型接線（a）內(nèi)橋接線；（b）外橋接線（2）單元接線

發(fā)電機(jī)與變壓器直接連接成一個(gè)單元，組成發(fā)電機(jī)—變壓器組，稱為單元接線。它的特點(diǎn)是幾個(gè)元件直接單獨(dú)連接，沒(méi)有橫向的聯(lián)系，是最簡(jiǎn)單的接線。圖

2-33單元接線圖2-34線路變壓器組單元接線（3）角形接線

a）

三角形b）四角形c）多角形2.4.3電氣主接線設(shè)計(jì)

電氣主接線的設(shè)計(jì)是發(fā)電廠或變電站電氣設(shè)計(jì)的主體。它與電力系統(tǒng)、電廠動(dòng)能參數(shù)、原始資料以及電廠運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性的要求密切相關(guān)，并對(duì)電氣設(shè)備的選擇和布置、繼電保護(hù)和控制方式等都有較大影響，主接線設(shè)計(jì)必須結(jié)合電力系統(tǒng)和發(fā)電廠或變電站的具體情況，合理選擇主接線方案。電氣主接線設(shè)計(jì)的基本原則是以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，結(jié)合工程實(shí)際情況，在保證供電可靠、運(yùn)行靈活、維護(hù)方便等基本要求下，力爭(zhēng)節(jié)約投資、降低造價(jià)，并盡可能采用先進(jìn)技術(shù)，堅(jiān)持供電可靠、技術(shù)先進(jìn)、安全使用、經(jīng)濟(jì)美觀的原則。

主接線設(shè)計(jì)伴隨發(fā)電廠或變電站整體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，按著工程建設(shè)程序，歷經(jīng)可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段等四個(gè)階段。2.5電氣一次系統(tǒng)接線實(shí)例2.5.1火力發(fā)電廠典型接線火電廠電氣主接線特點(diǎn)：火電廠電氣主接線應(yīng)包括發(fā)電機(jī)電壓接線形式及1～2級(jí)升高電壓級(jí)接線形式的完整接線，且與系統(tǒng)相聯(lián)系。

圖2-36某中型熱電廠的主接線2.5.2水力發(fā)電廠典型接線圖2-38中等容量水電廠電氣主接線2.5.3變電所主接線圖2-40樞紐變電所主接線第3章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析3.1輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等效電路3.2變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路3.3開(kāi)式電力網(wǎng)的電壓和功率分布計(jì)算3.4簡(jiǎn)單閉式電力網(wǎng)的計(jì)算3.5電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整3.6電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

3.1輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路3.1.1輸電線路的參數(shù)計(jì)算1.電阻直流電流通過(guò)導(dǎo)線時(shí)，單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電阻按下式計(jì)算：

在電力網(wǎng)計(jì)算中，實(shí)際使用的電阻率的數(shù)值略大于相應(yīng)材料的電阻率。。

工程計(jì)算中，也可以直接從手冊(cè)中查出各種導(dǎo)線的電阻值。從手冊(cè)中查得或按公式計(jì)算所得的電阻值，都是指溫度為20℃時(shí)的值，當(dāng)導(dǎo)線實(shí)際溫度不是20℃時(shí)，用下式對(duì)電阻值進(jìn)行修正：２、電抗

三相導(dǎo)線對(duì)稱排列，或雖不對(duì)稱但經(jīng)完全換位后，三相電感相等。每相單位長(zhǎng)度的電抗為為三相導(dǎo)線間的幾何均距。三相導(dǎo)線對(duì)稱排列時(shí)，，則三相導(dǎo)線水平排列時(shí)，則對(duì)于超高壓輸電線路，為了減小線路電抗和降低導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度以達(dá)到降低電暈損耗和抑制電暈干擾的目的，往往采用分裂導(dǎo)線。分裂導(dǎo)線的每相由2～4根導(dǎo)線組成，且3根或4根導(dǎo)線布置在正多角形的頂點(diǎn)上。(a)(b)(c)分裂導(dǎo)線(a)雙分裂(b)三分裂(c)四分裂

分裂導(dǎo)線的采用改變了導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)分布，等效地增大了導(dǎo)線半徑，從而減小了導(dǎo)線的電抗。分裂導(dǎo)線的一相等值電抗為為導(dǎo)線的等值半徑３、電導(dǎo)線路開(kāi)始出現(xiàn)電暈的電壓稱為臨界電壓。當(dāng)三相導(dǎo)線排列在等邊三角形頂點(diǎn)上時(shí)，電暈臨界電壓的經(jīng)驗(yàn)公式為

因?yàn)樵诰€路設(shè)計(jì)時(shí)已避免在正常天氣下產(chǎn)生電暈，故一般計(jì)算時(shí)可不計(jì)線路電導(dǎo)的影響。但當(dāng)實(shí)際運(yùn)行電壓過(guò)高或氣象條件變壞時(shí)，運(yùn)行電壓將超過(guò)臨界電壓而產(chǎn)生電暈。與電暈相對(duì)應(yīng)的每相電導(dǎo)為4、電納三相導(dǎo)線的相與相之間及相與地之間具有分布電容，當(dāng)線路上施加有三相對(duì)稱的交流電壓時(shí)，這時(shí)電容將形成相應(yīng)的電納。三相導(dǎo)線對(duì)稱排列，或者雖排列不對(duì)稱但經(jīng)完全換位后，三相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電容及電納分別相等。每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電容為

其相應(yīng)的單位長(zhǎng)度電納為3.1.2輸電線路的等效電路輸電線路的參數(shù)實(shí)際上是沿線均勻分布的。

用分布參數(shù)表示的等值電路計(jì)算很不方便。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般采用下述兩種類型的等值電路。1.一字形等效電路對(duì)于線路長(zhǎng)度不超過(guò)100km的短架空線路及不長(zhǎng)的電纜線路，當(dāng)線路電壓不高時(shí)，線路電納的影響可忽略不計(jì)。因正常天氣時(shí)不產(chǎn)生電暈，可不計(jì)線路電導(dǎo)的影響。

2.形和形等效電路對(duì)于長(zhǎng)度在100～300km之間的架空線路或長(zhǎng)度不超過(guò)100km的電纜線路，電納的影響已不能忽略。形等效電路

形等效電路3.2變壓器的參數(shù)計(jì)算及等值電路3.2.1雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算及等值電路形等效電路來(lái)表示。在電機(jī)學(xué)中，變壓器可用

但在電力網(wǎng)計(jì)算中，為了減少網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，將激磁阻抗用導(dǎo)納或?qū)Ъ{中通過(guò)的三相功率表示。對(duì)于電壓等級(jí)在35kV及以下的變壓器，激磁支路的損耗較小，在近似計(jì)算中激磁支路可以略去不計(jì)。形等值電路形等值電路激磁電路用功率表示的等值電路1.電阻變壓器作短路試驗(yàn)時(shí)，一側(cè)繞組短接，另一側(cè)繞組利用調(diào)壓變壓器加電壓，電流達(dá)到該側(cè)繞組的額定值后，所測(cè)得的有功功率即為短路損耗。由于電壓低，鐵損可忽略不計(jì)，可以認(rèn)為短路損耗與變壓器滿載后兩側(cè)繞組中的總有功功率損耗（即額定有功功率損耗）相等，即由此可得變壓器電阻為2.電抗

短路試驗(yàn)時(shí)，變壓器繞組通過(guò)額定電流，其電抗上電壓降的百分值可用下式表示對(duì)于大、中型變壓器，因其繞組電抗值遠(yuǎn)大于繞組電阻值，故電阻可以忽略不計(jì)。由此可得變壓器的電抗為3.電導(dǎo)變壓器空載試驗(yàn)是一側(cè)開(kāi)路，在另一側(cè)加額定電壓，測(cè)量變壓器的有功損耗（即空載損耗）以及空載電流百分值。由于空載電流相對(duì)于額定電流是很小的，因而空載時(shí)變壓器繞組電阻的功率損耗也很小，故可近似認(rèn)為其空載損耗就是鐵芯損耗。于是變壓器的電導(dǎo)為4.電納

變壓器的電納代表變壓器的激磁無(wú)功功率。變壓器空載電流雖包含有功分量和無(wú)功分量，但其有功分量通常很小，于是廠家給定的變壓器空載電流百分值是指空載電流與額定電流之比乘以100的值:可得出變壓器的電納為當(dāng)變壓器導(dǎo)納支路用功率形式表示時(shí)，其有功功率就是空載損耗，導(dǎo)納支路的功率損耗為3.2.2三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路三繞組變壓器的等值電路如圖所示。其導(dǎo)納支路參數(shù)電導(dǎo)和電納的計(jì)算公式同雙繞組變壓器完全相同，阻抗支路參數(shù)

電阻和電抗的計(jì)算與雙繞組變壓器沒(méi)有本質(zhì)的差別，但由于三繞組變壓器各繞組的容量有不同的組合，因而其阻抗的計(jì)算方法有所不同。1.電阻、、

我國(guó)新型三繞組變壓器按三繞組容量比的不同分為100/100/100、100/100/50和100/50/100三種類型。（1）容量比為100/100/100的三繞組變壓器三繞組變壓器的短路試驗(yàn)是分別令一個(gè)繞組開(kāi)路、一個(gè)繞組短路，而在余下的一個(gè)繞組施加電壓依次試驗(yàn)求得的。若假設(shè)三繞組間的短路損耗分別為、、，各繞組的短路損耗分別為、、，則有每個(gè)繞組的短路損耗為再利用雙繞組變壓器電阻計(jì)算公式求得各個(gè)繞組的電阻（2）容量比為100/100/50或100/50/100的三繞組變壓器這兩種容量比不相等的變壓器，由于短路試驗(yàn)時(shí)受50%容量繞組的限制，故有兩組數(shù)據(jù)時(shí)按50%容量的繞組達(dá)到額定容量時(shí)測(cè)量的值。對(duì)制造廠提供的或查資料所得到的短路損耗必須先按變壓器的額定容量進(jìn)行折算，然后再按容量比為100/100/100的三繞組變壓器計(jì)算方法計(jì)算各個(gè)繞組的電阻。如對(duì)容量比100/50/100的變壓器，其折算公式為2.電抗、、利用制造廠或有關(guān)手冊(cè)提供的兩個(gè)繞組之間的短路電壓、、，可計(jì)算各繞組的電抗。由于短路電壓一般都已折算到與變壓器的額定容量相對(duì)應(yīng)，因而不管變壓器各繞組的容量比如何，都可直接應(yīng)用以下公式計(jì)算各繞組的電抗。由于各繞組之間的短路電壓分別為可解得各繞組的短路電壓為然后利用雙繞組變壓器電抗的計(jì)算公式求得各個(gè)繞組的電抗3.3開(kāi)式電力網(wǎng)的電壓和功率分布計(jì)算3.3.1輸電線的電壓和功率分布計(jì)算對(duì)于網(wǎng)絡(luò)元件，在首末兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓、功率四個(gè)運(yùn)行變量中，定解條件是給定其中兩個(gè)量而計(jì)算另兩個(gè)量。根據(jù)給定量的不同，網(wǎng)絡(luò)元件的電壓、功率分布計(jì)算可歸為兩類問(wèn)題：一類是給定同一節(jié)點(diǎn)（首端或末端）的功率和電壓的潮流計(jì)算，另一類是給定不同節(jié)點(diǎn)的功率和電壓的潮流計(jì)算。1．給定同一節(jié)點(diǎn)的功率和電壓的潮流計(jì)算

如圖所示，、分別為線路首端和末端的線電壓，、分別為線路首端和末端的三相復(fù)功率，為線路中的電流。假定末端功率和末端電壓給定，則由此計(jì)算線路首端功率和首端電壓的過(guò)程如下：首先確定線路末端導(dǎo)納支路上的功率線路末端阻抗支路的功率為阻抗支路中的功率損耗為取末端電壓為電壓參考相量，即，則首端電壓為線路首端導(dǎo)納支路的功率為從而線路首端功率為在一般電力系統(tǒng)中，，?？珊雎圆挥?jì)，簡(jiǎn)化公式為按照同樣的方法，對(duì)于給定線路首端功率和首端電壓的情況，可以用首端電壓做電壓的參考相量，從而可推導(dǎo)出末端功率和末端電壓的算式同理，簡(jiǎn)化公式為2．給定不同節(jié)點(diǎn)的功率和電壓的潮流計(jì)算因?yàn)榻o定的不是同一點(diǎn)的電壓和功率，在利用電壓降落算式和功率損耗算式時(shí)，由于公式中要求的電壓和功率必須是同一節(jié)點(diǎn)的值而使計(jì)算出現(xiàn)困難。因而采取如下的算法：首先在已知功率點(diǎn)假定一個(gè)電壓，求得已知電壓點(diǎn)的功率，再由此點(diǎn)的已知電壓與求得的功率返回求得已知功率點(diǎn)的電壓，然后再將此已知功率點(diǎn)的功率與求得的電壓交替遞推，……。如此反復(fù)遞推，逐步逼近已知條件給定的電壓和功率。如初始電壓選擇得好，往往一、二次反復(fù)遞推即可達(dá)到足夠的精度。一般初始電壓可取該級(jí)網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。

常見(jiàn)的情況是給出開(kāi)式電力網(wǎng)的末端負(fù)荷功率和首端電壓。對(duì)于這種情況可進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算，不必進(jìn)行反復(fù)遞推計(jì)算。近似用額定電壓代替末端實(shí)際電壓，即3．工程常用的計(jì)算量（1）電壓降落

電壓降落是指網(wǎng)絡(luò)元件中首、末端電壓的相量差。（2）電壓損耗電壓損耗是指網(wǎng)絡(luò)元件中首、末端電壓的數(shù)值差。電壓損耗通常以網(wǎng)絡(luò)額定電壓百分?jǐn)?shù)表示，即（3）電壓偏移電壓偏移是指網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的實(shí)際電壓與網(wǎng)絡(luò)額定電壓的數(shù)值差。電壓偏移也常以網(wǎng)絡(luò)額定電壓百分?jǐn)?shù)表示，即（4）輸電效率輸電效率是指線路末端輸出的有功功率與線路首端輸入的有功功率的比值，常以百分?jǐn)?shù)表示，即3.3.2變壓器的電壓和功率分布計(jì)算變壓器的功率損耗包括阻抗支路中的功率損耗和導(dǎo)納支路中的功率損耗兩部分。導(dǎo)納支路中的功率損耗計(jì)算：阻抗支路中的電壓降落和功率損耗的計(jì)算與輸電線路的計(jì)算方法相似。由于變壓器兩側(cè)電壓的相角差一般很小，?？蓪㈦妷航德涞臋M分量略去。變壓器阻抗中的功率損耗也可不經(jīng)過(guò)變壓器阻抗計(jì)算而直接根據(jù)變壓器短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)和功率計(jì)算。

（1）雙繞組變壓器阻抗支路的功率損耗計(jì)算（2）三繞組變壓器阻抗支路的功率損耗計(jì)算3.3.3同一電壓等級(jí)開(kāi)式電力網(wǎng)的計(jì)算負(fù)荷只能從一個(gè)方向獲得電能的電力網(wǎng)稱為開(kāi)式電力網(wǎng)。開(kāi)式電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可分成無(wú)變壓器的同一電壓等級(jí)的開(kāi)式電力網(wǎng)和有變壓器的多級(jí)電壓開(kāi)式電力網(wǎng)。首先討論同一電壓等級(jí)開(kāi)式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算。

工程計(jì)算上為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，常把處于某節(jié)點(diǎn)的所有功率（含線路電容支路的充電功率）合成為一個(gè)負(fù)荷功率，稱為運(yùn)算負(fù)荷。在確定各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)荷后，利用前述的輸電線路電壓和功率分布計(jì)算方法，可進(jìn)行多段開(kāi)式電力網(wǎng)的電壓和功率分布計(jì)算。假如給定開(kāi)式電力網(wǎng)的首端電壓和各負(fù)荷功率，則首先由末端向首端用各段末端功率和網(wǎng)絡(luò)的額定電壓逐段推算功率損耗，從而得出各段線路的首端功率；再用各段線路的首端功率和首端電壓，由首端向末端逐步計(jì)算電壓降落，最后計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的電壓。3.3.4多極電壓開(kāi)式電力網(wǎng)的計(jì)算對(duì)于含有變壓器的開(kāi)式電力網(wǎng)，潮流計(jì)算有兩種處理方法。一種是將變壓器表示為理想變壓器與變壓器阻抗相串聯(lián)。這里所謂的理想變壓器就是無(wú)損耗、無(wú)漏磁、無(wú)需激磁的變壓器，在電路中只以反映變壓器的變壓比，而變壓器的損耗通過(guò)變壓器阻抗和導(dǎo)納體現(xiàn)。在建立了這種含有理想變壓器的開(kāi)式電力網(wǎng)的等值電路后，即可按照前述處理同一電壓等級(jí)開(kāi)式電力網(wǎng)的類似方法做網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布計(jì)算。在計(jì)算中遇到理想變壓器時(shí)，需做電壓的歸算，而通過(guò)理想變壓器的功率是不變的。另一種是將變壓器二次側(cè)的所有元件參數(shù)全部歸算到一次側(cè)。這時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為同一電壓等級(jí)，其電壓和功率分布的計(jì)算方法即為同一電壓等級(jí)的開(kāi)式電力網(wǎng)的計(jì)算方法。但這時(shí)算出的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)電壓除一次側(cè)外，均不是各點(diǎn)的實(shí)際電壓值，而是各節(jié)點(diǎn)歸算到一次側(cè)的電壓值。故還要通過(guò)變壓器變壓比將這些電壓值歸算為各節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓值。從以上兩種處理方法比較來(lái)看，第一種方法的等值電路中雖含有不同的電壓等級(jí)，但只要在各電壓級(jí)中選用各級(jí)電壓值，并未給計(jì)算帶來(lái)太大麻煩。而且這種方法具有物理概念清楚、不必做元件參數(shù)的歸算、能直接求得各節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓等優(yōu)點(diǎn)，使用起來(lái)較為方便。3.4簡(jiǎn)單閉式電力網(wǎng)的計(jì)算負(fù)荷可以從兩個(gè)及兩個(gè)以上電源方向獲得電能的電力網(wǎng)稱為閉式電力網(wǎng)。閉式電力網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，任一元件發(fā)生故障，均能繼續(xù)保證所有用戶的供電，故在具有重要用戶的電力網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。閉式電力網(wǎng)雖形式多樣，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但從結(jié)構(gòu)上看，最終可歸結(jié)為兩端供電電網(wǎng)和環(huán)形電網(wǎng)兩種。由于將環(huán)形電網(wǎng)在電源點(diǎn)拆開(kāi)，即形成了一個(gè)兩端電源電勢(shì)相同的兩端供電網(wǎng)，故以下討論兩端供電網(wǎng)的計(jì)算方法。此外，有備接線中的輸電線雙回路和雙變壓器并聯(lián)運(yùn)行亦屬于閉式電力網(wǎng)的范疇，其實(shí)質(zhì)也可歸結(jié)為一種特殊的兩端供電電網(wǎng)。

3.4.1兩端供電電力網(wǎng)中的功率分布閉式電力網(wǎng)與開(kāi)式電力網(wǎng)相比，計(jì)算的主要困難在于，閉式電力網(wǎng)不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)的功率分布，甚至某些支路的功率方向也是不確定的。

對(duì)于圖所示的兩端供電電力網(wǎng)，雖兩個(gè)負(fù)荷和給定，但三段線路中的功率分布，甚至通過(guò)阻抗支路的功率方向是不能直觀確定的。工程上通常分兩步計(jì)算，即首先確定不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的功率分布，此為初步潮流分布計(jì)算。然后在確定初步潮流分布的基礎(chǔ)上，將閉式網(wǎng)拆成開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)，再確定計(jì)及網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)的功率、電壓分布，此為最終潮流分布計(jì)算。為了計(jì)算圖所示兩端供電電力網(wǎng)的功率分布，由于實(shí)際功率方向不確定，故先假定各支路功率正向。根據(jù)基爾霍夫第一定律，可以列出又根據(jù)基爾霍夫第二定律，有根據(jù)三相復(fù)功率的表達(dá)式，如不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗，假設(shè)全網(wǎng)各點(diǎn)電壓均為網(wǎng)絡(luò)的額定電壓，并取為參考相量，則有經(jīng)整理后得對(duì)圖所示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)1，有令，，，則當(dāng)兩端電源向n個(gè)負(fù)荷供電時(shí)，則有可知：每個(gè)電源點(diǎn)發(fā)出的功率由兩個(gè)分量組成，第一個(gè)分量所含的項(xiàng)數(shù)與負(fù)荷個(gè)數(shù)相等，其中的每一項(xiàng)可看作各負(fù)荷獨(dú)立存在時(shí)，兩電源間的功率按阻抗共軛成反比分配；第二個(gè)分量與負(fù)荷無(wú)關(guān)，其值取決于兩端電源的電壓相量差，且與線路總阻抗成反比，稱為循環(huán)功率，當(dāng)兩端電源的電壓相同時(shí)，循環(huán)功率為零。如果電力網(wǎng)各段線路采用相同型號(hào)的導(dǎo)線，且導(dǎo)線間的幾何均距也相等，這時(shí)各段線路單位長(zhǎng)度的阻抗都相等，這種電力網(wǎng)稱為均一網(wǎng)絡(luò)。在均一網(wǎng)絡(luò)的情況下，簡(jiǎn)化為同理含變壓器的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，如兩變壓器的變比不匹配，或取用不同的電壓抽頭，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)空載且開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)口兩側(cè)將有電壓差；閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中將出現(xiàn)循環(huán)功率。顯然，這個(gè)循環(huán)功率的大小將取決于此環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)的電壓差和環(huán)網(wǎng)的總阻抗，其表達(dá)式仍與兩端供電電力網(wǎng)功率算式中的循環(huán)功率相似，只是由開(kāi)環(huán)的電壓差取代兩端電源供電時(shí)的電源電壓差。3.4.2考慮網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)的兩端供電電力網(wǎng)功率和電壓分布的計(jì)算在電力網(wǎng)中，功率由兩個(gè)方向流入的節(jié)點(diǎn)稱為功率分點(diǎn)，用符號(hào)▼標(biāo)出。

在確定了不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗的兩端供電電力網(wǎng)的功率分布后，根據(jù)各支路的實(shí)際功率方向，確定網(wǎng)絡(luò)的功率分點(diǎn)，顯然，功率分點(diǎn)也是全網(wǎng)電壓的最低點(diǎn)。在功率分點(diǎn)處將兩端供電電網(wǎng)拆成兩個(gè)開(kāi)式電力網(wǎng)。功率分點(diǎn)處的負(fù)荷也分為兩部分，分別掛在兩個(gè)開(kāi)式電力網(wǎng)的終端。3.4.3復(fù)雜閉式網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法實(shí)際電力系統(tǒng)的接線是比較復(fù)雜的。為了確定復(fù)雜閉式網(wǎng)絡(luò)的功率分布，一般首先需對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變換，把復(fù)雜閉式網(wǎng)絡(luò)逐步簡(jiǎn)化為兩端供電電力網(wǎng)的形式，從而確定其中的功率分布；然后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還原，求出原網(wǎng)絡(luò)的功率分布。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換時(shí)因應(yīng)遵循等效原則，即變換前后網(wǎng)絡(luò)中未變換部分的電壓和功率應(yīng)保持不變。常用的網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)方法包括無(wú)源串、并聯(lián)支路的合并、星網(wǎng)變換、并聯(lián)有源支路的等值及分裂電壓源等。

(a)復(fù)雜閉式網(wǎng)絡(luò)(b)A電源拆成兩個(gè)電源(c)電源支路合并成等值電源支路(d)化簡(jiǎn)后的電力網(wǎng)

3.5電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整3.5.1頻率調(diào)整的必要性1．電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷與頻率的關(guān)系電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷是系統(tǒng)各種類型負(fù)荷的總稱。電力系統(tǒng)中許多用電設(shè)備的運(yùn)行狀況都與頻率有密切的關(guān)系，不受頻率影響的用電設(shè)備較少。各種用電設(shè)備與頻率的關(guān)系如下：（1）不受頻率影響的負(fù)荷白熾燈泡、電阻器、電熱器等電阻性的負(fù)荷，它們從系統(tǒng)中吸收的三相有功功率不受頻率變化的影響。其計(jì)算式為

（2）與頻率變化成正比的負(fù)荷與頻率變化成正比的負(fù)荷占系統(tǒng)綜合負(fù)荷的較大比重，如拖動(dòng)金屬切削機(jī)床或磨粉機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)等均屬此類負(fù)荷。這類負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收的有功功率與頻率之間的關(guān)系為（3）與頻率高次方成比例的負(fù)荷這類負(fù)荷有拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、離心水泵的電動(dòng)機(jī)等。它們從系統(tǒng)吸收的有功功率表達(dá)式同上式，但其力矩是頻率的高次方函數(shù)，隨著頻率的變化而變化。因此，電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率正比于頻率的高次方。2．低頻率運(yùn)行的危害電力系統(tǒng)中許多用電設(shè)備的運(yùn)行狀況都與頻率的變化密切相關(guān)。頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，嚴(yán)重影響用戶產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，如造紙及紡織行業(yè)就可能會(huì)出現(xiàn)次品和廢品；頻率變化會(huì)影響現(xiàn)代工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)研究部門廣泛應(yīng)用的各種電子技術(shù)設(shè)備的精確性；頻率變化還會(huì)使計(jì)算機(jī)發(fā)生誤計(jì)算和誤打印。3.5.2電力系統(tǒng)的頻率特性1．電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性描述電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率隨頻率變化的關(guān)系曲線，稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性，簡(jiǎn)稱為負(fù)荷頻率特性。雖然負(fù)荷和頻率間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，但考慮到在實(shí)際運(yùn)行中頻率偏移的允許值很小，因而可認(rèn)為在額定頻率附近，電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率與頻率變化之間的關(guān)系近似于一直線。2．發(fā)電機(jī)組有功功率—頻率靜態(tài)特性（1）發(fā)電機(jī)組調(diào)速器電力系統(tǒng)的負(fù)荷功率是靠發(fā)電機(jī)組供給的。當(dāng)有功負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率就相應(yīng)發(fā)生變化，以保證頻率偏移不超出允許范圍。發(fā)電機(jī)組的有功功率輸出是靠原動(dòng)機(jī)（如汽輪機(jī)、水輪機(jī)等）的調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)汽（水）量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率與頻率之間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性，簡(jiǎn)稱發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性。（2）發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性當(dāng)負(fù)荷功率增加時(shí)，通過(guò)調(diào)整原動(dòng)機(jī)的出力，使其輸出功率增加，頻率就會(huì)回升，但仍低于初始值；當(dāng)負(fù)荷功率減少時(shí)，通過(guò)調(diào)速器調(diào)整原動(dòng)機(jī)的出力，使其輸出功率減少，頻率就會(huì)下降，但仍高于初始值。發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性如圖所示，稱此特性為發(fā)電機(jī)組的有差調(diào)節(jié)特性。這種依靠發(fā)電機(jī)組調(diào)速器自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)組有功功率輸出的過(guò)程，稱為一次調(diào)頻。負(fù)荷變化時(shí)，除了已經(jīng)滿載運(yùn)行的機(jī)組外，系統(tǒng)中的每臺(tái)機(jī)組都將參與一次調(diào)頻。3．電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不可能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的，隨時(shí)都在發(fā)生變化，導(dǎo)致頻率也相應(yīng)地變化。欲使頻率變化不超出允許范圍，就應(yīng)進(jìn)行頻率調(diào)整。電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一般分為一次調(diào)頻與二次調(diào)頻兩個(gè)過(guò)程，現(xiàn)分別說(shuō)明如下。（1）一次頻率調(diào)整進(jìn)行一次調(diào)頻時(shí)，僅發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器動(dòng)作。（2）二次頻率調(diào)整由于所有發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)均為有差調(diào)節(jié)特性，因而一次調(diào)頻只能改善系統(tǒng)的頻率。當(dāng)一次調(diào)頻不能將頻率調(diào)整到允許偏移范圍內(nèi)時(shí)，就需要在一次調(diào)頻的基礎(chǔ)上再進(jìn)行二次調(diào)頻。3.6電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整3.6.1電壓調(diào)整的必要性1．電壓偏移對(duì)用電設(shè)備的影響所有用電設(shè)備均是按照在電力網(wǎng)的額定電壓下運(yùn)行而設(shè)計(jì)、制造的，當(dāng)用電設(shè)備端的運(yùn)行電壓偏離額定電壓而超出允許偏移范圍時(shí)，其運(yùn)行性能就會(huì)受到影響。照明燈的電壓特性如圖所示。

（a）白熾燈

(b)日光燈2．低電壓運(yùn)行的危害當(dāng)運(yùn)行電壓低于額定電壓并超出允許電壓偏移的范圍時(shí)，稱為低電壓運(yùn)行。低電壓運(yùn)行的主要危害有：（1）使異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減少，滑差率增大，轉(zhuǎn)速降低。造成運(yùn)行中的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、停轉(zhuǎn)，甚至燒毀；帶載的異步電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)。（2）大大降低照明設(shè)備的光通量和家用電器的使用效果，影響人們的學(xué)習(xí)、娛樂(lè)和工作。（3）工廠、公司生產(chǎn)效率降低，產(chǎn)品質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)大量廢品。（4）發(fā)電機(jī)、變壓器、線路過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)引起跳閘，導(dǎo)致供電中斷或并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)解列。（5）降低系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。3.6.2電力系統(tǒng)的無(wú)功功率—電壓靜態(tài)特性1．電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的無(wú)功功率—電壓靜態(tài)特性電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷中包括各種不同的用電設(shè)備，如電熱器、白熾燈、異步電動(dòng)機(jī)等。所謂電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性，是指各種用電設(shè)備所消耗的有功功率和無(wú)功功率隨電壓變化的關(guān)系，簡(jiǎn)稱負(fù)荷電壓靜態(tài)特性。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)荷固定不變時(shí)，若外加電壓發(fā)生變化，則異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差相應(yīng)變化，定子繞組的電流也隨之變化。異步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率幾乎與電壓無(wú)關(guān)，而消耗的無(wú)功功率對(duì)電壓卻十分敏感。因此，通常所說(shuō)的綜合負(fù)荷電壓靜態(tài)特性主要是指綜合無(wú)功負(fù)荷電壓靜態(tài)特性。

下圖所示的異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化等效電路，其消耗的無(wú)功功率為通常當(dāng)外加電壓接近異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)鐵芯磁路的工作點(diǎn)剛好達(dá)到飽和狀態(tài)位置，如圖曲線中的A點(diǎn)所示。異步電動(dòng)機(jī)的磁化曲線異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率—電壓靜態(tài)特性2．發(fā)電機(jī)無(wú)功功率—電壓靜態(tài)特性所謂發(fā)電機(jī)的電壓靜態(tài)特性，是指發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸出的無(wú)功功率與電壓之間變化關(guān)系的曲線。下圖所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，若發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，略去各元件電阻，發(fā)電機(jī)送至負(fù)荷點(diǎn)的功率為(a)原理圖

(b)等值電路若勵(lì)磁電流不變，則發(fā)電機(jī)電勢(shì)可視為常數(shù)，無(wú)功功率就是電壓的二次函數(shù)，其特性曲線如圖所示。3．電力系統(tǒng)電壓靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的電壓運(yùn)行水平取決于發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力和綜合負(fù)荷無(wú)功功率的平衡。3.6.3電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡1．無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗當(dāng)負(fù)荷的有功功率決定后，電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷功率由負(fù)荷的功率因數(shù)決定，提高負(fù)荷的功率因數(shù)可以降低無(wú)功負(fù)荷功率。電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率損耗主要包括變壓器的無(wú)功功率損耗和線路的無(wú)功功率損耗。變壓器的無(wú)功功率損耗由勵(lì)磁損耗和繞組中的無(wú)功功率損耗兩部分組成。勵(lì)磁損耗占變壓器額定容量的百分?jǐn)?shù)近似為空載電流的百分?jǐn)?shù)，即勵(lì)磁損耗為變壓器繞組中的無(wú)功功率損耗為2．無(wú)功電源（1）發(fā)電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)既是唯一的有功功率電源，也是重要的無(wú)功功率電源。（2）同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是只輸出無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)，或者說(shuō)是空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。（3）電力電容器電力電容器可以作為無(wú)功電源向系統(tǒng)輸送無(wú)功功率，每相電容由若干個(gè)電力電容器組成電容器組，可以采用△形或Y形接法。（4）靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器由特殊電抗器和電容器組成，既有兩者之一為可控的，又有兩者都是可控的，是一種并聯(lián)連接的無(wú)功功率發(fā)生器和吸收器。3．無(wú)功功率的平衡方程電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡的基本要求是：系統(tǒng)中的無(wú)功電源功率要大于或等于負(fù)荷所需的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功功率損耗之和。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和適應(yīng)無(wú)功負(fù)荷的增長(zhǎng)需要，還應(yīng)留有一定的無(wú)功備用容量。系統(tǒng)無(wú)功功率平衡方程式為3.6.4電力系統(tǒng)的電壓管理1．電壓中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式2．改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)壓3．改變變壓器的分接頭調(diào)壓4．改變電力網(wǎng)的無(wú)功功率分布5．改變電力網(wǎng)的參數(shù)調(diào)壓第4章短路電流的分析與計(jì)算4.1電力系統(tǒng)的短路故障4.2標(biāo)幺制4.3無(wú)限大容量系統(tǒng)三相短路分4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算4.5不對(duì)稱短路電流計(jì)算4.1電力系統(tǒng)的短路故障4.1.1短路產(chǎn)生的原因及后果為了保證電力系統(tǒng)及工廠供配電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，在其設(shè)計(jì)中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運(yùn)行情況，而且要考慮故障狀態(tài)下的運(yùn)行情況，尤其是系統(tǒng)的短路故障情況。所謂短路故障是指系統(tǒng)中不同相的導(dǎo)線或相對(duì)地發(fā)生金屬性的連接或經(jīng)較小阻抗的連接。短路產(chǎn)生的原因主要是系統(tǒng)中電氣絕緣的破壞。引起這種破壞的原因有過(guò)電壓、雷擊、絕緣材料的陳舊、設(shè)備維護(hù)不周、運(yùn)行人員誤操作，還有鳥(niǎo)害、鼠害、施工機(jī)械的直接損害等都可能造成短路。

引起的不良后果有如下幾個(gè)方面：(1)短路電流引起的熱效應(yīng)(2)短路電流引起的電動(dòng)力效應(yīng)(3)短路使網(wǎng)路電壓降低。(4)短路可能造成電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的破壞。

(5)短路可能干擾附近通信線路和信號(hào)系統(tǒng)，使其不能正常工作或發(fā)生誤動(dòng)作。

4.1.2短路的類型短路類型有單相短路、兩相短路、兩相接地短路和三相短路等。

當(dāng)線路發(fā)生三相短路時(shí)，由于短路的三相阻抗相等，因此，三相電流和電壓仍然是對(duì)稱的，故三相短路又稱為對(duì)稱短路。其它類型的短路不僅相電流和相電壓各相數(shù)值不等，而且各相之間的相角也不相等，這些類型的短路統(tǒng)稱為不對(duì)稱短路。在電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，發(fā)生三相短路的可能性最??；但通常三相短路的短路電流最大，危害也最嚴(yán)重，所以短路電流計(jì)算的重點(diǎn)是三相短路電流計(jì)算。4.2標(biāo)幺制4.2.1標(biāo)幺值和基準(zhǔn)值標(biāo)幺值是指任意一個(gè)物理量的實(shí)際值與所選定的基準(zhǔn)值的比值，即用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先要規(guī)定各物理量的基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)電流、基準(zhǔn)電壓、

基準(zhǔn)阻抗、基準(zhǔn)功率。在三相交流系統(tǒng)中，它們之間仍有下列關(guān)系：當(dāng)基準(zhǔn)值選定后，則任意的、、、四個(gè)量的標(biāo)幺值可分別表示如下：若將有名值的功率關(guān)系式與基準(zhǔn)值的功率關(guān)系式相除、將有名值的歐姆定律式與基準(zhǔn)值的歐姆定律式相除，可得即一般選取功率和電壓的基準(zhǔn)值則電流和阻抗的基準(zhǔn)值分別為應(yīng)用標(biāo)幺值計(jì)算，結(jié)果要換算成有名值，其換算公式為4.2.2不同基準(zhǔn)標(biāo)幺值的換算電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器等電氣設(shè)備的阻抗參數(shù)是以其本身額定值為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值或百分?jǐn)?shù)，但各個(gè)電氣設(shè)備的額定值可能不同。由于計(jì)算中所有元件應(yīng)以統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，所以，必須把不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值。進(jìn)行換算時(shí)，先將各自以額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值還原成為有名值，然后再將有名值換算成為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值。

對(duì)于發(fā)電機(jī)，銘牌參數(shù)一般給出其額定電壓、額定功率及以額定值為基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值，故可將此電抗標(biāo)幺值換算為統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值。對(duì)于變壓器，一般給出其額定電壓、額定功率及短路電壓百分比，其