第四章 配电网

第四章配电网运行分析主要内容配电网的电压计算配电网的损耗计算与降损措施简单配电网的潮流计算复杂配电网的潮流计算配电网的无功补偿和电压调整配电网的短路电流计算低压电网短路电流计算第一节配电网的电压计算一、配电网的电压降落二、配电网的电压损耗三、配电网的电压偏移一、配电网的电压降落电压降落是指线路首末两端电压的相量差。（1）已知环节末端电压及功率

以末端电压为参考相量，负荷为感性，则可得或（a）末端电压降落的纵、横分量；（2）已知环节首端电压及功率参照上述推导（b）首端电压降落的纵、横分量二、配电网的电压损耗

电压损耗是指线路首末两端电压的数值差。

忽略其横分量，电压损耗由两部分组成的，即

式中第一部分与有功功率和电阻有关，第二部分与无功功率和电抗有关。

三、配电网的电压偏移

所谓电压偏移是指线路首端或末端电压与线路额定电压的数值差。电压偏移常用百分值表示，即

常以电压损耗和电压偏移作为衡量电压质量的主要指标。

第二节配电网的损耗计算与降损措施一、线路的功率损耗二、变压器的功率损耗三、配电网的电能损耗四、配电网的降损措施一、线路的功率损耗

如图所示的简单线路，已知末端电压和末端功率，忽略电导。该线路的功率损耗由下述三部分组成。

1．线路末端导纳的功率损耗

由于忽略了线路的电导，故只需计算线路末端电纳的功率损耗，其值与线路末端电压有关，即

式中的负号表示容性无功功率。2．阻抗的功率损耗

线路阻抗的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。如已知条件是末端功率、末端电压，则

若已知条件为首端功率和电压，则

3．线路首端导纳的功率损耗

首末端电压的不同，电纳中的无功损耗并不相同。二、变压器的功率损耗

变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗与导纳的功率损耗两部分。1．阻抗的功率损耗

双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套用线路阻抗功率损耗的计算公式或2．导纳的功率损耗

变压器导纳的无功功率损耗是感性的，符号为正。

在有些情况下，如不必求取变压器内部的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家提供的短路和空载试验数据求得，。实际计算时通常设

所以这些公式可简化为

三、配电网的电能损耗1．配电网的电能损耗和损耗率

在同一时间内，配电网的电能损耗占供电量的百分比，称为配电网的损耗率，简称网损率或线损率。2．电力线路电能损耗的计算

假定在一段时间内线路的负荷不变，则功率损耗也不变，相应的电能损耗为

由于电力系统的实际负荷是随时都在改变的，线路的功率损耗也随时间而改变。因此，应采用积分算式，即

在工程实际中常采用简化的方法计算电能损耗。用得最多的是电力网规划中电能损耗计算的方法——最大负荷损耗时间法。

最大负荷损耗时间τ：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax（此时的有功损耗为△Pmax），在τ小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，则称为τ最大负荷损耗时间。

最大负荷损耗时间τ根据年最大负荷利用小时数Tmax查得；

年最大负荷利用小时数Tmax:如果用户以年最大负荷Pmax持续运行小时所消耗的电能即为该用户全年消耗的电能3．变压器电能损耗的计算

变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行的实际小时数来计算。计算式为

当变压器两侧电压在额定电压附近时，可由下式计算变压器全年的电能损耗，即四、配电网的降损措施1、合理使用变压器2、重视和合理进行无功补偿3、对电力线路改造，扩大导线的载流水平4、调整用电负荷，保持均衡用电第三节简单配电网的潮流计算

一端电源供电的网络称为开式网。开式网中的负荷只能从一个电源取得电能。所谓潮流计算即是根据已知的负荷及电源电压计算出其它节点的电压和元件上的功率分布。实际进行配电网潮流计算时，根据已知条件的不同有两种基本算法。第一种情况：

给定的已知条件是同一点的功率和电压。这一类问题的计算比较简单，只需按本章第一节、第二节介绍的电压损耗、功率损耗等计算方法逐步进行计算即可。采取的是将电压和功率由已知点向未知点交替递推计算的方法。第二种情况：

给定的已知条件是不同点的功率和电压。采取迭代算法：第五节配电网的无功补偿和电压调整一、配电网的无功补偿二、电压调整一、配电网的无功补偿1、电力系统的无功平衡

影响电力系统电压的主要因素是无功功率。（1）电力系统的无功负荷及无功损耗

无功负荷是滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。电力系统的无功负荷主要是异步电动机。电网中无功损耗一般有两部分：一是输电线路的无功损耗；二是变压器上的无功损耗。

（2）无功电源

电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率等。（3）无功平衡

电力系统无功功率平衡包含两个含义。A、系统运行时，无功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡，即B、系统的无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源功率及系统的备用无功电源功率相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负荷发展的需要，即

2、无功补偿的原理加装了无功补偿设备Qc后

视在功率S'比S小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的cosφ1提高到cosφ2。

3、无功补偿的意义（1）减少系统元件的容量，换个角度看是 提高电网的输送能力。（2）降低网络功率损耗和电能损耗。（3）改善电压质量。4、配电网无功补偿的配置原则（1）总体平衡与局部平衡相结合。（2）电业部门补偿和用户补偿向结合。（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。（4）降损与调压相结合，以降损为主。

5、无功补偿措施（1）利用同步发电机进行补偿。（2）利用调相机进行无功补偿。（3）利用电容器进行无功补偿。（4）利用静止补偿器进行无功补偿。二、电压调整1、电力系统的电压管理

电力系统的电压调整是通过监视、调整中枢点的电压来实现。电压控制的方式有“逆调压”、“顺调压”、“常调压”。

逆调压：负荷高峰时升高电压，反之降低电压顺调压：负荷高峰时允许电压降低，低负荷时允许电压降低升高常调压：在任何负荷时都保持电压基本不变2、电压调整的基本原理

由发电厂母线处电压开始推算，可求得为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下措施进行电压调整：（1）调节励磁电流以改变发电机端电压；（2）改变变压器T1、T2的变比；（3）通过改变电力网无功功率分布；（4）改变输电线路的参数（降低输电线路的电抗）。3、电压调整的措施（1）利用发电机调压（2）改变变压器变比调压（3）利用无功功率补偿调压（4）改变线路参数调压4、各种调压措施的合理应用（1）要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的参数。（2）改变发电机励磁，可以改变发电机输出的无功功率和发电机的端电压。（3）根据无功功率平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。（4）当系统的无功功率供应比较充裕时，各变电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头来解决。

（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电压。（6）对于10kV及以下电压等级的电网，由于负荷分散、容量不大，按允许电压损耗来选择导线截面是解决电压质量问题的正确途径。第六节配电网的短路电流计算一、短路过程的简单分析二、对称短路电流的标么值计算方法三、无穷大功率电源条件下短路电流的计算四、三相短路的实用计算一、短路过程的简单分析

配电系统内某处发生三相短路时，假设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析。短路前的电流i

短路后，与电源相连接的左端回路电流的变化应符合：

这个微分方程的解为

当发生三相短路瞬间，电流不能突变，有

解出短路电流的全电流瞬时值为当发生三相短路时全电流由两部分组成

周期分量非周期分量上述现象的电流波形图如图所示。

在电源电压及短路点不变的情况下，要使短路全电流达到最大值，必须具备以下的条件：（1）短路前为空载；（2）电路的感抗X比电阻R大得多，（3）短路发生于某相电压瞬时值过零时。

短路冲击电流半个周期后（0.01s），短路电流达到的最大瞬时值冲击系数kch

高压配电网一般取kch=1.8

短路冲击电流有效值

0.01s时，短路电流的有效值对高压配电网

无穷大功率电源近似认为电源的内阻为零，则短路前后电源母线电压不变，是短路计算时常用的概念。

二、对称短路电流的标么值计算方法

为了求出短路电流，在计算时通常采用下面两个假设：（1）不管短路点发生在何处，在计算短路电流时均可假定作用于短路点的电压是该电压等级线路电压的平均值。（2）计算短路电流时，在高压系统中忽略线路R，在低压系统中可忽略线路X。（一）标么值法

基准值可以任意选定，但为了便于计算:

功率基准值:或者取SB＝100MVA，或者取要计算的供电系统中某一元件的额定值（如某一变压器）；基准电压:取短路点所在处的平均电压值。

（二）供电系统中各元件电抗标么值的计算

1、输电线路2、变压器3、电抗器4、电源内阻电抗

三、无穷大功率电源条件下短路电流的计算

在用标幺值计算三相短路电流时，短路电流的标幺值短路容量的标幺值三相短路容量为其标么值为短路电流的具体计算步骤：（1）取功率基准值，并取各级电压基准值等于该级的平均额定电压；（2）计算各元件的电抗标么值，并绘制出等值电路；（3）网络化简，求出从电源至短路点之间的总电抗标么值；（4）计算出短路电流周期分量有效值（也就是稳态短路电流），再还原成有名值；（5）计算出短路冲击电流和短路最大有效值电流；（6）按要求计算出其他量。

四、三相短路的实用计算（一）运算曲线在工程计算中，常利用运算曲线来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期分量，也称运算曲线法。运算曲线表示了短路过程中，不同时刻的短路电流周期分量与短路回路计算电抗之间的函数关系，即（二）应用运算曲线计算短路电流的步骤和方法应用运算曲线计算短路电流的具体步骤如下：（1）绘制等值网络。（2）进行网络变换，求转移电抗。（3）求出各等值机对故障点的计算电抗。（4）由计算电抗根据适当的运算曲线找出指定时刻各等值机提供的短路电流周期分量标么值。（5）计算短路电流周期分量的有名值。第七节低压电网短路电流计算一、低压电网短路电流计算的特点二、低压配电系统各元件阻抗的计算三、低压电网短路电流计算实例一、低压电网短路电流计算的特点

电力系统中1kV以下的电网称为低压电网，其短路电流计算具有以下特点：（1）供电电源可以看作是“无穷大”容量系统。（2）低压电网中各元件电阻值相对较大，而电抗值相对较小，所以低压配电系统中电阻不能忽略。一般可用阻抗的模进行计算。（3）直接使用有名值计算更方便。（4）非周期分量衰减快，Ksh取1－1.3。仅在配电变压器低压侧母线附近短路时，才考虑非周期分量。（5）必须计及某些元件阻抗的影响。二、低压配电系统各元件阻抗的计算（1）电力系统阻抗一般计算低压网络短路电流时，认为电源为无穷大容量系统，即XS＝0。但在精确计算时仍需要计入系统阻抗值。此时系统阻抗按下式计算：（2）变压