电力网损耗分析毕业论文

1 绪论

1.1 电力系统概述

深入分析电力网电能损耗，首先必须对电力网及其相关联的知识点有一个系统、全面的把握。

1.1.1 电力系统、电力网的定义 发电厂中生产出来的电能，通过电力网输送给散布在各地的电能用户。由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统[4]。

电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，成为电力网过称电网。电网可按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网供电范围大，电压一般在220kv以上。地方电网的供电范围较小，最高电压一般不超过110kv。

1.1.2 电力系统的电压等级 电力系统的能量输送是靠电力线路来完成的，当输送功率一定时，输电电压越高，电流越小，相应的导线载流部分的截面积越小，相应的导线投资也越小；但同时电压越高，对耐压的绝缘要求越高，杆塔、变压器、断路器等的投资也越大。综合经济技术比较，对一定的输送功率和输送距离有一最合适的线路电压。 （1）各级电压的送电线路及其输送能力如表1.1所示[1]:

额定电压kv送电容量/mw送电距离/km1020356011022033050075010000.2-2.01.0-5.52.0-1.53.5-3010-50100-5000200-8001000-15002000-2500--10-2015-3020-5030-10050-150100-300200-600150-850500以上--

表1-1 各级电压的输送能力

表注：表中额定电压为线电压。

（2）电网中主要设备的额定电压

①发电机的额定电压比同级电网的额定电压高5%。因为电力线路允许的电压偏差为?5%，为使整个线路的平均电压维持在额定值，线路首端的电压宜较线路额定电压高5% ②电力变压器的额定电压要分成一次侧和二次侧两部分来讨论，而具体到每侧的额定电压又要依变压器在电网中所处的位置而定，具体总结如下：

与发电机相连（即为升压变压器），与发电机的额定电压相同，高于同级电网的5%一次侧与线路相连时，即为降压变压器时，与电网的额定电压相同位于变电站时，高于所连同级电网额定电压的10%二次侧位于用户变电所时，高于所连同级电网额定电压的5%

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1.2 电力系统负荷和负荷曲线

1.2.1 电力系统负荷及分类 用电设备工作时，从电力网中取用的功率或电能称为电力负荷。按用户对供电据可靠性的要求不同和中断供电在政治上的影响、经济上的损失差异，将其分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。其中一级负荷最重要，二级、三级次之。 负荷大小随时间变化的图形称为负荷曲线。可根据需要绘成有功负荷曲线和无功负荷曲线；根据时间变化长短绘成日负荷曲线、月负荷曲线、和年负荷曲线[1]。 1.2.2 负荷曲线及其特性系数 （1）运行日荷曲线

以有功负荷为例，在一天内每隔一定间隔将有功功率的平均值记录下来，在直角坐标系中以横轴代表时间、纵轴代表功率，逐点绘成。负荷曲线下所包围的面积表示一天24h的电能消耗Wday。

Wday=?Pdt （1-1）

024 （2）年负荷曲线

一种是根据每天最大负荷的情况，按一年365天逐一绘制，称为运行年负荷曲线；另一种是电力负荷全年持续曲线，它以全年8760h为时间轴，以有功负荷的大小为纵轴。

一年内的电能消耗Wa??87600Pdt。在全年持续曲线上找到Pmax，则必存在Tmax使

PmaxTmax=Wa （1-2）

称Tmax为最大负荷年利用小时。Tmax的大小反应了设备利用的程度和用户负荷的平稳程度。同类型的电力用户，尽管Pmax可能差别很大，但Tmax是很接近的；不同工作性质和工作班制的用户，Tmax相差很大。

1.3 电力系统中性点运行方式

中性点如何处理涉及许多方面，如对地绝缘、内部过电压、继电保护、发电机并列运行的稳定性等。为消除三次和三的整数倍次谐波，发电机定子绕组都采用Y连接。对于Y的中性点，通常有两种处理方法，一是不接地，另一种是为防护定子绕组过电压而采用经避雷器接地。变压器Y接法线圈的中性点，目前有三种处理方法[1]： （1）中性点不接地

10-35kv系统主要采取这种方式，因为此电压等级主要承担供配电任务，而在这种方式下，即使有一相接地，三相之间的电压关系不变，仍能可靠为用户供电，但非故障相的对地电压变为线电压，如图1-1所示：

UA????IC

图1-1 中性点不接地系统单相接地故障图

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?ICBICAUB?UC系统正常运行时，各相的对地电压为相电压；发生单相接地时，如C相接地，则剩余A、B两相的对地电压转换成为线电压UAC、UBC,即变为原来的3倍，显然他们的对地电流也为正常时的3倍。 ICA=??3UA ?3ICO （1-3）

XC式中 ICO—为正常运行时，A相对地电容电流； ICA—为C相接地时，A相对地电容电流。 这样C相的接地电流，即系统的对地电容电流为：

??? IC???ICA?ICB?? （1-4） ???? 在量值上IC=3ICA?3?3ICO?3ICO,显然中性点不接地系统发生一相接地时，系统的对地电容电流变为原来的3倍。

（2）直接接地

110kv及以上电力系统和380/220V三相低压系统都属于这种情况。由于中性点的钳位作用，发生单相接地时，非故障相的对地电压不会改变，电气设备的绝缘只需按相电压考虑，这对于110kv及以上的高压系统来说绝缘造价降低，是很有经济技术价值的。但单相接地短路相的短路接地电流相当大，断路器会立即动作，造成供电中断。

对于380/220V三相低压系统，由于要接单相设备，中性点直接接地可以减少中性点的电压偏移，并可用来作为保障人身安全的“保护接零”。 （3）中性点经消弧线圈接地

为避免单相接地时接地点出现断续电弧，引起过电压，在单相接地电流大于一定值的电力系统中，电源中性点必须采取经消弧线圈接地的运行方式。

消弧线圈是一个铁心线圈，电阻很小、电感很大，当发生单相接地短路时，流过接地点的电流是对地地电容电流IC与经过消弧线圈的电感电流IL之和，IC与IL方向相反，在接地点相互抵消，是两者的量值差小于发生电弧的最小电弧电流，从而电弧不再发生。 一般中性点直接接地或经小电阻接地方式的系统称为大接地电流系统，中性点不接地或经高阻抗接地的系统成为小接地电流系统。

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2 电力网损耗的分类与形成成因

2.1 电力系统主要元件的参数及等效电路

2.1.1 输电线路的参数及其等效电路 输电线路的的架设方式分为架空线路和电缆线路两类，由于电缆线路比架空线路的建设费用高很多，所以电力网中绝大多数都采用架空线路，但它们的参数及等效电路是相同的，下面就分析一下其参数和等效电路[1]。 1.常用的输电线路稳态参数有： （1）单位长度电阻

电阻——决定线路上的有功功率损耗和电能损耗，因其与线路电流有关，所以是串联参数，符号是 r1，可按下式计算： r1=

? （2-1） S式中 r1—导线单位长度的电阻（?/km）； ?—导线材料的电阻率（?·mm2/km）； S—导线的额定截面积(mm2)。

注：① 由于肌肤效应和采用多股绞线使导线的实际电阻率略大于材料的直流电阻率，进行修正后的电阻率：

铝—31.5?·mm2/km，铜—18.8?·mm2/km；

② 实际使用时导线的电阻与温度有关，计算或手册查到的阻值均为20?C时的值，在精度要求较高时，温度为t时的值可由下式修正

r1= r20? ?1???t?20?C??? （2-2）式中 ?为电阻温度系数，对铜导线?=0.00382，对铝导线?=0.0036 （2）单位长度电抗

电抗——当导线中通有交流电流时，在导线中及其周围空间产生交变磁场，因而就存在电感和电抗，电抗是串联参数。通过电磁场理论和整换位循环可每相单位长度电抗：

D x1=(0.1445lgm+0.0157) （2-3）

r式中 x1—导线单位长度电抗（?/km）；

Dm—三相导线之间的几何均距（m）, Dm=3DabDbcDac； r—导线的半径（m）；

注：① 上式是对铜铝导线而言的，当为其他材料时，式中的0.0157应改为0.0157?r，?r为该材料的相对磁导率。

② 对于超高压线路，为了减少电晕损耗和单位长度电抗，普遍采用分裂导线，等效的增大了导线半径，因而减少导线电抗，分裂导线电抗的计算公式：

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