供配电技术课件——电力网的功率损耗和电能损耗
Power loss and electric energy loss of power network
§4-2 Power loss and electric energy loss
of power network
• 电力网的功率损耗和电能损耗主要产生在输电线路和 变压器上。
RTi、XTi—归算到变压器一次侧的数值。
根据变压器短路和空载试验数据 计算损耗
； PTR
PK
( S SN
)2
PTG ；P0
QTR
UK % 100
S
N
S (
SN
)2
QTB
I0% 100
S
N
有n台参数相同的变压器并列运行时：
PTR
nPK
( S；)2
nS N
PTG n；P0
QTR
n
UK % 100
S~T1
P12 Q12 U12
RT1
j
P12 Q12 U12XT1S~T 2P22 Q22 U12
RT 2
j
P22 Q22 U12
XT2
S~T 3
P32 Q32 U12
RT 3
j
P32 Q32 U12
XT3
U1—变压器一次绕组的额定电压，KV; P1、P2、P3、Q1、Q2、Q3—相应绕组的负荷，MW, MVar。
A nPK
( Smax )2
nS N
nP0 T
（kwh）
式中：Smax—变压器最大负荷，kVA; SN—变压器额定容量，kVA; T—变压器每年投入运行的小时数，h;
n—并列运行的变压器的台数。
• 其中一部分损耗与传输功率有关：主要产生在线路和 变压器的串联阻抗上，这部分损耗占比重较大；另一 部分损耗仅与电压有关，产生在线路和变压器的并联 导纳上。
• 据统计，电力系统有功功率损耗最多可达到总发电量 的20%—30%，这大大增加了发电和输配电设备的容量， 造成了动力资源的浪费、电能成本的提高，进而影响 整个国民经济。
3U 2
U
2 2
2)已知流入阻抗的功率 S~1，则 I
S1 3U 1
PL
P12 Q12 U12
R
QL
P12 Q12
U
2 1
X
注意：上式中的功率必须是流入或流出阻抗的功率，且
功率和电压应是同一点的。
Power loss on transformer
1 根据变压器参数计算
⑴双绕组变压器 ⑵三绕组变压器
2 根据变压器短路和空载试验数据计算
双绕组变压器的功率损耗
； PTG
U
2 1
GT
QTB
U
2 1
BT
PTR
P22 Q22
U
2 2
RT
或
PTR
P12 Q12 U12
RT
QTX
P22 Q22
U
2 2
XT
QTX
P12 Q12 U12
XT
式中功率单位为MW、MVar，电压单位为KV。
三绕组变压器的功率损耗
S
N
( S nS N
)2
QTB
n
I0 % 100
SN
• 如果一段时间t内线路的负荷不变，则功率损耗不变； 相应的电能损耗为： A P t P2 Q2 Rt 10 3 （kwh）
U2
有功、无功单位依次为kW 、kVar。
• 实际负荷随时在变,故：
A
t P dt R 10 3
0
t P2 Q2 dt
3．线路首端导纳上的功率损耗
Q y1
B 2
U
2 1
以上各式中：电压的单位为KV，功率的单位为MW 、Mvar， 电纳的单位为S。
阻抗上的功率损耗
1)已知流出阻抗的功率 S~，2 则 I
PL 3 (
S2 )2 R P22 Q22 R
3U 2
U
2 2
S2 3U 2
QL 3 (
S2 )2 X P22 Q22 X
• 最大负荷损耗时间
如果在 小时内，装置按最大负荷持续运行，则它损耗
的电能恰好等于线路按实际负荷曲线运行全年所损耗
的电能。
可依据Tmax和 cos 从表2-4中查出。
• 线路全年电能损耗
A
Pmax
3I
2 m
axR
(kwh)
Imax—装置的最大负荷电流，kA。 • 对于电压为额定值时，变压器全年电能损耗
0 U2
（kwh）
• 但负荷随时间变化规律很难准确表达，故只能近似计 算。
按最大负荷损耗时间计算
• Pmax—年最大负荷 ， Tmax—年最大负荷利用小时数
用荷户运以行P全ma年x持所续消运耗行的T电ma能x所A消，耗即的：电能876为0 该用户以变负
A 0
P dt Pmax Tmax
对反于映同用类电用规户律，。Pmax有所不同，但Tmax基本接近；Tmax
电力网的功率损耗和电能损耗
• 功率损耗 ：⒈输电线路的功率损耗
⒉变压器的功率损耗
• 电能损耗 ：⒈负荷不变时的电能损耗；
⒉负荷变动时的电能损耗；
⒊按最大负荷损耗时间 计算
Power loss on transmission line
1．线路末端导纳中的功率损耗
Q y 2
B 2
U
2 2
2．阻抗上的功率损耗
供电系统的功率损耗与电能损耗
供电系统的功率损耗与电能损耗【摘要】当电能沿供电系统中的导线输送时，在其中产生有功功率和无功功率损耗。
各个供电线路的首端和末端，计算负荷的差别就是线路上的功率损耗。
用计算负荷求得的功率损耗，显然不是实际的功率损耗，计算它的意义，在于在同等条件下、对供电系统进行技术经济分析，以确定方案的可行性。
【关键词】供电系统；功率损耗；电能损耗功率损耗及电能损耗是电网运行中的重要经济指标。
电网的功率损耗及电能损耗是由发电设备供给、变电设备传输的。
当系统的负荷一定时，功率损耗及电能损耗越大，发、变电设备容量越大，电流系统建设投资费用和年运行费用越大，消耗的能源越多，这对电网的经济运行是不利的。
为了改善电网运行的经济性，必须降低电网的功率损耗和电能损耗。
一、供电系统的功率损耗在确定备用电设备组的计算负荷后，如果要确定车间或全厂的计算负荷，就需逐级计入线路和变压器的功率损耗。
要确定高压配电线首端（C点）的计算负荷，就应将车间变电站低压侧（D点）的计算负荷，加上车间变压器的功率损耗和高压配电线上的功率损耗。
下面分别讨论线路和变压器功率损耗的计算方法。
1.线路功率损耗的计算2.变压器功率损耗的计算变压器的功率损耗包括有功和无功两部分。
（1）变压器的有功功率损耗。
有功功率损耗可分为两部分：一部分是主磁通在铁心中产生的有功功率损耗，即铁损ΔPFe。
它在一次绕组外加电压和频率不变的情况下，是固定不变的，与负荷电流无关。
铁损一般由空载实验测定，空载损耗ΔP0可近似认为是铁损，因为变压器在空载时电流很小，在一次绕组中产生的有功功耗可忽略不计。
另一部分是负荷电流在变压器一、二次绕组中产生的有功功率损耗，即铜损ΔPCU。
它与负荷电流的平方成正比，一般由变压器短路实验测定，短路损耗ΔPK可认为是铜损，因为变压器短路时一次侧短路电压很小，故在铁心中产生的有功功率可忽略不计。
（2）变压器的无功功率损耗。
无功功率损耗也可分为两部分：一部分用来产生主磁通，也就是用来产生激磁通电流或近似地认为产生空载电流。
电能损耗与功率损耗
电能损耗与功率损耗电能损耗和功率损耗是电力系统中常见的概念，它们对电力传输和使用的效率有着重要影响。
本文将探讨电能损耗和功率损耗的概念、原因以及对电力系统的影响。
一、电能损耗的概念与原因电能损耗是指电能在输电、配电和用电过程中的损失。
电能损耗主要包括导线电阻损耗、变压器铁损耗、变压器铜损耗以及其他设备的损耗等。
导线电阻损耗是由于导线本身的电阻导致的能量损耗，这是由于导线材料的电阻率和导线长度等因素决定的。
变压器铁损耗是由于变压器磁芯中的铁耗损导致的，这是由于磁通变化引起的涡流损耗和磁滞损耗等原因造成的。
变压器铜损耗是由于变压器线圈中的电流通过导线引起的电阻损耗，这是由于导线电阻和电流大小等因素决定的。
其他设备的损耗包括开关、断路器、继电器等设备的损耗，这些损耗与设备的质量和工作状态有关。
电能损耗的原因主要有以下几个方面。
第一，导线电阻是电能损耗的主要原因之一。
导线材料的电阻率决定了导线的电阻大小，而导线长度决定了电阻损耗的大小。
第二，变压器铁损耗是电能损耗的重要原因之一。
变压器磁芯中的铁耗损主要是由于磁通变化引起的涡流损耗和磁滞损耗等原因造成的。
第三，变压器铜损耗是电能损耗的另一个重要原因。
变压器线圈中的电流通过导线引起的电阻损耗，这是由于导线电阻和电流大小等因素决定的。
第四，其他设备的损耗也会导致电能损耗的增加。
二、功率损耗的概念与影响功率损耗是指电力系统中单位时间内的能量损失。
功率损耗是电能损耗的一种表现形式，它是电能损耗与时间的乘积。
功率损耗对电力系统的影响主要有以下几个方面。
首先，功率损耗会导致电力系统的效率下降。
电能损耗会使得电能的传输和使用效率降低，从而导致电力系统的整体效率下降。
这不仅会增加电力系统的能耗，还会增加电力系统的运行成本。
其次，功率损耗会导致电力系统的电压降低。
电能损耗会使得电力系统中的电流增加，从而导致电压降低。
电压降低会影响电力设备的正常运行，甚至会导致设备损坏。
此外，功率损耗还会导致电力系统的稳定性下降。
供配电系统的功率损耗与电能损耗
供配电系统的功率损耗与电能损耗
P30•４、Q30•４、S30•４－车间变电所中变压器高压侧的有功、无功及视在计算负荷；
ΔPT、ΔQT－变压器的有功损耗与无功损耗（kW、kvar）。
计算目的：用于车间变电所高压母线的选择。
计算目的：用于选择总降压变电所出线及其上的开关设备。
计算目的：用于选择总降压变电所低压母线以及选择总降压变电所主变压器容量。
计算目的：全厂总计算负荷的数值可作为向供电部门申请全厂用电的依据，并作为原始资料进行高压供电线路的电气计算，选择高压进线导线及进线开关设备。
α ---年平均有功负荷系数，取0.7～0.75；
β ---年平均无功负荷系数，取0.76～0.82；
Ta-----年实际工作小时数，一班制取2300h,两班制取4600h,三班制取6900h
功率因数和无功功率补偿
综上可知,电力系统功率因数的高低是十分重要的问题，因此，必须设法提高电力网中各种有关部分的功率因
数。
目前供电部门实行按功率因数征收电费，因此功率因数的高低也是供电系统的一项重要的经济指标。
例2.6.1 某工厂的计算负荷为2400kW，平均功率因数为0.67。
根据规定应将平均功率因数提高到0.9（在10kV侧固定补偿），如果采用BWF-10.5-40-1型并联电容器，需装设多少个？并计算补偿后的实际平均功率因数。
（取平均负荷系数α=0.75）。
供配电系统的功率损耗
供配电系统的功率损耗
供配电系统的功率损耗是指最大功率时功率损耗。
1. 线路的功率损耗：
(1)线路功率损耗ΔPWL=3IC2RWL*10-3
ΔQWL= 3IC2XWL*10-3
式中，Ic为线路的计算电流（A）；RWL为线路每相的电阻（Ω），RWL=R0L，R0为线路
单位长度的电阻（Ω/km），L为线路的计算长度（km）；XWL为线路每相的电抗（Ω），
XWL =X0L，X0为线路单位长度的电抗（Ω/km）。
(2)变压器的功率损耗
㈠估算法
ΔPT=0.015Sc
ΔQT=0.06 Sc
㈡精确法
①有功功率损耗
●铁损△PFe 空载损耗△P0可认为就是铁损，所以铁损又称为空载损耗。
●铜损△PCu 负载损耗△Pk可认为就是额定电流下的铜损
△PCu。
变压器的有功功率损耗为
△PT ≈△P0+△Pkβ2
式中，SN为变压器的额定容量；Sc为变压器的计算负荷；β为变压器的负荷率（β= Sc/SN）
②无功功率损耗
●空载无功功率损耗△Q0
●负载无功功率损耗△QL
变压器的无功功功率损耗为：
式中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分值;Uk%为变压器的短路电压百分值。
电力网的电压降落与功率损耗(ppt 63页)
线路、变压器。
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二、功率分布和功率损耗
I
Sˆ Uˆ
S~
U ˆI
1、输电线路的功率损耗
••
U 1 I1,S1
S'
•
R jX S " I 2
•
U2,S2
S ~PjQ
共轭
jB/2 jB/2
U ˆIU (Y ˆU ˆ） U2Y ˆ
图3-3 线路的等值电路
•
U 1U 2( U 1j U 1)
电压降落纵分量：
1
U2RI2cos2 XI2sin2
2
(P2RQ2X)/U2
电压降落横分量
1
U2 I2XCos2 I2RSin2
2
(P2XQ2R)/U2
U 1
2
••
•
U2
•
I1 I2 I
I2R
I2 X
U 2
U 2
求首端电压
•1•
U1U2ΔU2 jδδ2
•2
U1U2
1
•
U2
• 线路功率与电压的关系
• ••
I1 I2 I
高压输电线路 X>>R
U QX/ U
U PX/ U
• 无功流动方向与电压高低有关；
• 有功流动方向与电压相位差有关。
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2.电压损耗(kV)
U1U2 U (PRQX)/U
•
U1
• U2
G
3.电压偏移
电压偏 % ） U 移 UN （ 10% 0 UN
3U
P2 Q2 QL U2 X
11
电力网的功率损耗和电能损耗
PTG nP0 ； QTB n
如果一段时间t内线路的负荷不变，则功率损耗不变； 相应的电能损耗为： P2 Q2 3 A P t Rt 10 （kwh） 2
U
有功、无功单位依次为kW 、kVar。 实际负荷随时在变,故： 2
t 3 t
2．阻抗上的功率损耗 3．线路首端导纳上的功率损耗
Q y1 B 2 U1 2
以上各式中：电压的单位为KV，功率的单位为MW 、Mvar， 电纳的单位为S。
阻抗上的功率损耗
~ 1)已知流出阻抗的功率 S 2，则 I
PL 3 ( S2 3U 2 S2 )2 R
2
S2 3U 2
PTR S 2 PK ( ) SN
；
QTR
UK % S SN ( )2 100 SN
I0 % SN 100
PTG P0 ； QTB
有n台参数相同的变压器并列运行时：
PTR nPK ( S 2 ) nSN
；QTR
n
UK % S 2 SN ( ) 100 nSN
QTX
2 P22 Q2 XT 2 U2
式中功率单位为MW、MVar，电压单位为KV。
三绕组变压器的功率损耗
P12 Q12 P12 Q12 ~ ST 1 RT 1 j X T1 2 2 U1 U1
2 2 P22 Q2 P22 Q2 ~ ST 2 RT 2 j XT2 U12 U12
电力网的功率损耗和电能损耗源自功率损耗 ：⒈输电线路的功率损耗
⒉变压器的功率损耗
电能损耗 ：⒈负荷不变时的电能损耗；
电力网功率和电能损耗计算
双绕组变压器Г 型等值电路
2、直接用变压器的参数计算
• • • • • • • 变压器额定容量SN(KVA) 变压器额定电压UN(KV) 短路损耗ΔPd(KW) 阻抗电压百分数Us% 空载损耗∆P0(KW) 空载电流百分数I0% PT 并联变压器台数(n)
2
S 2 Pd ( ) n nP0 nS N
IC
U
_ 特点：
IL
并联电容后，原负载的电压和电流不变，吸 收的有功功率和无功功率不变，即：负载的工 作状态不变。但电路的功率因数提高了。
请记下！
并联电容的确定：
I C I L sin 1 I sin 2
P P 将 I , IL 代入得 U cos 2 U cos 1
W 3I Rt 10 (kw.h)
2
3
计算时，将负荷曲线时间t分成若干时间间隔△t，并使 △t都相等，在△t时间内的负荷认为不变，则：
W 3R 10 ( I I I )t
2 1 2 2 2 n
3
t 1, n 24
I I I W 3R 10 ( ) 24 24
Ud % I0 % S QT n Sn nSn 100 100
S
P
Q
降低线损的 措施
技术 管理
用电 管理
R 2 W 2 P t (kw.h) 2 U cos
计算管 理
降低线路损耗的技术措施
合理确 定供电 中心提 高线路 电压等 级
调整电网的运 行方式
提高功率因数 减少线路中的 无功功率
降低电力网电能损耗的组织措施
开展线损理 论计算，制 订线损管理 制度，健全 线损管理机 构。
电气工程基础之电压功率及电能损耗的计算.pptx
当运行电压超过临界电压而产生电晕现象时，与电晕相对应的每相等值电 导为
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四、电纳
三相对称导线的每一相导线的单位长度的等值电容为
其相应的电纳为：
单位长度的单相等值电纳值一般在2.8×10-6S/km 采用分裂导线之后的电纳计算公式：
注意：采用分裂导线后，使电抗减少，电纳增加。
用电设备
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5.1 输电线路的参数计算与等值电路 一、电阻R 二、电抗X 三、电导G 四、电纳B 五、架空输电线路的等值电路
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5.1 输电线路的参数计算与等值电路
➢电阻：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗； ➢电抗（电感）：反映载流导体周围产生的磁场效应；
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二、变压器的电压和功率分布计算
P1 jQ1 U1
GT jBT
RT jX T U 2
I0
STZ I2
ST 0
P2 jQ 2
STZ
P22 Q22
U
2 2
RT
j
P22 Q22
U
2 2
XT
计线算路原与理变相压同器；的 计功算率公、式电相压似计；算 电纳有损何耗异不同同？；
根据变压器的实验数据进行简化计算。包括励磁支路损耗、阻抗支路损耗。
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5.3 电压和功率分布计算
➢电力系统的潮流计算：计算电力系统在各种运行方式 下各节点的电压 和通过网络各元件的功率。
静态潮流、动态潮流
➢电力静态潮流：电力系统的运行状态是稳态的，即在一个时间断面上， 计算过程中所有状态变量是不随时间而变化的常量。
电力线路上的电能损耗
按线路允许电压损失条件决定输送能力
IP
按线路允许功率损耗和电能损耗决定输 送能力
3 j l 3I r 100 P% P2 100 10U 2 cos 2
2
简单电力网络中的潮流分布
潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的
计算，它的任务是对给定的运行条件确定系 统的运行状态，如母线上的电压（幅值和相 角），网络中的功率分布及功率损耗。
电气工程基础
电力网络稳态行为 特性计算
主要内容
网络计算目的 电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗
高压电力线路的输送能力
简单电力网络中的潮流分布 复杂电力系统潮流分布的计算机解法
网络计算目的
潮流：在发电机母线上功率被注入网络，而
在变（配）电站的母线上接入负荷，其间， 功率在网络中流动。对于这种流动的功率， 电力生产部门称之为潮流。 区域网与地方网：按电力设施分布地域的大 小电力网络可区分为区域网与地方网（输电 网及配电网）。 开式网与闭式网：由电力网络的结构又可区 分为开式网与闭式网。
电压降落、功率及电能损耗
电压降落即为该支路首末两端电压的相量差
* * S 1 S 2 I U U 1 2
U U I R jX U 1 2
1
S 1
U1
R
jX
S 2
电压降落、功率及电能损耗
电力线路上的电压降落
电压是电能质量的指标之一，电力网络在运 行过程中必须把某些母线上的电压保持在一 定范围内，以满足用户电气设备的电压处于 额定电压附近的允许带段内。但是当电流 （功率）在电力网络中的各个元件上流过时， 将产生电压降落，直接影响用户端的电压质 量。因此，电压降落的计算为分析电力网运 行状态所必需。
电力网的功率损耗和电能损耗介绍
P32 Q32 P32 Q32 ~ ST 3 RT 3 j XT3 2 2 U1 U1
U1—变压器一次绕组的额定电压，KV; P1 、P2 、P3、Q1 、 Q2 、Q3—相应绕组的负荷， MW, MVar。 RTi、XTi—归算到变压器一次侧的数值。
根据变压器短路和空载试验数据 计算损耗
PTR S 2 PK ( ) SN
；
QTR
UK % S SN ( )2 100 SN
I0 % SN 100
PTG P0 ； QTB
有n台参数相同的变压器并列运行时：
PTR nPK ( S 2 ) nSN
；QTR
n
UK % S 2 SN ( ) 100 nSN
A
0
P dt Pmax Tmax
对于同类用户，Pmax有所不同，但Tmax基本接近；Tmax 反映用电规律。 最大负荷损耗时间 如果在 小时内，装置按最大负荷持续运行，则它损耗 的电能恰好等于线路按实际负荷曲线运行全年所损耗 的电能。 可依据Tmax和 cos 从表2-4中查出。
I0 % SN 100
PTG nP0 ； QTB n
如果一段时间t内线路的负荷不变，则功率损耗不变； 相应的电能损耗为： P2 Q2 3 A P t Rt 10 （kwh） 2
U
有功、无功单位依次为kW 、kVar。 实际负荷随时在变,故： 2
t 3 t
P Q2 A P dt R 10 dt（kwh） 0 0 U2
但负荷随时间变化规律很难准确表达，故只能近似计 算。
按最大负荷损耗时间计算
Pmax—年最大负荷 ， Tmax—年最大负荷利用小时数 用户以Pmax持续运行Tmax所消耗的电能为该用户以变负 荷运行全年所消耗的电能A，即： 8760