电气工程基础第3章 电力网

12020/1/19第3章电力网3.1电力网的接线方式3.2电力系统元件参数和等效电路3.3电力网的电压计算3.4输电线路导线截面的选择22020/1/193.1电力网的接线方式一、概述1．无备用接线方式（开式电力网）图3-1开式电力网a）单回路放射式b）单回路干线式c）单回路链式优点：简单明了、运行方便，投资费用少。缺点：供电的可靠性差。按布置方式分：放射式、干线式、链式、环式及两端供电式按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线32020/1/192．有备用接线方式（闭式电力网）图3-2有备用接线a）双回路放射式b）双回路干线式c）双回路链式d）环式e）两端共电式优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。42020/1/19由地区变电所或企业总降压变电所6～10kV母线直接向用户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电所之间也无联系，如图3-3所示。图3-3放射式接线优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。二、放射式接线52020/1/19为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路放射式接线，如图3-4所示。图3-4双回路放射式接线优点：供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间断供电，适用于一类负荷。缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难。62020/1/19直接连接干线式（如图3-5a所示）优点：线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装置和线路投资较小，比较经济。缺点：供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都将停电。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。三、干线式接线图3-5干线式接线a)直接连接干线式b)串联型干线式72020/1/19为了提高供电的可靠性，可采用双干线式或两端供电干线式。串联型干线式（如图3-5b所示）图3-6双回路干线式接线方式特点：干线的进出侧均安装了隔离开关，当发生故障时，可在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停电范围，使供电可靠性有所提高。四、环式接线普通环式：把两路串联型干线式线路联络起来，如图3-8所示。82020/1/19图3-7两端供电干线式接线方式3-8普通环式接线有两种运行方式：开环运行：正常运行时环形线路在某点断开。开环点位置的选择：应使正常配电时开环点的电压差为最小闭环运行：正常运行时环形线路没有断开点。92020/1/19优点：供电可靠性高，运行灵活；缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。拉手环式（“手拉手”接线）：将放射式接线改造成双电源供电，中间以联络开关将两段线路连接起来，如图3-9所示。图3-9拉手环式接线优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。正常运行时联络开关打开，当线路失去一端电源时，将联络开关合上，从另一端电源对失去电源线路上的用户供电。低压配电系统也有放射式、干线式、环式等接线方式。102020/1/193.2电力系统元件参数和等值电路一、电力线路的结构1．架空线路架空线路主要由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等部件组成，如图3-10所示。图3-10架空线路的结构导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。112020/1/19架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种，如图3-11所示。图3-11裸导线的构造a）单股线b）多股绞线c）钢芯铝绞线导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝和钢。导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类，高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。122020/1/19架空导线的型号有：TJ——铜绞线LJ——铝绞线，用于10kV及以下线路LGJ——钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路GJ——钢绞线，用作避雷线杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。杆塔的分类132020/1/19档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空线路的档距（或跨距）。弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低点的垂直距离称为弧垂。线间距离：380V为0.4～0.6m；6～10kV为0.8～1m；35kV为2～3.5m；110kV为3～4.5m。横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和瓷横担三种。横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安装方式和使用地点等。142020/1/19三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上面，电压较低的线路应架设在下面；架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通讯线路应在下面。导线在杆塔上的排列方式：152020/1/19绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝缘距离；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种。针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小转角杆塔上。悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7片串接）。棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以下线路应用比较广泛。162020/1/192．电缆线路电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面是圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用扇形，如图3-12所示。图3-12扇形三芯电缆1—导体2—纸绝缘3—铅包皮4—麻衬5—钢带铠甲6—麻被导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。172020/1/19绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。常用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，在电缆的最外层还包有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。182020/1/19电缆的敷设方式：直接埋入土中：埋设深度一般为0.7～0.8m，应在冻土层以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于散热。电缆沟敷设：当电缆条数较多时，宜采用电缆沟敷设，电缆置于电缆沟的支架上，沟面用水泥板覆盖。穿管敷设：当电力电缆在室内明敷或暗敷时，为了防电缆受到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。192020/1/19二、输电线路的参数计算及等值电路1．输电线路的参数计算电阻：单根导线的直流电阻为：AlR导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为：应考虑集肤效应和邻近效应的影响；导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度大;导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。通常取;km/mm8.182Cukm/mm5.312Al202020/1/19工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值r1，则lrR1需要指出：手册中给出的r1值，则是指温度为20℃时的导线电阻，当实际运行的温度不等于20℃时，应按下式进行修正：)20(120rr式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取0.0036（1/℃）。电抗：每相导线单位长度的等值电抗为：rrrsrsfx0157.0lg1445.010)5.0lg6.4(π2av4av1式中，μr为相对磁导率，铜和铝的;r为导线半径（m）；Sav为三相导线的线间几何均距（m）。1r212020/1/19注意：为了使三相导线的电气参数对称，应将输电线路的各相导线进行换位，如图3-13所示。图3-13一次整循环换位通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右，则lxX1电纳：每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：6110lg0241.0rsCav222020/1/19则单位长度的电纳（S/km）为：6av1110lg58.7rsCb一般架空线路b1的值为S/km左右，则61058.2lbB1电导：电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗。说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象。232020/1/19当线路电压高于电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与电晕相对应的导线单位长度的等值电导（S/km）为：32110UPgglgG1因此，式中，为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。gP注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为。0G在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导线最小外径：110kV导线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径不应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压；220kV以上的超高压输电线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线的等值半径，提高电晕临界电压242020/1/192．输电线路的等效电路一字型等效电路：用于长度不超过100km的架空线路（35kV及以下）和线路不长的电缆线路（10kV及以下）。π型或T型等效电路：（110～220kV）和长度不超过100km的电缆线路（10kV以上）。用于长度为100～300km的架空线路图3-14一字型等效电路图3-15π型或T型等效电路a）π型b）T型252020/1/19三、变压器的参数计算及等效电路1．双绕组变压器双绕组变压器采用Γ型等效电路，如图3-16所示。35kV及以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。注意：变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。图3-16双绕组变压器的等效电路a）Γ型等效电路b）励磁支路用功率表示的等效电路c）简化等效电路262020/1/19电阻RT：32232Cu10103TNNTNkRUSRIPP32210NNkTSUPR由于所以（Ω）电抗XT：由于2310100103%NTNNTNkUXSUZIUNkNTSUUX%102对小容量变压器，则NkNTSUUZ%10222TTTRZX所以（Ω）272020/1/19电导GT：变压器的电导是用来表示铁心损耗的。320321010NNFeTUPUPG电纳BT：32010NTUQB10010033100%0000NNNNNSQIUIUIIINSIQ100%0052010%NNTUSIB变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。所以（S）所以（S）由得：因此（S）说明：以上各式中，U、S、P、Q、的单位分别为kV、kVA、kW和kvar。282020/1/19２．三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图3-17所示。图3-17三绕组变压器的等效电路a）励磁回路用导纳表示b）励磁回路用功率表示292020/1/19电阻RT1、RT2、RT3三绕组变压器容量比有三种不同类型：100/100/100：三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%；100/50/100：第二个