电力工程第3章

1第三章电力网及其稳态分析3.1电力线路的结构3.2输电线路的等值电路和电气参数3.3变压器等值电路和参数的计算3.4电力网的电压计算3.5电力网的功率损耗和电能损耗3.6标幺制和电力网的等值电路3.7简单电力系统潮流分布计算2§3.1电力线路的结构一、架空线路的结构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。图3-1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。3结构型式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种。图3-2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：铜、铝和钢。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。导线的结构型式：分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。导线和避雷线§3.1电力线路的结构4§3.1电力线路的结构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档距（跨距）：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离。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。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。导线和避雷线5“6§3.1电力线路的结构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：导线和避雷线78§3.1电力线路的结构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。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。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。9直线杆塔转角杆塔耐张杆塔终端杆塔换位杆塔跨越杆塔用来悬挂导线，仅承受导线自重、覆冰重及风压，是线路上使用最多的一种杆塔。装设于线路的转角处，必须承受不平衡的拉力。又称分段杆塔或承力杆塔，用来承担线路正常及故障（如断线）情况下导线的拉力，对强度要求较高。设置在进入发电厂或变电所线路末端的杆塔，由它来承受最后一个耐张段内导线的拉力，以减轻对发电厂或变电所建筑物的拉力。用在110kV及以上的电力线路中，是为了在一定长度内实现三相导线的轮流换位，以便三相导线的电气参数均衡而设计的一种特殊杆塔。位于线路跨越河流、山谷等地方，因中间无法设置杆塔，档距很大，故其高度较一般杆塔为高。10瓷横担的特点：有良好的电气绝缘性能，兼有绝缘子和横担的双重功能，能节约大量的木材和钢材，有效地降低杆塔的高度，可节省线路投资30%～40%。11§3.1电力线路的结构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。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。12高压针式绝缘子低压针式绝缘子高压线路拉棒绝缘子高压线路瓷横担绝缘子线路盘形悬式绝缘子复合针式绝缘子复合棒式绝缘子13线路金具、U型抱箍、挂板杆顶帽、拉线抱箍14§3.1电力线路的结构二．电缆线路的结构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3-13所示。图3-13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。15§3.1电力线路的结构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。二．电缆线路的结构电缆的结构：16电缆的敷设方式：§3.1电力线路的结构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。二．电缆线路的结构17§3.2输电线路的等值电路及其电气参数一、输电线路的参数计算1．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%：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18§3.2输电线路的等值电路及其电气参数工程手册中给出的导线单位长度电阻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rrα为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取0.0036（1/℃）。2、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1．电阻：19§3.2输电线路的等值电路及其电气参数3cabcabavssss图3-14三相导线的布置方式a）等边三角形布置b）水平等距布置图3-15一次整循环换位ssav若三相导线等边三角形排列。sss26.1233av若三相导线水平等距离排列。通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右20§3.2输电线路的等值电路及其电气参数3、电纳：每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：6110lg0241.0rsCav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61058.24、电导：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。21§3.2输电线路的等值电路及其电气参数电晕现象：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。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22§3.2输电线路的等值电路及其电气参数二．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3-16一字型等效电路图3-17π型或T型等效电路a）π型b）T型23§3.3变压器的等值电路及参数计算一、双绕组变压器双绕组变压器采用Γ型等效电路。35kV及以下的变压器，励磁支路可忽略不计。图3-18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+_??24§3.3变压器的等值电路及参数计算电阻RT：32232Cu10103TNNTNkRUSRIPP32210NNkTSUPR电抗XT：2310100103%NTNNTNkUXSUZIUNkNTSUUX%102对小容量变压器，则NkNTSUUZ%10222TTTRZX25§3.3变压器的等值电路及参数计算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）说明：U、S、P、Q、的单位分别为kV、kVA、kW和kvar。26§3.3变压器的等值电路及参数计算二．三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图3-19所示。图3-19三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27电阻RT1、RT2、RT3§3.3变压器的等值电路及参数计算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：第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。对100/100/100的变压器：131332322121kkkkkkkkkPPPPPPPPP28211332313322123213211212121kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP§3.3变压器的等值电路及参数计算322333222232211101010NNkTNNkTNNkTSUPRSUPRSUPR131332322121kkkkkkkkkPPPPPPPPP电阻RT1、RT2、RT3291321323131332232233232450100450100kkNNkkkkNNkkPPSSPPPPSSPP§3.3变压器的等值电路及参数计算应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进行折算，然后再计算电阻。对容量比为100/100/50的变压器，其折算公式为式中，、为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）；、为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。32kP13kP32kP13kP对100/100/50和100/50/100的变压器：30§3.3变压器的等值电路及参数计算电抗XT1、XT2、XT3%)%%(21%%)%%(21%%)%%(21%211332313322123231211kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU