电力网的稳态计算

电气工程基础第六章电力网的稳态计算•电力线路的结构•架空输电线路的参数计算及等值电路•变压器的等值电路及参数计算•网络元件电压和功率分布•电力网络的潮流计算第一节电力线路的结构•两种结构分为架空线路和电缆线路一、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，如图所示。图架空线路的结构导线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线: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。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。图裸导线的构造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。分裂导线分裂导线能使导线的等效半径增大，减小线路等值电抗和降低线路的电晕损耗。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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。LGJ普通型5.3∽6.1（铝线与钢线截面积比）LGJQ轻型7.6∽8.3LGJJ加强型4∽4.5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；导线在杆塔上的排列方式：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。杆塔的分类500KV架空输电线路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。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。高压针式绝缘子低压针式绝缘子高压线路瓷横担绝缘子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%。2．电缆线路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。线路类型优点缺点应用范围架空线路费用低，施工、维护、检修方便易受外界影响占地面用作线路走廊绝大多数输电线路、较远距离的配电线路采用架空线路电缆线路不受外界影响，可靠行高不占地面美化环境费用高，施工、维护、检修不便大城市配电网络、发电厂和变电站内部等场合采用地下电缆线路第二节架空输电线路的参数计算及等值电路一、架空输电线路的参数计算第二节架空输电线路的参数计算及等值电路1．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%，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。考虑上面情况，修正后导线材料电阻率的计算值为:km/mm8.182Cukm/mm5.312Al工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值r0，则lrR0需要指出：手册中给出的值，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：201(20)TrrT式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取0.0036（1/℃）。20r2）电抗每相导线单位长度的等值电抗为：0157.0lg1445.010)5.0lg6.4(π241rDrDfxjpjp式中，μr为相对磁导率，铜和铝的;r为导线半径（m）；Djp为三相导线的线间几何均距（m），1r3cabcabjpDDDD外电抗内电抗注意：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，如图所示。图三相导线的布置方式a）等边三角形布置b）水平等距布置图一次整循环换位sDjp若三相导线等边三角形排列，则ssD26.1233jp若三相导线水平等距离排列，则图换位循环示意图（a）单换位循环；（b）双换位循环对于超高压线路，当导线表面的电场强度超过周围空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象，称为电晕。电晕会产生蓝紫色的荧光并发出“吱吱”声以及电化学产生臭氧（O3）。这些现象要消耗有功损耗，称为电晕损耗。为了降低导线表面电场强度，以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，目前广泛采用分裂导线。实际应用时，由于结构上的原因，每相导线的分裂数不可过多，一般为2~4根。•分裂导线------减少线路电抗和减低电晕损耗)/sin(2/)0157.0lg1445.0(10ndAnrArkmnrDxnnDDjp一般单导线的电抗为0.4Ω/km左右，而分裂导线为n=2、3、4时，电抗为0.33、0.3、0.28Ω/km左右。架空线路的电抗值为lxX0rD为等值半径，A为间隔环半径，n为根数，d为导线间隔。3）电纳每相导线单位长度的等值电容为：)/(10lg0241.060kmFrDCjp则单位长度的电纳为：)/(10lg58.76jp00kmSrDCb一般架空线路b0的值为S/km左右，则61058.2lbB04）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。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电晕临界电压计算:jpjpcrDrmmkVrDrmmU2121)/lg(84导线表面状况系数，多股绞线为0.83~0.87；气象状况系数，晴天为1，雨雪雾为0.8~1；导线计算半径(cm)；三相导线间的几何均距(cm)；空气相对密度，一般取1•1．一字型等效电路长度不超过100km、电压在35kV及以下的架空线路和线路不长、电压在10kV及以下的电缆线路，线路的电导和电纳可忽略不计，于是线路的等效电路就成为一个具有电阻R和电抗X串联的电路，如图所示。图中，线路阻抗为：图一字型等效电路11ZrLjxLRjX式中：L为导线长度（km）二、输电线路的等效电路•2．π型与T型等效电路对于长度在200~300km、电压等级为110~220kV的架空线路和长度不超过100km的电缆线路（电压高于10kV），可以忽略电导影响，但电容已不可忽略，必须使用π型或T型等效电路，如图所示。图型和T型等效电路（a）型；（b）T型例6-1有一条长100km，额定电压110KV的输电线路，导线水平排列，型号为LGJ-185，相间距离4m,导线表面光滑系数为0.85，气象状况系数为1，空气相对密度为1。试计算线路参数。kmsr/17.01855.310解:（1）单位长度线路电阻：（2）单位长度线路电抗，查附录表1得LDJ-185型导线的计算直径为19.02mm，则kmrDxcmmmrjp/409.0)0157.0951.040026.1lg1445.0(0157.0lg1445.0951.002.19210（3）单位长度线路电纳：kmSrDbjp/1078.110951.040026.1lg58.710lg58.766600110185951.040026.1lg951.01185.084lg84021gkVkVrDrmmUjpcr（4）单位长度线路电导：（5）全线路参数为SlbBlxXlrR460001078.21001078.29.40100409.01710017.0第三节变压器的等值电路与参数计算•一、双绕组变压器•二、三绕组变压器•三、自耦变压器一、双绕组变压器u1I1n1:n2I2u21、理想变压器I1n1=I2n2I2=kI1u1/n1=u2/n2u2=u1/kk=n1/n2特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流2、实际变压器RTjXT-jBTGT通过短路和开路试验求RT、XT、BT、GT变压器的数学模型一、双绕组变压器•双绕阻变压器有电阻RT、电抗XT、电导GT和电纳BT四个等值参数，可用图（a）所示的简化电路来表示。在实际计算时，往往用变压器的空载损耗△P0和励磁功率△Q0代替GT和BT，如图（b）所示。对于地方电网和发展规划中的电力系统，变压器的等效电路可进一步简化为图（c）所示的RT、XT串联等值电路。图双绕阻变压器等值电路•变压器的参数可根据变压器空载实验和短路实验测得的特性数据，即空载损耗△P0、空载电流百分数I0%、短路损耗△Pk、短路电压Uk%计算求得。•1．电阻RT变压器短路损耗△Pk是变压器通过额定电流时，高、低压绕组中的总损耗，即（6-16）式中：IN为变压器额定电流（A）；UN为变压器与IN对应侧绕组的额定电压（kV）；SN为变压器的额定容量（kV·A）。由式（6-10）可求得变压器的电阻（6-11）23210KNTNPURS•2．电抗XT变压器短路电压Uk%，是变压器做短路实验时，在变压器绕组中通过额定电流，变压器阻抗ZT上的压降与变压器额定电压之比再乘以100，即（6-12）对大型变压器，其绕组电阻RT远小于电抗XT，可认为XT≈ZT，所以，变压器的每相电抗为（6-13）式（6-13）中，UN、SN的单位与式（6-12）相同。300310010NTkNIZUU200003310101001003kNkNTNNUUUUXSI•3．励磁电导GT变压器的电导用来表示铁芯的有功损耗。因变压器的空载损耗△P0约等于变压器的铁芯损耗△PFe，即△P0≈△PFe，所以变压器的电导GT为（6-14）•4．电纳BT电纳代表变压器的励磁无功功率，与空载电流的百分数I0%有关。因此有（6-16）式中：SN的单位为kVA；UN的单位为kV。330221010FeTNNPPGsUU003500221010NTNNQISBsUU5、变比)(100%10)(10100%103100%100%1030320320300030kVarSIUBQSUSIUIIBIIIBUIINNTNNNNTNTNb定义为变压器两侧绕组的空载线电压之比bI0ITRTXTBTGNU0PaI空载电流包含有功和无功分量，但有功分量很小，无功电流Ib与空载电流I0几乎相等：空载电流百分值：电纳：无功功率：（6-15a）（6-15b）（6-16）（6-17）说明：取高压侧额定电压时，归算到高压侧的值；取低压侧额定电压则归算到低压侧的值。21213WWUUKNNT二、三绕组变压器在发电机和变电站中，常需要将几种不同电压等级的输电系统联系起来。如联系三个电压