第2章电力网及其稳态分析

第二章电力网及其稳态分析★Steadystateanalysis电力工程22019/8/42.1电力网电力线路的结构TransmissionLineStructures2.2输电线路的电气参数TransmissionLineParameters2.3电力网参数计算中变压器参数的计算方法Transformerparameters2.4输电线的等值电路EquivalentcircuitofTransmissionLine2.5电力网电压计算Voltagecalculation2.6电力系统的无功平衡和电压调节ReactivePowerCompensationandvoltageregulation2.7电力系统的有功平衡及频率调节Activepowerandfrequencyregulation2.8电力网的功率损耗和电能损耗Powerlosses2.9电力系统潮流分布计算PowerFlowAnalysis2.10输电线路导线截面的选择Cross-sectionofconductor2.11电力系统的中性点接地方式Groundingofneutral-point小结Summary32019/8/42.1电力线路的结构TransmissionLineStructures42019/8/4IntheU.S.,thenominalvoltageofthehigh-voltagelinesisbetween100kVand230kV.Thevoltageoftheextra-high-voltagelinesisabove230kVandbelow800kV.Thevoltageofanultra-high-voltagelineisabove800kV.Themaximumlengthofhigh-voltagelinesisaround200miles.Extra-high-voltagetransmissionlinesgenerallysupplyenergyupto400–500mileswithoutintermediateswitchingandvarsupport.Transmissionlinesareterminatedatthebusofasubstation.Thephysicalarrangementofmostextra-high-voltage(EHV)linesissimilar.(p45Chapter4)52019/8/4一、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。62019/8/4Thephysicalarrangementofmostextra-high-voltage(EHV)linesissimilar.Figure4.2showsthemajorcomponentsofanEHV,whichare(p45)1.Tower(pole):Thefigureshowsalattice,steeltower.2.Insulator:Vstringsholdfourbundledconductorsineachphase.3.Conductor:Eachconductorisstranded,steelreinforcedaluminumcable.4.Foundationandgrounding:Steel-reinforcedconcretefoundationandgroundingelectrodesplacedintheground.5.Shieldconductors:Twogroundedshieldconductorsprotectthephaseconductorsfromlightning.72019/8/4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。铝绞线的优点是重量轻，价格低，缺点是导线性能比铜差，机械强度低，运行中表面易形成氧化铝薄膜，使接头的接触电阻增大。在负荷较大、机械强度要求高和35kV及以上的架空线路上，多采用LGJ型钢芯铝绞线，用以增强导线的机械强度。铝为载流体。铜绞线的优点是导电性能最好，机械强度也高，抗腐蚀性能好，但密度大，价格贵。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82019/8/4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，如图所示。图裸导线的构造a）单股线b）多股绞线c）钢芯铝绞线导线的结构型式：导线分为裸导线(bareconductor)和绝缘导线(insulatedconductor)两大类，高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。92019/8/4档距(span)：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(sag)：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。102019/8/4112019/8/4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。杆塔的分类电杆木杆水泥杆金属杆钢管杆型钢杆铁塔机械强度大，维修工作量小，使用年限长，但价格较贵且材料来源比较紧张，主要应用于高压架空线路。使用年限长，维修工作量小，能节省大量的钢材和木材，质量大，运输与施工不方便。被淘汰122019/8/4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。（1）直线杆：又称中间杆，是架空线路使用最多的电杆，大约占全部电杆的80%。直线杆只承受导线本身的重量和拉力，顶部比较简单，一般不装拉线。线路走向为直线，价格较低。（2）耐张杆：又称承力杆或锚杆，是为了防止线路某处断线，使整个线路拉力不平衡以致倾倒而设的。通常在耐张杆的前后方各装一根拉线(guyedwire)，用来平衡这种拉力。（3）终端杆：终端杆是安装在线路起点和终点的耐张杆。终端杆只有一侧有导线，为了平衡单方向导线的拉力，需要在导线的对面装拉线。132019/8/42019年8月4日（4）转角杆：转角杆用在线路改变方向的地方，通过转角可以实现线路转弯。（5）分支杆：分支杆用于线路的分支处，它是一种特殊的耐张杆，受外力作用较多，承受顺线路方向的拉力、导线的重力、水平方向的风力及分支线路方向的导线拉力、重力等。（6）特种杆：用于跨越铁路、公路、河流、山谷的跨越杆塔（高度可达200m以上），线路中导线需要换位处的换位杆塔及其他电力线路所采用的特殊形式的杆塔，统称为特种杆。142019/8/4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crossarm：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和低压瓷横担三种。(toholdtheinsulatorsandtheconductors)电杆与横担组装在一起，其作用是支持绝缘子架设导线，保证导线对地及导线与导线之间有足够的距离。铁横担的机械强度高，应用广泛。瓷横担兼有横担和绝缘子的作用，但机械强度低，一般仅用于较小截面导线的架空线路。152019/8/4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%。162019/8/42019年8月4日拉线用于平衡电杆所受到的不平衡作用力，并可抵抗风压防止电杆倾倒，如图所示。在受力不平衡的转角杆、分段杆、终端杆上需装设拉线。拉线必须具有足够的机械强度并要保证拉紧。为了保证其绝缘性能，其上把、腰把和底把用钢绞线制作，且均须安装拉线绝缘子进行电气绝缘。172019/8/4绝缘子和金具：绝缘子用来支承架空导线，使导线与大地保持足够的绝缘，同时还承受着导线的质量与其他作用力。常用的绝缘子主要有针式(pintype)、悬式(suspension)和棒式(rod-type)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。简易、价廉，耐雷水平不高，雷击下易闪烙。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。拉线绝缘子：182019/8/42019年8月4日额定电压（kv）3563110220330500绝缘子的最少个数2~35713~1419~2224~26悬式绝缘子192019/8/4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202019/8/42019年8月4日拉线合成绝缘子系列是专门为10kV、6kV及低压架空配电线路研制横担绝缘子用于三相电力系统标称电压35KV以下，频率不超过100HZ，海拔不超过1000m的高压架空电力线路中绝缘和支持导线。212019/8/42019年8月4日带电更换V型串绝缘子带电更换耐张闪络绝缘子222019/8/42019年8月4日500千伏江苏江都变电所，更换母线绝缘子作业钢化玻璃绝缘子是高压和超高压输电线路使用的换代产品，它与瓷绝缘子比较，具有耐污、耐弧等性能好，寿命长，重量轻，零值自破、便于维护，生产周期短等优点，国外已大量推广使用。232019/8/4线路金具、U型抱箍、挂板杆顶帽、拉线抱箍金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。242019/8/4事故预防架空线路经常出现故障的设备有电杆、导线、绝缘子等。应根据事故特点，掌握季节和环境变化，采取以下的预防措施：（1）防污（2）防雷（3）防暑监视（4）防寒防冻（5）防风（6）防汛252019/8/4Summary4.14.3262019/8/42019年8月4日220KV双回路直线杆220KV双回路耐张杆272019/8/42019年8月4日10kV丁字型分支杆110KV单回路终端杆282019/8/42019年8月4日220KV双回路转角杆10kV单回路90°转角杆292019/8/4Thechoiceoftransmittinganddistributingelectricpowerthroughundergroundvs.overheadsystemsrequiresconsiderationofeconomical,technical,andenvironmentalissues.Undergroundsystemshavetraditionallybeenfavoredwhendistributingelectricpowertodenselypopulatedareasandwhenreliabilityoraestheticsisimportant.Undergrounddistributionsystemsprovidesuperiorreliabilitybecausetheyarenotexposedtowind,lightning,vandalism,orvehicledamage.Thesefactorsarethemaincontributorstofailuresofoverheadelectricpowerdistributionsystems.Whendesignedandinstalledproperly,undergrounddistributionsystemsalsorequirelesspreventivemaintenance.Themaindisadvantageofu