第六章 电力网的稳态计算1

电气工程基础武汉理工大学2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算电气工程基础绪论------电力系统的基本概念和知识发电系统输变电系统电力系统负荷电力网的稳态计算电力系统的短路计算电气主接线的设计与设备选择电力系统继电保护实验2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算电气工程第六章电力网的稳态计算2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数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。2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算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。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；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2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算500KV输电线路2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算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2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算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，如图所示。图扇形三芯电缆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。2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算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。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。2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算线路类型装设地点优点应用范围架空线路导线和避雷线架设在露天的线路杆塔上费用低，施工、维护、检修方便绝大多数输电线路、配电线路采用架空线路电缆线路直接埋设在地下费用高，施工、维护、检修不便当受环境限制不能采用架空线路时才考虑用电缆线路。大城市配电系统当难以解决线路所需的走廊,或为了保持障环境美时,要求采用地下电缆网。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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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3cabcabavssss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ssav若三相导线等边三角形排列，则sss26.1233av若三相导线水平等距离排列，则分裂导线------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lxX1电纳：每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：6110lg0241.0rsCav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。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2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算计算电晕临界电压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12．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的架空线路图一字型等效电路图π型或T型等效电路a）π型b）T型2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算第三节、变压器的等值电路及参数计算一、双绕组变压器2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算1、电阻TRTXTBTGKUKPNI)(10)()()()()(1010332232232NNkTTNNNTNNTNkSUPRRAkVSkVUAIkWRUSRIP2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算2、电抗)()()(10100(%)103100(%)101003(%)3233kVASkVUSUUIUUZXUZIUNNNNkNNkTTNTNk对于大型电力变压器，其绕组电阻值远小于绕组电抗值TRTXTBTGKUKPNI2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算3、电导kvUkwPSUPUPUPGUGUGUGUPNNNFeNFeTNTNTNTNFe032032222)(1010)3(3)(3bI0ITRTXTBTGNU0PaI2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算4、电纳5、变比NNTUUK21)(100%10)(10100%103100%100%1030320320300030kVarSIUBQSUSIUIIBIIIBUIINNTNNNNTNTNb变压器两侧绕组的空载线电压之比UIoIbIabI0ITRTXTBTGNU0PaI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。如联系三个电压等级，用双绕组变压器，至少需要两台变压器；若用三绕组变压器，则只需要一台就能满足。由于三相对称，三绕组变压器的等值电路常用一相等值电路表示。2008/2电气工程电力线路的结构架空输电线路参数和等值电路变压器等值电路及参数网络元件电压和功率分布电力网络的潮流计算1、电阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(131)31(32)32(21)21(kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP)3,2,1(10322iSUPRNNkiTi制造厂家会给出三个绕组间一个绕组开路、另两个绕组短路试验的短路损耗：联解上面三式