大学课件 电力工程基础 电力网

电力工程基础第三章电力网2021/1/32第三章电力网3.1概述3.2电力系统元件参数和等值电路3.3电力网的电压计算3.4输电线路导线截面的选择2021/1/333.1概述一、电力网的接线方式1．开式电力网:由一条电源线路向电力用户供电。分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式等，如图3-1所示。d)图3-1开式电力网a)b)c)优点：简单明了、运行方便，投资费用少。缺点：供电的可靠性差。2021/1/343.1概述2．闭式电力网:由两条及两条以上电源线路向电力用户供电。分为双回路放射式、双回路干线式、双回路链式、双回路树枝式、环式和两端供电式，分别如图3-2所示。闭式电力网3-2图d)e)f）c)b)a)2021/1/353.1概述在电力系统中，输电网一般采用闭式网接线方式；配电网既有开式网接线方式（用于三级负荷），又有闭式网接线方式（用于一级和二级负荷占比重较大的用户）。二、配电网的接线方式配电网分为：高压配电网（35～110kV）、中压配电网（6～10kV）和低压配电网（380/220V）。1.高压配电网的接线方式优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。2021/1/363.1概述图3-3两侧电源供电的双回路高压配电网同杆架设的双回架空线路变电所乙变电所甲电源B电源A高压配电网对供电的可靠性要求很高，一般采用双回路架空线路或多回路电缆线路进行供电，并尽可能在两侧都有电源，如图3-3所示。2021/1/373.1概述由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此也可采用图3-4所示双T接线或图3-5所示的三T接线方式。图3-4电缆线路的双接线变电所乙变电所甲电源T2021/1/383.1概述不论是架空线路还是电缆线路，当线路上接有3个及以上变电所时，应在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列运行。电源C电源B变电所丙电源A变电所甲变电所乙T三侧电源的三接线3-5图2021/1/393.1概述2.中压配电网的接线方式放射式接线：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3-6所示。放射式接线3-6图380/220V6～10kV车间变电所总降压变电所电源优点：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。2021/1/3103.1概述为了提高供电的可靠性，可以在用户变电所高压侧或低压侧之间敷设联络线或采用来自两个电源的双回路放射式接线，如图3-7所示。电源B电源A图3-7双回路放射式接线车间变电所车间变电所总降压变电所6～10kV380/220V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。2021/1/3113.1概述树干式接线：由地区变电所或企业总降压变电所6～10kV母线向外引出高压供配电干线，沿途从干线上直接接出分支线引入用户（或车间）变电所，如图3-8所示。6～10kV树干式接线3-8图优点：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。可采用双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性。2021/1/3123.1概述环式接线：在同一个地区变电所或企业总降压变电所的供电范围内，将不同的两回中压配电线路的末端连接起来，如图3-9所示。6～10kV环式接线3-9图开环运行当某一段线路上发生故障时，只有单树干上的车间变电所短时停电，切除故障点后，闭合开环点，可恢复全部供电；正常运行时，任一车间变电所都是单电源供电，所装保护较简单，维修方便。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。闭环运行当某一段线路上发生故障时，两路进线端的断路器均跳闸，造成所有负荷短时停电，经“倒闸操作”拉开故障线路两侧的隔离开关，可恢复全部供电；正常运行时，任一车间变电所都是双电源供电，所装继电保护较复杂。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。2021/1/3133.1概述“手拉手”供电接线：将以往的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3-10所示。a)b)变电站B联络开关变电站A图3-10“手拉手”供电接线变电站联络开关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。优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。2021/1/3143.1概述3.低压配电网的接线方式低压放射式接线：结构简单、操作维护方便，但所用开关设备较多，有色金属消耗量也较多，适用于负荷密度较小、供电范围较小且变压器容量也较小的地区。低压树干式接线：所开关设备较少，有色金属消耗量较少，但供电的可靠性较低，适用于供电给容量较小且分布较均匀的用电设备。低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断，适用于住宅楼群区。2021/1/3153.2电力系统元件参数和等值电路一、电力线路的结构(P59)1．架空线路电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两大类。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。2021/1/3163.2电力系统元件参数和等值电路导线和避雷线：导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀等，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。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。2021/1/3173.2电力系统元件参数和等值电路架空导线的型号有：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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。2021/1/3183.2电力系统元件参数和等值电路导线在杆塔上的排列方式：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。2021/1/3193.2电力系统元件参数和等值电路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。杆塔的分类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：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。2021/1/3203.2电力系统元件参数和等值电路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，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；220kV为13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。2021/1/3213.2电力系统元件参数和等值电路2．电缆线路电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护皮三部分。导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。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。2021/1/322电缆的敷设方式：3.2电力系统元件参数和等值电路直接埋入土中：埋设深度一般为0.7～0.8m，应在冻土层以下。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。2021/1/3233.2电力系统元件参数和等值电路二、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：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。2021/1/3243.2电力系统元件参数和等值电路工程计算中，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：ravravrsrsfx0157.0lg1445.010)5.0lg6.4(241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2021/1/325三相导线的布置方式3-14图b)a)ascbssssbca3.2电力系统元件参数和等值电路3cabcabavssss若三相导线等边三角形排列，则；ssav若三相导线水平等距离排列，。sssav26.1233图3-15一次整循环换位ll/3/3ll/3bca位置3位置2位置1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3-15所示。2021/1/3263.2电力系统元件参数和等值电路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rsCav则单位长度的电纳（S/km）为：61110lg58.7rsCbav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。2021/1/3273.2电力系统元件参数和等值电路电晕现象：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。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G2021/1/3283.2电力系统元件参数和等值电路因此，2021/1/3293.2电力系统元件参数和等值电路因此，2021/1/3303.2电力系统元件参数和等值电路2．输电线路的等值电路一字型等值电路：R+Xj一字形等值电路3-16图用于长度不超过100km的架空线路（35kV及以下）和线路不长的电缆线路（10kV及以下）。此时线路的电导和电纳均忽略不计。π型或T型等值电路：(j)R+X1221a)b)T¦ΠR+X(j)jBjB22BjjR+X图3-17形或形等值电路图3-17π型或T型等值电路（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2021/1/3313.2电力系统