第六章 電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算1

1、電氣工程基礎(chǔ),武漢理工大學(xué),電氣工程基礎(chǔ),緒論-電力系統(tǒng)的基本概念和知識 發(fā)電系統(tǒng) 輸變電系統(tǒng) 電力系統(tǒng)負荷 電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算 電力系統(tǒng)的短路計算 電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇 電力系統(tǒng)繼電保護 實驗,電氣工程,第六章 電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算,第一節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)分為架空線路和電纜線路,一、電力線路的結(jié)構(gòu),1架空線路,架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（即架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等部件組成，如圖所示,圖 架空線路的結(jié)構(gòu),導(dǎo)線和避雷線：導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電流、輸送電能；避雷線的作用是將雷電流引入大地，以保護電力線路免遭雷擊,架空線路采用的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種，如圖所示

2、,圖 裸導(dǎo)線的構(gòu)造 a）單股線 b）多股絞線 c）鋼芯鋁絞線,導(dǎo)線材料：要求電阻率小、機械強度大、質(zhì)量輕、不易腐蝕、價格便宜、運行費用低等，常用材料有銅、鋁和鋼。 導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式：導(dǎo)線分為裸導(dǎo)線和絕緣導(dǎo)線兩大類，高壓線路一般用裸導(dǎo)線，低壓線路一般用絕緣導(dǎo)線,分裂導(dǎo)線,架空導(dǎo)線的型號有,TJ銅絞線,LJ鋁絞線，用于10kV及以下線路,LGJ鋼芯鋁絞線，用于35kV及以上線路,GJ鋼絞線，用作避雷線,線間距離：380V為0.40.6m；610kV為0.81m；35kV為23.5m；110kV 為34.5m,三相四線制低壓線路的導(dǎo)線，一般都采用水平排列； 三相三線制的導(dǎo)線，可三角排列，也可水平排列；

3、 多回路導(dǎo)線同桿架設(shè)時，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列,導(dǎo)線在桿塔上的排列方式,桿塔：用來支撐導(dǎo)線和避雷線，并使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與大地之間保持一定的安全距離,按材料分：有木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔,桿塔的分類,500KV輸電線路,絕緣子和金具：絕緣子用來使導(dǎo)線與桿塔之間保持足夠的絕緣距離；金具是用來連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱,常用的絕緣子主要有針式、懸式和棒式三種,針式絕緣子：用于35kV及以下線路上。 懸式絕緣子：用于35kV以上的高壓線路上，通常組裝成絕緣子串使用（35kV為3片串接；60kV為5片串接；110kV為7片串接）。 棒式絕緣子：棒式絕緣子多兼作瓷橫擔(dān)使用

4、，在110kV及以下線路應(yīng)用比較廣泛,高壓針式絕緣子,低壓針式絕緣子,高壓線路瓷橫擔(dān)絕緣子,瓷橫擔(dān)的特點：有良好的電氣絕緣性能，兼有絕緣子和橫擔(dān)的雙重功能，能節(jié)約大量的木材和鋼材，有效地降低桿塔的高度，可節(jié)省線路投資30%40,2電纜線路,電纜的結(jié)構(gòu)：包括導(dǎo)體、絕緣層和保護包皮三部分,分為單芯、三芯和四芯等種類。單芯電纜的導(dǎo)體截面是圓形的；三芯或四芯電纜的導(dǎo)體截面除圓形外，更多是采用扇形，如圖所示,圖 扇形三芯電纜 1導(dǎo)體 2紙絕緣 3鉛包皮 4麻襯 5鋼帶鎧甲 6麻被,導(dǎo)體：由多股銅絞線或鋁絞線制成,絕緣層：用來使導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與保護包皮之間保持絕緣。絕緣材料一般有油浸紙、橡膠、聚乙烯

5、、交聯(lián)聚氯乙烯等。 保護包皮：用來保護絕緣層，使其在運輸、敷設(shè)及運行過程中免不受機械損傷，并防止水分浸入和絕緣油外滲。常用的包皮有鋁包皮和鉛包皮。此外，在電纜的最外層還包有鋼帶鎧甲，以防止電纜受外界的機械損傷和化學(xué)腐蝕,電纜的敷設(shè)方式,直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為0.70.8m，應(yīng)在凍土層以下。當(dāng)多條電纜并列敷設(shè)時，應(yīng)留有一定距離，以利于散熱。 電纜溝敷設(shè)：當(dāng)電纜條數(shù)較多時，宜采用電纜溝敷設(shè)，電纜置于電纜溝的支架上，溝面用水泥板覆蓋。 穿管敷設(shè)：當(dāng)電力電纜在室內(nèi)明敷或暗敷時，為了防電纜受到機械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式,第二節(jié) 架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路,1輸電線路的參數(shù)計算,電阻

6、,單根導(dǎo)線的直流電阻為,導(dǎo)線的交流電阻比直流電阻增大0.2%1%，主要是因為,應(yīng)考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響； 導(dǎo)線為多股絞線，使每股導(dǎo)線的實際長度比線路長度大; 導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱截面）一般略大于實際截面,通常取,工程計算中，可先查出導(dǎo)線單位長度電阻值 r1，則,需要指出：手冊中給出的 r1值，則是指溫度為20時的導(dǎo)線電阻，當(dāng)實際運行的溫度不等于20時，應(yīng)按下式進行修正,式中，為電阻的溫度系數(shù)(1/)，銅取0.00382（1/），鋁取0.0036（1,電抗,每相導(dǎo)線單位長度的等值電抗為,式中，r為相對磁導(dǎo)率，銅和鋁的 ; r為導(dǎo)線半徑（m）； Sav為三相導(dǎo)線的線間幾何均距（m,注意：為

7、了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對稱，應(yīng)將輸電線路的各相導(dǎo)線進行換位，如圖所示,圖 三相導(dǎo)線的布置方式 a）等邊三角形布置 b）水平等距布置,圖 一次整循環(huán)換位,若三相導(dǎo)線等邊三角形排列，則,若三相導(dǎo)線水平等距離排列，則,分裂導(dǎo)線-減少線路電抗和減低電暈損耗,一般單導(dǎo)線的電抗為0.4 /km左右，而分裂導(dǎo)線為n=2、3、4時，電抗為0.33、0.3、0.28 /km左右,架空線路的電抗值為,電納,每相導(dǎo)線單位長度的等值電容（F/km）為,則單位長度的電納（S/km）為,一般架空線路b1的值為 S/km左右，則,電導(dǎo),電導(dǎo)參數(shù)是反映沿線路絕緣子表面的泄露電流和導(dǎo)線周圍空氣電離產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率

8、損耗,說明：通常架空線路的絕緣良好，泄露電流很小，可以忽略不計,電暈現(xiàn)象：在架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導(dǎo)線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象,當(dāng)線路電壓高于電暈臨界電壓時，將出現(xiàn)電暈損耗，與電暈相對應(yīng)的導(dǎo)線單位長度的等值電導(dǎo)（S/km）為,因此,式中， 為實測線路單位長度的電暈損耗功率（kW/km,注意：通常由于線路泄漏電流很小，而電暈損耗在設(shè)計線路時已經(jīng)采取措施加以限制，故在電力網(wǎng)的電氣計算中，近似認為,在設(shè)計架空線路時依據(jù)電暈臨界電壓規(guī)定了不需要驗算電暈的導(dǎo)線最小外徑：110kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于9.6mm；220kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于21.3mm

9、；60kV及以下的導(dǎo)線不必驗算電暈臨界電壓；220kV以上的超高壓輸電線，采用分裂導(dǎo)線或擴徑導(dǎo)線以增大每相導(dǎo)線的等值半徑，提高電暈臨界電壓,計算電暈臨界電壓,導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，多股絞線為0.830.87,氣象狀況系數(shù)，晴天為1，雨雪霧為0.81,導(dǎo)線計算半徑(cm,三相導(dǎo)線間的幾何均距(cm,空氣相對密度，一般取1,2輸電線路的等效電路,一字型等效電路,用于長度不超過100km的架空線路（35kV及以下）和線路不長的電纜線路（10kV及以下,型或T型等效電路,110220kV）和長度不超過100km的電纜線路（10kV以上,用于長度為100300km的架空線路,圖 一字型等效電路,圖 型或T型

10、等效電路 a）型 b）T型,第三節(jié)、變壓器的等值電路及參數(shù)計算,一、雙繞組變壓器,1、電阻,2、電抗,對于大型電力變壓器，其繞組電阻值遠小于繞組電抗值,3、電導(dǎo),4、電納,5、變比,變壓器兩側(cè)繞組的空載線電壓之比,二、三繞組變壓器,在發(fā)電機和變電站中，常需要將幾種不同電壓等級 的輸電系統(tǒng)聯(lián)系起來。如聯(lián)系三個電壓等級，用雙繞組 變壓器，至少需要兩臺變壓器；若用三繞組變壓器，則 只需要一臺就能滿足。 由于三相對稱，三繞組變壓器的等值電路常用一相 等值電路表示,1、電阻,制造廠家會給出三個繞組間一個繞組開路、另兩個繞組 短路試驗的短路損耗,聯(lián)解上面三式得,可計算三繞組變壓器各繞組的電阻,上面計算公式

11、僅選用于三個繞組的額定容量都相同的情況。實際上，運行中變壓器的三個繞組不可能同時都滿載運行。則變壓器三個繞組的額定容量可以制造為不相等。 我國生產(chǎn)三繞組變壓器各繞組容量為100/100/100,100/50/100,100/100/50 在短路試驗時，三個繞組容量不相等的變壓器將受到較小容量繞組額定電流限制。需要將按繞組容量測得的短路損耗值折算成按變壓器額定容量的損耗值，然后再計算繞組電阻,短路試驗有兩組數(shù)據(jù)是按50%容量的繞組達到額定容量時測量的值。因此，應(yīng)先將各繞組的短路損耗按變壓器的額定容量進行折算，然后再計算電阻。如對容量比為100/100/50的變壓器，其折算公式為,式中， 、 為未

12、折算的繞組間短路損耗（銘牌數(shù)據(jù)）； 、 為折算到變壓器額定容量下的繞組間短路損耗,對100/100/50和100/50/100的變壓器,電抗XT1、 XT2、XT3,所以,由 得,電導(dǎo)GT與電納BT,同雙繞組變壓器,說明：1）廠家給出的短路電壓百分數(shù)已歸算到變壓器的額定容量，因此在計算電抗時，不論變壓器各繞組的容量比如何，其短路電壓百分數(shù)不必再進行折算。 2）參數(shù)計算時，要求將參數(shù)歸算到哪一電壓等級，則計算公式中的 UN為相應(yīng)等級的額定電壓,2、電抗,第四節(jié) 電力網(wǎng)絡(luò)元件的電壓和功率分布計算,電力系統(tǒng)的潮流分布計算基本概念 預(yù)習(xí)復(fù)數(shù)功率、功率損耗表示 輸電線的電壓和功率分布計算 同一電壓等級開

13、式電力網(wǎng)的潮流計算 多級電壓開式電力網(wǎng)的潮流計算,本章后兩小節(jié)內(nèi)容簡介,電力系統(tǒng)潮流(分布)計算基本概念,電力系統(tǒng)的潮流分布計算是計算電力系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓和各節(jié)點之間通過的功率,用于選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)線截面等,采用方法： 1、解析祘法 2、計算機祘法 解析祘法具有物理概念清晰的特點，是掌握潮流計算原理的基礎(chǔ)。 本節(jié)重點討論解析祘法,預(yù)習(xí)復(fù)數(shù)功率、功率損耗表示,1、復(fù)數(shù)功率表示,2、電力網(wǎng)線路功率損耗,線路中電容功率,RT+jXT,3、變壓器,一、輸電線的電壓和功率分布計算,共四個變量 ，給定兩個變量 求解另兩個變量,1、給定同一節(jié)點的功率和電壓 （1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S

14、1,1、給定同一節(jié)點的功率和電壓 （1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1,設(shè)末端電壓,電壓降落縱分量,電壓降落橫分量,首端功率 一般有,首端電壓,2）給定首端功率S1和電壓U1，求末端U2和S2,設(shè)首端電壓,2、給定不同節(jié)點功率和電壓,給定首端U1和末端S2，求S1和U2： 推算法,近似法,用線路UN來代替 末端電壓 從末端到首端,3、工程上常用的幾個計算量,1）電壓降落 線路首、末端電壓的向量差 （2）電壓損耗 線路首、末端電壓的數(shù)值差 （3）電壓偏移 （4）輸電效率,第五節(jié) 電力網(wǎng)絡(luò)的潮流計算,同一電壓等級開式電力網(wǎng)潮流計算 多級電壓開式電力網(wǎng)潮流計算,一、同一電壓等級開式電力

15、網(wǎng)潮流計算,開式電力網(wǎng)：負荷只能從一個方向獲得電能的電力網(wǎng)。開式電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，可分成無變壓器的同一電壓等級開式電力網(wǎng)和有變壓器的多級電壓的開式電力網(wǎng)。 首先討論同一電壓等級開式電力網(wǎng)的潮流計算。即電力網(wǎng)中節(jié)點電壓和線段功率,1、計算各段線路電容功率,2、運算負荷 將節(jié)點的所有功率合成 一個負荷功率,若節(jié)點接有降壓變壓器運算負荷要加入變壓器功率損耗,3、計算各線段功率分布 從線段末端向線路首端推算 線段末端功率=末端節(jié)點功率+下一線段首端功率 線段 cd Scd末=SLDd 線段 bc Sbc末=SLDc+Scd首 線段 ab Sab末=SLDb+Sbc首 線路首端功率=線段末端功率+線段損耗

16、 Scd首=Scd末+Scd,線段損耗= 4、節(jié)點電壓分布計算 一般給定線路首端電壓，則線路其它節(jié)點電壓從線路 首端向線路末端推算。 線段電壓損耗計算 U=（P線段首R線段+Q線段首X線段)/U節(jié)點首 線段末端電壓U節(jié)點末 U節(jié)點末=U節(jié)點首U 例 Uab=(Pab首R1+Qab首X1)/Ua Ub=Ua-Uab 自學(xué)教材例6-5,二、多級電壓開式電力網(wǎng)潮流計算,含變壓器的開式電力網(wǎng)，計算有兩種方法： 1、變壓器表示為理想變壓器與變壓器阻抗相串聯(lián),2、將變壓器二次側(cè)的所有元件全部歸算到一次側(cè),例6-6 一兩級電壓開式網(wǎng)絡(luò) 變壓器參數(shù) SN=1600KVA P0=21KW K=110/11 I0%=0.85 PK=85KW U%=10.5 110KV線路 r0=0.33/km x0=0.417 /km b0=2.2510-4 s/km 10KV線路 r0=0.65/km x0=0.32 /km 線路首端電壓為117kv, 負荷 SLDc=(11+j4.8)MVA SLDd=(0.7+j0.5)MVA 求網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布,1）作等值電路圖，計算參數(shù),110KV線路,10KV線路,變壓器,2）功率分布計算,3）電壓分布計算,4）線路末端電壓偏移及電網(wǎng)輸電效率計算,SA=PA+jQA,電壓偏移,輸電效率,本章小結(jié),