電力網(wǎng)絡參數(shù)的計算和等值電路制作

1、編號 1251401117課 程 設 計（2012 級本科）題 目：電力網(wǎng)絡參數(shù)的計算和等值電路制作系（部）院： 物理與機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 李 靜 指導教師： 劉永科 職稱： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 26 日二一五年 六 月河西學院本科生課程設計任務書設 計 題 目電力網(wǎng)絡參數(shù)的計算和等值電路制作作 者 姓 名學院、專業(yè)、年級物電學院 電氣工程及其自動化 級指導教師姓名、職稱劉永科 副教授任務下達日期2015年5月20日一、設計任務1.1設計內(nèi)容某電力系統(tǒng)結線如圖1.2 原始數(shù)據(jù)圖中標明的變壓器高低或高中側的電壓為其實際抽頭電壓，各變壓器技

2、術數(shù)據(jù)如下： T1：額定容量：90MVA；額定電壓：242/10.5KV； =472.5KW； =92KW；%=13.75； %=0.67；T2：額定容量：90/90/90MVA； 額定電壓220/121/38.5KV； =580KW；384KW； =704KW； %=14.07； %=23.73； %=7.65； =107.7KW %=0.82T3：額定容量：240MVA；額定電壓：120/10.5KV =200KW； =42KW； %=10.5； %=0.7T4：額定容量：31.5MVA；額定電壓：38.5/6.3KV =180KW； =30KW； %=8； %=0.7T5：額定容量：15

3、MVA；額定電壓：110/11KV =128KW； =40.5KW； %=10.5； %=3.5基準功率 =100MVA要求作出考慮非標準變比的以有名值表示的和以標幺值表示的網(wǎng)絡的等值電路。各電壓的基準電壓取為： 220KV級： =220KV ； 110KV 級； =110KV； 35KV級： =35KV；10KV級 ： =10.5KV； 6KV級 ：=6.3KV二、設計的基本要求2.1設計及計算說明書（1）說明書要求書寫整齊，條理分明，表達正確、語言正確。（2）計算書內(nèi)容：為各設計內(nèi)容最終成果、確定提供依據(jù)進行的技術分析、論證和定量計算。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設

4、計內(nèi)容列表匯總。2.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標準符號繪制，布置均勻，設備符號大小合適，清晰美觀。三、論文(設計)進度安排階段論文（設計）各階段名稱起止日期1熟悉設計任務書、設計題目及設計背景資料2015.05.20-05.252查閱有關資料2015.05.26-05.273閱讀設計要求必讀的參考資料2015.05.28-05.294書寫設計說明書2015.05.30-06.205小組答辯與質(zhì)疑2015.06.21-06.226上交設計成果，總結交流2015.06.30四、需收集和閱讀的資料及參考文獻（指導教師指定）1: 陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第三版）M，北京，中國

5、電力出版社，20072：何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析第三版M，武漢,華中科技大學出版社，20023：陳悅.電氣工程畢業(yè)設計指南電力系統(tǒng)分冊M，北京，中國水利水電出版社，2008教 研 室 意 見 負責人簽名： 年 月 日摘 要 我國是人均資源比較缺乏的，在這種情況下我們在節(jié)約能源的同時更要合理分配有限的資源，同時也要求我們在進行工廠供配電設計過程中必須遵守國家法 律、標準和規(guī)范，執(zhí)行國家有關方針、政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等經(jīng)濟政策，與此同時還要做到人身安全和設備安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術先 進合理設計時應考慮低耗能優(yōu)性能的電氣產(chǎn)品。 電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)

6、中，為滿足預定的功率傳送和運行等要求而設計的、表明高壓電氣設備之間相互連接關系的傳送電能的電路。電路 中的高壓電氣設備包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運行靈活性及經(jīng)濟合理性等起著決定性作用。一般在研究主接線方案和運行方式時，為了清晰和方便，通常將三相電路圖描繪成單線圖。在繪制主接線全圖時，將互感器、避雷器、電容器、中性點設備以及載波通信用的 通道加工元件（也稱高頻阻波器）等也表示出來。關鍵詞：架空線路 變壓器 等值電路 有名制 表幺制 目 錄第一章 概述71.1 設計目的與要求71.1.1 設計目的71.1.2 設計要求72.2設計內(nèi)容7第二章

7、電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型簡述72.1電力系統(tǒng)敘述82.2電力系統(tǒng)各元件和數(shù)學模型簡介82.2.1變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型82.2.2 電力線路的參數(shù)和數(shù)學模型122.2.3電力線路的數(shù)學模型142.2.4電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型16第三章 電力網(wǎng)絡參數(shù)計算和等值電路圖繪制183.1 以有名制表示183.2 以標么制表示21第四章 總 結24第五章 參考文獻24第一章 概述1.1 設計目的與要求1.1.1 設計目的1. 掌握電力系統(tǒng)中變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型；2. 掌握電力線路的參數(shù)和數(shù)學模型；3. 電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型及參數(shù)的電壓及歸算。1.1.2 設計要求2.1設計及計算說明書（1）說明書要求書寫

8、整齊，條理分明，表達正確、語言正確。（2）計算書內(nèi)容：為各設計內(nèi)容最終成果、確定提供依據(jù)進行的技術分析、論證和定量計算。（3）計算書要求：計算無誤，分析論證過程簡單明了，各設計內(nèi)容列表匯總。2.2圖紙（1）繪制分析所需的必要圖紙（2）圖紙要求：用標準符號繪制，布置均勻，設備符號大小合適，清晰美觀。2.2設計內(nèi)容1. 電力網(wǎng)路的有名制參數(shù)計算；2. 變壓器的數(shù)學模型的參數(shù)計算，及歸算；3. 電力線路的參數(shù)計算及歸算；4. 繪制電力網(wǎng)絡的等值電路 ；5. 表幺制的計算及參數(shù)歸算。第二章 電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學模型簡述2.1電力系統(tǒng)敘述 電力工業(yè)發(fā)展初期，電能是直接在用戶附近的發(fā)電站（或稱發(fā)電廠

9、）中生產(chǎn)的，各發(fā)電站孤立運行。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市的發(fā)展，電能的需要量迅速增加，而熱能資源和水能資源豐富的地區(qū)又往往遠離用電比較集中的城市和工礦區(qū)，為了解決這個矛盾，就需要在動力資源豐富的地區(qū)建立大型發(fā)電站，然后將電能遠距離輸送給電力用戶。同時，為了提高供電的可靠性以及資源利用的綜合經(jīng)濟性，又把許多分散的各種形式的發(fā)電站，通過送電線路和變電所聯(lián)系起來。這種由發(fā)電機、升壓和降壓變電所，送電線路以及用電設備有機連接起來的整體，即稱為電力系統(tǒng)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)提出了“靈活交流輸電和新型直流輸電”的概念。靈活交流輸電技術是指運用固態(tài)電子器件與現(xiàn)代自動控制技術對交流電網(wǎng)的電壓、相位角、阻抗、功率以及電路的通

10、斷進行實時閉環(huán)控制，從而提高高壓輸電線路的訴訟能力和電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)水平。新型直流輸電技術是指應用現(xiàn)電力電子技術的最新成果，改善和簡化變流站的造價等。運營方式管理中，潮流是確定電網(wǎng)運行方式的基本出發(fā)點：在規(guī)劃領域，需要進行潮流分析驗證規(guī)劃方案的合理性；在實時運行環(huán)境，調(diào)度員潮流提供了電網(wǎng)在預想操作預想下的電網(wǎng)的潮流分布以及校驗運行的可靠性。在電力系統(tǒng)調(diào)度運行的多個領域都涉及到電網(wǎng)潮流計算。潮流是確定電力網(wǎng)咯運行狀態(tài)的基本因素，潮流問題是研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)問題的基礎和前提。2.2電力系統(tǒng)各元件和數(shù)學模型簡介2.2.1變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型一、 雙繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型1電阻式中，UN、SN以、為

11、單位，Pk以為單位。如UN改以為單位，SN改為以為單位，則可得式中 RT變壓器高低壓繞組的總電阻（）；Pk變壓器的短路損耗（）SN變壓器的額定容量（）；UN變壓器的額定電壓（）。2 電抗由于大容量變壓器的阻抗以電抗為主，亦即變壓器的電抗和阻抗數(shù)值上接近相等，可以近似認為，變壓器的短路電壓百分數(shù)Uk與變壓器的電抗有如下關系從而式中XT變壓器高低繞組的總電抗（）Uk變壓器的短路電壓百分值3電導變壓器勵磁支路以導納表示時，其中電導對應的是鐵芯損耗，而空載損耗包括鐵芯損耗和空載電流引起的繞組中的銅損耗。由于空載試驗的電流很小，變壓器二次處于開路，所以此時的繞組銅損耗很小，可認為空載損耗主要損耗在上了，

12、因此，鐵芯損耗近似等于空載損耗。P0=GTUN2 GT = P0/UN2變換單位后4電納變壓器空載試驗時，流經(jīng)勵磁支路的空載電流分解為有功電流(流過)和無功電流(流過)，且有功分量較無功分量小得多(如圖2-12所示)，所以在數(shù)值上，即空載電流近似等于無功電流。 又由 得 讓式、相等，解得BT變壓器的電納（）I0%變壓器的空載電流百分值二、 三繞組變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型(一) 容量比100/100/100三繞組變壓器出廠時，廠家提供三個繞組兩兩間做短路試驗時測得的短路損耗Pk(12)、Pk(23)、Pk(13)和兩兩間的短路電壓百分值U k(12)、U k(23)、Uk(13)；空載試驗數(shù)據(jù)仍提

13、供空載損耗P0、空載電流百分值Io。根據(jù)這些數(shù)據(jù)求得變壓器各繞組的阻抗及其勵磁支路的導納。1. 電阻短路損耗、由銘牌給出則按與雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻2電抗由各繞組兩兩之間的短路電壓Uk（12）、Uk（23）、Uk（31）求出各繞組的短路電壓再按與雙繞組相似的計算公式求各繞組的電抗導納的計算與雙繞組相同。（二）、容量比100/100/50短路損耗數(shù)據(jù)為容量較小的繞組達到額定電流，即IN/2時的值。這時，應將各繞組的短路損耗數(shù)據(jù)歸算為額定電流下的值，再運用上列公式求各繞組的短路損耗和電阻。Pk(1-3)= Pk(1-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(1-3)Pk(2-3)= P

14、k(2-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(2-3) 有時，電壓也未歸算，則：Uk(1-3)%= Uk(1-3) % (IN/ IN/2)=2 Uk(1-3) %Uk(2-3)%= Uk(2-3) % (IN/ IN/2)=2 Uk(2-3) 2.2.2 電力線路的參數(shù)和數(shù)學模型1電阻 (2-2)電阻一般查表。查表所得為20°C的數(shù)值，而線路的實際工作環(huán)境溫度異于20°時，可按下式修正 (2-3) 電阻的溫度系數(shù)，對于鋁，對于銅，。2線路的電抗三相導線對稱排列或雖不對稱排列但經(jīng)整循環(huán)換位時，每相導線單位長度的電抗由電工原理已知，可按下式計算 其中 為三相導線的幾何平均距

15、離，簡稱幾何均距(cm或mm)，其單位應與r單位相同； 如將=50，代人式(2-4)，可得 上式又可改寫為 常稱導線的幾何平均半徑， =0779。3線路的電導 電暈現(xiàn)象，就是在強電磁場作用下導線周圍空氣的電離現(xiàn)象。導線周圍空氣之所以會產(chǎn)生電離，是由于導線表面的電場強度很大，而架空線路的絕緣介質(zhì)是空氣，一旦導線表面的電場強度達到或超過空氣分子的游離強度時，空氣的分子就被游離成離子。這時能聽到“滋滋”的放電聲，或看到導線周圍發(fā)生的藍紫色熒光，還可以聞到氧分子被游離后又結合成臭氧(O)的氣味，最后形成空氣的部分電導。電暈的危害：（1）消耗有功功率。（2）對無線電和高頻通信產(chǎn)生干擾。（3）電暈還會使導

16、線表面發(fā)生腐蝕，從而降低導線的使用壽命。因此，輸電線路應考慮避免發(fā)生電暈現(xiàn)象。電暈現(xiàn)象的發(fā)生，主要決定于導線表面的電場強度。在導線表面開始產(chǎn)生電暈的電場強度，稱為電暈起始電場強度。使導線表面達到電暈起始電場強度的電壓，稱為電暈起始電壓，或稱臨界電壓。對于三相三角形架設的普通導線線路，校核線路是否會發(fā)生電暈，其電暈臨界電壓的經(jīng)驗公式為 (2-8)其中 式中 電暈臨界相電壓，kV； 導線表面的光滑系數(shù)，對表面完好的多股導線，=0.830.966，當股數(shù)在20股以上時，均大于0.9，可取=1；采用分裂導線時，由于導線的分裂，減小了電場強度，電暈臨界相電壓也改為 (2-9)其中 導線水平排列時，邊相導

17、線的電暈臨界電壓，較按式(2-8)、式(29)求得的高6%，即=1.06；中間相導線的電暈臨界電壓較按式(2-8)、式(29)求得的低4，即=0.96。電暈將消耗有功功率。電暈損耗在臨界電壓時開始出現(xiàn)，而且工作電壓超過臨界電壓越多，電暈損耗就越大。若再考慮沿絕緣子的泄漏損耗 (很小)，則總的功率損耗。一般為實測的三相線路的泄漏損耗和電暈損耗之總和。從而可確定線路的電導 (2-10)一般情況下都可設=0。4線路的電納 (2-12)由于電納與幾何均距、導線半徑之間存有對數(shù)關系，架空線路的電納變化也不大，其值一般在285Skm左右。采用分裂導線的線路仍可按式(2-12)計算其電納，只是這時導線的半徑

18、r應以等效半徑替代。2.2.3電力線路的數(shù)學模型1 一般線路的等值電路所謂一般線路，指中等及中等以下長度線路。對架空線，這長度大約為；對電纜線路，大約為。線路長度不超過這些數(shù)值時，可不考慮他們的分布參數(shù)特性，而只用將參數(shù)簡單地集中起來的電路表示。一般線路中，又有短線路和中等長度線路之分。所謂短線路，是指長度不超過的架空線。線路電壓不高時，這種線路電納的影響一般不大，可略去。從而這種線路的等值電路最簡單，只有一串聯(lián)的總阻抗，如圖所示。所謂中等長度線路，是指長度在之間的架空線路和不超過的電纜線路。這種線路的電納B一般不能略去。這種線路的等值電路型等值電路和T型等值電路 A=，B=Z， C=， D=

19、。 (216)應該指出，上述修正系數(shù)只適用于計算線路始、末端的電流和電壓，線路長度如超過300km、小于750km的架空線路及長度超過100km、小于250km的電纜線路。超過上述長度并要求較準確計算遠距離線路中任一點電壓和電流值時，應按均勻分布參數(shù)的線路方程計算。2.2.4電力網(wǎng)絡的數(shù)學模型一、標幺制及其應用1. 有名制和標幺制1） 基本概念 2）基準值的選取如阻抗、導納的基準值為每相阻抗、導納；電壓、電流的基準值為線電壓、線電流；功率的基準值為三相功率，則這些基準值之間應有如下關系3）基準值改變時標幺值換算式中是以、為基準值下的標幺值3. 有名值的電壓級歸算 (1)選基本級?；炯壍拇_定取

20、決于研究的問題所涉及的電壓等級。如在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算時，一般以最高電壓等級為基本級；在進行短路計算時，以短路點所在的電壓等級為基本級。 (2)確定變比。變壓器的變比取基本級側的電壓比上待歸算級側的電壓。 (3)參數(shù)歸算。 3. 標幺值的電壓級歸算多電壓級網(wǎng)絡中，標幺值的電壓級歸算有兩條途徑：（1）將各元件參數(shù)的有名值先歸算到基本級，然后除以與基本級對應的基準值（2）先歸算各段的基準值，再將各元件參數(shù)的有名值除以由基本級歸算到這些量所在電壓級的基準值，即 第三章 電力網(wǎng)絡參數(shù)計算和等值電路圖繪制 3.1 以有名制表示圖1-1 電力系統(tǒng)接線圖1、 變壓器T1的阻抗、導納計算2、 架空線路LGJ-3

21、00的阻抗、導納 若三相架空線路三角形排列，臨界電暈為1276.3kv若三相架空線路水平排列，中間相臨界電暈為：邊相臨界電暈為：無論三角形排列還是水平排列都有：故架空線路的電導G可忽略不計，即3、 變壓器T2的阻抗、導納4、 電阻：電抗：電導：5、 架空線路L2的阻抗L2=60km100km，故可忽略導納6、 T3變壓器的阻抗、導納6、架空線路L3的阻抗、導納L3=30km100km故導納可以忽略7、 T4變壓器的阻抗、導納8、架空線路L4的阻抗、導納L3=40km100km故導納可以忽略9、T5變壓器的阻抗、導納電力網(wǎng)絡有名制的等值網(wǎng)絡有名制的電力網(wǎng)絡等值電路見附錄圖一3.2 以標么制表示1

22、、變壓器T1的阻抗、導納計算2、架空線路LGJ-300的阻抗、導納3、變壓器T2的阻抗、導納電導：4、架空線路L2的阻抗導納忽略不計5、T3變壓器的阻抗、導納架空線路L3的阻抗、導納L3=30km100km故導納可以忽略7、T4變壓器的阻抗、導納8、架空線路L4的阻抗、導納L3=40km100km故導納可以忽略架空線路L3的阻抗、導納9、T5變壓器的阻抗、導納電力網(wǎng)絡以標么制表示的等值網(wǎng)絡以標幺值表示的電力網(wǎng)絡等值電路見附錄圖二 第四章 總 結 此次課程設計首先讓我明白了要使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，必須經(jīng)過精密的設計和計算。在進行課題設計的過程中，加深了我對電力系統(tǒng)各元件特性和數(shù)學模型理解和認識，尤其是對電力線路及變壓器的數(shù)學模型有了比較透徹的理解。同時由于求解