第六章電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算

第六章電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算第1頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣工程基礎(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)繼電保護實驗第2頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第六章電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算電力線路的結(jié)構(gòu)架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路變壓器的等值電路及參數(shù)計算網(wǎng)絡(luò)元件電壓和功率分布電力網(wǎng)絡(luò)的潮流計算第3頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(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第4頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、電力線路的結(jié)構(gòu)

1．架空線路架空線路主要由導線、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)導線：導線的作用是傳導電流、輸送電能；避雷線: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。第5頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月架空線路采用的導線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種。圖裸導線的構(gòu)造a）單股線b）多股絞線c）鋼芯鋁絞線導線材料：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。導線的結(jié)構(gòu)型式：導線分為裸導線和絕緣導線兩大類，高壓線路一般用裸導線，低壓線路一般用絕緣導線。第6頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月分裂導線

分裂導線能使導線的等效半徑增大，減小線路等值電抗和降低線路的電暈損耗。第8頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月架空導線的型號有：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0.4～0.6m；6～10kV為0.8～1m；35kV為2～3.5m；110kV為3～4.5m。LGJ普通型5.3∽6.1（鋁線與鋼線截面積比）LGJQ輕型7.6∽8.3LGJJ加強型4∽4.5第9頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月三相四線制低壓線路的導線，一般都采用水平排列；三相三線制的導線，可三角排列，也可水平排列；導線在桿塔上的排列方式：

第10頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月桿塔：用來支撐導線和避雷線，并使導線與導線、導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。桿塔的分類第11頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月500KV架空輸電線路第12頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月絕緣子和金具：絕緣子用來使導線與桿塔之間保持足夠的絕緣距離；金具是用來連接導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使用，在110kV及以下線路應(yīng)用比較廣泛。第13頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月高壓針式絕緣子低壓針式絕緣子高壓線路瓷橫擔絕緣子

第14頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月

瓷橫擔的特點：有良好的電氣絕緣性能，兼有絕緣子和橫擔的雙重功能，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%。第15頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2．電纜線路第16頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電纜的敷設(shè)方式：直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為0.7～0.8m，應(yīng)在凍土層以下。當多條電纜并列敷設(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18頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月線路類型優(yōu)點缺點應(yīng)用范圍架空線路費用低，施工、維護、檢修方便易受外界影響占地面用作線路走廊

絕大多數(shù)輸電線路、較遠距離的配電線路采用架空線路電纜線路不受外界影響，可靠行高不占地面美化環(huán)境費用高，施工、維護、檢修不便

大城市配電網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電廠和變電站內(nèi)部等場合采用地下電纜線路第19頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路一、架空輸電線路的參數(shù)計算第20頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(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：單根導線的直流電阻為：導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；導線為多股絞線，使每股導線的實際長度比線路長度大;導線的額定截面（即標稱截面）一般略大于實際截面。考慮上面情況，修正后導線材料電阻率的計算值為第21頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月工程計算中，可先查出導線單位長度電阻值r0，則需要指出：手冊中給出的r1值，則是指溫度為20℃時的導線電阻，當實際運行的溫度不等于20℃時，應(yīng)按下式進行修正：

式中，α為電阻的溫度系數(shù)(1/℃)，銅取0.00382（1/℃），鋁取0.0036（1/℃）。電抗：每相導線單位長度的等值電抗為：式中，μr為相對磁導率，銅和鋁的;r為導線半徑（m）；Djp為三相導線的線間幾何均距（m）。第22頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：為了使三相導線的電氣參數(shù)對稱，應(yīng)將輸電線路的各相導線進行換位，如圖所示。圖三相導線的布置方式a）等邊三角形布置b）水平等距布置圖一次整循環(huán)換位若三相導線等邊三角形排列，則若三相導線水平等距離排列，則第23頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月分裂導線------減少線路電抗和減低電暈損耗一般單導線的電抗為0.4Ω/km左右，而分裂導線為n=2、3、4時，電抗為0.33、0.3、0.28Ω/km左右。架空線路的電抗值為第24頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電納：每相導線單位長度的等值電容為：

則單位長度的電納為：一般架空線路b0的值為S/km左右，則電導：電導參數(shù)是反映沿線路絕緣子表面的泄露電流和導線周圍空氣電離產(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。第25頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電暈現(xiàn)象：在架空線路帶有高電壓的情況下，當導線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。當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)的導線單位長度的等值電導（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。

第26頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月計算電暈臨界電壓導線表面狀況系數(shù)，多股絞線為0.83~0.87；氣象狀況系數(shù)，晴天為1，雨雪霧為0.8~1；導線計算半徑(cm)；三相導線間的幾何均距(cm)；空氣相對密度，一般取1第27頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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）。π型或T型等效電路：（110～220kV）和長度不超過100km的電纜線路（10kV以上）。用于長度為100～300km的架空線路圖一字型等效電路圖π型或T型等效電路a）π型b）T型第28頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月例6-1有一條長100km，額定電壓110KV的輸電線路，導線水平排列，型號為LGJ-185，相間距離4m,導線表面光滑系數(shù)為0.85，氣象狀況系數(shù)為1，空氣相對密度為1。試計算線路參數(shù)。解（1）單位長度線路電阻：（2）單位長度線路電抗，查附錄表1得LDJ-185型導線的計算直徑為19.02mm，則第29頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）單位長度線路電納：（4）單位長度線路電導：（5）全線路參數(shù)為第30頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)、變壓器的等值電路及參數(shù)計算一、雙繞組變壓器第31頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電阻公式中UN既可取高壓側(cè)的值，也可取低壓側(cè)的值。當UN取高壓側(cè)的額定電壓，計算出的參數(shù)是歸算到高壓側(cè)的值。第32頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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第33頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月3、電導第34頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電納5、變比變壓器兩側(cè)繞組的空載線電壓之比UIoIbIa第35頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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。第37頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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：第38頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月上面計算公式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。第39頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月短路試驗有兩組數(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：第40頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電抗XT1、XT2、XT3所以由得：電導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41頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月三、自耦變壓器

在大型超高壓電力系統(tǒng)中，多數(shù)采用自耦變壓器來連接兩個不同電壓級電網(wǎng)。第42頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月一般手冊和制造廠提供的自耦變壓器試驗數(shù)據(jù)，不僅與低壓繞組有關(guān)的短路損耗末經(jīng)折算，而且其短路電壓也末經(jīng)折算的，因此對它們分別進行折算。自耦變壓器容量較小的第三繞組的額定容量（KVA)第43頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(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：第48頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(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。計算目的：1、電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計：用于選擇系統(tǒng)接線方式，電氣設(shè)備和導線截面。2、電力系統(tǒng)運行：確定運行方式，制定電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行計劃，調(diào)壓措施。3、提供繼電保護設(shè)計中有關(guān)數(shù)據(jù)。第49頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月采用方法：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。第50頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)習復(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)線路功率損耗第51頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月線路中電容功率3、變壓器RT+jXT第52頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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S1。第53頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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。第54頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1。IU2IRU1⊿U2δU2設(shè)末端電壓第55頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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IU2IRU1⊿U2δU2第56頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）給定首端功率S1和電壓U1，求末端U2和S2。第57頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月U1U2δδU1設(shè)首端電壓第58頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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：推算法第59頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月近似法用線路UN來代替末端電壓從末端到首端第60頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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61頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(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)潮流計算第62頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月一、同一電壓等級開式電力網(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。abdc123SLDbSLDcSLDd第63頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月abdc123SLDbSLDcSLDdR1+jX1R2+jX2R3+jX3abcdB1/2B2/2B3/2R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd1、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。第64頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月TSLDbb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。R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd第65頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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cdScd末=Sd線段bcSbc末=Sc+Scd首線段abSab末=Sb+Sbc首線路首端功率=線段末端功率+線段損耗Scd首=Scd末+△ScdSbc首=Sbc末+△SbcSab首=Sab末+△Sab線段損耗=R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd第66頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月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。Ub=Ua-△UabUc=Ub-△UbcUd=Uc-△Ucd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-△UabR1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd自學教材例6-5△Uab△Ubc△Ucd第67頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月6-8一條額定電壓為110KV的輸電線路，長100km，r0=0.21Ω/km,x0=0.41Ω/km,b0=2.74×10-6S/km,已知線路末端負荷（40+j30)MVA,線路首端電壓保持為115KV。試求（1）正常運行時線路首端的功率和線路末端的電壓；（2）空載時線路末端的電壓及線路末端的電壓偏移。求解步驟1、求線路的參數(shù)RL=r0×l00XL=x0×l00B=b0×l00（1）正常運行時線路首端的功率和線路末端的電壓；第68頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2、3、4、5、第69頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）空載時線路末端的電壓及線路末端的電壓偏移。0B點運算負荷電壓偏移末端電壓第70頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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)bcadSLkR2+jX2RT+jXTR1+jX1B1/2B2/2△S0SLR’2+jX’2RT+jXTR1+jX1B1/2B’2/2△S0SL2、將變壓器二次側(cè)的所有元件全部歸算到一次側(cè)第71頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月例6-6一兩級電壓開式網(wǎng)絡(luò)變壓器參數(shù)SN=1600KVA△P0=21KWK=110/11I0%=0.85△PK=85KWU%=10.5110KV線路r0=0.33Ω/kmx0=0.417Ω/kmb0=2.25×10-4s/km10KV線路r0=0.65Ω/kmx0=0.32Ω/km線路首端電壓為117kv,負荷SLDc=(11+j4.8)MVASLDd=(0.7+j0.5)MVA求網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布。abcd110kv40km1