电力系统工程基础华中科技大学熊信银ppt课件6电力网的稳态计算

第六章 电力网的稳态计算,第一节 电力线路的结构 第二节 架空输电线路的参数计算和等值电路 第三节 变压器的等值电路及参数计算 第四节 网络元件的电压和功率分布计算 第五节 电力网络的潮流计算,第一节 电力线路的结构,一、架空线路 二、电缆线路,架空线路是将导线和避雷线架设在露天的杆塔上；电缆线路一般埋在地下 。架空线路的建设费用比电缆线路低得多，电压等级越高，二者在投资上的差异就越显著；同时，架空线路还具有建设工期短、易于维护等优点。,一、架空线路 架空线路由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等主要部件组成。 导线用来传导电流，输送电能； 避雷线用来将雷电流引入大地，对输电线路进行直击雷保护； 杆塔用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与接地体之间保持一定的安全距离； 绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态； 金具是用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要部件的金属器件的总称。,1导线和避雷线 导线和避雷线不仅要有良好的导电性能，还要有足够的机械强度和抗化学腐蚀能力。 导线常用的材料有铜、铝、铝合金和钢等。 铜：良好的导电性能和抗拉强度，较强的抗化学腐蚀能力；但产量有限， 铝：导电性能仅次于铜，且密度小、蕴藏量大、价格低；但铝的机械强度低、抗酸碱盐的腐蚀性能差，采用铝合金来改善其机械强度。 钢：导电性能差，感抗大，集肤效应显著；但其机械强度高。,除低压配电线路使用绝缘线以保证安全外，通常采用裸导线，其结构有下列三种： 单股导线：由单根实心金属线构成，用于负荷小且不重要的线路上； 多股导线：由多股单一导线绞合而成，以提高其柔性和机械强度； 钢芯铝绞线：由多股铝绞线绕在单股或多股钢导线的外层而构成。 我国架空线路的型号用拼音字母表示导线材料和结构特征，并用数字后缀表示载流部分的截面积（mm2），如：LJ-50为铝绞线，铝线的标称截面积为50mm2,2杆塔 杆塔按其所以材料分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔三种。 木杆质量轻，制作安装方便，但要消耗大量木材，且易腐、易燃，现在己基本上被钢筋混凝土杆所替代。 铁塔是由角钢等型钢经铆接或螺栓连接而成，其优点是机械强度高、使用寿命长，但其钢材耗量大、造价高、维护工作量大。 钢筋混凝土杆具有节约钢材、机械强度较高、维护工作量小及使用寿命长的特点。 按杆塔的用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、跨越杆塔和换位杆塔等。,3绝缘子 绝缘子是用来支撑或悬挂导线、并使导线与杆塔绝缘的一种瓷质、钢化玻璃或高分子合成材料制作的元件。它应具有良好的绝缘性能和足够的机械强度。架空线路使用的绝缘子分为针式绝缘子、悬式绝缘子、棒式绝缘子及瓷横担绝缘子等 。,4常用金具 金具是用来连接导线和绝缘子串的金属部件。架空线路上使用的金具种类很多，常用的主要是线夹、连接金具、接续金具和防震金具。 1)线夹是用来将导线、避雷线固定在绝缘子上的金具。 2)连接金具主要用来将绝缘子组装成绝缘子串或用于绝缘子串、线夹、杆塔和横担等相互连接。 3)接续金具主要用于连接导线或避雷线的两个终端，分为液压接续金具和钳压接续金具等类型。 4)防震金具包括护线条、阻尼线和防震锤等。,二、电缆线路 大城市的配电网络，发电厂、变电站内部线路，穿越江河、海峡线路以及国防或特殊需要的场合，往往都要采用电力电缆线路。 电力电缆的结构主要包括导体、绝缘层和保护层三个部分。 电缆的导体通常用多股铜绞线或铝绞线，以增加其柔性，使之能在一定程度内弯曲，以利施工及存放。常见的电力电缆有单芯、三芯和四芯电缆。单芯电缆的导体截面是圆形的，多芯电缆的导体截面除圆形外，还有扇形和腰圆形，以充分利用电缆的总面积。,第二节 架空输电线路的参数计算和等值电路,一、电阻 二、电抗 三、电导 四、电纳 五、输电线的正序等值电路,(6-1),式中， 导线材料的电阻率(·mm2/km)； S 导线的额定截面积(mm2)，对于钢芯铝线系指铝线部分的截面积。,直流电流通过导线时，单位长度导线的电阻为：,一、电阻,应当指出，在电力网计算中，实际使用的电阻率的数值略大于这些材料的直流电阻率，这是因为： (1)在通过交流电流的情况下，由于集肤效应和邻近效应，电流在导体中分布不均匀，使导线的交流电阻约比直流电阻增大0.2%1.0%； (2)输电线路大部分采用多股绞线，由于扭绞，使绞线每一股线的实际长度比导线长度约增加2%3%。为了计算上的方便，通常将多股绞线的电阻率取大2%3%； (3)线路参数是按导线的额定截面积计算的。导线的实际截面积通常比额定截面积略小，因而，在实际计算中，也采取修正电阻率的办法。,工程计算中，也可以直接从手册中查出各种导线的电阻值。从手册中查得的或按式(6-13)计算所得的电阻值，都是指温度为20时的值，在要求较高精度时，t时的电阻值rt可按下式计算 rt=r201+(t-20) (6-2) 式中，rt环境温度为t时导体单位长度的电阻(/km) r20环境温度为20时导体单位长度的电阻(/km)； 电阻的温度系数(1/)，对于铜导线Cu=0.00382/,对于铝导线,Al=0.0036/。,在考虑了上述因素后，导线材料的电阻率经修正后，计算用值采用下列数值： 铜18.8·mm2/km； 铝31.5·mm2/km；,二、电抗,从式(6-3)可以看出，由于电抗值与三相导线间的几何均距、导线半径均为对数关系，因此，导线在杆塔上的布置方式及导线截面积的大小对线路电抗值影响不大。通常架空线路的电抗值在0.4/km左右，在工程近似计算中一般取此值。,对于超高压输电线路，为减小线路电抗和降低导线表面电场强度以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，往往采用分裂导线。 分裂导线的每相由24根导线组成，且布置在正多角形的顶点上，如图6-13所示。,图6-13 分裂导线 (a)双分裂;(b)三分裂;(c)四分裂,分裂导线的一相等值电抗为：,(6-4),式中，rD导线的等值半径(m)， ， 其中： 为间隔环半径， n分裂导线的根数， d分裂导线的间距(m)。,分裂导线的采用改变了导线周围的磁场分布，使得电抗计算式(6-3)中的导线半径r由组成各分裂子导线的圆的等值半径rD代替，即等效地增大了导线半径，从而减小了导线的电抗。,每相导线分裂间距d所对应的等值半径rD通常比单根导线的半径大得多，故分裂导线的等值电抗较小。一般单导线每公里的电抗约为0.4左右，而分裂根数为2、3、4根时，每公里的电抗分别降低到0.33、0.30、0.28左右。,架空输电线路的电导是用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗的参数。一般线路绝缘良好，泄漏电流很小，可忽略不计，所以主要只考虑电晕现象引起的功率损耗。 所谓电晕，就是架空线路在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，导体附近的空气游离而产生的局部放电现象。这种放电现象与导线表面的光滑程度、导线周围的空气密度及气象状况都有关。 电晕不但要消耗电能和产生臭氧，而且所产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信产生干扰。因此，应尽量避免。,三、电导,电晕的产生主要取决于线路电压，开始出现电晕的电压称为临界电压Ucr，一般可按下列经验公式计算：,(6-5),式中，m1导线表面状况系数，对于多股绞线，m1=0.830.87； m2气象状况系数，晴天，m2=1，雨雪雾等恶劣天气，m2=0.81； r 导线计算半径(m)； Djp三相导线间的几何均距(m)；,当运行电压超过临界电压而产生电晕现象时，与电晕相对应的每相等值电导为：,(6-6),式中，Pg实测单位长度三相线路电晕消耗的总功率(kW/km)； U 线路的线电压(kV)。,空气相对密度，=3.92b/(273+t)，其中，b为大气压力，用水银柱厘米(1水银柱厘米=1333.22Pa)表示；t为空气温度，当t=25，b=76cm时，=1。架空输电线导线水平排列时，由实验得知，两根边线的电晕临界电压比式(6-5)算得的值高6%，而中间导线的则低4%。,(6-7),其相应的电纳 ：,(6-8),式中，r 线计算半径(m)；Djp三相导线的几何均距(m)。,线路的电纳是由导线与导线之间，导线与大地之间的电容所决定的。电容的大小与相间距离、导线截面、杆塔结构尺寸等因素有关。三相输电线对称排列，或虽不对称但经完全换位后，每相导线单位长度的等值电容为 ：,四、电纳,与线路电抗的计算相似，架空线路的电纳值对不同的导线半径和几何均距的变化也不敏感，单位长度的一相等值电纳值一般在2.8×10-6S/km左右。线路的电纳值也可根据导线型号及线间几何均距由附录II附表II-2查得。采用分裂导线时的一相等值电纳的计算，只需将式(6-8)中导线的半径r用分裂导线的等值半径rD代替，即：,(6-9),显然，分裂导线的采用，将增大线路的电纳值。当每相分裂根数分别为2、3、4根时，每公里电纳值约分别为3.4×10-6, 3.8×10-6和4.1×10-6S。,输电线路的参数实际上是沿线路均匀分布的，可用图6-14所示的链形电路表示。图中，r0、x0、g0、b0为无穷小段线路的阻抗和导纳。,图6-14 均匀分布参数等值电路,五、输电线的正序等值电路,用集中参数表示的线路等值电路有型和T型两种，见图6-15。由于T型等值电路在构成电网等值电路时增加了一个节点，从而增加了电网计算的工作量，所以型等值电路应用得比较广泛。由于一般已采取措施避免了电晕的出现，从而一般计算中可不计线路电导。,当架空线路长度超过300km时，可将线路分段，使每段线路长度不超过300km，从而可用若干个型等值电路来表示输电线路。,当架空线路长度不超过100km，电压等级在35kV及以下时，由于电压低、线路短、线路电纳亦可不计，这时的等值电路将进一步简化为图6-16的形式。 在图6-4和图6-6中，R=r0l；X=x0l；B=b0l，其中，l为线路的长度(km)。,图6-16 短距离线路的简化等值电路,查附录I附表I-1得LGJ-185型导线的计算直径为19.02mm，则,例6-1 ：有一条长100km，额定电压为110kV的输电线路，采用钢芯铝绞线LGJ-185型导线，导线水平排列，线间距离为4m，导线表面系数m1=0.85，气象状况系数m2=1。空气相对密度=1，求线路参数。 解 ：,计算电晕临界电压：,所以： g0=0；R=r0l=0.17×100=17 X=x0l=0.409×100=40.9 B=b0l=2.78×10-6×100S=2.78×10-4S,例6-2： 有一条长280km，额定电压为330kV的输电线路，采用双分裂导线，水平排列，导线采用LGJQ-300型，相间距离为8m，分裂导线间距为0.4m，求线路单位长度的参数(假设线路电晕现象不出现，即g0=0) 。,解：查附录I附表I-2得LGJQ-300导线的半径为11.85mm。,第三节 变压器的等值电路及参数计算,一、双绕组变压器 二、三绕组变压器 三、自耦变压器 四、分裂绕组变压器 五、变压器的型等值电路,在电力系统中，变压器等值电路都用星形接法表示，且由于三相对称而只用一相表示。在电机学中，双绕组变压器通常用T型等值电路，如图6-17(a)所示，且当原副方参数用同一电压级的值表示时，代表变压器两侧绕组空载线电压之比的变压器变比可以不出现。,一、双绕组变压器,在电力网计算中，为了减少网络节点数，通常将激磁支路移至T型等值电路的电源侧，即降压变压器的高压侧，升压变压器的低压侧。这种电路称为型等值电路，且激磁支路以激磁导纳的形式出现，而变压器原副方绕组的阻抗合并，如图6-17(b)所示。 又因为电力网实际计算中主要关心的是网络中功率的分布，当变压器实际运行电压与变压器额定电压接近时，变压器等值电路中的激磁支路