电力工程电力网及其稳态分析ppt课件.ppt
69页第三章 电力网电力工程根底电力工程根底河北科技大学电气工程系第三章第三章 电力网电力网n3.1 概述n3.2 电力系统元件参数和等效电路n3.3 电力网的电压计算n3.4 输电线路导线截面的选择 3.1 概述概述 一、电力网的接线方式一、电力网的接线方式 1.开式电力网.开式电力网: 由一条电源线路向电力用户供电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,如图分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式等,如图3-1所示图图3-1 开式电力网开式电力网a〕放射式〕放射式 b〕干线式〕干线式 c〕链式〕链式 d〕树枝式〕树枝式v优点:简单明了、运转方便,投资费用少优点:简单明了、运转方便,投资费用少v缺陷:供电的可靠性差缺陷:供电的可靠性差 2.闭式电力网.闭式电力网: 由两条及两条以上电源线路向电力用户供电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,分别如图路树枝式、环式和两端供电式,分别如图3-2所示。
所示3.1 概述概述图图3-2 闭式电力网闭式电力网a〕放射式〕放射式 b〕干线式〕干线式 c〕链式〕链式 d〕树枝式〕树枝式 e〕环式〕环式 f〕两端供电式〕两端供电式 v优点:供电可靠性高,适用于对一级负荷供电优点:供电可靠性高,适用于对一级负荷供电 二、配电网的接线方式二、配电网的接线方式 1. 高压配电网的接线方式高压配电网的接线方式3.1 概述概述Ø高压配电网对供电的可靠性要求很高,普通采用双回路架空高压配电网对供电的可靠性要求很高,普通采用双回路架空线路或多回路电缆线路进展供电,并尽能够在两侧都有电源,线路或多回路电缆线路进展供电,并尽能够在两侧都有电源,如图如图3-33-3所示 图图3-3 两侧电源供电的双回路高压配电网两侧电源供电的双回路高压配电网指指35~~110kV的的电力网电力网3.1 概述概述Ø由于城网变电所相距较近,高压线路的缺点时机较少,因此由于城网变电所相距较近,高压线路的缺点时机较少,因此也可采用图也可采用图3-4所示双所示双T接线或图接线或图3-5所示的三所示的三T接线方式接线方式图图3-4 电缆线路的双电缆线路的双T接线接线3.1 概述概述Ø不论是架空线路还是电缆线路,当线路上接有不论是架空线路还是电缆线路,当线路上接有3个及以上变电个及以上变电所时,应在两侧有电源,但正常运转时两侧电源不并列运转。
所时,应在两侧有电源,但正常运转时两侧电源不并列运转图图3-5 三侧电源的三三侧电源的三T接线接线3.1 概述概述2. 中压配电网的接线方式中压配电网的接线方式Ø放射式接线:由地域变电所或企业总降压变电所放射式接线:由地域变电所或企业总降压变电所6~~10kV母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络,如图所之间也无联络,如图3-6所示图图3-6 放射式接线放射式接线指指6~~10kV的的电力网电力网v优点:构造简单、操作维护方便、维护安装简单,便于实现自动化优点:构造简单、操作维护方便、维护安装简单,便于实现自动化v缺陷: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缺陷: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3.1 概述概述 为了提高供电的可靠性,可采用来自两个电源的双回路放为了提高供电的可靠性,可采用来自两个电源的双回路放射式接线,如图射式接线,如图3-7所示图图3-7 双回路放射式接线双回路放射式接线v优点:供电可靠性高,任一回路、任一电源发生缺点都能保证不延续供优点:供电可靠性高,任一回路、任一电源发生缺点都能保证不延续供电,适用于一类负荷。
电,适用于一类负荷v缺陷:从电源到负载都是双套设备,互为备用,投资大,且维护困难缺陷:从电源到负载都是双套设备,互为备用,投资大,且维护困难3.1 概述概述Ø树干式接线:由地域变电所或企业总降压变电所树干式接线:由地域变电所或企业总降压变电所6~~10kV母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,如图入用户〔或车间〕变电所,如图3-8所示 可采用双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性可采用双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性图图3-8 树干式接线树干式接线v优点:线路敷设简单,变电所出优点:线路敷设简单,变电所出线回路数少,高压配电安装和线路线回路数少,高压配电安装和线路投资较小,比较经济投资较小,比较经济v缺陷:供电可靠性差,当干线发缺陷:供电可靠性差,当干线发生缺点或检修时,一切用户都将停生缺点或检修时,一切用户都将停电适用于分支数目不多、变压器电适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷容量也不过大的三级负荷3.1 概述概述Ø环式接线:在同一个地域变电所或企业总降压变电所的供电环式接线:在同一个地域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衔接起来,如图范围内,将不同的两回中压配电线路的末端衔接起来,如图3-9所示。
所示 3-9 环式接线环式接线v优点:供电可靠性高,运转灵敏;优点:供电可靠性高,运转灵敏;v缺陷:导线截面按有能够经过的全部负荷来思索,投资高缺陷:导线截面按有能够经过的全部负荷来思索,投资高有两种运转方式:有两种运转方式:开环点位置的选择:应使正常开环点位置的选择:应使正常配电时开环点的电压差为最小配电时开环点的电压差为最小ü开环运转:正常运转时环形开环运转:正常运转时环形线路在某点断开线路在某点断开ü闭环运转:正常运转时环形闭环运转:正常运转时环形线路没有断开点线路没有断开点3.1 概述概述Ø“手拉手〞供电接线:将以往的放射式接线改呵斥双电源手拉手〞供电接线:将以往的放射式接线改呵斥双电源供电,中间以联络开关将两段线路衔接起来,如图供电,中间以联络开关将两段线路衔接起来,如图3-10所示 正常运转时联络开关翻开,当线路失去一端电源时,将联正常运转时联络开关翻开,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络开关合上,从另一端电源对失去电源线路上的用户供电图图3-10 “手拉手〞供电接线手拉手〞供电接线a〕同一变电站二馈线〕同一变电站二馈线“手拉手〞手拉手〞 b〕不同变电站二馈线〕不同变电站二馈线“手手拉手〞拉手〞v优点:供电可靠性较高,易于实现配电网自动化。
优点:供电可靠性较高,易于实现配电网自动化 3.1 概述概述2. 低压配电网的接线方式低压配电网的接线方式Ø低压放射式接线:构造简单、操作维护方便,但所用开关设低压放射式接线:构造简单、操作维护方便,但所用开关设备较多,有色金属耗费量也较多,适用于负荷密度较小、供电备较多,有色金属耗费量也较多,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域范围较小且变压器容量也较小的地域Ø低压树干式接线:所开关设备较少,有色金属耗费量较少,低压树干式接线:所开关设备较少,有色金属耗费量较少,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用电设备 Ø低压环式接线:供电可靠性较高,在低压配电电缆的任一段低压环式接线:供电可靠性较高,在低压配电电缆的任一段线路上发生缺点或检修时,都不致呵斥用户长时间供电中断,线路上发生缺点或检修时,都不致呵斥用户长时间供电中断,适用于住宅楼群区适用于住宅楼群区指指 380/220V的电力网的电力网3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路 一、电力线路的构造一、电力线路的构造 1.架空线路.架空线路 架空线路主要由导架空线路主要由导线、避雷线〔即架空地线、避雷线〔即架空地线〕、杆塔、绝缘子和线〕、杆塔、绝缘子和金具等部件组成,如图金具等部件组成,如图3-11所示。
所示 图图3-11 架空线路的构造架空线路的构造Ø导线和避雷线:导线的作用是传导电流、保送电能;避雷线导线和避雷线:导线的作用是传导电流、保送电能;避雷线的作用是将雷电流引入大地,以维护电力线路免遭雷击的作用是将雷电流引入大地,以维护电力线路免遭雷击3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路 架空线路采用的导线构外型式主要有单股、多股绞线和架空线路采用的导线构外型式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种,如图钢芯铝绞线三种,如图3-12所示图图3-12 裸导线的构造裸导线的构造a〕单股线〕单股线 b〕多股绞线〕多股绞线 c〕钢芯铝绞线〕钢芯铝绞线ü导线资料:要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、导线资料:要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、价钱廉价、运转费用低等,常用资料有铜、铝和钢价钱廉价、运转费用低等,常用资料有铜、铝和钢ü导线的构外型式:导线分为裸导线和绝缘导线两大类,高压导线的构外型式:导线分为裸导线和绝缘导线两大类,高压线路普通用裸导线,低压线路普通用绝缘导线线路普通用裸导线,低压线路普通用绝缘导线3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路架空导线的型号有:架空导线的型号有: TJ——铜绞线铜绞线LJ——铝绞线,用于铝绞线,用于10kV及以下线路及以下线路 LGJ——钢芯铝绞线,用于钢芯铝绞线,用于35kV及以上线路及以上线路 GJ——钢绞线,用作避雷线钢绞线,用作避雷线 ü档距:同一线路上相邻两根电杆之间的程度间隔称为架空线档距:同一线路上相邻两根电杆之间的程度间隔称为架空线路的档距〔或跨距〕。
路的档距〔或跨距〕 ü弧垂:导线悬挂在杆塔的绝缘子上,自悬挂点至导线最低点弧垂: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间隔称为弧垂的垂直间隔称为弧垂ü线间间隔:线间间隔:380V为为0.4~~0.6m;;6~~10kV为为0.8~~1m;;35kV为为2~~3.5m;;110kV 为为3~~4.5m3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路F三相四线制低压线路的导线,普通都采用程度陈列;三相四线制低压线路的导线,普通都采用程度陈列;F三相三线制的导线,可三角陈列,也可程度陈列;三相三线制的导线,可三角陈列,也可程度陈列;F多回路导线同杆架设时,可三角、程度混合陈列,也可全多回路导线同杆架设时,可三角、程度混合陈列,也可全部垂直陈列;部垂直陈列;F电压不同的线路同杆架设时,电压较高的线路应架设在上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;面,电压较低的线路应架设在下面;F架空导线和其他线路交叉跨越时,电力线路应在上面,通架空导线和其他线路交叉跨越时,电力线路应在上面,通讯线路应在下面讯线路应在下面ü导线在杆塔上的陈列方式:导线在杆塔上的陈列方式: 3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路Ø杆塔:用来支撑导线和避雷线,并使导线与导线、导线与大杆塔:用来支撑导线和避雷线,并使导线与导线、导线与大地之间坚持一定的平安间隔。
地之间坚持一定的平安间隔 F按资料分:有木杆、钢筋混凝土杆〔水泥杆〕和铁塔按资料分:有木杆、钢筋混凝土杆〔水泥杆〕和铁塔F按用途分:有直线杆塔〔中间杆塔〕、转角杆塔、耐张杆塔按用途分: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〔承力杆塔〕、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等 横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安装方式和运用地点等装方式和运用地点等ü杆塔的分类杆塔的分类ü横担:电杆上用来安装绝缘子常用的有木横担、铁横担和横担: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瓷横担三种 3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路Ø绝缘子和金具:绝缘子用来使导线与杆塔之间坚持足够的绝绝缘子和金具:绝缘子用来使导线与杆塔之间坚持足够的绝缘间隔;金具是用来衔接导线和绝缘子的金属部件的总称缘间隔;金具是用来衔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、悬式和棒式三种常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种ü针式绝缘子:用于针式绝缘子:用于35kV及以下线路上,用在直线杆塔或小及以下线路上,用在直线杆塔或小转角杆塔上。
转角杆塔上ü悬式绝缘子:用于悬式绝缘子:用于35kV以上的高压线路上,通常组装成绝以上的高压线路上,通常组装成绝缘子串运用〔缘子串运用〔35kV为为3片串接;片串接;60kV为为5片串接;片串接;110kV为为7片片串接〕 ü棒式绝缘子:棒式绝缘子多兼作瓷横担运用,在棒式绝缘子:棒式绝缘子多兼作瓷横担运用,在110kV及以及以下线路运用比较广泛下线路运用比较广泛3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路2.电缆线路.电缆线路Ø电缆的构造:包括导体、绝缘层和维护包皮三部分电缆的构造:包括导体、绝缘层和维护包皮三部分 分为单芯、三芯和四芯等分为单芯、三芯和四芯等种类单芯电缆的导体截面是种类单芯电缆的导体截面是圆形的;三芯或四芯电缆的导圆形的;三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外,更多是采用体截面除圆形外,更多是采用扇形,如图扇形,如图3-13所示图图3-13 扇形三芯电缆扇形三芯电缆1—导体导体 2—纸绝缘纸绝缘 3—铅包皮铅包皮 4—麻衬麻衬 5—钢带铠甲钢带铠甲 6—麻被麻被ü导体:由多股铜绞线或铝绞线制成导体:由多股铜绞线或铝绞线制成。
3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路ü绝缘层:用来使导体与导体之间、导体与维护包皮之间坚绝缘层:用来使导体与导体之间、导体与维护包皮之间坚持绝缘绝缘资料普通有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯持绝缘绝缘资料普通有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等 ü维护包皮:用来维护绝缘层,使其在运输、敷设及运转过维护包皮:用来维护绝缘层,使其在运输、敷设及运转过程中免不受机械损伤,并防止水分浸入和绝缘油外渗常用程中免不受机械损伤,并防止水分浸入和绝缘油外渗常用的包皮有铝包皮和铅包皮此外,在电缆的最外层还包有钢的包皮有铝包皮和铅包皮此外,在电缆的最外层还包有钢带铠甲,以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀带铠甲,以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀Ø电缆的敷设方式:电缆的敷设方式:3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路ü直接埋入土中:埋设深度普通为直接埋入土中:埋设深度普通为0.7~~0.8m,应在冻土层以,应在冻土层以下当多条电缆并列敷设时,应留有一定间隔,以利于散热当多条电缆并列敷设时,应留有一定间隔,以利于散热 ü电缆沟敷设:当电缆条数较多时,宜采用电缆沟敷设,电电缆沟敷设: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。
缆置于电缆沟的支架上,沟面用水泥板覆盖ü穿管敷设:当电力电缆在室内明敷或暗敷时,为了防电缆穿管敷设:当电力电缆在室内明敷或暗敷时,为了防电缆遭到机械损坏,普通多采用穿钢管的敷设方式遭到机械损坏,普通多采用穿钢管的敷设方式3.2 电力系统元件参数和等值电路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.输电线路的参数计算Ø电阻:电阻:单根导线的直流电阻为:单根导线的直流电阻为: 导线的交流电阻比直流电阻增大导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%~~1%,主要是由于:,主要是由于:F应思索集肤效应和临近效应的影响;应思索集肤效应和临近效应的影响;F导线为多股绞线,使每股导线的实践长度比线路长度大导线为多股绞线,使每股导线的实践长度比线路长度大;F导线的额定截面〔即标称截面〕普通略大于实践截面导线的额定截面〔即标称截面〕普通略大于实践截面 通常取通常取 ; ; 3.2 电力系统元件参数和等值电路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工程计算中,可先查出导线单位长度电阻值 r1,那,那么么需求指出:手册中给出的需求指出:手册中给出的 r1值,那么是指温度为值,那么是指温度为20℃时的导线时的导线电阻,当实践运转的温度不等于电阻,当实践运转的温度不等于20℃时,应按下式进展修正:时,应按下式进展修正: 式中,式中,α为电阻的温度系数为电阻的温度系数(1/℃),铜取,铜取0.00382〔〔1/℃〕,铝〕,铝取取0.0036〔〔1/℃〕。
〕 Ø电抗:电抗:每相导线单位长度的等值电抗为:每相导线单位长度的等值电抗为:式中,式中,μr为相对磁导率,铜和铝的为相对磁导率,铜和铝的 ; r为导线半径〔为导线半径〔m〕;〕;Sav为三相导线的线间几何均距〔为三相导线的线间几何均距〔m〕3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路留意:为了使三相导线的留意:为了使三相导线的电气参数对称,应将输电电气参数对称,应将输电线路的各相导线进展换位,线路的各相导线进展换位,如图如图3-15所示图图3-14 三相导线的布置方式三相导线的布置方式a〕等边三角形布置〕等边三角形布置 b〕程度等距布置〕程度等距布置图图3-15 一次整循环换位一次整循环换位ü假设三相导线等边三角假设三相导线等边三角形陈列,那么形陈列,那么 ü假设三相导线程度等间假设三相导线程度等间隔陈列,那么隔陈列,那么3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路通常架空线路的电抗值在通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右,那么左右,那么 Ø电纳:电纳:每相导线单位长度的等值电容〔每相导线单位长度的等值电容〔F/km〕为:〕为: 那么单位长度的电纳〔那么单位长度的电纳〔S/km〕为:〕为: 普通架空线路普通架空线路b1的值为的值为 S/km左右,那左右,那么么 Ø电导:电导: 电导参数是反映沿线路绝缘子外表的泄露电流和导电导参数是反映沿线路绝缘子外表的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕景象而产生的有功功率损耗线周围空气电离产生的电晕景象而产生的有功功率损耗 。
阐明:通常架空线路的绝缘良好,泄露电流很小,可以忽略不计阐明:通常架空线路的绝缘良好,泄露电流很小,可以忽略不计 3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路电晕景象:在架空线路带有高电压的情况下,当导线外表的电晕景象:在架空线路带有高电压的情况下,当导线外表的电场强度超越空气的击穿强度时,导线周围的空气被电离而电场强度超越空气的击穿强度时,导线周围的空气被电离而产生部分放电的景象产生部分放电的景象 当线路电压高于电晕临界电压时,将出现电晕损耗,与当线路电压高于电晕临界电压时,将出现电晕损耗,与电晕相对应的导线单位长度的等值电导〔电晕相对应的导线单位长度的等值电导〔S/km〕为:〕为: 因此,因此, 式中,式中, 为实测线路单位长度的电晕损耗功率〔为实测线路单位长度的电晕损耗功率〔kW/km〕 留意:通常由于线路走漏电流很小,而电晕损耗在设计线路留意:通常由于线路走漏电流很小,而电晕损耗在设计线路时曾经采取措施加以限制,故在电力网的电气计算中,近似时曾经采取措施加以限制,故在电力网的电气计算中,近似以为以为 在设计架空线路时根据电晕临界电压规定了在设计架空线路时根据电晕临界电压规定了不需求验算电晕的导线最小外径:不需求验算电晕的导线最小外径:110kV导导线外径不应小于线外径不应小于9.6mm;;220kV导线外径不导线外径不应小于应小于21.3mm;;60kV及以下的导线不用验及以下的导线不用验算电晕临界电压;算电晕临界电压;220kV以上的超高压输电以上的超高压输电线,采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线,采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线的等值半径,提高电晕临界电压线的等值半径,提高电晕临界电压3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路2.输电线路的等效电路.输电线路的等效电路Ø一字型等效电路一字型等效电路 :: 用于长度不超越用于长度不超越100km的架空线路〔的架空线路〔35kV及以下〕和线及以下〕和线路不长的电缆线路〔路不长的电缆线路〔10kV及以下〕。
及以下〕Øπ型或型或T型等效电路:型等效电路:〔〔110~~220kV〕和〕和长度不超越长度不超越100km的电缆线路〔的电缆线路〔10kV以上〕 用于长度为用于长度为100~~300km的架空线路的架空线路图图3-16 一字型等效电路一字型等效电路图图3-17 π型或型或T型等效电路型等效电路a〕〕π型型 b〕〕T型型3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 三、变压器的参数计算及等效电路三、变压器的参数计算及等效电路1.双绕组变压器.双绕组变压器 双绕组变压器采用双绕组变压器采用Γ型等效电路,如图型等效电路,如图3-18所示35kV及及以下的变压器,励磁支路可忽略不计,可用简化等效电路以下的变压器,励磁支路可忽略不计,可用简化等效电路留意:变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相留意:变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相反,前者为负,后者为正;由于前者为感性,后者为容性反,前者为负,后者为正;由于前者为感性,后者为容性 图图3-18 双绕组变压器的等效电路双绕组变压器的等效电路a〕〕Γ型等效电路型等效电路 b〕励磁支路用功率表示的等效电路〕励磁支路用功率表示的等效电路 c〕简化等效〕简化等效电路电路3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路Ø电阻电阻RT::由于由于 所以所以 〔〔Ω〕〕 Ø电抗电抗XT::由于由于 对小容量变压器,对小容量变压器, 那么那么所以所以 〔〔Ω〕〕 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路Ø电导电导GT::变压器的电导是用来表示铁心损耗的。
变压器的电导是用来表示铁心损耗的 Ø电纳电纳BT::变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的所以所以 〔〔S〕〕 所以所以 〔〔S〕〕 由由 得:得: 因此因此 〔〔S〕〕 阐明:以上各式中,阐明:以上各式中, U U 、、S S、、P P、、Q Q、的单位分别为、的单位分别为kVkV、、kVAkVA、、kWkW和和kvarkvar3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路2.三绕组变压器2.三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图三绕组变压器的等效电路如图3-19所示。
所示 图图3-19 三绕组变压器的等效电路三绕组变压器的等效电路a〕励磁回路用导纳表示〕励磁回路用导纳表示 b〕励磁回路用功率表示〕励磁回路用功率表示Ø电阻电阻RT1、、 RT2、、 RT33.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路三绕组变压器容量比有三种不同类型:三绕组变压器容量比有三种不同类型:F100/100/100:三个绕组的容量均等于变压器的额定容量;:三个绕组的容量均等于变压器的额定容量;F100/100/50:第三个绕组的容量为变压器额定容量的:第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%;;F100/50/100:第二个绕组的容量为变压器额定容量的:第二个绕组的容量为变压器额定容量的50% 经过短路实验可得到任两个绕组的短路损耗经过短路实验可得到任两个绕组的短路损耗 、、 、、 ,那么每一个绕组的短路损耗为,那么每一个绕组的短路损耗为 ü对对100/100/100的变压器:的变压器:3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路由由 得:得: 所以所以 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 短路实验有两组数据是按短路实验有两组数据是按50%容量的绕组到达额定容量容量的绕组到达额定容量时丈量的值。
因此,应先将各绕组的短路损耗按变压器的额时丈量的值因此,应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进展折算,然后再计算电阻如对容量比为定容量进展折算,然后再计算电阻如对容量比为100/100/50的变压器,其折算公式为的变压器,其折算公式为式中,式中, 、、 为未折算的绕组间短路损耗〔铭牌数据〕;为未折算的绕组间短路损耗〔铭牌数据〕; 、、 为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗ü对对100/100/50和和100/50/100的变压器:的变压器:3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路Ø电抗电抗XT1、、 XT2、、XT3所以所以 由由 得:得: Ø电导电导GT与电纳与电纳BT :: 同双绕组变压器同双绕组变压器阐明:阐明:1〕厂家给出的短路电压百分数已〕厂家给出的短路电压百分数已归算到变压器的额定容量,因此在计算电归算到变压器的额定容量,因此在计算电抗时,不论变压器各绕组的容量比如何,抗时,不论变压器各绕组的容量比如何,其短路电压百分数不用再进展折算。
其短路电压百分数不用再进展折算2〕参数计算时,要求将参数归算到哪一〕参数计算时,要求将参数归算到哪一电压等级,那么计算公式中的电压等级,那么计算公式中的 UN为相应为相应等级的额定电压等级的额定电压3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 一、电压降落与电压损失一、电压降落与电压损失 1.电压降落.电压降落:是指线路首末端电压的相量差,即是指线路首末端电压的相量差,即 图图3-20a3-20a中,阻抗中流过的电流为中,阻抗中流过的电流为 ,,相量图如图相量图如图3-20b3-20b所示 图图3-20 输电线路的输电线路的π型等效电路及相量图型等效电路及相量图a〕等效电路〕等效电路 b〕相量图〕相量图3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算当负荷为感性时,当负荷为感性时, 因此因此 其中:其中: ————电压降落的纵分量电压降落的纵分量 ————电压降落的横分量电压降落的横分量 线路首端电压有效值为:线路首端电压有效值为: 末端电压的相位差为:末端电压的相位差为: 那么那么 阐明:上述公式是按感性负荷下推出的,假设为容性负荷,公式不变,无阐明:上述公式是按感性负荷下推出的,假设为容性负荷,公式不变,无功功率功功率Q前面的符号应改动。
前面的符号应改动3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算2.电压损失.电压损失:是指线路首末端电压的代数差,即是指线路首末端电压的代数差,即 将将 按二项式定理展开并取前两项得:按二项式定理展开并取前两项得: 因此因此 几点阐明几点阐明: : F对于对于110kV及以下电压等级的电力网,可忽略电压降落的横及以下电压等级的电力网,可忽略电压降落的横分量分量 ,此时,电压损失就等于电压降落的纵分量,此时,电压损失就等于电压降落的纵分量 ,即,即 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算FP2、、Q2、、U2的单位分别为的单位分别为kW、、kvar 和和kV ,且一切参数必需,且一切参数必需是线路上同一点的参数是线路上同一点的参数F电压损失通常以线路额定电压的百分数表示,即电压损失通常以线路额定电压的百分数表示,即F假设知线路首端的参数假设知线路首端的参数 P1、、Q1、、U1,那么,那么 二、地方电力网的电压损失计算二、地方电力网的电压损失计算 1.放射形线路电压损失计算.放射形线路电压损失计算 放射形线路如图放射形线路如图3-21a所示。
设线路首末端相电压分别为所示设线路首末端相电压分别为 和和 ,负荷电流为,负荷电流为I ,负荷的功率因数为,负荷的功率因数为 ,那么,那么 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算对应的相量图如图对应的相量图如图3-21b所示那么一相的电压损失为:那么一相的电压损失为:为便于计算,用为便于计算,用 替代替代 ,那么,那么 图图3-21 放射式线路电压损失相量图放射式线路电压损失相量图a〕放射式线路简化电路图〕放射式线路简化电路图 b〕电压损失相量图〕电压损失相量图3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算换算成线电压损失为:换算成线电压损失为:式中,式中,P、、Q、、UN 、、 的单位分别为的单位分别为kW、、kvar 、、kV和和V2.放射形线路电压损失计算.放射形线路电压损失计算ü各支线的负荷功率各支线的负荷功率——用用p、、q表示;表示;ü各段干线的功率各段干线的功率 ——用用P、、Q表示;表示;ü各段线路的长度、电阻和电抗各段线路的长度、电阻和电抗——分别用分别用l、、r和和x表示;表示; ü各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗——分别用分别用L、、R和和X表示。
表示 图图3-22中:中: 假设忽略各段线路的功率损耗,那么每段干线的功率可用假设忽略各段线路的功率损耗,那么每段干线的功率可用各支线的负荷功率表示,即各支线的负荷功率表示,即l1段:段: l2段:段: l3段:段: 各线干段的电压损失为各线干段的电压损失为:l1段:段: l2段:段: l3段:段: 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算图图3-22 树干式线路电压损失计算图树干式线路电压损失计算图3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和,即段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和,即 假设将各线干段的负荷用各支线负荷表示,那么上式可写成:假设将各线干段的负荷用各支线负荷表示,那么上式可写成: 电压损失的百分数为电压损失的百分数为或或当各段线路的导线截面、功率因数一样时,有当各段线路的导线截面、功率因数一样时,有3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算3.均匀无感线路电压损失计算.均匀无感线路电压损失计算 对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷 的线路的线路, ,其电压损失百分数可表示为其电压损失百分数可表示为 式中式中, γ为导线的电导率;为导线的电导率;A为导线的截面;为导线的截面; 为线路的一切功率矩〔或叫负荷矩〕之和;为线路的一切功率矩〔或叫负荷矩〕之和;C为计算系数,与为计算系数,与线路电压、接线方式及导线资料有关,可查表线路电压、接线方式及导线资料有关,可查表3-1。
3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算3.均匀分布负荷的三相线路电压损失计算.均匀分布负荷的三相线路电压损失计算 图图3-23中,设单位长度的负荷电流为中,设单位长度的负荷电流为i〔〔A/km〕,那么微小〕,那么微小线段线段 dl上的负荷电流为上的负荷电流为idl,这一负荷电流经过长度为,这一负荷电流经过长度为 l、电阻、电阻为为 r1l的线路所产生的电压损失为的线路所产生的电压损失为∴∴ 上式阐明:计算均匀分布负荷线路的电压损失时,可以用一个与均匀分布的总负荷上式阐明:计算均匀分布负荷线路的电压损失时,可以用一个与均匀分布的总负荷相等,位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值替代相等,位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值替代图图3-23 具有均匀分布负荷的电力网具有均匀分布负荷的电力网3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 一、导线截面选择的根本原那么一、导线截面选择的根本原那么1.发热条件:.发热条件: 导线在经过正常最大负荷电流〔计算电流〕导线在经过正常最大负荷电流〔计算电流〕时产生的发热温度不超越其正常运转时的最高允许温度。
时产生的发热温度不超越其正常运转时的最高允许温度2.电压损失条件:.电压损失条件: 导线或电缆在经过正常最大负荷电流时产导线或电缆在经过正常最大负荷电流时产生的电压损失应小于电压损失,以保证供电质量生的电压损失应小于电压损失,以保证供电质量3.机械强度条件:.机械强度条件: 在正常任务条件下,导线应有足够的机械在正常任务条件下,导线应有足够的机械强度以防止断线,故要求导线截面不应小于最小允许截面强度以防止断线,故要求导线截面不应小于最小允许截面4 .经济条件:.经济条件: 选择导线截面时,即要降低线路的电能损耗和选择导线截面时,即要降低线路的电能损耗和维修费等年运转费用,又要尽能够减少线路投资和有色金属耗维修费等年运转费用,又要尽能够减少线路投资和有色金属耗费量,通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面费量,通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择5.电晕条件:.电晕条件: 高压输电线路产生电晕时,不仅会引起电晕损高压输电线路产生电晕时,不仅会引起电晕损耗,而且还产生噪声和无线电干扰,为了防止电晕的发生,导耗,而且还产生噪声和无线电干扰,为了防止电晕的发生,导线的外径不能过小。
线的外径不能过小根据设计阅历,导线截面选择的原那么如下:根据设计阅历,导线截面选择的原那么如下: Ø对区域电力网:先按经济电流密度按选择导线截面,然后对区域电力网:先按经济电流密度按选择导线截面,然后再校验机械强度和电晕条件再校验机械强度和电晕条件 Ø对地方电力网:先按允许电压损失条件选择导线截面,以对地方电力网:先按允许电压损失条件选择导线截面,以保证用户的电压质量,然后再校验机械强度和发热条件保证用户的电压质量,然后再校验机械强度和发热条件Ø对低压配电网:通常先按发热条件选择导线截面,然后再对低压配电网:通常先按发热条件选择导线截面,然后再校验机械强度和电压损失校验机械强度和电压损失3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 二、按发热条件选择导线截面二、按发热条件选择导线截面 按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法: :应使导线应使导线的允许载流量的允许载流量IalIal不小于经过相线的计算电流不小于经过相线的计算电流I30I30,即,即 此时,按发热条件选择截面的条件为:此时,按发热条件选择截面的条件为: ≥≥u导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。
当导线敷导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关当导线敷设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时,那么允许载流量应乘以温度校正系数,即时,那么允许载流量应乘以温度校正系数,即 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择或或 ∴∴ 即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的1.3倍u环境温度的规定:在室外,取当地最热月平均气温;在室环境温度的规定:在室外,取当地最热月平均气温;在室内,取当地最热月平均气温加内,取当地最热月平均气温加5℃对埋入土中的电缆,取对埋入土中的电缆,取当地最热月地下当地最热月地下0.8~~1m深处的土壤月平均气温深处的土壤月平均气温u铜、铝导线的等效换算铜、铝导线的等效换算: 假设近似以为铜、铝导线的散热假设近似以为铜、铝导线的散热情况一样,那么其发热温度一样时,可以为其功率损耗一样,情况一样,那么其发热温度一样时,可以为其功率损耗一样,即:即:3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 对对动动力力线线路路,, 普普通通要要求求中中性性线线截截面面应应不不小小于于相相线线截截面面的的一一半半,,即即 ≥0.5 ;;对对照照明明线线路路,,因因中中性性线线电电流流与与相相线线电电流流相相等等,,因因此此,,可可取取 。
F维护线〔维护线〔PE线〕截面的选择:维护线截面普通应不小于相线线〕截面的选择:维护线截面普通应不小于相线截面的一半,即截面的一半,即 ≥0.5 ;当相线截面 ;当相线截面 ≤ 16mm2时,可时,可取 取 F中性线〔中性线〔N线〕截面的选择:对动力线路,线〕截面的选择:对动力线路, 普通要求中性普通要求中性线截面应不小于相线截面的一半,即线截面应不小于相线截面的一半,即 ≥0.5 ;对照明线路,;对照明线路,因中性线电流与相线电流相等,因此,可取因中性线电流与相线电流相等,因此,可取 F维护中性线〔维护中性线〔PEN线〕截面的选择:N线〕截面的选择:PEN线兼有中性线和N线兼有中性线和维护线的双重功能,截面选择应同时满足上述二者的要求,维护线的双重功能,截面选择应同时满足上述二者的要求,并取其中较大者作为并取其中较大者作为PEN线截面,因此 N线截面,因此 ≥(0.5~~1) u低压系统中性线和维护线的选择低压系统中性线和维护线的选择3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择式中, 为过流维护安装的动作电流,对于熔断器为熔体的额式中, 为过流维护安装的动作电流,对于熔断器为熔体的额定电流定电流 , , 为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。
为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数 ≤需求指出:假设上式不满足要求,应加大导线截面,从而使需求指出:假设上式不满足要求,应加大导线截面,从而使Ial增大u按发热条件选择导线或电缆截面时,还必需与其相应的过按发热条件选择导线或电缆截面时,还必需与其相应的过流维护安装〔熔断器或低压断路器的过流脱扣器〕的动作电流维护安装〔熔断器或低压断路器的过流脱扣器〕的动作电流相配合,以便路过负荷或短路时及时切断线路电流,流相配合,以便路过负荷或短路时及时切断线路电流,维护导线或电缆不被毁坏因此,应满足的条件是:维护导线或电缆不被毁坏因此,应满足的条件是: 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 三、按允许电压损失选择导线截面三、按允许电压损失选择导线截面 由于导线截面对电抗的影响很小,所以,当 、 一定 由于导线截面对电抗的影响很小,所以,当 、 一定时,可以为 近似不变因此,可初选一种导线的单位长度时,可以为 近似不变因此,可初选一种导线的单位长度电抗值〔电抗值〔6~~110kV架空线路取架空线路取0.3~~0.4Ω/km,电缆线路取,电缆线路取0.07~~0.08Ω/km〕,那么〕,那么 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择而而∴∴ 由 由 得: 得: 假设 假设 ,可不计 ,可不计 ,那,那么么 式中, 为允许电压损失〔式中, 为允许电压损失〔V〕。
〕阐明:求出导线截面A后,应选择一个与其接近而偏大的规范截面作为导线截面阐明:求出导线截面A后,应选择一个与其接近而偏大的规范截面作为导线截面式中,式中,UN 、、 、、pi 、、 Li 、、γ的单位分别为的单位分别为kV、、V 、、kW、、km 和和 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择例例3-1 某丝绸炼染厂某丝绸炼染厂10kV厂区配电网络导线截面选择计算实例厂区配电网络导线截面选择计算实例 该厂供电电源由距该厂 该厂供电电源由距该厂2km的的35kV地域变电所,以一回地域变电所,以一回路路10kV架空线供电由于供电线路不长,应按允许电压损失架空线供电由于供电线路不长,应按允许电压损失选择导线截面,然后按发热条件和机械强度进展校验选择导线截面,然后按发热条件和机械强度进展校验〔〔1〕按允许电压损失选择导线截面〕按允许电压损失选择导线截面由例由例2-3知,知,P30=1111.2kW,,Q30=524.6kvar,,S30= 1229kVA其允许电压损失为其允许电压损失为5%,设,设x1 =0.4Ω/km,那么,那么 V3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择所以所以初步选初步选LJ-16型铝绞线。
型铝绞线〔〔2〕按发热条件进展校验〕按发热条件进展校验线路的计算电流为:线路的计算电流为: 当地最热月平均最高气温为 当地最热月平均最高气温为35℃,查附表,查附表II-9 和和II-10知,知,LJ-16型铝绞线的允许载流量为 型铝绞线的允许载流量为 A>>71A,,故满足发热条件故满足发热条件〔〔3〕按机械强度进展校验〕按机械强度进展校验 查表查表3-2知,知,10kV架空铝绞线的最小截面为架空铝绞线的最小截面为25 mm2,不满,不满足机械强度条件因此,该厂足机械强度条件因此,该厂10kV进线应采用进线应采用LJ-25型铝绞线型铝绞线3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 四、按经济电流密度选择导线截面四、按经济电流密度选择导线截面1.经济电流密度的概念.经济电流密度的概念 导线截面越大,线路的功率损耗和电能损耗越小〔即年运 导线截面越大,线路的功率损耗和电能损耗越小〔即年运转费用越小〕,但是线路投资和有色金属耗费量都要添加;反转费用越小〕,但是线路投资和有色金属耗费量都要添加;反之,导线截面越小,线路投资和有色金属耗费量越少,但是线之,导线截面越小,线路投资和有色金属耗费量越少,但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大〔即年运转费用越大〕。
路的功率损耗和电能损耗却要增大〔即年运转费用越大〕 综合以上两种情况,使年运转费用到达最小、初投资费用 综合以上两种情况,使年运转费用到达最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面,称为经济截面,又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面,称为经济截面,用用Aec表示 对应于经济截面的导线电流密度,称为经济电流密度,用 对应于经济截面的导线电流密度,称为经济电流密度,用jec表示 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择图图3-24 是年运转费用是年运转费用F与导线截面与导线截面A的关系曲线的关系曲线 1——年折旧费和年维修管理费之和与导线截面的关系曲线;年折旧费和年维修管理费之和与导线截面的关系曲线;3——为曲线为曲线1与曲线与曲线2的叠加,表的叠加,表示线路的年运转费与导线截面的示线路的年运转费与导线截面的关系曲线关系曲线 2——年电能损耗费与导线截面的关系曲线;年电能损耗费与导线截面的关系曲线; 由图可知,曲线 由图可知,曲线3的最低点的最低点〔〔a点〕的年运转费用最小,但点〕的年运转费用最小,但从综合经济效益思索,导线截从综合经济效益思索,导线截面选面选Ab比选比选Aa更为经济合理,更为经济合理,即即 Ab为经济截面。
为经济截面 图3-24 线路年运转费用与导线 截面的关系曲线3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择2.按经济电流密度选择导线截面的方法.按经济电流密度选择导线截面的方法 我国现行的经济电流密度见书中表 我国现行的经济电流密度见书中表3-3那么例例3-2 有一条长有一条长15km的的35kV架空线路,计算负荷为架空线路,计算负荷为4850kW,,功率因数为功率因数为0.8,年最大负荷利用小时数为,年最大负荷利用小时数为4600h试按经济电试按经济电流密度选择其导线截面,并校验其发热条件和机械强度流密度选择其导线截面,并校验其发热条件和机械强度解:〔解:〔1〕按经济电流密度选择导线截面〕按经济电流密度选择导线截面阐明:计算出经济截面阐明:计算出经济截面Aec后,应选最接近而又偏小一点的规范截面后,应选最接近而又偏小一点的规范截面 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 线路的计算电流为:线路的计算电流为: 由表由表3-3,查得,查得jec=1.15A/mm2 ,因此,导线的经济截面为因此,导线的经济截面为选选LGJ-70型铝绞线。
型铝绞线〔〔2〕校验发热条件:〕校验发热条件: 查附录表 查附录表II-9得得LGJ-70的允许载流量〔室外的允许载流量〔室外25℃〕 〕 A> A,因此发热条件满足要求> A,因此发热条件满足要求 〔〔3〕校验机械强度:〕校验机械强度: 查表 查表3-2得,得,35kV钢芯铝绞线的最小允许截钢芯铝绞线的最小允许截面为面为25mm2,因此所选,因此所选LGJ-70满足机械强度要求满足机械强度要求 “l直线杆塔直线杆塔l转角杆塔转角杆塔l耐张杆塔耐张杆塔l终端杆塔终端杆塔l换位杆塔换位杆塔l跨越杆塔跨越杆塔用来悬挂导线,仅接受导线自用来悬挂导线,仅接受导线自重、覆冰重及风压,是线路上重、覆冰重及风压,是线路上运用最多的一种杆塔运用最多的一种杆塔装设于线路的转角处,必需接装设于线路的转角处,必需接受不平衡的拉力受不平衡的拉力 又称分段杆塔或承力杆塔,用又称分段杆塔或承力杆塔,用来承当线路正常及缺点〔如断来承当线路正常及缺点〔如断线〕情况下导线的拉力,对强线〕情况下导线的拉力,对强度要求较高。
度要求较高设置在进入发电厂或变电所线设置在进入发电厂或变电所线路末端的杆塔,由它来接受最路末端的杆塔,由它来接受最后一个耐张段内导线的拉力,后一个耐张段内导线的拉力,以减轻对发电厂或变电所建筑以减轻对发电厂或变电所建筑物的拉力物的拉力用在用在110kV110kV及以上的电力线路中,及以上的电力线路中,是为了在一定长度内实现三相是为了在一定长度内实现三相导线的轮番换位,以便三相导导线的轮番换位,以便三相导线的电气参数平衡而设计的一线的电气参数平衡而设计的一种特殊杆塔种特殊杆塔位于线路跨越河流、山谷等地位于线路跨越河流、山谷等地方,因中间无法设置杆塔,档方,因中间无法设置杆塔,档距很大,故其高度较普通杆塔距很大,故其高度较普通杆塔为高 v瓷横担的特点:有良好瓷横担的特点:有良好的电气绝缘性能,兼有的电气绝缘性能,兼有绝缘子和横担的双重功绝缘子和横担的双重功能,能节约大量的木材能,能节约大量的木材和钢材,有效地降低杆和钢材,有效地降低杆塔的高度,可节省线路塔的高度,可节省线路投资投资30%~~40% 高压针式绝缘子高压针式绝缘子低压针式绝缘子低压针式绝缘子高压线路拉棒绝缘子高压线路拉棒绝缘子高压线路瓷横担绝缘子高压线路瓷横担绝缘子线路盘形悬式绝缘子线路盘形悬式绝缘子复合针式绝缘子复合针式绝缘子复合棒式绝缘子复合棒式绝缘子线路金具、线路金具、U型抱箍、挂板型抱箍、挂板 杆顶帽、拉线抱箍杆顶帽、拉线抱箍。





