电力系统元件参数和等值电路.pptx

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1、架空输电线路主要由导线、避雷线(地线）、绝缘子(串)、金具、杆塔和拉线、基础以及接地装置等组成第1页/共132页导线 1.导线用以传导电流、输送电能，它通过绝缘子串长期悬挂在杆塔上。2.导线常年在大气中运行，长期受风、冰、雪和温度变化等气象条件的影响，承受着变化拉力的作用，同时还受到空气中污物的侵蚀。3.除应具有良好的导电性能外，导线还必须有足够的机械强度和防腐性能，并要质轻价廉。4导线种类有：铜绞线、铝绞线、钢芯铝绞线,这种导线使用较广泛.还有扩径导线和分裂导线.这两种导线一般用在220kV及以上线路中.第2页/共132页架空线路导线的结构型式1.架空线路导线的结构型式主要有单股线、多股绞线

2、和钢芯铝绞线三种。2.多股绞线的性能优越于单股线，所以架空线路一般均采用多股绞线。3.多股铝绞线的机械强度差，所以只有l0kV及以下的线路因导线受力小而多使用铝绞线LJ;4.35kV及以上的线路因导线受力大，则广泛使用钢芯铝绞线LGJ.钢芯铝绞线是将铝线绕在钢线的外层，由于集肤效应，电流主要从铝线部分通过，而导线的机械负荷则主要由钢线负担，由于它结合了铝和钢两者的优点，在某些方面甚至较铜线的性能更为优越，故目前在架空线路上应用最广，是架空线路导线的主要型式.第3页/共132页钢芯铝绞线1.钢芯铝绞线按其机械强度的大小,可分为普通型、轻型和加强型三种.三者在结构上的主要差别在于铝钢截面比.铝钢截

3、面比越小,机械强度越大;2.铝钢截面比越大,机械强度越小,导线就越轻;3.轻型钢芯铝绞线(LGJQ)的铝钢截面7.6;8.3;4.普通型钢芯铝绞线(LGJ)的铝钢截面比为5.36.l;5.加强型钢芯铝绞线(LQJJ)的铝钢截面比为4-4.5.第4页/共132页超高压架空线路的导线为了防止电晕并减小线路感抗，超高压架空线路的导线一般采用扩径导线、空心导线和分裂导线;扩径导线和空心导线不易制作和安装,故目前多采用分裂导线.分裂导线每一相由若干根钢芯铝绞线作为子导线(或称次导线)组成，子导线间用金属间隔棒支撑.第5页/共132页 图l-11 架空线路各种导线截面结构(a)单股导线；(b)单金属多股绞

4、线；(c)钢芯铝绞线；(d)扩径钢芯铝绞线；(e)空心导线；(f)分裂导线第6页/共132页导线和避雷线的型号导线和避雷线的型号是由表示导线、避雷线的材料、结构的字母符号和表示载流截面积的数字三部分组成.例如：T-铜线；L-铝线；G-钢线；J-多股绞线;TJ-铜绞线；LJ-铝绞线；GJ-钢绞线；HLJ-铝合金绞线；LGJ-钢芯铝绞线。LGJ-120表示标称截面积为120mm2的钢芯铝绞线.第7页/共132页避雷线(地线)1.作用是将雷电流引人大地以保护电力线路免受雷击。一般采用钢绞线。2.避雷线又称为架空地线、悬挂于导线上方。3.由于架空地线对导线的屏蔽，及导线、架空地线间的耦合作用，从而可以

5、减少雷电直接击于导线的机会。当雷击杆塔时，雷电流可以通过架空地线分流一部分，从而降低塔顶电位，提高耐雷水平.4.架空地线常采用钢芯铝绞线、铝包钢绞线等良导体，可以降低不对称短路时的工频过电压，减少潜供电流.5.采用光缆复合架空地线还兼有通信功能.第8页/共132页杆塔和拉线 1.杆塔支持导线和避雷线。按照杆塔材料分类有木杆、钢筋混凝土杆和铁塔三种。2. 杆塔按照受力特点分类，有耐张杆塔、直线杆塔、转角杆塔、终端杆塔、跨越杆塔和换位杆塔。3.拉线用来平衡杆塔的横向荷载和导线张力，减少杆塔根部的弯矩。使用拉线可减少杆塔材料的消耗量，降低线路的造价.第9页/共132页杆塔的型式 1.杆塔的型式很多，

6、可按不同的方法分类。按使用材料的不同可分为木杆、钢筋混凝土杆(或称水泥杆)和铁塔三种类型;2.木杆目前除林区外已基本上不采用；3.铁塔主要用在超高压、大跨越段的线路以及某些受力较大的耐张、转角杆塔上;4.钢筋混凝土杆不仅可以节省大量钢材，而且机械强度较高，目前应用较广.第10页/共132页图l-12 杆塔上导线的各种排列方式 图l-12 杆塔上导线的各种排列方式(a)三角形；(b)上字形；(c)水平形；(d)伞形；(e)倒伞形；(f)干字形；(g)鼓形杆塔也可按导线在杆塔上的排列方式不同分类，如一般单回线路采用上字形、三角形和水平排列方式；双回线同杆架设时一般按伞形、倒伞形、干字形和鼓形排列，

7、第11页/共132页杆塔按用途分杆塔按用途不同可分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆和特种杆五种 直线杆塔:直线杆塔用于线路的直线走向段内,其数量约占杆塔总数的80左右.按设计要求正常时只承受导线、避雷线的自重、冰重和风压，不承受顺线路方向的水平张力，故强度要求低、造价也便宜.直线杆塔上,绝缘子串和导线相互垂直.第12页/共132页耐张杆塔耐张杆塔.耐张杆塔又称承力杆塔或锚杆.耐张杆塔按设计要求除承受导线、避雷线的自重、冰重和风压外，还能承受顺线路方向的水平张力，故强度高、结构较复杂、造价也相对较高。在线路较长时，每隔3-5km就需设立一基耐张杆塔,以便把断线故障的影响范围限制在耐张段内.一个耐

8、张段内一般有若干个直线杆塔，如图所示。耐张杆塔上的绝缘子串和导线在同一曲线上,两侧导线用引流线(或称跳线)相连接.第13页/共132页转角杆塔 转角杆塔设置在线路转弯处.线路转向内角的补角称为转角，转角杆塔主要用来承受两侧导线所产生的角度合力,即不平衡拉力.转角杆可以做成耐张型杆塔,也可以做成直线型杆塔,因不平衡拉力的大小取决于转角的大小,故大、中转角杆塔需用耐张型杆塔,而小转角杆塔可以使用直线型杆塔.如采用直线型杆塔,则需要在杆塔上装设拉线以平衡这种不平衡拉力,右图转角杆塔的拉力分布.第14页/共132页终端杆塔 终端杆塔位于线路的首端和末端,用采承受沿线路方向单侧的水平张力. 第15页/共

9、132页特种杆塔1特种杆塔是线路有一些特殊需要时才采用的杆塔，主要有跨越杆塔和换位杆塔两种。A.跨越杆塔:当线路需要跨越河流、山谷、铁路、公路、居民区等地形时,若跨距很大就得采用跨越杆塔,其高度比一般杆塔高得多,根据跨越档距的大小也可采用耐张型跨越杆塔或直线型跨越杆塔；B.换位杆塔是为了在一定长度内实现三相导线在空间的轮流换位，以便使三相导线的电气参数均衡。导线换位结构如图.第16页/共132页绝缘子 1.作用是使导线和杆塔间保持绝缘。有针式和悬式绝缘子两种。近年采已日益广泛使用瓷横担，它是既起绝缘子作用又起横担作用的瓷棒。 2.绝缘子用来支持或悬挂导线和地线，保证导线与杆塔间不发生闪络，保证

10、地线与杆塔间绝缘。 3.绝缘子长期暴露在自然环境中，经受风雨冰霜及气温突变等恶劣气候的考验，有时还受到有害气体的污染，因此，绝缘子必须具有足够的电气绝缘强度和机械强度，并应定期检修。 4.送电线路常用绝缘子有盘形瓷质绝缘子、盘形玻璃绝缘子、棒形悬式复合绝缘子. 第17页/共132页 架空线路的绝缘子 架空线路的绝缘子 (a)针式绝缘子；(b)悬式绝缘子； (c)棒式绝缘子；(d)瓷横担绝缘子第18页/共132页架空线路的绝缘子(1)针式绝缘子:制造简易、价格低廉,但耐雷水平不高、易闪络,主要用于35kV下的线路中的直线杆塔及小转角杆塔上；(2)悬式绝缘子:主要用于35kV及以上的线路中.通常将

11、它们组装成绝缘子串来用,在直线型杆塔上组合成悬垂串，在耐张型杆塔上组合成耐张串。绝缘子串中绝缘子的数决定于线路电压等级的高低，耐张串中绝缘子的个数比相同电压等级线路的悬垂串中绝缘子个数多l2个.(3)棒式绝缘子:是用环氧玻璃钢等硬质材料做成的整体型绝缘子，具有质量轻、体积小、运输和安装方便的特点，它可替代悬式绝缘子串.(4)瓷横担绝缘子:是棒式绝缘子的另一种型式,它可起到绝缘子和横担的双重作用具有自洁性能强、安装方便、节约材料等优点,还能有效地降低杆塔的高度,但其机械抗强度低,目前广泛应用于6-35kV线路中.第19页/共132页金具 1.用于支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子.可

12、分为悬垂线夹、耐张线夹、接续金具和保护金具等。2.金具是输电线路所用金属部件的总称。3.在设计线路时,应尽量选择标准金具,以保证其具有足够的机械强度.与导线相连的金具,还必须具有良好的电气性能.第20页/共132页各种金具1.通常把架空线路所使用的金属零部件统称为金具。按其用途可分为线夹、连接金具、续金具、保护金具、拉线金具等几类.2.线夹的作用是将导线和避雷线固定在绝缘子和杆塔上，在直线型杆塔的悬垂串下用的悬垂线夹，在耐张型杆塔的耐张串上用的是耐张线夹.3.连接金具的作用是将绝缘子连接成串,或将线夹、绝缘子串、杆塔横担等相互连接,球头挂环、碗头挂板、直角挂板、延长环、U型挂环等.4.接续金具

13、主要用于导线、避雷线的接续与修补等，如压接管、钳接管、并沟线夹等.第21页/共132页 各种金具图l-17 各种金具(a)悬垂线夹；(b)连接金具(U型挂环)；(c)接续金具(钳压管)；(d)保护金具(防震锤)；(e)钢线卡子第22页/共132页杆塔基础1.杆塔基础的作用是支承杆塔，传递杆塔所受荷载至大地.2.杆塔基础的形式很多，应根据所用杆塔的形式、沿线地形、工程地质、水文和施工运输等条件综合考虑确定.第23页/共132页接地装置 1.接地装置的作用是导泄雷电流入地，保证线路具有一定的耐雷水平.2.根据土壤电阻率的大小，接地装置可采用杆塔自然接地或人工设置接地体.3.接地装置的设计应符合电气

14、方面有关规定.第24页/共132页电缆线路 电缆线路主要由电缆本体、电缆接头与电缆终端等组成. 第25页/共132页 电缆结构示意图 电缆结构示意图(a)单芯电缆；(b)三芯电缆(三相统包型)；(c)三芯电缆(分相铅包型)1-导体;2-相绝缘;3-纸绝缘;4-铅包皮;5-;麻衬6-钢带铠甲；7-麻被；8-钢丝铠甲；9-填充物第26页/共132页电缆的导体1.电缆的导体是用来传导电流的;2.采用铜或铝的单股或多股线，通常用多股铜绞线或铝绞线，以增加电缆的柔性，便于弯曲电缆;3.根据电缆中导体线芯数量的多少，电缆可分为单芯电缆、三芯电缆和四芯电缆等.第27页/共132页电缆的绝缘层1.电缆的绝缘层

15、是用来使各导体之间及导体与包皮之间绝缘的;2.使用的材料有橡胶、沥青、聚乙烯、交联聚乙烯、聚氯乙烯、聚丁烯、棉、麻、绸缎、纸、浸渍纸、油、植物油等;3.一般多采用油浸纸绝缘. 第28页/共132页电缆的保护层1.电缆的保护层可分为内护层和外护层两部分;2.内护层由铝或铅制成，用以保护绝缘不受损伤，防止浸渍剂的外溢和水分的侵入；3.外护层由内衬层、铠装层和外被层组成，用于防止外界的机械损伤和化学腐蚀;A.内衬层一般由麻绳或麻布带经沥青浸渍后制成，用以作为铠装的衬垫，以避免钢带或钢丝损伤内护层;B铠装层一般由钢带或钢丝包绕而成,是外护层的主要部分.外被层的制作与内衬层相同,作用是防止铠装层的锈蚀.

16、 第29页/共132页电缆的附件 1.电缆附件主要有连接头(盒)和终端头(盒)，对充油电缆则还有一套供油系统.2.电缆连接头是连接两段电缆的部件.电缆终端头则是电缆线路末端用以保护缆芯绝缘并将缆芯导体与其他电气设备相连的部件.连接头和终端头都是电缆线路的薄弱环节,应特别注意维护.第30页/共132页电力系统各元件的参数和等值电路电力系统中元件:同步发电机、变压器、电力线路、负荷的参数和等值电路.第31页/共132页电力系统各元件参数和等值电路 内容:1.介绍电力系统中电力线路、变压器、同步发电机、负荷的等值电路模型及其中的各等值参数的含义和计算公式; 2.引入标幺制的概念,介绍电力系统中各元件

17、标幺值计算公式,同时介绍多电压等级电力系统中基准值的选取方法.基本概念:参数,等值电路,标幺值,基准值.重点:(1)同步发电机、变压器、电力线路、负荷参数和等值电路; (2)标幺制的基本概念、基准值的选择和标幺值的计算.难点: (1)对同步发电机各参数含义的理解; (2)不同基准下标幺值的换算.在电力系统的计算中,需要以电路理论为基础,首先通过一些假设将实际元件简化为理想元件,将实际系统等效为理想电路模型,然后应用电路定理、定律和方法求解,最后通过对计算结果的分析得到结论.第32页/共132页电力线路的参数输电线路的参数有4个:电阻、电感、电导、电容.输电线路的这些参数通常可以认为是沿全长均匀

18、分布的,每单位长度的参数为电阻ro、电感Lo、电导go及电容Co,其一相等值电路如图.输电线路包括架空线路和电缆.电缆与架空线路在结构上是完全不同的,其参数计算比较复杂,一般由工厂按标准规格制造,可根据厂家提供的数据或者通过实测求得. 图 单位长线路的一相等值电路本节着重介绍架空线路的参数计算.架空线路的参数与架设条件等外界因素有密切关系.第33页/共132页电力线路的参数 1.由于电力线路主要以架空线路为主,这里主要讨论架空线路的参数.2.输电线路的参数有电阻、感抗、电导和容纳.A.电阻:反映线路通过电流时产生有功功率损失;B.感抗:反映载流导体周围的磁场效应;C.电导:反映线路带电时绝缘介

19、质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生的有功功率损失;D.容纳:反映带电导线周围的电场效应.第34页/共132页架空线路的参数计算-电阻架空线路等效电阻用于反映线路通过电流时产生有功功率损失效应.有色金属导线单位长度的直流电阻计算公式为 r1=/S (/km) (2-1)式中:为导线的电阻率,单位为mm2/km为导线载流部分的标称截面积,单位为mm2.铝和铜的直流电阻率分别为28.5mm2/km 和17.5mm2/km.铝和铜的交流电阻率略大于直流电阻率,分别为31.5mm2/km和18.8mm2/km .因为:(1)导线通过三相工频交流电流时存在集肤效应和邻近效应； (2)多股绞线扭绞,每

20、股导体实际长度比导线长度长23； (3)在制造中,导线实际截面积常比标称截面积略小.工程计算中,也可以直接从手册中查出各种导线电阻值.按公式(2-1)计算所得或从手册查得的电阻值都是指工作环境温度为200C时的值y20,在要求较高精度时,t0C时的电阻值rt可按下式进行修正： rt=r20(1+a(t-20) (2-2)式中:a为电阻温度系数,铜,a=0.00382(1/0C),铝,a=0.0036(1/0C).第35页/共132页讨论电力线路电气参数时，假设三相电气参数是相同的 架空线路的空间布置选用使三相参数平衡的方法,三相参数才相同,使三相参数平衡的方法有两种.(1)三相导线布置在等边三

21、角形的顶点上.(2)三相导线不是布置在等边三角形顶点上时,采用架空线路换位的方法减小三相不平衡.第36页/共132页架空线路的电感和电抗架空线路的等效电感反映载流导线产生磁场效应.导体通过电流时在导体内部及其周围就产生磁场.若磁路的磁导率为常数,与导体交链磁链同电流i呈线性关系.三相输电线路的等值电感:呈等边三角形对称排列的三相输电线,各相导线的半径都是r,导线轴线间的距离为D.当输电线通以三相对称正弦电流时,由于三相导线排列对称,所以a 、b、c三相的电感相同.当三相导线排列不对称时,各相导线所交链的磁链及各相等值电感便不相同,这将引起三相参数不对称.因此必须利用导线换位来使三相参数基本对称

22、.由于经过整循环换位后三相参数基本对称,所以ia+ib+ic=0,第37页/共132页架空线路的参数计算-电抗 线路感抗是由于交流电流通过导线时,在导线周围及导线内产生交变磁场而引起的.下面分两种情况介绍线路感抗计算方法.1.普通导线线路的感抗.2.分裂导线线路的感抗 . 第38页/共132页普通导线线路的感抗 经过整循环换位的三相导线感抗相同，每相导线单位长度的等值感抗可按式(2-4)计算 X1=2f4.6 lg(Dm/r)+0.5r 10-4 (2-3)式中X1-每相导线单位长度感抗,/km； f-交流电频率,Hz； r-导线计算半径,mm； r -导线材料相对磁导率,铜和铝的.r =1,

23、钢的r 1； Dm-三相导线的几何平均距离,简称几何均距,mm.几何均距与导线的具体布置方式有关系,当三相导线间的距离分别为Dab、Dbc、Dca时，几何均距的计算公式为 Dm=3DabDbcDca (mm)若取f=50Hz,=1,则普通导线电抗可由下式得出 X1=0.1445lg(Dm/r)+0.0157 (2-4)若导线长度为L(km),则每相导线感抗X为 X=X1L 第39页/共132页分裂导线线路的感抗 对于高压及超特高压远距离输电线路,为减小线路电晕损耗及线路电抗,以增加线路输送能力,往往采用分裂导线.分裂导线的架空线路,每相导线用相同规格的、相互间隔一定距离的数根导线架设,其每相由

24、28根导线组成,每根间距400500mm,将它们均匀布置在一个半径为R的圆周上,因此R比一根导线的外径大得多,可以有效地减小线路电抗和电晕损耗,但与此同时线路电容也增大.三相分裂导线经过整循环换位,每相每千米感抗可按下式计算 X0=2兀f4.6lg(Dm/req)+0.5/n)10-4 式中 n-每相导线的分裂根数， req-每相分裂导线等值半径,mm. req可由下式计算得出 req =nrd12d13d d1n1n 式中 r-每根导线半径，mm； D1m-第一根导线与第m根导线间的几何均距。2分列导线req =rd； 3分列导线req =3rd2 ；4分列导线req =4rd3 若取f=5

25、0Hz， =1，则分裂导线感抗可由下式得出 X1=0.1445lg(Dm/req)+ (0.0157/n) (2-6)第40页/共132页架空线路的参数计算-电导1.电导:反映电压施加在导体上时产生泄漏电流和电晕现象引起有功损耗的参数.泄漏电流是电流杆塔处沿绝缘子串的表面流入大地的一种现象.一般情况下,绝缘子串的绝缘良好,因而泄漏电流引起的损耗很小,可以忽略.电晕是当导体表面的电场强度超过空气的击穿场强时导体附近的空气游离而产生局部放电的一种现象.电晕时会发出咝咝声,并产生臭氧,夜里还可以看到紫色晕光.2.导线产生电晕的最低电压称为电晕临界电压Ucr,当线路正常工作电压大于Ucr时,电晕损耗将

26、大大增加而不可忽略.第41页/共132页导线产生电晕的最低电压称为电晕临界电压U cr计算公式 临界电压计算公式为 U cr=49.3mlm2rlg(Dm/r) (2-10) 其中 =3.86P/(273+t) 式中Ucr-电晕临界电压,kV. m-考虑导线表面状况的参数称为粗糙系数,对表面光洁的单股线,m1=1,对绞线,推荐 m1=0.95. m2-考虑气象状况的参数,称气象系数;在干燥或晴朗的天气 m2=1;在有雾、雨、霜、暴风雨时,m21;在最恶劣的情况下,m2=0.8. -空气的相对密度. P-大气压力,Pa. t-大气温度,0C.第42页/共132页避免导线发生全面电晕的措施1 当架

27、空线路运行电压小于电晕临界电压时,全线路不会发生电晕.因此,在设计架空输电线路时,应使电晕临界电压大于最高运行电压.式(2-10)仅适用于三相三角排列导线.三相水平排列时,边相的电晕临界电压较式(2-10)求出的高6,中间相电晕临界电压则低4.为提高电晕临界电压,避免导线发生全面电晕有以下几项措施.(1)施工时尽量避免磨损导线,要保持导线及金属元件表面光滑,以防电场不均匀.(2)增大导线半径,是减小导线表面附近电场强度,避免发生全面电晕的重要措施.为此,可以采用分裂导线、扩径导线和空心导线等.虽然增加线间距离也可以提高临界电压,但试验表明,效果不明显.增加线间距离使杆塔造价迅速增大,因此,用增

28、加线间距离来提高电晕临界电压是十分不经济的.第43页/共132页避免导线发生全面电晕的措施2当架空线路实际运行电压大于电晕临界电压时,可通过实测方法求取电导,与电晕对应的电导为 g1=(Pg/U2)10-3 (2-12) 式中g1-导线每相单位长度电导,Skm Pg-实测三相电晕损耗总功率,kW/km； U-线路电压,kV.为避免过大的电晕损耗,架空线路导线的直径应选择得使其在天气晴朗时不发生电晕,在雨雪天气时允许略有电晕.由于一年中雨雪天气时间不长,全年电晕损耗不会显著增加线路运行费用.由实验和运行经验表明,一般110kV以下电压的架空线路以及35kV以下电压的电缆线路,由于电压低,不会发生

29、全面电晕,因此也不必考虑电晕损耗和绝缘介质损耗.第44页/共132页各级电压下晴天不发生电晕的部分最小导线半径和相应的导线型号额定电压(kV) 110220330 500 单分裂 双分裂 四分裂 相应导线型号 LGJ-50 LGJ-240 LGJ-600 2XLGJ-240 4XLGJQ-300 第45页/共132页架空线路的参数计算-容纳 电力线路运行时,相与相之间及相与地之间都存在电位差,因而导线间以及导线与大地间有电容存在,也即存在容性电纳.容纳大小与相间距离、导线截面、杆塔结构等因素有关.如果三相线路参数相同时,每相导线的等值电容可由下式计算 C1=0.0241/lg(Dm/r)10-

30、6(F/km) (2-7) 当f=50Hz时,单位长度容纳为 b1=C=2fC=7.58/lg(Dm/r)10-6(S/km) (2-8) 若导线长度为L(km)，则每相导线容纳B为 B=b1L 当采用分裂导线,仍可按B=b1L式计算容纳,只是这时导线的半径r应由式(2-8)计算得的等效半径r代替,可见分裂导线的容纳要比普通导线的大,一般双分裂导线线路容纳要比同样截面的单导线容纳增大20左右.第46页/共132页【例2-l】 某三相单回输电线路，采用LGJ-300型导线，已知导线的相间距离D=6m，试求： (1)每相每千米线路的电阻； (2)三相导线水平布置,且完全换位时,每相每千米线路的感抗

31、和容纳值； (3)三相导线按等边三角形布置时,每相每千米线路的感抗和容纳值.解 (1)LGJ-300的截面积为300mm2，代人式(2-1)可得导线20时单位长度的电阻为 r0=/S=31.5/300=10.510-4(/km) (2-1)查手册可知LGJ-300的计算外径为25.2mm，因而计算半径为: r=25.2/2=12.6(mm) (2)当三相导线水平布置时，导线间几何均距为 Dm=3DabDbc2Dca =32D=1.26D=1.266=7.56(m)代入式(2-5),可得导线每千米感抗 x0=0.14451g(Dm/r)+0.0157 (2-4) =0.1445lg(7.5610

32、3/12.6)+0.0157=0.42(km)代入式(2-8)，可得导线每千米容纳 b0=7.58/lg(Dm/r)10-6=7.58/lg(7.56103/12.6) 10-6=2.72810-6(Skm)(3)当三相导线按等边三角形布置时，有 Dm=3DDD=D=6(m) 代入式(2-4)，可得x0=0.14451g(Dm/r)+0.0157=0.1445lg(6103/12.6)+0.0157=0.403(km)b0=7.58/lg(Dm/r)10-6=7.58/lg(6103/12.6)10-6=2.83110-6(Skm)第47页/共132页【例2-1】p17第48页/共132页【例

33、2-1】第49页/共132页架空线路的等效电路等效电路的意义是用一个简单的电路系统代替一个复杂的电路系统，不影响系统之外的工作状态，两个电路系统互为等效。三相线路是对称的电路，一般只需研究其中任一相的参数.所以可用一相的等效电路来表示三相的等效电路。线路相线均匀分布着电阻、电抗，相线与大地之间均匀分布着电纳、电导。由于正常运行情况下线路不发生电晕，所以go0.区域电力网中线路的等效电路为丌型等效电路，如图(a)所示.在潮流计算中，为便于计算，常将单相等效电路中的电纳支路用对应的三相电容功率的形式来表示，就是将j(B/2)换为-j(Qc/2), 如图(b)所示 图 架空线路的等效电路 (a)丌型

34、等效电路；(b)电纳支路的等效电路地方电力网线路电压较低，长度较短，其电纳或电容功率很小，一般可将电纳支路忽略不计，而采用简化的“一”字型等效电路，如图.第50页/共132页架空线路的参数计算公式p23 【例2-l】 近似参数计算Z=(r1+jx1)lY=(g1+jb1)l简化参数计算kr=1-(1/3)x1b1l2kx=1-(1/6)x1b1-r02(b1/x1)l2kb=1+(1/12)x1b1l2Z=(krr1+jkxx1)lY=(g1+jkbb1)l 精确参数计算 先计算Zc和 Zc=(r1+jx1)/(g1+jb1) =(r1+jx1)(g1+jb1) l计算双曲线，利用公式 Sh(

35、x+jy)=shxcosy+jchxsiny ch(x+jy)=chxcosy+jshxsiny l代入计算 shl chl 型电路的精确参数计算 Z=Zc shl Y=2(chl-1)/(Zc shl)第51页/共132页长架空线路的集中参数等值电路图长电力线路的集中参数等值电路图长线路型等值电路图第52页/共132页复习架空线路的参数计算1.电阻反映线路通过电流时产生有功功率损失导线单位长度的直流电阻可按下式计算 r1=/S (2-1)2.线路感抗是由于交流电流通过导线时，在导线周围及导线内产生交变磁场而引起的。 X1=0.14451g(Dm/r)+0.0157 (2-5)3.电导是反映电

36、压施加在导体上时产生泄漏电流和电晕现象引起有功损耗的参数.泄漏电流是电流杆塔处沿绝缘子串的表面流入大地的一种现象,当架空线路运行电压小于电晕临界电压时,全线路不会发生电晕. g1=04.电力线路运行时,相与相之间及相与地之间都存在电位差,因而导线间以及导线与大地间有电容存在,也即存在容性电纳.容纳大小与相间距离、导线截面、杆塔结构等因素有关.如果三相线路参数相同时,当f=50Hz时,单位长度容纳为 b1=C=2fC=7.58/lg(Dm/r)10-6(S/km) (2-13)第53页/共132页波阻抗 分布参数电路的特性阻抗Zc和传播系数常被用以估计超高压线路的运行特性。由于超高压线路的电阻往

37、往远小于电抗，电导则可略去不计，即可以设（电阻）rl=0，（电导）zl0。显然，采用这些假设就相当于设线路上没有有功功率损耗。对于这种“无损耗”线路，特性阻抗和传播系数将分别为 Zc=L1/C1; = jL1C1;可见，这时的特性阻抗将是一个纯电阻，称为波阻抗，而传播系数则仅有虚部称相位系数如不计架空线路的内部磁场有L1= 210-7ln(Dm/r),C1=1/1.81010ln(Dm/r).以此代人波阻抗和相位系数的表示式，可得Zc和Zc=jL1/C1=60ln(Dm/r)=138.2 lg(Dm/r)()= L1C1=/(3108)ran/m (2-38)第54页/共132页自然功率 自然

38、功率也称波阻抗负荷.是指负荷阻抗为波阻抗时,该负荷消耗的功率.如负荷端电压为线路额定电压,则相应的自然功率为 Sn=Pn=UN2/Zc (2-39)由于这时的Zc为纯电阻,相应自然功率显然为纯有功功率.超高压线路大致接近于无损耗线路,在粗略估计它们的运行特性时,可参考上列结论.例如,长度超过300km的500kv线路,输送的功率常约等于自然功率1000MW,因而线末端电压往往接近始端;同样,输送功率大于自然功率时,线路末端电压将低于始端;反之,小于自然功率时,末端电压将高于始端.第55页/共132页课后作业1.有一长度为l00km的110kV架空线路，导线型号为LGJ-185，导线的计算外径为

39、19mm，三相导线水平排列，相间距离为4m.求该线路的参数并画出等效电路. 解 2. 有一条长度为160km的220kV架空线路,采用双分裂导线,次导线型号为LGJ-185,次导线间距d400mm,计算 外 径 为 1 9 m m , 三 相 导 线 呈 三 角 形 排列,DAB=8m,DBC=7m, DCA=6m.求该线路的参数并画出等效电路.解 第56页/共132页1.有一长度为l00km的110kV架空线路,导线型号为LGJ-185,导线的计算外径为19mm,三相导线水平排列,相间距离为4m.求该线路的参数并画出等效电路. 第57页/共132页2. 有一条长度为160km的220kV架空

40、线路,采用双分裂导线,次导线型号为LGJ-185,次导线间距d400mm,计算外径为19mm,三相导线呈三角形排列,DAB=8m,DBC=7m, DCA=6m.求该线路的参数并画出等效电路.第58页/共132页第59页/共132页第二章 电力系统元件参数和等值电路第二节 变压器电抗器的参数和等值电路第60页/共132页动力系统、电力系统与电网示意图第61页/共132页变压器 变压器是电力系统中非常重要的元件.由于它的出现,使得高电压大容量的电力系统成为可能,又使得电力系统成为一个多电压等级的复杂系统.变压器的种类很多,电力系统分析中常用到的是:1.双绕组变压器;2.三绕组变压器;3.自耦变压器

41、。 第62页/共132页双绕组变压器的等值电路在双绕组变压器的等值电路中，一般将励磁支路前移到电源侧；将变压器二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组侧并和一次绕组的电阻和漏抗合并，用等值阻抗RT+jXT来表示,如图变压器参数指其等值电路中的电阻RT、电抗XT、电导GT、电纳BT，和变比kT.电阻RT、电抗XT、电导GT、电纳BT可以分别根据短路损耗Pk、短路电压Vs、空载损耗Po、空载电流I0计算得到.而此4个数据可通过短路试验和空载试验测得,并标明在变压器出厂铭牌.第63页/共132页双绕组变压器等值电路及参数 1.在电网分析中,双绕组变压器一般用形或形等值电路,这里介绍形等值电路,如图2-11

42、.2.图中表示变压器电气特性的有四个参数,即RT、XT、GT、BT,其中反映变压器励磁支路的导纳支路放在电源侧,可用导纳表示也可用功率表示.3.图中所示变压器等值电路的四个参数可由变压器的空载试验和短路试验结果求出,这四个数据分别是:短路损耗Pk、短路电压百分数Uk、空载损耗P0、空载电流百分数I0.这四个数据可在本书附录或产品铭牌上直接查到(p287-p293)第64页/共132页电阻RT双绕组变压器电阻RT是指将二次绕组的电阻折算到一次绕组侧并和一次绕组的电阻合并的等效电阻值,可根据短路损耗Pk计算得到,而短路损Pk可通过变压器短路试验测得.短路试验的等效电路如图,进行短路试验时,将一侧绕

43、组短接,在另一侧绕组施加电压,使短路绕组的电流达到额定值,即可测得变压器的短路总损耗. 短路试验电路由于此时外加电压较小,相应的铁心损耗也小,可认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时原、副方绕组电阻的总损耗(铜耗),对于单相变压器Pk=I2NRT,对于三相变压器Pk=3I2NRT，因此 RT=(PkU2N)/S2N (2-41) 式中:Pk的单位为kW,SN的单位为kVA,UN的单位为kV,RT的单位为,对于前3个物理量,如果是三相变压器则为三相的值,如果是单相变压器则为单相的值. 第65页/共132页变压器的电阻RT 变压器的电阻RT可由其短路试验得到的短路损耗Pk求得,Pk近似等于额定电流

44、流过变压器时高低压绕组中的总损耗Pcu(铜损),即 PcuPk而铜损与变压器电阻之间有如下关系 Pcu=3IN2RT=3(SN/3UN)2RT=(SN2/UN2)RT=Pk得到RT的计算公式 RT=(PkUN2)/SN2 (2-41) 式中RT-归算至UN电压侧的变压器高低压绕组总电阻, IN-变压器额定电流，A； Pk-变压器短路损耗，kW； UN变压器额定电压，kV； SN-变压器额定容量，MVA。第66页/共132页变压器的电抗XT 变压器电抗 XT可由作短路试验时所测得的短路电压百分数Uk求得: Uk=(3INZT)/UN100 可得 ZT=Uk)UN2/(100SN) 因此可得到变压

45、器的电抗XT为 XT=ZT2-RT2 对于小容量变压器可用上式计算电抗.对于大容量变压器,由于绕组的电抗比电阻大得多,因此可以近似认为ZTXT，因此 XTZT=Uk()UN2/(100SN) (2-43) 式中XT-变压器一相高低压绕组总电抗： UN变压器额定电压，kV； SN-变压器额定容量，MVA。第67页/共132页变压器的电导GT变压器的电导用来反映变压器的铁心损耗,由变压器的空载试验得到的损耗为空载损耗Po,它是变压器一次侧加额定电压,二次侧空载时,在变压器上产生的损耗,包括铁心损耗和空载电流流过绕组引起的铜损,但后者由于空载电流很小,与此对应的绕组铜损也很小,所以变压器的铁心损耗可

46、以近似认为等于空载损耗.因此,变压器电导可由空载损耗得到,如式(2-44)所示 GT=Po/(103UN2) (2-44) 式中 GT-变压器电导,S； Po-变压器空载损耗,kW； UN-变压器额定电压,kV.三相变压器Po为三相值,UN为线电压;单相变压器Po为单相值,UN为相电压.第68页/共132页变压器的电纳BT变压器电纳决定于它的励磁(无功)功率Qo,其值可由变压器的空载试验得到的空载电流与变压器的额定电流比的百分数Io计算得到.变压器空载电流包括有功分量和无功分量,其中无功分量与励磁功率相对应,而变压器空载时其有功分量很小,因此变压器空载电流近似等于其无功分量,如式(2-46)

47、BT=(Io%3IN)/(100UN)= Io(%)SN/(100UN2) (2-46) 式中BT-变压器电纳,S； Io(%)-变压器的空载电流的百分数; Io-变压器的空载电流,(A); SN-变压器额定容量,(MVA); UN -变压器额定电压,kV. 第69页/共132页例 1一台SFL20000/110型降压变压器向10 kV网络供电,铭牌给出的试验数据为:Ps=135 kW,Vs=10.5,Po=22 kW,Io%=0.8.试计算归算到高压侧的变压器参数.解:由型号知,SN=20 000 kVA,高压侧额定电压VN=110 kV.各参数如下：第70页/共132页【例2-2】 试计算

48、SFLl-20000/110型双绕组变压器归算到高压侧的参数，并画出它的等值电路 。铭牌数据为：变比110/11kV，SN=20MVA，Po=22kW，Pk=135kW，Uk=10.5，Io=0.8。 解 按照公式(2-42)，由短路损Pk=135kW，可求得变压器电阻RT为 RT=(PkUN2)/103SN2 =1351102/202=4.08() (2-42) 按照式(2-43)，由Uk=10.5可求得变压器电抗XT为 XTZT=Uk()UN2)/(SN100) (2-43) =(10.51102)/(20100)=63.525 () 按照式(2-44)，由Po=22kW 可求得变压器电导

49、GT为 GT=Po/(1000UN2) (2-44) =22/(10001102)=1.8210-6 (s) 由Io=0.8可得到变压器励磁功率Q0为 Qo=(Io%SN)/100 (2-24) =(0.820)/100=0.16 (Mvar) 按照式Qo=UN2BT ,可得到变压器电抗为 BT=Qo/UN2) (2-46) =0.16/1102=13.2210-6 (s) 画出它的等值电路 第71页/共132页三绕组变压器的绕组排列各绕组等效电抗相对大小与3个绕组在铁心上排列方式有关.三绕组变压器按其3个绕组排列方式不同分为升压结构和降压结构两种.无论哪种结构,因绝缘要求高压绕组总是排在外层

50、,中压和低压绕组均有可能排在中层.排在中层的绕组等值电抗小,具有不大负值.低压绕组位于中层,如图(a),低压绕组与高、中压绕组均电磁耦合紧密,有利于功率从低压侧向高、中压侧传送,常用于升压变压器中.中压绕组位于中层时,如图(b),中压绕组与高压绕组电磁耦合紧密,有利于功率从高压侧向中压侧传送,也有利于限制低压侧的短路电流,常用于降压变压器中.第72页/共132页三绕组变压器等值电路及参数三绕组变压器等值电路 (a)导纳表示的变压器等值电路；(b)功率表示的变压器等值电路三绕组变压器的等值电路如图,图中变压器励磁支路可以用导纳表示,也可以用与导纳对应的功率表示.三绕组变压器的基本参数有三侧绕组的