第二章 电力系统的等值网络.ppt

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1、第二章 电力系统的等值网络 本章主要介绍输电线路结构、线路和变压器的等值电路以及参数计算，然后介绍具有多个电压等级的电力网等值电路的形成，另外，介绍标么制及其算法。第一节 电力线路的结构导线导线避雷线避雷线绝缘子绝缘子金具金具杆塔杆塔架空线路架空线路电缆线路电缆线路电力线路电力线路导体导体绝缘层绝缘层保护包皮保护包皮2023/3/132导线导线-传导电流，担任传送电能的任务。传导电流，担任传送电能的任务。铝绞线，钢芯铝绞线，合金绞线、钢绞线铝绞线，钢芯铝绞线，合金绞线、钢绞线避雷线避雷线-将雷电流引入大地，保护电力线路免将雷电流引入大地，保护电力线路免 遭直击雷的破坏遭直击雷的破坏杆塔杆塔-支

2、撑导线和避雷线，使导线与导线、导支撑导线和避雷线，使导线与导线、导 线与大地保持一定的安全距离线与大地保持一定的安全距离绝缘子绝缘子-使导线和杆塔之间保持足够的绝缘距离使导线和杆塔之间保持足够的绝缘距离金具金具-连接导线，使导线固定在绝缘子上，并将连接导线，使导线固定在绝缘子上，并将 绝缘子固定在杆塔上。绝缘子固定在杆塔上。2023/3/133o架空线路的材料架空线路的材料-铜、铝和铝合金铜、铝和铝合金o避雷线的材料避雷线的材料-钢线钢线o钢芯铝绞线钢芯铝绞线：oLGJ-普通钢芯铝绞线，铝/钢的截面比为5.36.1;oLGJQ-轻型钢芯铝绞线,铝/钢的截面比为7.68.3;oLGJJ-加强型钢

3、芯铝绞线,铝/钢的截面比为44.5;o例如：LGJ240 表示普通钢芯铝绞线，其铝部分的截面积为240mm2o分裂导线的作用分裂导线的作用：减少导线的电晕损耗o 减少导线的电抗2023/3/134杆塔杆塔木杆木杆钢筋混凝土杆钢筋混凝土杆铁塔铁塔耐张杆塔（承力杆塔）耐张杆塔（承力杆塔）直线杆塔（中间杆塔、用得最多）直线杆塔（中间杆塔、用得最多）转角杆塔转角杆塔终端杆塔终端杆塔特殊杆塔（跨越杆塔、换位杆塔）特殊杆塔（跨越杆塔、换位杆塔）2023/3/135o档距档距-架空线路相邻杆塔间的水平距离架空线路相邻杆塔间的水平距离o钢筋混凝土杆钢筋混凝土杆-150400米米（110KV220KV）o铁塔铁

4、塔-150500米米o弧垂弧垂-导线的最低点与悬挂点之间的垂直距离导线的最低点与悬挂点之间的垂直距离o架空线对地的最小距离（居民区）：架空线对地的最小距离（居民区）：o35110KV-7米米o154220KV-7.5米米o330KV-8.5米米o线间距离线间距离：380/220V：0.61米米o610KV：0.81.5米米o110KV：34.5米米o220KV：57.5o330KV：610米米2023/3/136绝缘子绝缘子：用来支持和悬挂导线并使其与杆塔绝缘的元件瓷质、玻璃质、硅橡胶架空线绝缘子架空线绝缘子 针式绝缘子：35KV及以下 悬式绝缘子：35KV以上 35KV-3片 220KV-1

5、3片 60KV-5片 330KV-19片 110KV-7片 500KV-24片 2023/3/137o金具金具o -组装架空线的各种金属部件的总称o 悬垂线夹o 耐张线夹o 接续金具o 联结金具o 保护金具2023/3/138o-由于三相导线在杆塔上的排列常常是不对称的，将使三相导线的感性和容性电抗不对称，为此在线路上每隔一定距离将三相导线进行轮流变换位置，称为换位。换位的目的换位的目的2023/3/139第二节 电力线路的参数及等值电路n架空线路参数o分别用电阻分别用电阻r1、电抗电抗x1、电纳电纳b1、电导电导g1表示表示线路单位长度的参数。线路单位长度的参数。输输电电线线路路电阻电阻发热

6、效应发热效应电抗电抗磁场效应磁场效应电纳电纳电场效应电场效应电导电导电晕和泄漏损耗电晕和泄漏损耗2023/3/13101、线路电阻线路电阻 o使导线消耗有功并发热，造成电压降落。使导线消耗有功并发热，造成电压降落。（/km）r1-每相导线单位长度的电阻，每相导线单位长度的电阻，-导体材料的电阻率导体材料的电阻率S-导体的额定截面积导体的额定截面积2023/3/13112、线路电抗、线路电抗 当交流电流通过时，产生电抗压降并消耗无功功率。当交流电流通过时，产生电抗压降并消耗无功功率。x1-每相导线单位长度的电抗每相导线单位长度的电抗r-导线的半径导线的半径r-导体材料的相对导磁系数（取值导体材料

7、的相对导磁系数（取值1）Djp-三相导线的几何平均距离，简称几何均距三相导线的几何平均距离，简称几何均距 （/km）2023/3/1312任意布置：任意布置：按等边三角形布置：按等边三角形布置：按水平布置：按水平布置：几何均距主要与导线的具体布置有关几何均距主要与导线的具体布置有关注意注意：当三相导线为非正三角形布置时，由于各相导线相互间：当三相导线为非正三角形布置时，由于各相导线相互间在几何位置上不对称，即使通过平衡的三相电流，三相中各相在几何位置上不对称，即使通过平衡的三相电流，三相中各相导线的感抗值也不相等，导线的感抗值也不相等，为使三相导线的感抗值相等，输电线为使三相导线的感抗值相等，

8、输电线路的各相导线必须进行换位。路的各相导线必须进行换位。目前对电压在目前对电压在110KV以上，线路以上，线路长度在长度在100公里以上的输电线路一般均需要进行完全换位。公里以上的输电线路一般均需要进行完全换位。2023/3/13133、线路电纳线路电纳 o由于输电线路运行时各相间和相对地间都存在由于输电线路运行时各相间和相对地间都存在电位差，因而相间和相对地间有电容存在。电位差，因而相间和相对地间有电容存在。（S/km）b1-每相单位长度的容纳每相单位长度的容纳一般架空线路的一般架空线路的b1典型值为典型值为3*10-6（s/km）2023/3/13144、线路电导线路电导 o输电线路在输

9、送功率时，在周围的绝缘介质中还输电线路在输送功率时，在周围的绝缘介质中还会产生电晕损耗和绝缘子串的泄露损耗。会产生电晕损耗和绝缘子串的泄露损耗。（S/km）g1-每相线路单位长度的电导每相线路单位长度的电导Pg-三相线路每千米的三相总电晕损耗三相线路每千米的三相总电晕损耗U-U-线路线电压线路线电压2023/3/1315电晕产生的原因电晕产生的原因：导线表面的电场强度高于产生电晕的临界电场强导线表面的电场强度高于产生电晕的临界电场强避免电晕的措施避免电晕的措施：对不同电压等级的架空线限制其导线直径不小于某个最对不同电压等级的架空线限制其导线直径不小于某个最小值。小值。（6666KVKV及以下的

10、架空线路不必校验其最小直径）及以下的架空线路不必校验其最小直径）采用分裂导线或扩径导线。采用分裂导线或扩径导线。电晕的危害电晕的危害：电晕不仅损耗有功功率，还产生噪音，空气放电电晕不仅损耗有功功率，还产生噪音，空气放电时产生的脉冲电磁波对无线电通信、电视接收等时产生的脉冲电磁波对无线电通信、电视接收等产生干扰，使导线表面发生腐蚀，降低导线的使产生干扰，使导线表面发生腐蚀，降低导线的使用寿命。用寿命。2023/3/13165 5、输电线路的等值电路、输电线路的等值电路 o说明说明：o线路的四个参数实际上是沿线路均匀分布的，线路的四个参数实际上是沿线路均匀分布的，为简化计算，工程上按照线路的长度，

11、将其分为简化计算，工程上按照线路的长度，将其分为短线路、中等长度线路、长线路，对短线路、为短线路、中等长度线路、长线路，对短线路、中等长度线路，用集中参数等值电路表示，对中等长度线路，用集中参数等值电路表示，对长线路计及分布参数的特性。长线路计及分布参数的特性。2023/3/13171 1）短线路）短线路 o长度不超过长度不超过100km的架空线路，线路电压不的架空线路，线路电压不高时可略去电纳高时可略去电纳B，Z=R+jX2023/3/13182 2）中等长度线路）中等长度线路 o长度在长度在100300km之间的架空线和不超过之间的架空线和不超过100km的电缆线路。采用的电缆线路。采用“

12、”或或“T”形等值形等值电路表示。其中电路表示。其中“”形等值电路在工程中的形等值电路在工程中的应用较广。应用较广。2023/3/13193 3）长线路）长线路 o长长度度超超过过300km的的架架空空线线路路和和长长度度超超过过100km的电缆线路。的电缆线路。o工程上如果只要求计算线路的始末端电压、工程上如果只要求计算线路的始末端电压、电流和功率，仍可采用集中参数来表示，其电流和功率，仍可采用集中参数来表示，其中线路的总电阻、总电抗、总容纳用修正系中线路的总电阻、总电抗、总容纳用修正系数来修正。数来修正。2023/3/1320第三节 变压器的参数和等值电路o作用：电能经济传输、合理地分配和

13、安全使用o按相数分：单相变压器、三相变压器。o按每相绕组数分：双绕组变压器、三绕组变压器、自耦变压器等。o变压器结构n绕组：原边绕组（一次）、副边绕组（二次）n铁心2023/3/13211 1、双绕组变压器的等值电路、双绕组变压器的等值电路 o双绕组变压器的等值电路：用一相表示，双绕组变压器的等值电路：用一相表示，反映励磁支路的导纳接在电源侧，有时为反映励磁支路的导纳接在电源侧，有时为了简化计算，略去变压器的导纳。了简化计算，略去变压器的导纳。一字形等值电路一字形等值电路形等值电路形等值电路2023/3/1322电阻（一、二次绕组总的电阻）（）PKN-变压器的额定短路容量，变压器的额定短路容量

14、，KW；SN-变压器的额定容量，变压器的额定容量，MVA；UN-变压器的额定电压，变压器的额定电压，KV。2023/3/1323电抗（一、二次绕组总的电抗）（）UK%为短路电压百分值为短路电压百分值产生铜损产生铜损2023/3/1324电导（铁芯损耗）（S）P0-变压器的空载损耗，变压器的空载损耗，KW；UN-变压器的额定电压，变压器的额定电压，KV。产生铁损产生铁损2023/3/1325电纳（励磁特性）（S）I0%为变压器空载电流百分值为变压器空载电流百分值注意注意：上述计算结果是指归算到某一电压侧的值，公：上述计算结果是指归算到某一电压侧的值，公式中代入哪一侧的电压，就是归算到哪一侧的参数

15、。式中代入哪一侧的电压，就是归算到哪一侧的参数。2023/3/13262 2、自耦变压器等值电路、自耦变压器等值电路n自自耦耦变变压压器器的的等等值值电电路路和和参参数数与与普普通通变变压压器器基基本本相同。相同。n三绕组自耦变压器o 低压绕组独立，一般接成三角形，其容量小于变压器容量。o 高压和中压绕组一般接为Y型，中性点直接接地。o自耦变压器短路试验中，高低、中低间的数据（短路损耗和短路电压百分数）需先进行折算，再进行计算。2023/3/13273、电力变压器的结构及铭牌参数、电力变压器的结构及铭牌参数变压器的型式变压器的型式：普通、自耦变、分裂变普通、自耦变、分裂变 油浸式、干式油浸式、

16、干式 三相、单相三相、单相 双绕组、三绕组双绕组、三绕组 有载调压、普通有载调压、普通(不能有载调压不能有载调压)接线组别接线组别 冷却方式冷却方式2023/3/1328结构结构：铁铁芯芯、绕绕组组、油油箱箱、引引出出线线、绝绝缘缘套套管管、分分接接开关、冷却系统、保护装置开关、冷却系统、保护装置铭牌参数铭牌参数：额额定定容容量量、额额定定电电压压、短短路路电电压压百百分分值值、空空载载电流百分值、短路损耗、空载损耗等电流百分值、短路损耗、空载损耗等2023/3/1329变压器变压器o型号型号产品型号产品型号高压绕组电压等级（高压绕组电压等级（KV）额定容量（额定容量（kVA）设计序号设计序号

17、相数，单相相数，单相D，三相三相S绕组外绝缘介质，变压器油绕组外绝缘介质，变压器油，空气，空气G（K），），成型固体成型固体C冷却方式，油浸自冷（冷却方式，油浸自冷（J），空气自冷空气自冷，风冷风冷F，水冷水冷W（S）油循环方式，自然循环油循环方式，自然循环，强迫油导向循环，强迫油导向循环D，强迫油循环强迫油循环P绕组数，双绕组绕组数，双绕组，三绕组，三绕组S调压方式，无激磁调压调压方式，无激磁调压，有载调压，有载调压Z绕组导线型号，铜绕组导线型号，铜，铝（，铝（L）绕组耦合方式，自耦绕组耦合方式，自耦O注：自耦变作升压用时，注：自耦变作升压用时，O列在型号后，作降压用时列在型号后，作降压用时

18、O列在型号前列在型号前2023/3/1330变压器的短路试验变压器的短路试验：将一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压，使短路一侧的将一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压，使短路一侧的电流达到额定电流，此时，测得变压器的有功功率损耗电流达到额定电流，此时，测得变压器的有功功率损耗为短路损耗。为短路损耗。短路损耗短路损耗-由于短路试验时施加的电压比额定电压小由于短路试验时施加的电压比额定电压小得多，故铁损很小可略去不计，则短路损耗近似等于变得多，故铁损很小可略去不计，则短路损耗近似等于变压器的绕组通过额定电流时在一、二次绕组电阻上产生压器的绕组通过额定电流时在一、二次绕组电阻上产生的铜损，由此可计算变压器

19、的一、二次绕组的等值电阻。的铜损，由此可计算变压器的一、二次绕组的等值电阻。短路电压百分数短路电压百分数-变压器绕组中通过额定电流时在阻变压器绕组中通过额定电流时在阻抗上产生的电压降相对于额定电压的百分数，由于大型抗上产生的电压降相对于额定电压的百分数，由于大型变压器的电抗远大于电阻，由此可计算变压器的一、二变压器的电抗远大于电阻，由此可计算变压器的一、二次绕组的总的等值电抗。次绕组的总的等值电抗。2023/3/1331变压器的空载试验变压器的空载试验：变压器的一侧开路，另一侧加额定电压，测得变压器变压器的一侧开路，另一侧加额定电压，测得变压器的有功损耗即空载损耗，空载电流对额定电流的百分的有

20、功损耗即空载损耗，空载电流对额定电流的百分数即空载电流百分数。数即空载电流百分数。空载损耗空载损耗-空载电流相对于额定电流小得多，空载时空载电流相对于额定电流小得多，空载时绕组上的功率损耗很小，因此近似认为变压器的空载绕组上的功率损耗很小，因此近似认为变压器的空载损耗为铁芯损耗，用电导表示，故由空载损耗可计算损耗为铁芯损耗，用电导表示，故由空载损耗可计算变压器的等值电导。变压器的等值电导。空载电流百分数空载电流百分数-变压器的空载电流中包含有功分量变压器的空载电流中包含有功分量和无功分量，与空载损耗对应的是有功分量，与励磁和无功分量，与空载损耗对应的是有功分量，与励磁功率对应的是无功分量，由于

21、有功分量很小，因而无功率对应的是无功分量，由于有功分量很小，因而无功分量和空载电流近似相等，由此可计算表示变压器功分量和空载电流近似相等，由此可计算表示变压器励磁特性的参数电纳。励磁特性的参数电纳。2023/3/1332第四节 电力系统的等值网络o建立多电压等级电力网的等值电路，必须将各元件的参数以及这些元件所处电压等级的电流、电压由所在电压等级归算到同一电压等级。o基本级o通常取电力网中最高电压级为基本级。2023/3/1333o电力系统的标称电压电力系统的标称电压 o3、6、10、35、60、110、220、330、500、750 KVo电力系统的最高电压电力系统的最高电压 o3.6、7.

22、2、12、40.5、72.5、126、252、363、550、800 KV 2023/3/1334o不同标称电压下的合理传输距离和传输功率范围不同标称电压下的合理传输距离和传输功率范围 o标称电压标称电压(KV)输送输送 输送功率输送功率(KW)输送距离输送距离(Km)o 0.22 架空线架空线 小于小于50 0.15o 0.22 电缆电缆 小于小于100 0.2o 0.38 架空线架空线 100 0.25o 0.38 电缆电缆 175 0.35o 3 架空线架空线 1001000 31o 6 架空线架空线 2002000 103 o 6 电缆电缆 3000 小于小于8o 10 架空线架空线

23、2003000 205o 10 电缆电缆 5000 小于小于10o 35 架空线架空线 200010000 5020o 110 架空线架空线 1000050000 15050o 220 架空线架空线 100000500000 300200o 330 架空线架空线 2000001000000 200600o 500 架空线架空线 10000001500000 3001000 2023/3/1335标么值n有名值：以实际数字和明确单位表示其量值。n标么值o标么值是一个相对值，本身无单位；o基准值为与实际值同单位的量。基准值不同，标么值也不同。2023/3/1336n选定电压、电流、功率、阻抗和导纳

24、的基准值为Uj、Ij、Sj、Zj、Yj时2023/3/1337o基准值的选择n原则上是任意的。但通常选取某设备的额定值或整个系统选取一个便于计算的共同基准值。n基准值Sj、Uj、Ij、Zj、Yj之间满足基本电路关系即功率方程和欧姆定律2023/3/1338o标么制的优点n三相计算公式与单相相同，省去了3。n大大简化了计算。n各型号设备参数便于比较，易于识别设备性能。n容易对计算结果分析、比较和判断。o缺点：无量纲，物理概念不直观。2023/3/1339基本概念1、电力线路结构、架空线路、电缆线路及其组成部分；、电力线路结构、架空线路、电缆线路及其组成部分；2、杆塔的种类、作用；、杆塔的种类、作用；3、绝缘子的型式、对应不同电压等级的规程；、绝缘子的型式、对应不同电压等级的规程；4、电阻、电抗、电导、电纳形成的原因及在交流线路中的特、电阻、电抗、电导、电纳形成的原因及在交流线路中的特点；点；5、变压器的、变压器的5个参数，铭牌参数，铜损，铁损；个参数，铭牌参数，铜损，铁损；6、电晕及其作用；、电晕及其作用；7、额定电压等级，有名值；、额定电压等级，有名值；8、标么值的意义；、标么值的意义；9、架空线路换位的目的；架空线路换位的目的；10、分裂导线的优点；、分裂导线的优点；11、线路、变压器的等值电路。、线路、变压器的等值电路。2023/3/1340