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1、课程：电力工程基础,主 讲：闫根弟,第二章 电力网及其稳态分析,2.1 电力线路的结构2.2 输电线路的电气参数2.3 电力网参数计算中变压器参数的计算方法2.4 输电线路的等值电路2.5 电力网电压计算2.6 电力系统的无功平衡和电压调节2.7 电力系统的有功平衡和频率调节2.8 电力网的功率损耗和电能损耗2.9 电力系统潮流分布计算2.10 输电线路导线截面的选择2.11 电力系统的中性点接地方式,电力线路可分为架空线路与电缆线路两大类。,一架空线路的结构,架空线路主要由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等部件组成，如图2-1所示。,图2-1 架空线路的结构,（一）导线和避雷线
2、：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。,2.1 电力线路的结构,架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种，如图2-2所示。,图2-2 裸导线的构造a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线,导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝和钢。导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类，高压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。,架空导线的型号有：,TJ铜绞线,LJ铝绞线，用于10kV及以下线路,LGJ钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路,GJ钢绞线，用作避雷线,钢芯铝绞
3、线按其机械强度的大小,可分为普通型、轻型、加强型三种。它们的主要差别在于铝钢截面比。铝钢截面比越小，机械强度越大；反之，导线质量越轻。 通常，轻型结构（标号为LGJQ）的铝钢截面比为8.08.1；普通型结构（标号为LGJ）的铝钢截面比为5.36.0；加强型结构（标号为LGJJ）的铝钢截面比为4.34.4。,三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；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；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
4、在下面。,导线在杆塔上的排列方式：,（二）杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。,按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。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。,横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安装方式和使用地点等。,杆塔的分类,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。,直线杆塔转角杆塔耐张杆塔终端杆塔换位杆塔跨越杆塔,用来悬挂导线，仅承受导线自重、覆冰重及风压，是线路上使用最多的一种杆塔。,装设于线路的转角处，必须承受不平衡的拉力。,又称分段杆塔
5、或承力杆塔，用来承担线路正常及故障（如断线）情况下导线的拉力，对强度要求较高。,设置在进入发电厂或变电所线路末端的杆塔，由它来承受最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物的拉力。,用在110kV及以上的电力线路中，是为了在一定长度内实现三相导线的轮流换位，以便三相导线的电气参数均衡而设计的一种特殊杆塔。,位于线路跨越河流、山谷等地方，因中间无法设置杆塔，档距很大，故其高度较一般杆塔为高。,瓷横担的特点：有良好的电气绝缘性能，兼有绝缘子和横担的双重功能，能节约大量的木材和钢材，有效地降低杆塔的高度，可节省线路投资30%40%。,（三）绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足
6、够的绝缘距离；金具是用来连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。,针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小转角杆塔上。悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7片串接）。 棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以下线路应用比较广泛。,高压针式绝缘子,低压针式绝缘子,高压线路拉棒绝缘子,高压线路瓷横担绝缘子,线路盘形悬式绝缘子,复合针式绝缘子,复合棒式绝缘子,线路金具、U型抱箍、挂板,杆顶帽、拉线抱箍,二电缆线路的结构,（一）电缆的结构：包括导体、绝缘层
7、和包护层三部分。,分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面是圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用扇形，如图2-3所示。,图2-3 扇形三芯电缆1导体 2纸绝缘 3铅包皮 4麻衬 5钢带铠甲 6麻被,导体：由铜或铝的单股或多股绞线制成，通常用多股线。,绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。 包护层：分内护层和外护层两部分。内护层由铝或铅制成，用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行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
8、外界的机械损伤和化学腐蚀。,输电线路的参数是指线路的电阻、电导、电感和电容。,一、电阻,单根导线单位长度的直流电阻为：,导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%1%，主要是因为：,应考虑集肤效应和邻近效应的影响；导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度大;导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。,通常取 ;,2.2 输电线路的电气参数,需要指出：手册中给出的 r1值，则是指温度为20时的导线电阻，当实际运行的温度不等于20时，应按下式进行修正：,式中，为电阻的温度系数(1/)，铜取0.00382（1/），铝取0.0036（1/）。,二、电抗：,每相导线单位长度的等值电抗为：,式中，r
9、为相对磁导率，铜和铝的 ; r为导线半径（m）；Djp为三相导线的线间几何均距（m）。,注意：为了使三相导线的电气参数对称，应将输电线路的各相导线进行换位，如图2-4所示。,图2-4 一次整循环换位,若三相导线等边三角形排列，则,若三相导线水平等距离排列，则,通常架空线路的电抗值在0.4/km左右，则,三、电导：,电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗 。,说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。,电晕现象：在架空线路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，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象。,
10、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（S/km）为：,因此，,式中， 为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。,注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为 。,在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导线最小外径：110kV导线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径不应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压；220kV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的等值半径，提高电晕临界电压,四、电纳：,每相导线单位长度的等值电
11、容（F/km）为：,则单位长度的电纳（S/km）为：,一般架空线路b1的值为 S/km左右，则,一、双绕组变压器的参数计算,双绕组变压器采用型等效电路，如图2-5所示。35kV及以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。,注意：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；因为前者为感性，后者为容性。,图2-5 双绕组变压器的等效电路a）型等效电路 b）励磁支路用功率表示的等效电路 c）简化等效电路,2.3 电力网参数计算中变压器参数的计算方法,电阻RT：,由于,所以 （）,电抗XT：,由于,对小容量变压器， 则,所以 （）,电导GT：,变压器的电导
12、是用来表示铁心损耗的。,电纳BT：,变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。,由 得：,因此 （S）,说明：以上各式中， U 、S、P、Q、的单位分别为kV、kVA、kW和kvar。,所以 （S）,二三绕组变压器,三绕组变压器的等效电路如图2-6所示。,图2-6 三绕组变压器的等效电路a）励磁回路用导纳表示 b）励磁回路用功率表示,电阻RT1、 RT2、 RT3,三绕组变压器容量比有三种不同类型：,100/100/100：三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%；100/50/100：第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。,通过
13、短路试验可得到任两个绕组的短路损耗 、 、 ，则每一个绕组的短路损耗为,对100/100/100的变压器：,电导GT与电纳BT ：,同双绕组变压器,这里不再重复。,由 得：,所以,短路试验有两组数据是按50%容量的绕组达到额定容量时测量的值。因此，应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进行折算，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,式中， 、 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。,对100/100/50和100/50/100的变压器：,电抗XT1、 XT2、XT3,所以,由 得：,说明：1）厂家给出的短路电压
14、百分数已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，其短路电压百分数不必再进行折算。2）参数计算时，要求将参数归算到哪一电压等级，则计算公式中的 UN为相应等级的额定电压。,2.4 输电线的等值电路,短距离输电线路 ：,用于长度不超过100km的架空线路（35kV及以下）和线路不长的电缆线路（10kV及以下）。,中距离输电线路：,（110220kV）和长度不超过100km的电缆线路（10kV以上）。,用于长度为100300km的架空线路,图2-7 短距离输电线路,图2-8 中距离输电线路a）型 b）T型,一、电压降落的计算,电压降落:,是指线路首末端电压的相量差，即,图2-9a中，阻抗中流过的电流为 ，相量图如图2-9b所示。,图2-9 输电线路的型等效电路及相量图a）等效电路 b）相量图,2.5 电力网的电压计算,当负荷为感性时，,因此,其中： 电压降落的纵分量,电压降落的横分量,线路首端电压有效值为：,首末端电压的相位差为：,
