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1、电力系统各元件的特性和数学 模型姜彤 华北电力大学 2008-01-14*1电力线路的结构导线避雷线绝缘子金具杆塔架空线路电缆线路电力线路导体绝缘层保护包皮Date2架空线路导线-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 避雷线-将雷电流引入大地，保护电力线路免遭直击雷的破坏 杆塔-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 绝缘子-使导线和杆塔之间保持足够的绝缘距离 金具-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。 Date3导线和避雷线l架空线路的材料-铜、铝和铝合金l避雷线的材料-钢线l钢芯铝绞线：lLGJ-普通钢芯铝绞线，铝/钢
2、的截面比为5.36.1;lLGJQ-轻型钢芯铝绞线, 铝/钢的截面比为7.68.3;lLGJJ-加强型钢芯铝绞线, 铝/钢的截面比为44.5;l例如：LGJ240 表示普通钢芯铝绞线，其铝部分的 截面积为240mm2l分裂导线的作用：减少导线的电晕损耗l 减少导线的电抗Date4杆塔木杆 钢筋混凝土杆铁塔耐张杆塔 (承力杆塔)直线杆塔 (中间杆塔)转角杆塔终端杆塔特殊杆塔 (跨越杆塔、换位杆塔)杆塔Date5换位l定义：l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。l目的：l消除由于位置原因引
3、起的不对称电抗l因此消除产生的电流畸变Date6概念l档距-架空线路相邻杆塔间的水平距离 l 钢筋混凝土杆-150400米 （110KV220KV） l 铁塔-150500米l弧垂-导线的最低点与悬挂点之间的垂直距离l架空线对地的最小距离（居民区）： l 35110KV-7米 l 154220KV-7.5米 l 330KV-8.5米 l线间距离 ：380/220V：0.61米 l 610KV： 0.81.5米 l 110KV： 34.5米 l 220KV：57.5 l 330KV：610米Date7绝缘子l材质：瓷质、玻璃质、硅橡胶l架空线绝缘子：l针式绝缘子： 35KV及以下l悬式绝缘子：3
4、5KV以上l长度： l35KV-3片 220KV-13片l60KV-5片 330KV-19片 l110KV-7片 500KV-24片 Date8金具l定义l-组装架空线的各种金属部件的总称l包括：l悬垂线夹l耐张线夹l接续金具l联结金具l保护金具l.Date9输电线路的电气参数 输 电 线 路电阻 发热效应电抗 磁场效应电纳 电场效应电导 电晕和泄漏损耗Date101、线路电阻 l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，-导体材料的电阻率S-导体的额定截面积 Date112、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。 x1-每相导线单位长
5、度的电抗 r-导线的半径 n-导线的分裂数 Djp-三相导线的几何平均距离，简称几何均距（/km ） 铜、铝导线钢导线与铜铝导线的主要差别在于钢导线导磁，以致它的两个与 磁场之间或间接有关的参数电阻和电抗，也与铜铝导线不同 。钢导线的电阻和电控难以用分析方法决定，主要依靠实测。Date12几何均距主要与导线的具体布置有关l任意布置：l按等边三角形布置：l按水平布置：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，为使三相 导线的感抗值相等，输电线路的各相导线必须进行换 位。目前对电压在110KV以上，线路长度
6、在100公里 以上的输电线路一般均需要进行完全换位。Date133、线路电纳 l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。（S/km） b1-每相单位长度的容纳一般架空线路的b1典型值为3*10-6（s/km） Date144、线路电导l电晕产生的原因：l导线表面的电场强度高于产生电晕的临界电场 强l是强电场作用下导线周围空气的电离现象l与导线本身有关，还与导线周围空气的条件有 关l电晕的危害：l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、电视接收等产生干扰，使导线表面发 生腐蚀，降低导线的使用寿命 Date15电晕功率
7、损耗l电晕损耗功率与电压的平方成正比，线 路实际运行电压高于电晕临界电压时， 将发生电晕。这是，每相电晕损耗功率 可按下式计算：Pc-电晕损耗功率（kW/km）U -线路实际运行相电压（kV）Ucr -电晕临界电压（kV）Kc -与空气相对密度、概率、导线的几何尺寸等有关的系数Date16线路电导 l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。（S/km）g1-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U-线路线电压 Date17避免电晕的措施l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。（66KV及以下的架空线 路不必校验其最
8、小直径）l采用分裂导线或扩径导线l应该指出l实际上，由于泄漏通常很小，而在设计 线路时，就已经检验了所选导线的半径能 否满足清凉天气不发生电晕的要求l一般情况下都可以设 g=0。Date185、输电线路的等值电路 l说明：l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，将其分为短线路、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，对长线路计及分布参 数的特性。 Date191）短线路 l长度不超过100km的架空线路，线路电 压不高时可略去电纳B，Z=R+jX Date202）中等长度线路 l长度在100300km之间的架空线和不超
9、过100km的电缆线路。采用“”或“T”形等 值电路表示。其中“”形等值电路在工程 中的应用较广。 Date213）长线路 l长度超过300km的架空线路和长度超过 100km的电缆线路。l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，其中线路的总电阻、总电抗、总 容纳用修正系数来修正。 Date22变压器参数及等值电路Date231、双绕组变压器的等值电路 l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 时为了简化计算，略去变压器的导纳。 一字形等值电路形等值电路 Date24电阻（一、二次绕组总的电阻） （） PKN-变压器的额定短
10、路容量，KW；SN-变压器的额定容量，MVA；UN-变压器的额定电压，KV。 Date25电抗（一、二次绕组总的电抗） （） UK%为短路电压百分值 Date26电导（铁芯损耗） （S ） P0-变压器的空载损耗，KW；UN-变压器的额定电压，KV。 Date27电纳（励磁特性） （S） I0%为变压器空载电流百分值 注意：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。 Date282、电力变压器的结构及铭牌参数l变压器的型式：l普通、自耦变、分裂变l油浸式、干式l三相、单相l双绕组、三绕组 l有载调压、普通(不能有载调压)l接线组别l冷却方式Date
11、29电力变压器结构l结构：l铁芯、绕组、油箱、引出线、绝缘套管 、分接开关、冷却系统、保护装置l铭牌参数：l额定容量、额定电压、短路电压百分值 、空载电流百分值、短路损耗、空载损耗 等Date30l其中产品型号如下所示。变压器型号产品型号高压绕组电压等级(KV) 额定容量（kVA）设计序号Date31变压器产品型号相数，单相D，三相S绕组外绝缘介质，变压器油 ，空气G（K），成型固体C冷却方式，油浸自冷（J） ，空气自冷 ，风冷F，水冷W（S）油循环方式，自然循环 ，强迫油导向循环D，强迫油循环P绕组数，双绕组 ，三绕组S调压方式，无激磁调压 ，有载调压Z绕组导线型号，铜 ，铝（L）绕组耦合方
12、式，自耦O注：自耦变作升压用时，O列在型号后，作降压用时O列在型号前Date32变压器型号举例l ODFPSZ-250000/500l OSFPSZ-360000/500l SFP-300000/500l SSP3-180000/220l SFPZ7-20000/220l SFPS1-180000/220l SSPSO3-120000/220Date33变压器的短路试验l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 损耗为短路损耗。l短路损耗l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压器的绕组通过额
13、 定电流时在一、二次绕组电阻上产生的铜损，由此可计算变 压器的一、二次绕组的等值电阻。l短路电压百分数l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。Date34变压器的空载试验l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 数即空载电流百分数。l空载损耗l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。 l空载电流百分数l变压器的空载电流
14、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 可计算表示变压器励磁特性的参数电纳。 Date35电力系统的负荷类型l负荷-用户的用电设备所消耗的功率称 为负荷，也称电力系统综合用电负荷。l用电设备包括：异步电动机、同步电动 机、电热炉、整流设备、照明设备等。l负荷曲线-某一时间段内用电负荷随时 间变化的曲线图。Date36负荷曲线的种类有功负荷曲线 日负荷曲线无功负荷曲线 年负荷曲线用户负荷曲线电力线路负荷曲线变电所负荷曲线发电厂负荷曲线电力系统负荷曲线Date37有功日负荷曲线（折线法）l几个名词：l日最小负荷l尖峰负荷或最 大负荷l最小负荷以下 的负荷l最大与最小负 荷之差l用途：l是系统调度部 门安排电能生产计 划的基础Date38有功日负荷曲线（阶梯法）Date39日负荷曲线l根据日负荷曲线可以计算用户的日用电 量l进而可以求出日平均负荷Date40日负荷曲线l负荷率反映负荷曲线的起伏情况负荷率值越小，表明负荷曲线起伏越大 ，发电机的利用率较差。负荷率值越大，说明曲线越接近直线， 一天各时段负荷波动小。日平均负荷日最大负荷Date41日负荷曲线l负荷曲线对电力系统有很重要的意义， 它是安排日发电计划，确定各发
