电力系统稳态分析基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章 电力系统稳态分析基础,电气工程基础,9/21/2024,第四章 电力系统稳态分析基础,本章要求,1.熟悉电力线路的基本结构；,2.掌握输电线路等值电路及参数计算；,3.掌握变压器等值电路及参数计算；,4.掌握开式电力网的潮流计算方法；,5.了解闭式电力网的潮流计算方法；,6.掌握输电线路导线截面的计算与选择方法；,7.熟悉电力网电能损耗计算；,8.掌握电力网降损措施。,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数及等值电路,4.2 简单电力网的潮流计算,4.3 输电线路导线截面的选择,4.4 电力网的电能损耗,第四章 电力系统稳态计算基础,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,一、电力线路的结构,1架空线路,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4.1所示。,图4.1 架空线路的结构,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,一、电力线路的结构,1架空线路,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,一、电力线路的结构,1架空线路,导线和避雷线：,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,。,图4.2 裸导线的构造,a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线,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4.2所示。,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,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,TJ铜绞线 ，特殊应用，例：TJ-16；TJ-25,LJ铝绞线，用于10kV及以下架空线路，,例：TJ-16；TJ-25,LGJ钢芯铝绞线，用于35kV及以上架空线路 ，例：,LGJ-400/50,GJ钢绞线，用作避雷线,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,分裂导线来防止电晕并减小线路感抗,9/21/2024,档距,：同一线路上相邻两根杆塔之间的水平距离称为架空线路的档距（或跨距）。,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距离称为弧垂。,线间距离,：,380V,为,0.4,0.6m,；,6,10kV,为,0.8,1m,；,35kV,为,2,3.5m,；,110kV,为,3,4.5m,。,4.1 电力系统元件参数和等值电路,架空线路的几个概念,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,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，通讯线路应在下面。,导线在杆塔上的,排列方式,：,架空线路的几个概念,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,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。,9/21/2024,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,绝缘子和金具：,绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝缘距离；,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。,9/21/2024,1.,架空输电线,避雷线,导线（四分裂）,杆塔,绝缘子串,典型架空输电线路的照片,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,双分裂导线,9/21/2024,500kV换位塔,9/21/2024,大型跨越塔,10kV跨越塔,9/21/2024,同杆双回塔,10kV同杆双回塔,9/21/2024,转角塔,9/21/2024,不同材料的绝缘子,钢化玻璃绝缘子,瓷绝缘子,合成绝缘子,9/21/2024,绝缘子形式,针式绝缘子,瓷横担绝缘子,悬式绝缘子,9/21/2024,电压等级与直线杆塔上悬垂绝缘子串中绝缘 子数量的关系,系统标称电压（,kV,）,35,63,110,220,330,500,每串绝缘子片数,3,5,7,13,1719,2528,9/21/2024,金具,9/21/2024,金具种类,并沟线夹（接续金具）,悬垂线夹,耐张线夹,联结金具（Z型挂板）,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,2电缆线路,与架空线相比较,缺点：,造价高；故障后检测故障点位置和修复困难；,优点：,占用土地面积少；受外力及环境破坏的概率低，因而供电可靠；对人身较安全；可使城市环境美观。,应用：,在发电厂和变电所的进出线处，在线路需穿过江河处，在缺少空中走廊的大城市中，以及国防或特殊需要的地区，往往都要采用电力电缆线路。此外，采用直流输电的电缆线路完成跨海输电会更显示其优越性。,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,2电缆线路,电缆的结构：,包括,导体、绝缘层和保护包皮,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。,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：,由多股铜绞线或铝绞线制成。,9/21/2024,4.1 电力系统元件参数和等值电路,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。,保护包皮,：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，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。,2电缆线路,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,9/21/2024,2.电缆线路,9/21/2024,电缆的敷设方式：,4.1 电力系统元件参数和等效电路,直接埋入土中,：埋设深度一般为,0.7,0.8m,，应在冻土层以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于散热。,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。,穿管敷设,：当电力电缆在室内明敷或暗敷时，为了防电缆受到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。,2.电缆线路,9/21/2024,二、输电线路的参数计算及等值电路,1输电线路的参数计算,电力系统三相对称运行时，电力线路的等值电路是以导线的,电阻,、,电抗,（电感）以及导线的对地,电导,、,电纳,（电容）为参数组成的,单相电路,。,9/21/2024,二、输电线路的参数计算及等值电路,1输电线路的参数计算,电阻,反映线路导体通过电流时产生的有功功率损失；,电抗（电感）,反映载流线路周围产生的磁场效应；,电导,反映,电晕现象,及,绝缘子泄露电流,产生的有功功率损失；,电纳（电容）,反映载流线路周围产生的电场效应。,注意：这些参数是沿线路均匀分布的。,9/21/2024,二、输电线路的参数计算及等值电路,1输电线路的参数计算,电阻：,单根导线的单位长度,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长,;,导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。,通常取 ;,9/21/2024,工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值,r,1,，则,需要指出：,手册中给出的,r,1,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、输电线路的参数计算及等值电路,9/21/2024,电抗：,每相导线单位长度的等值电抗为：,二、输电线路的参数计算及等值电路,式中，,r,为相对磁导率，铜和铝的 ;,r,为导线半径（m）；,为三相导线的线间几何均距（m）。,ge,D,9/21/2024,二、输电线路的参数计算及等值电路,若为分裂导线，式中的r用r,eq,替代，考虑分裂根数m即可。,m,为每相导线的分裂根数；,r,为分裂导线的每一根子导线的半径；,d,1,k,为分裂导线一相中第1根与第,k,根子导线之间的距离，,k,=2,3,m,；为有示连乘运算的符号。,9/21/2024,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。,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,二、输电线路的参数计算及等值电路,三相导线的布置方式,a）等边三角形布置 b）水平等距布置,9/21/2024,电纳：,每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：,则单位长度的电纳（S/km）为：,一般架空线路,b,1,的值为 S/km左右，则,电导：,电导参数是反映沿线路绝缘子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。,二、输电线路的参数计算及等值电路,9/21/2024,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。,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 。,二、输电线路的参数计算及等值电路,9/21/2024,表4.2 不需计算电晕的导线最小直径（海拔不超过1000m）,额定电压(kV),60以下,110,154,220,330,500,750,导线外径(mm),不限制,9.6,13.7,21.3,33.2,221.3,相应导线型号,LGJ-50,LGJ-95,LGJ-600,LGJ-600,LGJ-240,LGJQ-4002,LGJQ-5004,二、输电线路的参数计算及等值电路,9/21/2024,2输电线路的等效电路,二、输电线路的参数计算及等值电路,分布参数等值电路,9/21/2024,2输电线路的等效电路,一字型等效电路,：,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）。,型或,T,型等效电路：,（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4.21 一字型等效电路,图4.22 型或T型等效电路,a）型 b）T型,二、输电线路的参数计算及等值电路,例4.1 例4.2,9/21/2024,4.1 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,1双绕组变压器,双绕组变压器采用型等效电路。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。,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,9/21/2024,电阻,R,T,：,由于,所以 （）,电抗,X,T,：,由于,对小容量变压器， 则,所以 （）,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,电导,G,T,：,变压器的电导是用来表示铁心损耗的。,电纳,B,T,：,变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。,所以 （S）,因此 （S）,说明：,以上各式中，,U,、,S,、,P,、,Q,、的单位分别为,kV、MVA、kW,和,kvar,。,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,三绕组变压器,三绕组变压器的等效电路如图3-19所示。,图4.26 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,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,电阻,R,T1,、,R,T2,、,R,T3,三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%,。,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,由 得：,所以,通过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：,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,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：,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,电抗,X,T1,、,X,T2,、,X,T3,所以,由 得：,电导,G,T,与电纳,B,T,：,同双绕组变压器。,说明：,1）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,U,N,为相应等级的额定电压。,三、变压器的参数计算及等效电路,9/21/2024,3自耦变压器的,参数和等值电路,三、变压器的参数计算及等效电路,电力系统中使用的一般是三绕组自耦变压器，其电气接线如图,4.28,（,a,）所示。就端子等效而言，它和普通三绕组变压器一样的，见图,4.28,（,b,）。因此，自耦变压器的参数和等值电路的确定也和普通变压器相同。,9/21/2024,3自耦变压器的,参数和等值电路,因自耦变压器第三绕组的容量小于变压器的额定容量,S,N,，,而短路试验数据中的 一般是未经,归算的。,、,所以，用此数据进行参数计算时有一个容量归算问题，,即需将短路损耗乘以 ，将短路电压百分值乘以,例4.3 例4.4,9/21/2024,4变压器的,型等值电路,三、变压器的参数计算及等效电路,通常在变压器等值电路中，变压器的阻抗是折算到高压侧的，因此计算得到的低压侧电压、电流也均为折算到高压侧的数值。,为直接求出低压侧的实际电压与实际电流，可在变压器等值电路中，增加一个只反映变比的,理想变压器。,所谓,理想变压器,是一种无损耗、无漏磁，也不需要励磁电流的变压器。,9/21/2024,如果不计励磁支路或将励磁支路另外处理,4变压器的,型等值电路,例4.5,9/21/2024,四、发电机和负荷的参数及等值电路,1.发电机的参数及等值电路,（1）发电机的电抗,制造厂一般给出以电机额定阻抗为基准的发电机电抗百分比,X,G,(%)，即,9/21/2024,（2）发电机的等值电路,四、发电机和负荷的参数及等值电路,1.发电机的参数及等值电路,图4.34 发电机的等值电路,(a) 以电压源表示； (b) 以发出的功率表示；,(c) 以发出的有功功率及机端电压表示,9/21/2024,四、发电机和负荷的参数及等值电路,2.负载的参数及等值电路,图4.35 负荷的等值电路,(a) 以功率表示； (b) 以阻抗表示； (c) 以导纳表示,9/21/2024,4.2 简单电力网的潮流计算,电力网潮流计算计算的任务：,针对具体的电力系统（已知电力系统的结构及联接关系），根据给定的,有功、无功负荷,，,发电机发出的有功功率以及发电机母线电压有效值,，求解电力网中其它各母线的电压、各条线路中的功率以及功率损耗等。,潮流计算不仅经常进行，而且还是其它计算的基础。,9/21/2024,3.3 简单电力网的潮流计算,一、电压降落、电压损失和电压偏移,1. 电压降落:,指线路首末端电压的相量差，即,9/21/2024,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,则,上式两侧乘以 可把相电压相量改为线电压相量，单相功率也可以改用三相功率表示，即,9/21/2024,线路首端电压有效值为：,首末端电压的相位差为：,说明：,上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功功率,Q,前面的符号应改变。,9/21/2024,2电压损失,:,线路首末端电压的代数差，即,因此,将 按二项式定理展开并取前两项得：,9/21/2024,P,2,、,Q,2,、,U,2,的单位分别为,kW,、,kvar,和,kV,，,且所有参数必须是线路上同一点的参数。,几点说明,:,对于,110kV,及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落的横分量 ，,此时，电压损失就等于电压降落的纵分量 ，即,9/21/2024,电压损失通常以线路额定电压的百分数表示，即,如果已知线路首端的参数,P,1,、,Q,1,、,U,1,，,则,规程规定：电力网正常运行时的最大电压损,耗一般不应超过10% ；故障运行,一般不超过15%20%。,教材有详细推导,9/21/2024,3.电压偏移：,电力网中任意点的实际电压,U,同该处网络额定电压,U,N,的数值差，它反映的是电压质量。,9/21/2024,4.配电网的电压损失计算,（1）,放射形线路电压损失计算,放射形线路如,图4.39a,所示。设线路首末端相电压分别为 和 ，负荷电流为,I,，负荷的功率因数为 ，则,9/21/2024,一相的电压损失为：,为便于计算，用 代替 ，则,（1）,放射形线路电压损失计算,9/21/2024,换算成线电压损失为：,式中，,P,、,Q,、,U,N,、 的单位分别为,kW、kvar 、kV,和,V,。,（1）,放射形线路电压损失计算,9/21/2024,（2）,树干式线路电压损失计算,各支线的负荷功率,用,p,、,q,表示；,各段干线的功率,用,P,、,Q,表示；,各段线路的长度、电阻和电抗,分别用,l,、,r,和,x,表示；,各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗,分别用,L,、,R,和,X,表示。,9/21/2024,若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支线的负荷功率表示，即,l,1,段：,l,2,段：,l,3,段：,各线干段的电压损失为:,l,1,段：,l,2,段：,l,3,段：,图3-22 树干式线路电压损失计算图,（2）,树干式线路电压损失计算,9/21/2024,n,段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即,若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：,（2）,树干式线路电压损失计算,9/21/2024,电压损失的百分数为,或,n,段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即,若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：,（2）,树干式线路电压损失计算,9/21/2024,当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有,（2）,树干式线路电压损失计算,9/21/2024,（3）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 的线路,其电压损失百分数可表示为,式中,为导线的电导率；,A,为导线的截面； 为线路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；,9/21/2024,二、功率损耗计算,在电力系统中，由于电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳，造成了有功功率及无功功率的损耗。,功率损耗的存在对,电力系统运行,是不利的：,(1),迫使投入运行的发电设备容量要大于用户的实际负荷，从而需要多装设发电机组，多消耗大量的一次能源；,(2),产生的热量会加速电气绝缘的老化，缩短电气设备的寿命。这一损耗过大时，还可能因过热烧毁绝缘和熔化导体，致使设备损坏，影响系统的安全运行。,所以运行中要设法降低电力系统中的功率损耗。,9/21/2024,1.电力线路功率损耗的计算,线路阻抗,支路损耗,变动损耗,9/21/2024,线路阻抗,支路损耗,变动损耗,1.电力线路功率损耗的计算,特别注意：电压与功率的对应关系。,9/21/2024,线路导纳支路损耗,固定损耗,1.电力线路功率损耗的计算,9/21/2024,阻抗支路,中的功率损耗：,导纳支路,中的功率损耗:,R,T,+jX,T,2.变压器功率损耗的计算,9/21/2024,双绕组变压器的功率损耗,用变压器铭牌数据计算功率损耗,9/21/2024,三绕组变压器功率损耗计算,用铭牌数据计算,9/21/2024,三、开式电力网潮流计算,电力网首、末端功率和电压的平衡关系,9/21/2024, 已知负荷功率 和线路末端电压,1)功率平衡关系,2)电压平衡关系,选 为参考相量,根据已知条件，可分为三种情况：,9/21/2024,已知线路首端功率和线路首端电压,已知线路末端的负荷功率,和线路首端电压,功率平衡计算,电压平衡计算,9/21/2024,降压变的处理,（1）用U,N,求得各点的运算负荷,（2）从末段线路开始，用U,N,依次计算各段线路的功率损耗及各段首端功率,（3）用U,A,和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得U,b,U,c,和U,d,（4）求得U,b,和 U,c,U,d,重复（1）,（3）,1.同级电压的开式电力网,A,b,c,d,1,2,3,S,L D b,S,L D c,S,L D d,9/21/2024,b,c,d,S,L D d,A,R,1,+ jX,1,R,2,+jX,2,R,3,+ jX,3,j B,1,/2,j B,1,/2,j B,2,/2,j B,2,/2,j B,3,/2,j B,3,/2,S,L D b,S,L D c,Q,B1,（1）用U,N,求得各点的运算负荷,9/21/2024,S,L D d,A,R,1,+ jX,1,R,2,+jX,2,R,3,+ jX,3,j B,1,/2,j B,1,/2,j B,2,/2,j B,2,/2,j B,3,/2,j B,3,/2,S,L D b,S,L D c,Q,B1,S,d,R,1,+ jX,1,R,2,+jX,2,R,3,+ jX,3,j B,1,/2,b,c,d,S,b,S,c,S,3,S,3,S,1,S,2,S,1,S,2,A,9/21/2024,（2）从末段线路开始，用U,N,依次计算各段线路的功率损耗,S,d,R,1,+ jX,1,R,2,+jX,2,R,3,+ jX,3,j B,1,/2,b,c,d,S,b,S,c,S,3,S,3,S,1,S,2,S,1,S,2,A,9/21/2024,S,d,R,1,+ jX,1,R,2,+jX,2,R,3,+ jX,3,j B,1,/2,b,c,d,S,b,S,c,S,3,S,3,S,1,S,2,S,1,S,2,A,（3）用U,A,和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得U,b,、,U,c,和U,d,9/21/2024,含负荷变压器的计算,首先计算出对应高压侧的负荷功率，再求相应的运算功率,T,1,T,2,T,3,A,b,c,d,S,LDb,S,LDc,S,LDd,S,T,S,0,S,LDd,9/21/2024,T,1,T,2,T,3,A,b,c,d,S,LDb,S,LDc,S,LDd,9/21/2024,如果节点b接发电机,T,1,T,2,T,3,A,b,c,d,S,G,S,LDc,S,LDd,9/21/2024,A,L-1,b,T,c,d,S,LD,L-2,2.两级电压的开式电力网,A,R,1,+jX,1,Z,T,R,2,+jX,2,j B,1,/2,j B,1,/2,j B,2,/2,b,c,d,j B,2,/2,c,S,0,S,LD,方法一：,包含理想变压器，计算时，经过理想变压器功率保持不变，两侧电压之比等于实际变比k。,9/21/2024,A,R,1,+ jX,1,Z,T,R,2,+ j X,2,j B,1,/2,j B,1,/2,j B,2,/2,b,d,j B,2,/2,c,S,0,方法二：,将线路L,2,的参数归算到L,1,电压级,A,L-1,b,T,c,d,S,LD,L-2,9/21/2024,方法三：,用,型等值电路处理,A,R,1,+ jX,1,Z,T,/k,R,2,+ j X,2,jB,1,/2,jB,1,/2,jB,2,/2,b,d,jB,2,/2,c,Z,T,k,k,Z,T,1k,S,LD,A,L-1,b,T,c,d,S,LD,L-2,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,作业,1、4-12,2、,9/21/2024,(1) 不计功率损耗的功率初分布,四、两端供电网络的功率分布,9/21/2024,忽略功率损耗，两端取共轭并同乘V,N,，可得：,由前面的方程组可解出,循环功率,由负荷决定的功率,忽略功率损耗的功率分布计算式,9/21/2024,(2) 计及功率损耗的功率分布,功率分点：功率由两个方向流入的节点,。,有功分点和无功分点可能出现在不同节点。,将网络在功率分点处解开，形成两个开式网络，用前述的开式网络计算方法进行计算。,9/21/2024,闭式网络的计算过程,9/21/2024,2.沿线有,k,个负荷点的情况,9/21/2024,5. 闭式网的电压损耗,与开式网计算方法相同,有功和无功分点在同一处时,功率分点处的电压最低；,若不在同一点，则需分别计算实际电压值，确定电压最低点。,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,五、多级电压环网的潮流计算,1.两台并联变压器构成的多电压级环网,k:1,1:k,9/21/2024,1.两台并联变压器构成的多电压级环网,k:1,1:k,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,4.3 输电线路导线截面的选择,一、导线截面选择的基本原则,1发热条件：,导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。,2电压损失条件：,导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损失应小于允许电压损失，以保证供电质量。,9/21/2024,在正常工作条件下，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。,选择导线截面时，既要降低线路的电能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。,3机械强度条件：,4 经济条件：,3.4 输电线路导线截面的选择,表4.3 架空线路按机械强度要求的导线最小允许截面面积 （单位：mm,2,）,导线种类,35kV及以上线路,610kV线路,1kV以下低压线路,居民区,非居民区,一般,与铁路交叉时,铝及铝合金线,35,35,25,16,35,钢芯铝绞线,25,25,16,16,16,钢线,16,16,16,16,16,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,5电晕条件：,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，为了避免电晕的发生，导线的外径不能过小。,根据设计经验，导线截面选择的原则如下：,对区域电力网：,先按经济电流密度按选择导线截面，然后再校验发热条件、机械强度和电晕条件。,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。,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。,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,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:,应使导线的允许载流量,I,al,不小于通过相线的计算电流,I,30,，即,此时，按发热条件选择截面的条件为：,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时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,或,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,。,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,5,。对埋入土中的电缆，取当地最热月地下,0.8,1m,深处的土壤月平均气温。,铜、铝导线的等效换算,:,若近似认为铜、铝导线的散热情况相同，则其发热温度相同时，可认为其功率损耗相同，即：,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,对动力线路， 一般要求中性线截面应,不小于相线截面的一半,，即,0.5,；对照明线路，因中性线电流与相线电流相等，因此，可取 。,保护线（,PE,线）截面的选择,：保护线截面一般应不小于相线截面的一半，即,0.5,；,当相线截面,16mm,2,时，可取 。,中性线（,N,线）截面的选择,：对动力线路， 一般要求中性线截面应不小于相线截面的一半，即,0.5,；对照明线路，因中性线电流与相线电流相等，因此，可取 。,保护中性线（,PE,线）截面的选择,：,PE,线兼有中性线和保护线的双重功能，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,PE,线截面，因此,(,0.5,1),。,低压系统中性线和保护线的选择,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,式中，为过流保护装置的动作电流，对于熔断器为熔体的额定电流 ，,为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。,需要指出：,若上式不满足要求，应加大导线截面，从而使,I,al,增大。,按发热条件选择导线或电缆截面时，还必须与其相应的过流保护装置（熔断器或低压断路器的过流脱扣器）的动作电流相配合，以便在线路过负荷或短路时及时切断线路电流，保护导线或电缆不被毁坏。因此，应满足的条件是：,9/21/2024,3.4 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,由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定时，可认为近似不变。因此，可初选一种导线的单位长度电抗值,x,1,（6110kV架空线路取0.30.4/km，电缆线路取0.070.08/km），则,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,而,由 得：,若 ，可不计 ，则,式中，为允许电压损失（V）。,说明：,求出导线截面,后，应选择一个与其,接近而偏大,的标准截面作为导线截面。,式中，,U,N,、 、,p,i,、,L,i,、,的单位分别为,kV、V 、kW、km,和 。,9/21/2024,例4.9某丝绸炼染厂, 供电电源由距该厂2km的35kV地区变电所，以一回路10kV架空线供电。当地最热月平均最高气温为35，该厂的计算负荷为,P,30,=1111.2kW，,Q,30,=524.6kvar，,S,30,=1229kVA，其允许电压损耗为5%，由于供电线路不长，按允许电压损耗选择导线截面，然后按发热条件和机械强度进行校验。,（1）按允许电压损失选择导线截面,已知，,P,30,=1111.2kW，,Q,30,=524.6kvar，,S,30,= 1229kVA其允许电压损失为5%，设,x,1,=0.4/km，则,V,9/21/2024,3.4 输电线路导线截面的选择,所以,初步选LJ-16型铝绞线。,（2）按发热条件进行校验,线路的计算电流为：,当地最热月平均最高气温为35，,LJ-16型铝绞线的允许载流量为 A71A，故满足发热条件。,9/21/2024,（3）按机械强度进行校验,查表4.3知，10kV架空铝绞线的最小截面为25 mm,2,，不满足机械强度条件。,因此，该厂10kV进线应采用LJ-25型铝绞线。,9/21/2024,3.4 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,1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,年运行费用越小,），但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反之，,导线截面越小,，线路投资和有色金属消耗量越少，但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大（即,年运行费用越大,）。,综合以上两种情况，,使年运行费用达到最小、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,，用,A,ec,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,j,ec,表示。,9/21/2024,图4.58 是年运行费用,F,与导线截面,A,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；,3为曲线1与曲线2的叠加，表示线路的年运行费与导线截面的关系曲线。,2年电能损耗费与导线截面的关系曲线；,由图可知，曲线3的最低点（,a,点）的年运行费用最小，但从综合经济效益考虑，导线截面选,A,b,比选,A,a,更为经济合理，即,A,b,为经济截面。,图4.58 线路年运行费用与导线,截面的关系曲线,四、按经济电流密度选择导线截面,9/21/2024,3.4 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,我国现行的经济电流密度见书中表4.4。则,说明：,计算出经济截面,A,ec,后，应选,最接近而又偏小,一点的标准截面。,9/21/2024,例4.10 有一条长15km的35kV架空线路，计算负荷为4850kW，功率因数为0.8，年最大负荷利用小时数为4600h。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。,3.4 输电线路导线截面的选择,9/21/2024,线路的计算电流为：,由表4.4，查得,j,ec,=1.15A/mm,2,因此，导线的经济截面为,选LGJ-70型铝绞线。,（2）校验发热条件：,查附录表得LGJ-70的允许载流量（室外25）,A，,因此发热条件满足要求。,（3）校验机械强度：,查表4.3得，35kV钢芯铝绞线的最小允许截面为25mm,2,，因此所选LGJ-70满足机械强度要求。,解：（1）按经济电流密度选择导线截面,9/21/2024,3.5 电力网的电能损耗,一、电能损耗和损耗率,年电能损耗,供电量,：发电量与厂用电之差,损耗率（网损率、线损率）：,是衡量供电企业技术和管理水平的重要标志。,9/21/2024,1.年负荷损耗率法,年负荷率,线路年负荷损耗率,线路年负荷损耗率与年负荷率的,近似关系,K,为经验数值。一般取,K,=0.10.4，,k,my,较低时取较小数值。,计算过程：,衡量负荷的平坦程度,9/21/2024,1.年负荷损耗率法,变压器的年电能损耗,：电阻损耗空载损耗,t,T,为变压器一年中接入运行的小时数，缺乏具体数据时可取,t,T,=8000h 。,9/21/2024,2.最大负荷损耗时间法,最大负荷损耗时间,：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷S,max,，在,小时内的电能损耗等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。,其大小由视在功率表示的负荷曲线决定，因此，与线路负荷的功率因数和最大负荷利用小时数有关。,9/21/2024,线路,变压器,9/21/2024,一条线路有多个负荷的情况,S,1,S,2,S,3,分别为各段的最大负荷功率；,分别为各段的最大负荷损耗时间,2.最大负荷损耗时间法,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,电网中的线损电量占电网供电量的百分数，称为线损率。,在实际工作中，线损电量有两种表示方法，即实际线损电量与理论线损电量，因此，线损率也有两个对应值，即实际线损率与理论线损率，且,3.线损率计算,9/21/2024,二、降低网损的技术措施,1.减少无功功率的传输,如果将功率因数由原来的 提高到 ，则线路中的功率损耗可降低,措施,：电机选择,无功补偿：就地无功平衡,9/21/2024,2.闭式网络中功率的经济分布,9/21/2024,网络功率损耗,分别对P,1,和Q,1,求偏导，并令其等于零,9/21/2024,结论：功率在环网中与电阻成反比分布 时，功率损耗最小。,网络功率损耗,9/21/2024,使自然功率分布接近经济功率分布的措施,(1)选择适当地点作开环运行。为了限制短路电流或满足继电保护动作选择性要求，需将闭式网络开环运行时，开环点的选择也尽可能兼顾到使开环后的功率分布更接近于经济分布。,(2)对环网中比值RX特别小的线段进行串联电容补偿。,(3)在环网中增设混合型加压调压变压器，由它产生环路电势及相应的循环功率，以改善功率分布。,9/21/2024,1.纵向调压变压器,9/21/2024,2.横向调压变压器,9/21/2024,3.混合型调压变压器,9/21/2024,加压调压变压器对于辐射形网络，可以作为调压设备。对于环形网络除起调压作用外，还可以改变网络中的,功率分布,。,图5-32 环网中的加压调压变压器,3.合理确定电力网的运行电压,变压器铁损,和电压平方成正比。,线路和变压器,绕组中的功率损耗,与电压平方成反比。,一般情况，铁损50的电力网，适当降低运行电压可以降低网损。,9/21/2024,4. 组织变压器的经济运行,k台变压器的总损耗,K-1台变压器的总损耗,令 可求得临界负荷功率,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,9/21/2024,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。,9/21/2024,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%,。,9/21/2024,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,9/21/2024,线路金具、U型抱箍、挂板,杆顶帽、拉线抱箍,9/21/2024,