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1、授課人：XX XX 電力工程XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】電力工程第一章電力系統(tǒng)概述143第二章電力網(wǎng)及其穩(wěn)態(tài)分析44236第三章發(fā)電廠和變電所的一次系統(tǒng)237349第四章電力系統(tǒng)短路350471第五章電力系統(tǒng)穩(wěn)定472509第六章發(fā)電廠和變電所的二次系統(tǒng)510601第七章遠距離輸電602666目錄第一節(jié) 電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位和我國電力工業(yè)的發(fā)展 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要部門之一。它承擔(dān)著把自然界提供的能源轉(zhuǎn)換為供人們直接使用的電能，它既為現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國防提供必不可少的動力，又和廣大人民群眾的日常生活有著密切的關(guān)系。電力又是工業(yè)的先行，電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于

2、其他的工業(yè)部門，整個國民經(jīng)濟才能不斷前進。 第一章 電力系統(tǒng)概述 在電力工業(yè)發(fā)展的初期，發(fā)電廠都建設(shè)在用戶附近，規(guī)模很小，而且是孤立運行的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，用戶的用電量和發(fā)電廠的容量都在不斷增大。由于電能生產(chǎn)是一種能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換，發(fā)電廠宜于建設(shè)在動力資源所在地，而蘊藏動力資源的地區(qū)與電能用戶之間又往往隔有一定距離。例如，水能資源集中在河流落差較大的偏僻地區(qū)，熱能資源則集中在盛產(chǎn)煤、石油、天然氣的礦區(qū)；而大城市、大工業(yè)中心等用電部門則由于原材料供應(yīng)、產(chǎn)品協(xié)作配套、運輸、銷售、農(nóng)副產(chǎn)品供應(yīng)等原因以及各種地理、歷史條件的限制，往往與動力資源所在地相距較遠，為此就必須建設(shè)升壓變電所和架

3、設(shè)高壓輸電線路以實現(xiàn)電能的遠距離輸送。而當(dāng)電能輸送到負荷中心后，又必須經(jīng)過降壓變電所降壓，再經(jīng)過配電線路，才能向各類用戶供電。 一、電力系統(tǒng)的形成和優(yōu)越性 （一）電力系統(tǒng)的形成第二節(jié) 電力系統(tǒng)的組成和特點 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和用電量的增加，發(fā)電廠的數(shù)目也不斷增加。這樣一來，一個個發(fā)電廠再保持孤立運行的狀態(tài)就沒有什么好處了。當(dāng)一個個地理上分散在各處、原來孤立運行的發(fā)電廠通過輸電線路、變電所等相互連接形成一個“電”的整體以供給用戶用電時，就逐步形成了現(xiàn)代的電力系統(tǒng)。換句話說，電力系統(tǒng)就是由發(fā)電廠、變電所、輸配電線路直到用戶等在電氣上相互連接的一個整體. 它包括了從發(fā)電、輸電、配電直到用電這樣一個全過程

4、。另外，還把由輸配電線路以及由它所聯(lián)系起來的各類變電所總稱為電力網(wǎng)絡(luò)（簡稱電力網(wǎng)），所以，電力系統(tǒng)也可以看作是由各類發(fā)電廠和電力網(wǎng)以及用戶所組成的。 （二）系統(tǒng)聯(lián)系的優(yōu)越性與存在問題 1減少系統(tǒng)中的總裝機容量 2合理利用動力資源，充分發(fā)揮水力發(fā)電廠的作用 3提高供電的可靠性 4提高運行的經(jīng)濟性 5系統(tǒng)增強所帶來的問題：事故波及二、電力系統(tǒng)的特點以及對電力系統(tǒng)的要求 （一）電力系統(tǒng)的特點 （1）電能不易儲藏。由于電能生產(chǎn)是一種能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而要求生產(chǎn)與消費同時完成。電能難于儲存，可以說是電能生產(chǎn)的最大特點。 （2）電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系。 （3）暫態(tài)過程十分短暫

5、。由于電是以光速傳播的，所以運行情況發(fā)生變化所引起的電磁方面和機電方面的暫態(tài)過程都是十分迅速的。 （4）電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點較強。 （二）對電力系統(tǒng)的要求 （1）最大限度地滿足用戶的用電需要，為國民經(jīng)濟的各個部門提供充足的電力。 （2）保證供電的可靠性。 （3）保證電能的良好質(zhì)量。 （4）保證電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。 把上述各點歸納起來可知：保證對用戶不間斷地供給充足、優(yōu)質(zhì)而又價廉的電能，這就是電力系統(tǒng)的基本任務(wù)。 一次能源，可以說與糧食和水一樣，是人類賴以生存以及支撐現(xiàn)代社會文明的主要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。從原始社會起，人類就是通過消耗能量而生活，并進行各種社會活動的，目前世界上可以利用的一次能源資源

6、主要為化石能源（煤、石油、天然氣）、可再生能源（水能、風(fēng)能、太陽能等）以及核能源等，電能主要通過這些一次性能源轉(zhuǎn)換而生產(chǎn)出來。能源形態(tài)與電能生產(chǎn)的相互關(guān)系，可簡略地用下圖1-2表示。 一、一次能源與電力生產(chǎn) 第三節(jié) 發(fā)電廠的類型及其生產(chǎn)過程簡介 由于地球上的一次能源資源的儲存量是有限的，如不注意節(jié)約與合理使用，必有一天人類將面臨能源枯竭的危險。因此，在21世紀中，對節(jié)約能源與開發(fā)新能源特別是對可再生能源利用的研究，將是人類社會的可持續(xù)發(fā)展所面臨的一項重大的課題。 火力發(fā)電廠是以煤、石油、天然氣等作為燃料，燃料燃燒時化學(xué)能被轉(zhuǎn)換為熱能，再借助汽輪機等熱力機械將熱能轉(zhuǎn)換為機械能，并由汽輪機帶動發(fā)電

7、機將機械能變?yōu)殡娔?。?jù)統(tǒng)計，全世界發(fā)電廠的總裝機容量中，火力發(fā)電廠占了70%以上。迄今，我國的發(fā)電廠總裝機容量中，火電廠占75%以上。 二、火力發(fā)電廠 一般火力發(fā)電廠多采用凝汽式汽輪發(fā)電機組，故又稱為凝汽式發(fā)電廠圖1-3凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖 水力發(fā)電廠是利用河流所蘊藏的水能資源來發(fā)電，水能資源是最干凈、價廉的可再生能源。 三、水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠可能的發(fā)電出力（容量）的大小決定于上下游的水位差（簡稱水頭）和流量的大小。因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫以調(diào)節(jié)河川流量。 水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程較簡單（以壩后式水電廠圖1-4為

8、例進行介紹） ，故它所需的運行維護人員較少，且易于實現(xiàn)全盤自動化。再加之水力發(fā)電廠不消耗燃料，所以它的電能成本要比火力發(fā)電廠低得多。此外，水力發(fā)電機組的效率較高、承受變動負荷的性能較好，故在系統(tǒng)中的運行方式較為靈活；水力發(fā)電機組起動迅速，在事故時能有力地發(fā)揮其后備作用。 水力發(fā)電廠的另一個優(yōu)點是不像火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠那樣存在環(huán)境污染問題。水能資源是屬于可再生利用的清潔能源，這種發(fā)電方式對節(jié)能減排有利。 圖1-4 壩后式水電廠示意圖 核能發(fā)電的基本原理是：核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生可控核裂變，即所謂鏈式反應(yīng)，釋放出大量熱能，由冷卻劑（水或氣體）帶出，在蒸汽發(fā)生器中將水加熱為蒸汽，然后同一般火力發(fā)電

9、廠一樣，用蒸汽推動汽輪機，再帶動發(fā)電機發(fā)電。冷卻劑在把熱量傳給水后，又被泵打回反應(yīng)堆里去吸熱，這樣反復(fù)使用就可以不斷地把核裂變釋放的熱能引導(dǎo)出來。 四、核能發(fā)電廠 核能發(fā)電廠與火力發(fā)電廠在構(gòu)成上的最主要區(qū)別是，前者用核蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、泵和管道等）來代替后者的蒸汽鍋爐。所以核能發(fā)電廠中的反應(yīng)堆又被稱為原子鍋爐。 根據(jù)核反應(yīng)堆的形式不同，核能發(fā)電廠可分為幾種類型。圖1-6為目前使用較廣的輕水堆型（包括沸水堆和壓水堆）核能發(fā)電廠的生產(chǎn)過程示意圖。 （a）沸水堆型反應(yīng)堆； （b）壓水堆型反應(yīng)堆 圖1-6 輕水堆型核能發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖 核能發(fā)電廠的主要優(yōu)點之一是可以大量節(jié)省煤、石

10、油等燃料。例如，1 kg的鈾裂變所產(chǎn)生的熱量，相當(dāng)于2700 t標準煤燃燒產(chǎn)生的熱量。具體而言，一座容量為50萬kW的火力發(fā)電廠每年至少要燒掉150萬t煤，而同容量的核能發(fā)電廠每年只要消耗600 kg鈾燃料就夠了，從而可避免大量的燃料運輸。 核能發(fā)電廠的另一個特點是燃燒時不需要空氣助燃，所以核能發(fā)電廠可以建設(shè)在地下、山洞里、水下或空氣稀薄的高原地區(qū)。此外，從發(fā)電廠的建設(shè)投資和發(fā)電成本來看，核能發(fā)電廠的造價雖較火力發(fā)電廠的要高，但發(fā)電成本比火力發(fā)電廠的要低30%50%，它的規(guī)模愈大，單位千瓦投資費用下降愈多。另外，核能發(fā)電廠適宜于擔(dān)任電力系統(tǒng)的基本負荷，這樣可以保證運行時的效率最高。 核能發(fā)電廠

11、的另一個主要優(yōu)點是較之一般燃煤電廠而言，它的CO2等溫室氣體的排放量要低得多，從而對節(jié)能減排有利。目前也有一種提法是“核電是清潔能源”。 核能發(fā)電廠的主要問題是對放射性泄漏污染的擔(dān)心。 在我國，核能發(fā)電廠的建設(shè)起步較晚。迄今，在全世界的總發(fā)電容量中，核能發(fā)電廠占了約16%，而我國核電僅占1.6%， 據(jù)規(guī)劃，到2020年中國的核電裝機容量將達到4000萬kW，約占當(dāng)時全國裝機容量的4%。 一般而言，可再生利用的能源主要是指水能、風(fēng)能和太陽能。 五、可再生能源發(fā)電與分布式發(fā)電 在可再生能源中，以風(fēng)力發(fā)電最受重視。風(fēng)力發(fā)電有離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種類型。并網(wǎng)型的風(fēng)電場可以得到大電力網(wǎng)的補償和支撐，可以更充

12、分地開發(fā)可利用的風(fēng)能資源，這是近幾年來國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要方向。 （一）風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)又可以分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩種。 圖1-7 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展主要依賴于大容量電力電子技術(shù)的成果，從結(jié)構(gòu)和運行方面可分為直接驅(qū)動的同步發(fā)電機系統(tǒng)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機系統(tǒng)。 圖1-8直接驅(qū)動的同步發(fā)電機系統(tǒng)圖1-9雙饋感應(yīng)發(fā)電機系統(tǒng) 利用太陽能的轉(zhuǎn)換方式有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種。（二）太陽能發(fā)電 太陽能電池是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。單個太陽能電池不能作為電源使用，而要用若干片電池組成的

13、電池陣進行發(fā)電。圖1-10離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 圖111并網(wǎng)屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖 最后再談一下分布式發(fā)電。它是指風(fēng)力、太陽能、潮汐、地?zé)帷⒅参锝斩挵l(fā)電，垃圾發(fā)電和磁流體發(fā)電等。這種發(fā)電方式一般都容量不大，具有各自的運行特點且并不都與系統(tǒng)相連，它可以分散于各處，其中多數(shù)屬于上述的可再生利用的清潔能源。盡管分布式發(fā)電的技術(shù)尚不成熟，容量也有限，但是作為一種替代能源，它還是很有潛力的。為了解決長遠的能源資源緊缺問題，世界上許多國家都出臺了一些支持分布式發(fā)電的政策，我國也不例外，今后對它的發(fā)展還是非常值得關(guān)注的。 電壓質(zhì)量對各類用電設(shè)備的安全經(jīng)濟運行都有直接的影響。圖1-12表示照明負荷的電

14、壓特性。從圖上可以看出，對照明負荷來說，白熾燈對電壓的變化是敏感的。當(dāng)電壓降低時，白熾燈的發(fā)光效率和光通量都急劇下降；當(dāng)電壓上升時，白熾燈的壽命將大為縮短。例如，電壓較額定值降低10%，則光通量減少30%；電壓額定值上升10%，則壽命縮減一半。 一、電壓 第四節(jié) 電能的質(zhì)量指標通常衡量電能質(zhì)量的主要指標是電壓、頻率和波形。 圖1-12照明負荷（白熾燈）的電壓特性 圖1-13輸出功率一定時異步電動機的定子電流、功率因數(shù)和效率隨電壓而變化的特性 對電力系統(tǒng)的負荷中大量使用的異步電動機而言，它的運行特性對電壓的變化也是較敏感的。當(dāng)輸出額定功率并保持不變時，異步電動機的定子電流、效率因數(shù)和功率隨電壓而

15、變化的特性如圖1-13所示。 頻率的偏差同樣將嚴重影響電力用戶的正常工作。對電動機來說，頻率降低將使其轉(zhuǎn)速下降，從而使生產(chǎn)率降低，并影響電動機的壽命；反之，頻率增高將使電動機的轉(zhuǎn)速上升，增加功率消耗，并使經(jīng)濟性降低。特別是某些對轉(zhuǎn)速要求較嚴格的工業(yè)部門（如紡織、造紙等），頻率的偏差將大大影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至產(chǎn)生廢品。另外，頻率偏差對發(fā)電廠（尤其是火力發(fā)電廠）本身將造成更為嚴重的影響。 二、頻率 此外，頻率的變化還將影響到電子信息設(shè)備以及計算機、自控裝置等電子設(shè)備的準確工作等。 目前世界上除美國外的絕大多數(shù)國家規(guī)定的額定頻率為50 Hz（美國為60 Hz），而各國對頻率變化的容許偏差的規(guī)定不一，有

16、的國家規(guī)定為不超過0.5 Hz，也有一些國家規(guī)定為不超過（0.20.1）Hz的。我國的技術(shù)標準規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率為50 Hz，而頻率變化的容許偏差為（0.50.2）Hz。 通常，要求電力系統(tǒng)給用戶供電的電壓及電流的波形應(yīng)為標準的正弦波。 三、波形 供電電壓（電流）的波形不是標準的正弦波時，必然包含著各種高次諧波成分，這些諧波成分的出現(xiàn)將大大影響電動機的效率和正常運行，還可使系統(tǒng)因容抗、感抗等參數(shù)的改變而產(chǎn)生高次諧波共振以及增大元件的諧波損耗而危及設(shè)備的安全運行。 一、電力系統(tǒng)的接線方式第五節(jié) 電力系統(tǒng)的接線方式和電壓等級 （一）系統(tǒng)發(fā)展的基本結(jié)構(gòu)形式 （1）大城市型。 圖1-14以大城市為

17、中心的環(huán)形主干電力系統(tǒng) （2）遠距離型。 圖1-15遠距離型輸電系統(tǒng) （二）電力網(wǎng)絡(luò)的接線 （1）無備用電力網(wǎng)接線 （2）有備用電力網(wǎng)接線 （a）單回線路放射式（b）單回線路干線式（c）單回線路鏈式 （a）雙回線路放射式（b）雙回線路干線式（c）雙回線路鏈式（d）環(huán)網(wǎng)（e）兩端供電式二、電力系統(tǒng)的額定電壓等級 電力系統(tǒng)中的電機、電器和用電設(shè)備都規(guī)定有額定電壓，只有在額定電壓下運行時，其技術(shù)經(jīng)濟性能才最好，也才能保證安全可靠運行。 我國所制定的電壓在1000 V以上電氣設(shè)備的國家標準所規(guī)定的額定電壓如下表1-1所示。 對表1-1進行分析，可以發(fā)現(xiàn)下列特點:（1）發(fā)電機的額定電壓較用電設(shè)備的額定電

18、壓高出5%。 （2）變壓器的一次繞組是接受電能的，可以看成是用電設(shè)備，其額定電壓與用電設(shè)備的額定電壓相等，而直接與發(fā)電機相連接的升壓變壓器的一次繞組額定電壓應(yīng)與發(fā)電機額定電壓相配合。 （3）變壓器的二次繞組相當(dāng)于一個供電電源，從表1-1可以看出，它的額定電壓要比用電設(shè)備的額定電壓高出10%。但在3、6、10 kV電壓時，如為短路阻抗小于75%的配電變壓器，則二次繞組的額定電壓僅高出用電設(shè)備額定電壓的5%。 圖1-18電力網(wǎng)各部分電壓分布示意圖 三、電壓等級的選擇 在輸送距離和傳輸功率的一定條件下，如果所選用的額定電壓愈高，則線路上的電流愈小，相應(yīng)線路上的功率損耗、電能損耗和電壓損耗也就愈小。并

19、且可以采用較小截面的導(dǎo)線以節(jié)約有色金屬。但是電壓等級愈高，線路的絕緣愈要加強，桿塔的幾何尺寸也要隨導(dǎo)線之間的距離和導(dǎo)線對地之間的距離的增加而增大。這樣線路的投資和桿塔等的材料消耗就要增加。同樣線路兩端的升壓、降壓變電所的變壓器以及斷路器等設(shè)備的投資也要隨著電壓的增高而增大。因此，采用過高的額定電壓并不一定恰當(dāng)。一般來說，傳輸功率愈大、或輸送距離愈遠，選擇較高的電壓等級就比較有利。 根據(jù)以往的設(shè)計和運行經(jīng)驗，我國電力網(wǎng)額定電壓、輸送距離和傳輸功率之間的大致關(guān)系如下表1-2所示。此表可供選擇電力網(wǎng)額定電壓時的參考。 表1-2 電力網(wǎng)的額定電壓、傳輸功率與輸送距離的大致關(guān)系（供參考） 目前，我國超高

20、壓交流遠距離輸電電壓為330、500、750kV（其中330kV及750kV僅在我國西北地區(qū)使用），即將有1000kV的特高壓線路投入運行。 一、負荷與負荷特性 第六節(jié) 電力系統(tǒng)的負荷和負荷曲線 （一）負荷 通常把用戶的用電設(shè)備所取用的功率統(tǒng)稱之為負荷（以往又稱負載）。 另外，把用戶所消耗的總用電負荷再加上網(wǎng)絡(luò)中線路和變壓器所損耗的功率就得出系統(tǒng)中各個發(fā)電廠所應(yīng)供給的功率，稱其為系統(tǒng)的供電負荷。供電負荷再加上發(fā)電廠本身所消耗的功率（發(fā)電廠的自用電）就是系統(tǒng)中各個發(fā)電廠所應(yīng)發(fā)出的總功率。 （二）負荷的分類 （1）按物理性能分類。 （2）按電力生產(chǎn)和銷售過程分類。 （3）按突然中斷供電對用戶所造成

21、的損失分類 （三）負荷特性 負荷特性是指負荷功率隨負荷端電壓或系統(tǒng)的頻率變化而變化的規(guī)律，又有靜態(tài)特性與動態(tài)特性之分。 （a）靜態(tài)電壓特性 （b）靜態(tài)頻率特性二、電力系統(tǒng)的日負荷曲線及其用途 圖1-20電力系統(tǒng)的典型日有功負荷曲線 圖1-21電力系統(tǒng)的典型日無功負荷曲線 負荷曲線除了用來表示負荷功率隨時間變化的規(guī)律外，還可用來計算用戶所消費的電能的大小。在某一時間t內(nèi)用戶所消耗的電能A為該時間內(nèi)用戶的有功功率P和時間t的乘積。圖1-22電力系統(tǒng)日負荷曲線分配 負荷曲線對電力系統(tǒng)的運行十分有用，電力系統(tǒng)的計劃生產(chǎn)主要是建立在預(yù)測的負荷曲線的基礎(chǔ)之上的。通常，為了事先安排電力系統(tǒng)中各個電廠的生產(chǎn)（

22、即要求各個電廠在某個時刻應(yīng)開幾臺機組、發(fā)多少電等），必須事前由電力系統(tǒng)調(diào)度中心（指揮和協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)中各個發(fā)電廠生產(chǎn)的一個部門）制定出電力系統(tǒng)每天的預(yù)測負荷曲線。這種負荷曲線常繪制成階梯形，如圖1-22所示。 因此，在一晝夜內(nèi)用戶所消費總電能為三、電力系統(tǒng)的年負荷曲線和年最大負荷利用小時數(shù) 圖1-23年最大負荷曲線 在電力系統(tǒng)的運行和設(shè)計中，還要知道一年之內(nèi)負荷的變化規(guī)律，最常用的是年最大負荷曲線如圖1-23所示。 在電力系統(tǒng)的分析計算中常常用到年負荷持續(xù)曲線，如圖1-24所示。 圖1-24年負荷持續(xù)曲線 如果把用戶全年所消耗的電能與一年內(nèi)的最大負荷相比，所得到的時間稱為年最大負荷利用小時數(shù)Tm

23、ax，則有 從式（1-7）可以看出，Tmax的物理意義為：若用戶始終保持最大負荷Pmax運行，在經(jīng)過Tmax小時后所消耗的電能恰好等于其全年實際消耗的總電能。 年最大負荷利用小時數(shù)的大小在一定程度上反應(yīng)了實際負荷在一年內(nèi)的變化程度。 表1-3各類用戶的年最大負荷利用小時數(shù)Tmax 根據(jù)電力系統(tǒng)長期實測資料積累，對于各類用戶的年最大負荷利用小時數(shù)Tmax值大體在一定范圍內(nèi)，如表1-3所示 第一節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu) 電力線路可分為架空線路與電纜線路兩大類。架空線路將線路導(dǎo)線架設(shè)在桿塔上，它敷設(shè)于屋外并露置于大氣中，如圖2-1所示；電纜線路則一般埋于地下，圖2-2為敷設(shè)于地下電纜廊道內(nèi)的電纜。4絕緣子圖

24、2-1 架空線路1避雷線； 2導(dǎo)線； 3桿塔；第二章 電力網(wǎng)及其穩(wěn)態(tài)分析 架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等部件所組成（見圖2-1），它們的作用分別是：（1）導(dǎo)線傳導(dǎo)電流、輸送電能；（2）避雷線將雷電流引入大地，以保護線路免受雷擊；（3）絕緣子將不同帶電體之間及其與接地桿塔之間保持良好的絕緣；（4）金具連接導(dǎo)線，或?qū)?dǎo)線固定在絕緣子上以及將絕緣子固定在桿塔上，也可作連接絕緣子或保護絕緣子和導(dǎo)線等用；一、架空線路的結(jié)構(gòu)（5） 桿塔支持導(dǎo)線和避雷線，并使導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和桿塔以及大地間保持一定的距離。 架空線路的導(dǎo)線和避雷線都在露天環(huán)境下工作，要承受自重、風(fēng)力、覆冰等機械力

25、的作用，同時還要受到溫度變化的影響。因此，對導(dǎo)線材料除了要求有良好的導(dǎo)電性能外，還要求有相當(dāng)高的機械強度與抗化學(xué)腐蝕能力。導(dǎo)線的材料主要是鋁、銅、鋼等，目前主要采用鋁線；個別情況下也有采用鋁合金線的。 架空線路導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式主要有單股線、多股絞線、鋼芯鋁絞線三種，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 （一）導(dǎo)線和避雷線 圖2-2 敷設(shè)于地下電纜廊道內(nèi)的電纜圖2-3架空線路導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式（a）單股線（b）多股絞線（c）鋼芯鋁絞線 由于它結(jié)合了鋁和鋼兩者的優(yōu)點，在某些方面它甚至較銅線的性能更為優(yōu)越，可以說是架空線路導(dǎo)線的主要形式。 目前一般都采用鋼芯鋁絞線見圖2-3（c）。這種絞線是將鋁線繞在鋼線的外層，由于集

26、膚效應(yīng)，電流主要從鋁線部分通過，而導(dǎo)線的機械負荷則主要由鋼線負擔(dān)。 根據(jù)所用材料的不同，架空線路的桿塔可分為木桿、鐵塔和鋼筋混凝土桿這三種類型。 1.直線桿塔 用于線路走向成直線處。圖2-5所示為500kV架空線路的單回線路直線鐵塔。 2.耐張桿塔 耐張桿塔又稱為承力桿塔，它是每隔幾個直線桿塔就設(shè)置的一種能承受較大拉力的桿塔。圖2-7所示為500kV耐張桿塔外觀。（二）桿塔圖2-5 500 kV架空線路的單回線路直線鐵塔圖2-7 500 kV耐張桿塔外觀 3.轉(zhuǎn)角桿塔 這種桿塔裝設(shè)在線路的轉(zhuǎn)角處，在結(jié)構(gòu)上必須考慮承受這種不平衡拉力的要求。圖2-9為500kV轉(zhuǎn)角鐵塔的外觀。圖2-9 500 k

27、V轉(zhuǎn)角鐵塔外觀4.終端桿塔 終端桿塔是設(shè)置在進入發(fā)電廠或變電所的線路末端的桿塔，由它來承受最后一個耐張檔距中導(dǎo)線的拉力,如圖2-10所示。圖2-10 終端桿塔布置圖 5.特種桿塔 特種桿塔主要有跨越桿塔與換位桿塔兩種。圖2-11表示了三相導(dǎo)線在形桿塔上輪流換位的情況。（三）絕緣子圖2-11 三相導(dǎo)線在形桿塔上輪流換位的情況 1.針式絕緣子。 它的外形如圖2-12所示。圖2-12 針式絕緣子的外形2.懸式絕緣子 這種絕緣子廣泛用于電壓為35 kV以上的線路,其外形如圖2-13（a）所示。 懸式絕緣子通常都組裝成絕緣子鏈來使用，如圖2-13（b）所示每串絕緣子鏈的絕緣子數(shù)目與線路額定電壓有關(guān)，如表

28、2-1所示。表2-1 懸式絕緣子鏈的絕緣子最小用量表 用于耐張桿塔上的絕緣子數(shù)量要多一些。例如，在35110kV線路上要多一個，在220kV線路上要多用兩個。 注 額定電壓3563110220330500每鏈絕緣子的最少個數(shù)23571314192224263.瓷橫擔(dān)絕緣子 這種絕緣子是可以同時起到橫擔(dān)與絕緣子作用的一種絕緣子結(jié)構(gòu)，其外形如圖2-14所示。圖2-13懸式絕緣子的外形（a）單個懸式絕緣子；（b）懸式絕緣子鏈1耳環(huán)；2絕緣子；3吊環(huán)；4線夾圖2-14 瓷橫擔(dān)絕緣子外形4.復(fù)合絕緣子 關(guān)于絕緣子所用材料，以往最常用的是電瓷。自20世紀60年代起出現(xiàn)了由環(huán)氧樹脂玻璃纖維芯棒和高分子聚合物

29、傘盤、護套組成的復(fù)合絕緣子，如圖2-15所示。復(fù)合絕緣子具有許多優(yōu)點，如工藝簡單、生產(chǎn)過程對環(huán)境污染小、質(zhì)量小、體積小、運輸安裝方便，尤其是它具有優(yōu)良的耐污閃性能，所以近年來復(fù)合絕緣子的應(yīng)用日益增加。圖2-15復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)簡圖1鐵帽；2芯棒；3傘盤；4護套（四）金具通常把架空線路所使用的金屬部件總稱為金具。（1）懸垂線夾 圖2-17（a）所示為一種常見的懸垂線夾，它的使用已表示在圖2-17（b）中。 圖2-16 220 kV懸式復(fù)合絕緣子1上鐵帽；2芯棒；3傘盤及護套；4粘接材料；5下鐵帽圖2-17 懸垂線夾和耐張線夾（a）懸垂線夾；（b）耐張線夾（a）（b）（2）耐張線夾（3）接續(xù)金具 圖

30、2-17（b）所示為一種常見的耐張線夾。耐張線夾在線路上的具體應(yīng)用情況則如圖2-18所示。 這種金具主要用于導(dǎo)線或避雷線的兩個終端的連接處，如圖2-19所示的壓接管、鉗接管等。圖2-18耐張線夾在線路上的具體應(yīng)用情況 圖2-19接續(xù)金具 （a）壓接管； （b）鉗接管（4）連接金具（5）保護金具圖2-20幾種保護金具（a）護線條；（b）防振錘；（c）懸重錘二、電纜線路的結(jié)構(gòu) 在人口密度大與負荷密度高的大城市及其近郊區(qū)，由于受到環(huán)境、安全、景觀等多方面的限制，大多采用埋設(shè)于地下的電纜配電線路。近年來我國的大城市的城網(wǎng)改造中這種趨勢愈來愈明顯。一般來說，電纜線路的造價較之架空線路要高，而且電壓等級愈

31、高，二者的差別也愈大，且電纜線路的檢修也費事、費時。但由于電纜線路不需要在地面上架設(shè)桿塔，占用土地面積少、美觀、營造綠色的居住環(huán)境，且極少受到各種氣象因素與外力的影響，因而供電可靠性高，對人身也較安全、更符合環(huán)保要求，等等。電纜的構(gòu)造一般包括三部分：導(dǎo)體、絕緣層和包護層。電纜的導(dǎo)體一般采用鋁或銅的單股或多股線，通常用多股線。（一）電纜的構(gòu)造 電纜絕緣層的材料有橡膠、瀝青、聚乙烯（PE）、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丁烯、棉、麻、綢、紙、浸漬紙和礦物油、植物油等液體絕緣材料。電纜線路常用電纜的構(gòu)造如圖2-21所示。圖2-21 常用電纜的構(gòu)造（a）鋁（銅）芯線絕緣鋁（鉛）包鋼帶鎧

32、裝電力電纜；（b）紙絕緣分相鋁（鉛）包裸鋼帶鎧裝電力電纜1導(dǎo)體；2相絕緣；3帶絕緣；4鋁（鉛）包；5麻襯；6鋼帶鎧裝；7麻被；8填麻圖2-23 XLPE電纜結(jié)構(gòu)1導(dǎo)線；2導(dǎo)線屏蔽層；3XLPE絕緣層；4半導(dǎo)電層；5銅帶；6填料；7扎緊布帶；8PVC外護套圖2-24 PVC電纜結(jié)構(gòu)1導(dǎo)線；2PVC絕緣；3PVC內(nèi)護套；4鎧裝層；5填料；6PVC外護套（二）電纜的附件 電纜附件主要有連接頭（盒）和終端頭（盒），而充油電纜則還有一整套供油系統(tǒng)。圖2-25 環(huán)氧樹脂連接頭1鋁（鉛）包；2線芯絕緣；3環(huán)氧樹脂；4壓接管圖2-26 環(huán)氧樹脂戶外終端頭 1纜芯；2預(yù)制袖口套管； 3預(yù)制模蓋；4預(yù)制底殼；5環(huán)

33、氧樹脂 輸電線路的電氣參數(shù)是指線路的電阻、電導(dǎo)、電感（電抗）和電容，通常，這些參數(shù)是均勻分布的。正確計算這些參數(shù)是線路電氣計算的基礎(chǔ)。單根導(dǎo)線單位長度的直流電阻計算為 式中 導(dǎo)線材料的電阻率， ；導(dǎo)線的截面積， 。一、電阻（2-1）第二節(jié) 輸電線路的電氣參數(shù) 由于從產(chǎn)品目錄或手冊中所查得的通常都是20時的電阻值，當(dāng)線路實際運行的溫度不等于20時，應(yīng)修正其電阻值，修正式為 式中 、 分別為 ，20時的電阻，/km。 電阻的溫度系數(shù)。對于鋁， =0.0036；對于銅， =0.00382。 二、電導(dǎo) 輸電線路在輸送功率的過程中，除了電流在線路電阻內(nèi)產(chǎn)生有功功率損耗之外，在周圍的絕緣介質(zhì)中還將產(chǎn)生功率

34、損耗。輸電線路的電導(dǎo)即與后一部分功率損耗有關(guān)。（2-2） 具體而言，架空線路的電導(dǎo)，或稱為泄漏電導(dǎo)，它主要與沿絕緣子串及金具 的泄漏損耗以及電暈損耗有關(guān)，嚴格說來它應(yīng)理解為等值電導(dǎo)。 通常，泄漏損耗的值很小，往往可以略去不計，而線路的電暈損耗往往是決 定線路電導(dǎo)值的主要因素。 電暈是一種氣體放電現(xiàn)象。電暈放電是當(dāng)導(dǎo)線的表面電場強度達到并超過一定數(shù)值時，導(dǎo)線周圍的空氣分子被游離而產(chǎn)生的。產(chǎn)生電暈需要消耗功率與能量，這就形成了電暈損耗。電暈損耗的大小與導(dǎo)線表面電場強度值、導(dǎo)線的表面狀態(tài)、氣象條件、導(dǎo)線的布置方式等因素有關(guān)，而與線路的電流值無關(guān)。 當(dāng)已知架空線路單位長度的電暈損耗后，即可計算出線路單

35、位度的等值電導(dǎo)g1來，其計算式為 g1= 10-3(S/km)（2-3） 式中pg三相線路單位長度的電暈損耗功率，kW/km； U線路的線電壓，kV。 為了減少電暈損耗，應(yīng)設(shè)法降低導(dǎo)線表面電場強度值，當(dāng)導(dǎo)線表面電場強度值低于產(chǎn)生電暈的臨界電場強度值時就不致發(fā)生電暈。 對于超高壓輸電線路而言，單純依靠增大導(dǎo)線截面來限制電暈的產(chǎn)生是不經(jīng)濟的。 實踐證明，采用每相導(dǎo)體分裂幾根子導(dǎo)體的分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，可降低其表面電場強度，這是目前國內(nèi)外超高壓輸電線路上廣為采用的導(dǎo)線形式。圖2-27 分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖（a）n=2；（b）n=2；（c）n=3；（d）n=4；n每相導(dǎo)線分裂根數(shù)三、電抗（一）兩線輸電線路的電

36、感 對于圖2-29所示的往返兩線輸電線路，單位長度電感計算式為（2-4）單位長度導(dǎo)線的內(nèi)部電感， ； 單位長度導(dǎo)線的外部電感， ；真空磁導(dǎo)率， ；導(dǎo)線的半徑， ；式中兩導(dǎo)線的幾何軸線距離， 。如將0的值代入式（2-4）并適當(dāng)化簡后可得（2-5）（二）三相輸電線路的電感1. 三相導(dǎo)線按等邊三角形布置時的電感 從物理概念出發(fā)，完全與上述往返兩線輸電線路的電感計算相等效?？梢灾苯佑檬剑?-5）來計算電感，這時三相中每相導(dǎo)線的電感值均完全相同。圖2-30 三角形布置的三相導(dǎo)線（a）等邊三角形布置；（b）不等邊三角形布置圖2-29 往返兩線輸電線路2.三相導(dǎo)線按不等邊三角形布置時的電感 當(dāng)三相導(dǎo)線按不等

37、邊三角形布置，如圖2-30（b）所示。 若流過下列對稱的三相交流時，有（2-6）于是，相應(yīng)A相導(dǎo)線的電感值為（2-9）同理，可求得B相、C相的電感值分別為（2-10）（2-11）3.三相導(dǎo)線按水平布置時的電感 如圖2-31所示，由于各相之間的距離并不相等，故它的電感計算可認為是上述三相不等邊三角形布置的一種特例，可取D12=D，D23=D，D31=2D，并代入式（2-9）式（2-11），即可得出三相導(dǎo)線水平布置的各相電感的計算公式為：圖2-31三相導(dǎo)線按水平方式布置（2-12）（2-13）（2-14）4.三相導(dǎo)線完全換位時的電感 換位就是輪流改換三相導(dǎo)線在桿塔上的位置，如圖232所示。當(dāng)線路進

38、行完全換位時，在一次整換位循環(huán)內(nèi)，各相導(dǎo)線將輪流地占據(jù)A、B、C相的幾何位置，因而在這個長度范圍內(nèi)各相的電感（電抗）值就變得一樣了。當(dāng)線路經(jīng)完全換位后，各相電感值就變得相等。圖2-32三相輸電線路的一次整換位循環(huán)式中 三相導(dǎo)線經(jīng)完全換位后每相導(dǎo)線單位長度的電感；三相導(dǎo)線間的幾何均距，對于水平布置方式，由于D12=D，D23=D，D31=2D，故有5.三相單回線路電抗的適用計算公式（2-16） 如將f=50 Hz，=2f=250=100代入式（2-16），并將自然對數(shù)換算為常用對數(shù)后即可得（2-17） 式（2-17）即為一般完全換位的三相單回線路電抗的適用計算公式。在計算時須注意Djp與r應(yīng)取相

39、同的單位。 由于電抗值與幾何均距、導(dǎo)線半徑之間為對數(shù)關(guān)系，所以導(dǎo)線在桿塔上的布置方式及導(dǎo)線截面積的大小對線路電抗值影響不大。通常，架空線路的電抗值一般都在0.4/km左右，在近似計算時就可取這個值。6.分裂導(dǎo)線電抗的計算公式 如前所述，對于超高壓輸電線路，為了降低導(dǎo)線表面電場強度以達到減低電暈損耗和抑制電暈干擾的目的，目前廣泛采用了分裂導(dǎo)線。 由于電流分布的改變所引起的周圍電磁場的變化，使得分裂導(dǎo)線的電抗計算將不同于一般的導(dǎo)線?？梢栽O(shè)想，如將每相導(dǎo)線分裂為若干根子導(dǎo)體，并將它們均勻布置在半徑為rD的圓周上見圖2-33（d），則決定每相導(dǎo)線電抗的將不再是每根子導(dǎo)體的半徑r，而是圓的半徑rD，這樣

40、就等效地增大了導(dǎo)線半徑，從而減低了導(dǎo)線的電抗。圖2-33分裂導(dǎo)線（a）雙分裂；（b）三分裂；（c）四分裂；（d）n分裂分裂導(dǎo)線電抗的適用計算式為（2-22）式中 每相導(dǎo)線的分裂根數(shù)（即子導(dǎo)體數(shù)）；分裂導(dǎo)線的等值半徑，m；三相導(dǎo)線的幾何均距，m。分裂導(dǎo)線的等值半徑 的一般計算式為（2-23）式中 每根子導(dǎo)體的半徑； 各根子導(dǎo)體間的幾何均距，它的一般計算式可根據(jù)電感計算的原理推導(dǎo)而得，由于較繁瑣，這里從略。讀者如有需要，可參閱有關(guān)書籍。 根據(jù)理論推導(dǎo)的結(jié)果，在實際使用時， 值可計算為 ( 2-24）表2-2 不同布置方式時分裂導(dǎo)線的值采用分裂導(dǎo)線可以顯著降低輸電線路單位長度的電抗。圖2-34分裂導(dǎo)

41、線的電抗x1值與分裂根數(shù)n的關(guān)系四、電容和電納 通常，架空線路的相間和相對地之間都存在著電位差，而它們之間又依靠空氣等絕緣介質(zhì)隔開，因而相間和相對地之間必有一定的電容存在，相應(yīng)地也有一定的容性電納存在。電容的大小與相間距離、導(dǎo)線截面、桿塔結(jié)構(gòu)尺寸等因素有關(guān)。（一）兩線輸電線路的電容 對于圖2-35所示一組分別帶有電荷為 , , , 的平行導(dǎo)線，根據(jù)靜電場的原理，它們在導(dǎo)線A、B間所引起的電位差UAB為式中 、 、 、 各平行導(dǎo)線單位長度所帶的電荷，C/m； 、 、 、 各導(dǎo)線的計算半徑，m； 、 、 、 各導(dǎo)線的間距，m； 介質(zhì)的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)為 =8.8510-12F/m，而一般電

42、介質(zhì)的相對介電常數(shù)為 。 式（2-25）將作為分析后面內(nèi)容的重要基礎(chǔ)。 下面研究圖2-36所示往返兩線輸電線路的電容。已知導(dǎo)體A、B的半徑為rA=rB=r，另外由于是往返兩線輸電線路，導(dǎo)體的電荷間存在著qA=-qB=q的關(guān)。根據(jù)式（2-25）可知，導(dǎo)線A、B間的電位差為（2-26）根據(jù)電容的定義可知（2-27） 將介電常數(shù) 的值代入式（2-27），再把自然對數(shù)換算成常用對數(shù)，并進行適當(dāng)?shù)膯挝粨Q算后可得（2-28）圖2-35一組帶電的平行導(dǎo)線圖2-36往返兩線輸電線路圖2-37兩線輸電線路間的線間電容與對地電容 式（2-28）給出了往返兩線輸電線路的導(dǎo)體A、B之間的電容量，即線間電容量，但是作為

43、電力網(wǎng)計算用的等值電容都是指線對地的電容。為此，人們常設(shè)想在兩導(dǎo)線間正好有一個零電位點處于導(dǎo)線間的幾何中心處，因此可以把線間電容CAB看成是兩個導(dǎo)線對地電容（即對中點N的電容）CAN及CBN相串聯(lián)（見圖2-37）。故導(dǎo)線的對地電容為（2-29）根據(jù)式（2-28）、式（2-29）可得（2-30）（二）三相輸電線路的電容和電納（1）三相導(dǎo)線按等邊三角形布置時當(dāng)三相導(dǎo)線對稱布置時每相導(dǎo)線的對地（中性點）電容為（2-35）式中 C1每千米線路的相對地電容,相應(yīng)的容性電納b1為（2）三相導(dǎo)線不對稱布置時 當(dāng)三相導(dǎo)線采用如圖2-40所示的不等邊三角形布置或如圖2-31所示的水平布置時，都屬于不對稱布置的情

44、況，這時各相之間的距離一般不相等，即D12D23D31。對于不對稱布置的三相線路，需要進行導(dǎo)線換位。經(jīng)推導(dǎo)，每根導(dǎo)線的對地電容為（2-45）或 比較式（2-30）、式（2-35）以及式（2-45）可知，對于兩線輸電線路、三相導(dǎo)線對稱布置以及三相導(dǎo)線不對稱布置這三種情況而言，其對地電容的計算公式在形式上是相同的，只是當(dāng)三相導(dǎo)線不對稱布置時，相間距離應(yīng)取為導(dǎo)線間的幾何均距而已，這與前述導(dǎo)線電感計算的情況相類似。 這時，相應(yīng)的電納計算式為（2-46）（三）分裂導(dǎo)線的電容和電納 理論推導(dǎo)表明，采用分裂導(dǎo)線的線路仍可分別采用式（2-45）和式（2-46）來計算其電容與電納，只是這時導(dǎo)線的半徑應(yīng)當(dāng)用按式（

45、2-23）所確定的等值半徑rD來代替。其具體計算公式如下。1. 相對地電容式中 Djp三相導(dǎo)線的幾何均距，m； rD分裂導(dǎo)線的等值半徑，按式（2-23）計算，m。（2-47）2.電納（2-48） 一般來說，采用分裂導(dǎo)線的線路的每相電納，在截面相同時，要比一般線路的每相電納大，其增大的程度與分裂根數(shù)等有關(guān)。（四）大地對三相輸電線路電容的影響 上述計算電容的公式是在沒有考慮大地影響的前提下得出的。但是，由于大地的存在將使輸電線路導(dǎo)線的電場發(fā)生畸變，從而影響到輸電線路的電容值。 首先看一看如圖2-42所示由具有電荷q的單根導(dǎo)線與大地間所形成的電場。如果設(shè)想大地是一個無限大平面的完全導(dǎo)體，則大地表面可

46、以看成是一個等位面。根據(jù)電磁場理論中的“鏡像法”原理，可以設(shè)想有一根虛構(gòu)的鏡像導(dǎo)線位于地面以下，它距地面的距離就等于架空導(dǎo)線的離地高度H。如果將大地移去而將與架空導(dǎo)線上的電荷大小相等但符號相反的電荷q充于假想導(dǎo)體上，則在架空導(dǎo)線與假想導(dǎo)體之間的中間平面將形成一個等位面，這正是原來大地的位置，這時電力線分布情況將與大地存在時完全一致。這表明完全可以用鏡像法來處理大地對導(dǎo)線電容的影響，現(xiàn)進一步推導(dǎo)于后。 設(shè)三相導(dǎo)線的布置如圖2-43所示。導(dǎo)線A、B、C的電荷量分別為qA，qB，qC，導(dǎo)線采用完全換位，并且在換位的第一個循環(huán)中分別占據(jù)1、2、3的位置。圖2-42大地對單根導(dǎo)線電場分布的影響（a）單根

47、導(dǎo)線的對地電場；（b）導(dǎo)線的鏡像圖2-43利用鏡像法來分析考慮經(jīng)推導(dǎo)，在考慮大地影響后，每相的對地電容為（2-55） 式中H1、H2、H3、H12、H23、H31各導(dǎo)線與鏡像導(dǎo)線之間的距離，m，可參見圖2-43。 比較式（2-55）與式（2-45）可知，大地的影響將使線路的電容增大。但由于一般架空線路距地面較高，以致H12、H23、H31與H1、H2、H3的值很接近，于是分母中的第二項可以忽略不計，這樣一來，式（2-55）又變成了式（2-45）。換句話說，在一般情況下大地的影響可以不考慮。一、雙繞組變壓器的參數(shù)計算第三節(jié) 電力網(wǎng)參數(shù)計算中變壓器參數(shù)的計算方法 雙繞組變壓器常?？梢杂脠D2-44所

48、示的簡化等值電路來表示。 雙繞組變壓器的基本參數(shù)為：短路電阻Rk，短路電抗Xk，勵磁電導(dǎo)Gm，勵磁電納Bm。 要計算Rk，Xk，Gm，Bm這四個參數(shù)，往往只需要事先知道負載損耗Pk、空載損耗P0、短路阻抗Uk%、空載電流I0%這四個銘牌數(shù)據(jù)即可。（一）短路電阻Rk具體計算式為（2-56）圖2-44雙繞組變壓器的簡化等值電路（a）簡化等值電路；（b）近似等值電路（二）短路電抗Xk 具體計算公式為（2-57）（三）勵磁電導(dǎo)Gm （2-59）（四）勵磁電納Bm （2-60）二、三繞組變壓器的參數(shù)計算（一）短路電阻RK圖2-45三繞組變壓器的等值電路 當(dāng)三個繞組的容量均等于變壓器的額定容量時，則各繞組

49、的等值負載損耗為（2-61） 然后再參照計算雙繞組變壓器短路電阻的公式（2-56），即可分別得出各個繞組歸算到同一側(cè)電壓下的等值短路電阻值的計算公式為（2-62） 應(yīng)當(dāng)指出：對于三個繞組中有一個繞組的容量不等于額定容量的三繞組變壓器，例如，容量比為100/100/50的三繞組變壓器，制造廠給出的短路損耗，往往是指在一對繞組中當(dāng)容量較小的一側(cè)（例如SN3=50%SN）達到其額定電流（即變壓器額定容量的12）時的數(shù)值。這時，應(yīng)當(dāng)首先按式（2-63）把2、3繞組間和1、3繞組間的短路損耗值歸算到變壓器的額定容量下，即（2-63）(二)短路電抗Xk 各繞組的等值短路電壓值為（2-64） 再參照式（2-

50、58），可得出歸算到同一側(cè)電壓下的各個繞組的等值短路電抗的計算式為（2-65）三、自耦變壓器的參數(shù)計算 三繞組自耦變壓器的參數(shù)計算就完全可以采用上面介紹的一般三繞組變壓器的參數(shù)計算方法。但是，由于它的第三繞組的容量總是小于額定容量SN，因而存在一個容量歸算的問題。圖2-47三繞組自耦變壓器原理接線圖（a）三相接線；（b）單相電路式中 P*k(2-3)、P*k(1-3)以低壓繞組額定容量S3N為基準的負載損耗值。 自耦變壓器的電導(dǎo)、電納計算與一般雙繞組變壓器完全相同。一、短距離輸電線路 第四節(jié) 輸電線路的等值電路 通常對于長度不超過50 km、電壓在35 kV及以下的架空線路都可以作為短距離輸電

51、線路（見圖2-48）來處理，電容的影響可以不考慮，電阻和電感也可以作為集中參數(shù)來處理。 圖2-48短距離輸電線路（a）等值電路；（b）相量圖根據(jù)等值電路和相量圖，可知則 U1的模值為或電流關(guān)系為送端功率受端功率二、中距離輸電線路 當(dāng)輸電線路的長度在50 km以上但不超過300 km時（電壓等級一般為110220 kV），輸電線路仍可按集中參數(shù)處理，并可忽略電導(dǎo)影響，但電容影響已不可忽略。 對于這種中距離輸電線路通常采用的等值電路有兩種：一種為形等值電路，如圖2-49所示；另一種為T形等值電路，如圖2-50所示。圖2-49形等值電路圖2-50T形等值電路（一）形等值電路的計算受端視在功率送端的電

52、流送端的輸入功率形等值電路的計算公式為（二） T形等值電路的計算線路中央處電壓為線路的充電電流為因此，T形等值電路的計算式為三、遠距離輸電線路（長線）（一）長線的基本方程式 通常，對于距離在300 km以上的超高壓線路，必須按照符合線路實際參數(shù)分布情況的分布參數(shù)等值電路來進行計算。分布參數(shù)的等值電路如圖2-53所示。圖中的r1，x1，g1，b1，分別表示線路單位長度的電阻、電抗、電導(dǎo)和電納。圖2-53 分布參數(shù)的等值電路（長線等值電路）式中 Zc線路的波阻抗（又稱特性阻抗），當(dāng)不計線路電阻和電導(dǎo)時， 線路的傳播常數(shù)，1/km當(dāng)不計線路的電阻和電導(dǎo)時， （2-95） 應(yīng)當(dāng)指出，式（2-95）即為

53、表示沿線路的電壓、電流分布的關(guān)系式，式中的Zc與為表示電壓、電流分布特征的常數(shù)，通常還可用公式 來表示。該式中的實部可理解為支配電壓與電流大小的衰減常數(shù)，虛部則為支配電壓和電流之間的相位角的相位常數(shù)。 當(dāng)x為線路全長l時，從式（2-95）可以得到線路首端和末端的電壓、電流的關(guān)系式為或（三）長線的修正形等值電路 為了使形等值電路能代替分布參數(shù)的等值電路，必須使二者的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)A、B、C、D值相等聯(lián)立解上述各式后可得（2-102）中kz、ky稱為修正系數(shù)（2-103）（2-104）第五節(jié) 電力網(wǎng)電壓計算 一、電壓降落的計算（2-108）圖2-57 集中參數(shù)輸電線路的 等值電路和相量圖（a）計算用等值

54、電路；（b）相量圖 通常把這個相量差 稱為電壓降落。它實質(zhì)上就是電流在線路阻抗上的壓降，相量圖中的三角形abc就是一個阻抗壓降三角形，ac邊為總的電壓降落，ab邊為電阻壓降（或壓降的有功分量），bc邊為電抗壓降（或壓降的無功分量）。以線電壓表示的電壓降落縱分量的計算式為式中U2末端的線電壓。（2-112）（2-114）或絕對值為（2-115）二、電壓損耗與電壓偏移所謂電壓損耗，就是指輸電線路首端和末端電壓的絕對值之差。（2-120）（2-121）電壓損耗是由兩部分所組成，即（2-122） 式（2-122）中的第一部分與有功功率和電阻有關(guān)，第二部分與無功功率和電抗有關(guān)，但這些因素對電壓損耗值的影

55、響程度歸根到底與電力網(wǎng)特性有關(guān)。一般說來，在超高壓電力網(wǎng)中，因輸電線路的導(dǎo)線截面較大，XR，所以QX項對電壓損耗值影響較大，亦即無功功率Q的數(shù)值對電壓影響較大；反之，在電壓不太高的地區(qū)性電力網(wǎng)中，由于電阻R的值相對較大，這時PR項的影響將不可忽視。所謂電壓偏移是指網(wǎng)絡(luò)的實際電壓與額定電壓的數(shù)值之差,常用百分值表示首端電壓偏移(%)末端電壓偏移(%)（2-123）一、系統(tǒng)的無功電源、無功負荷和無功平衡（一）系統(tǒng)的無功電源1. 同步發(fā)電機 發(fā)電機的額定有功功率PN，額定無功功率QN，額定視在功率SN以及額定功率因數(shù)cosN之間有如下的關(guān)系（2-134）（2-135）第六節(jié) 電力系統(tǒng)的無功平衡和電壓

56、調(diào)節(jié)2. 同步補償機（調(diào)相機） 它是專門用來生產(chǎn)無功功率的一種同步電機。在過勵磁、欠勵磁的不同情況下，它可分別發(fā)出或吸收感性無功功率。而且，只要改變它的勵磁，就可以平滑地調(diào)節(jié)無功功率輸出，單機容量也可以做得較大。通常，它可以直接裝設(shè)在用戶附近就近供應(yīng)無功功率，從而減少輸送過程中的損耗。但由于它是旋轉(zhuǎn)電機，故有功功率損耗較大。3. 電力電容器 電力電容器只能從系統(tǒng)吸取容性的無功功率，它最適合補償系統(tǒng)的感性無功負載。它一般單臺容量不大，多成組使用，因而其容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，具有較大的靈活性。電容器的無功功率與所在節(jié)點的電壓平方成正比，即（2-136）4. 靜止補償器 靜止補償

57、器是20世紀60年代起發(fā)展起來的一種新型可控的靜止無功補償裝置，它簡稱為SVC。其特點是：利用晶閘管電力電子元件所組成的電子開關(guān)來分別控制電容器組與電抗器的投切，這樣它的性能完全可以做到和同步補償機一樣，既可發(fā)出感性無功，又可發(fā)出容性無功，并能依靠自身裝置實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，從而可以作為系統(tǒng)的一種動態(tài)無功電源，對穩(wěn)定電壓、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性以及減弱動態(tài)電壓閃變等均能起著較大的作用。（1） FC-TCR型靜止補償器（2）TSC-TCR型靜止補償器圖2-62 FC-TCR型靜止補償器的原理接線圖圖2-63 TSC-TCR型靜止補償器的原理接線圖（3） 飽和電抗器型靜止補償器 可控飽和電抗器型中的飽和電

58、抗器工作在飽和區(qū)，對應(yīng)的等值電抗隨飽和程度的加深而減少，它所吸收的無功因QL=U2/XL關(guān)系而增加。其接線方式如圖2-64所示。飽和電抗器特性、濾波電容器特性以及綜合伏安特性如圖2-65所示。由綜合伏安特性可見，當(dāng)系統(tǒng)電壓增加時，飽和電抗器電流將迅速增加，從而起到調(diào)節(jié)作用。 自飽和電抗器實質(zhì)上是一種大容量的磁飽和穩(wěn)壓器，不需要外加控制調(diào)節(jié)設(shè)備。自飽和電抗器具有如下特性：電壓低于額定電壓時，鐵心不飽和，呈現(xiàn)很大的感抗值，基本上不消耗無功功率，整個裝置由并聯(lián)的固定電容器組C發(fā)出無功功率，使母線電壓回升；當(dāng)電壓達到或略超過額定電壓時，鐵心急劇飽和，回路感抗急劇降低，從外界大量吸收無功功率，使母線電壓

59、降低；在額定電壓附近，電抗器吸收的無功功率將隨電壓波動而靈敏地變化，從而達到穩(wěn)定電壓的目的。圖2-64可控飽和電抗器型靜止補償裝置圖2-65 可控飽和電抗器型靜 止補償裝置的伏安特性圖2-66 自飽和電抗器型靜止補償器上述五種類型的SVC裝置綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，如表2-7所示。表2-7 五種SVC裝置的技術(shù)經(jīng)濟比較（二）系統(tǒng)的無功負荷和無功損耗1. 系統(tǒng)的無功負荷 系統(tǒng)的無功負荷主要是指以滯后的功率因數(shù)運行的用電設(shè)備所吸收的感性無功功率，其中主要是異步電動機，特別是當(dāng)異步電動機輕載時，所吸收的無功功率較多。2. 系統(tǒng)的無功損耗（1）輸電線路的無功損耗 另外，輸電線路上還有電納，電納中的容性功率又

60、稱為線路的充電功率，其大小與線路電壓的平方成正比。對超高壓輸電線路而言，這部分容性充電功率的數(shù)值常常是較大的。（2）變壓器的無功損耗 由于從發(fā)電廠到用戶中間要經(jīng)過多級變壓，所以雖然每臺變壓器的無功損耗一般只占每臺變壓器容量的百分之幾，但多級變壓器的無功損耗的總和就很可觀了。（三）系統(tǒng)的無功平衡 所謂系統(tǒng)的無功平衡，就是指在運行的每一時刻，系統(tǒng)中各無功電源所發(fā)出的總無功功率要與系統(tǒng)的無功負荷及無功功率損耗相平衡。同時，為了運行可靠及適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展，還要求有一定的無功備用容量，具體可用公式表示為（2-137） 如果QB0，則表示系統(tǒng)的無功功率不僅可以平衡，還適當(dāng)留有備用。反之，如QB0，則表示系統(tǒng)