電氣工程第4章

第四章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析基礎(chǔ)電氣工程基礎(chǔ)2/2/2023第四章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析基礎(chǔ)本章要求1.熟悉電力線路的基本結(jié)構(gòu)；2.掌握輸電線路等值電路及參數(shù)計(jì)算；3.掌握變壓器等值電路及參數(shù)計(jì)算；4.掌握開(kāi)式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算方法；5.了解閉式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算方法；6.掌握輸電線路導(dǎo)線截面的計(jì)算與選擇方法；7.熟悉電力網(wǎng)電能損耗計(jì)算；8.掌握電力網(wǎng)降損措施。2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)及等值電路4.2簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的潮流計(jì)算

4.3輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

4.4電力網(wǎng)的電能損耗第四章電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計(jì)算基礎(chǔ)2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路

一、電力線路的結(jié)構(gòu)

1．架空線路架空線路主要由導(dǎo)線、避雷線（即架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等部件組成，如圖4.1所示。

圖4.1架空線路的結(jié)構(gòu)2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路

一、電力線路的結(jié)構(gòu)

1．架空線路2/2/20232/2/20232/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路

一、電力線路的結(jié)構(gòu)

1．架空線路導(dǎo)線和避雷線：導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電流、輸送電能；避雷線的作用是將雷電流引入大地，以保護(hù)電力線路免遭雷擊。圖4.2裸導(dǎo)線的構(gòu)造a）單股線b）多股絞線c）鋼芯鋁絞線架空線路采用的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種，如圖4.2所示。2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路導(dǎo)線材料：要求電阻率小、機(jī)械強(qiáng)度大、質(zhì)量輕、不易腐蝕、價(jià)格便宜、運(yùn)行費(fèi)用低等，常用材料有銅、鋁和鋼。導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式：導(dǎo)線分為裸導(dǎo)線和絕緣導(dǎo)線兩大類，高壓線路一般用裸導(dǎo)線，低壓線路一般用絕緣導(dǎo)線。架空導(dǎo)線的型號(hào)

TJ——銅絞線，特殊應(yīng)用，例：TJ-16；TJ-25LJ——鋁絞線，用于10kV及以下架空線路，例：TJ-16；TJ-25

LGJ——鋼芯鋁絞線，用于35kV及以上架空線路，例：LGJ-400/50

GJ——鋼絞線，用作避雷線

2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路分裂導(dǎo)線來(lái)防止電暈并減小線路感抗2/2/2023檔距：同一線路上相鄰兩根桿塔之間的水平距離稱為架空線路的檔距（或跨距）?；〈梗簩?dǎo)線懸掛在桿塔的絕緣子上，自懸掛點(diǎn)至導(dǎo)線最低點(diǎn)的垂直距離稱為弧垂。線間距離：380V為0.4～0.6m；6～10kV為0.8～1m；35kV為2～3.5m；110kV為3～4.5m。4.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路架空線路的幾個(gè)概念

2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路三相四線制低壓線路的導(dǎo)線，一般都采用水平排列；三相三線制的導(dǎo)線，可三角排列，也可水平排列；多回路導(dǎo)線同桿架設(shè)時(shí)，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；電壓不同的線路同桿架設(shè)時(shí)，電壓較高的線路應(yīng)架設(shè)在上面，電壓較低的線路應(yīng)架設(shè)在下面；架空導(dǎo)線和其他線路交叉跨越時(shí)，電力線路應(yīng)在上面，通訊線路應(yīng)在下面。導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：架空線路的幾個(gè)概念

2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路桿塔：用來(lái)支撐導(dǎo)線和避雷線，并使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與大地之間保持一定的安全距離。按材料分：有木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔。按用途分：有直線桿塔（中間桿塔）、轉(zhuǎn)角桿塔、耐張桿塔（承力桿塔）、終端桿塔、換位桿塔和跨越桿塔等。橫擔(dān)的長(zhǎng)度取決于線路電壓等級(jí)的高低、檔距的大小、安裝方式和使用地點(diǎn)等。桿塔的分類橫擔(dān)：電桿上用來(lái)安裝絕緣子。常用的有木橫擔(dān)、鐵橫擔(dān)和瓷橫擔(dān)三種。2/2/20232/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路絕緣子和金具：絕緣子用來(lái)使導(dǎo)線與桿塔之間保持足夠的絕緣距離；金具是用來(lái)連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱。常用的絕緣子主要有針式、懸式和棒式三種。針式絕緣子：用于35kV及以下線路上，用在直線桿塔或小轉(zhuǎn)角桿塔上。懸式絕緣子：用于35kV以上的高壓線路上，通常組裝成絕緣子串使用（35kV為3片串接；60kV為5片串接；110kV為7片串接）。棒式絕緣子：棒式絕緣子多兼作瓷橫擔(dān)使用，在110kV及以下線路應(yīng)用比較廣泛。2/2/20231.架空輸電線避雷線導(dǎo)線（四分裂）桿塔絕緣子串典型架空輸電線路的照片2/2/20232/2/20232/2/2023雙分裂導(dǎo)線2/2/2023500kV換位塔2/2/2023大型跨越塔10kV跨越塔2/2/2023同桿雙回塔10kV同桿雙回塔2/2/2023轉(zhuǎn)角塔2/2/2023不同材料的絕緣子鋼化玻璃絕緣子瓷絕緣子合成絕緣子2/2/2023絕緣子形式針式絕緣子瓷橫擔(dān)絕緣子懸式絕緣子2/2/2023電壓等級(jí)與直線桿塔上懸垂絕緣子串中絕緣子數(shù)量的關(guān)系

系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）3563110220330500每串絕緣子片數(shù)3571317~1925~282/2/2023金具

2/2/2023金具種類并溝線夾（接續(xù)金具）懸垂線夾耐張線夾聯(lián)結(jié)金具（Z型掛板）2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路2．電纜線路與架空線相比較缺點(diǎn)：造價(jià)高；故障后檢測(cè)故障點(diǎn)位置和修復(fù)困難；優(yōu)點(diǎn)：占用土地面積少；受外力及環(huán)境破壞的概率低，因而供電可靠；對(duì)人身較安全；可使城市環(huán)境美觀。應(yīng)用：在發(fā)電廠和變電所的進(jìn)出線處，在線路需穿過(guò)江河處，在缺少空中走廊的大城市中，以及國(guó)防或特殊需要的地區(qū)，往往都要采用電力電纜線路。此外，采用直流輸電的電纜線路完成跨海輸電會(huì)更顯示其優(yōu)越性。2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路2．電纜線路電纜的結(jié)構(gòu)：包括導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)包皮三部分。分為單芯、三芯和四芯等種類。單芯電纜的導(dǎo)體截面是圓形的；三芯或四芯電纜的導(dǎo)體截面除圓形外，更多是采用扇形。扇形三芯電纜1—導(dǎo)體2—紙絕緣3—鉛包皮4—麻襯5—鋼帶鎧甲6—麻被導(dǎo)體：由多股銅絞線或鋁絞線制成。2/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等值電路絕緣層：用來(lái)使導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與保護(hù)包皮之間保持絕緣。絕緣材料一般有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚氯乙烯等。保護(hù)包皮：用來(lái)保護(hù)絕緣層，使其在運(yùn)輸、敷設(shè)及運(yùn)行過(guò)程中免不受機(jī)械損傷，并防止水分浸入和絕緣油外滲。常用的包皮有鋁包皮和鉛包皮。此外，在電纜的最外層還包有鋼帶鎧甲，以防止電纜受外界的機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕。2．電纜線路扇形三芯電纜1—導(dǎo)體2—紙絕緣3—鉛包皮4—麻襯5—鋼帶鎧甲6—麻被2/2/20232.電纜線路2/2/2023電纜的敷設(shè)方式：4.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為0.7～0.8m，應(yīng)在凍土層以下。當(dāng)多條電纜并列敷設(shè)時(shí)，應(yīng)留有一定距離，以利于散熱。電纜溝敷設(shè)：當(dāng)電纜條數(shù)較多時(shí)，宜采用電纜溝敷設(shè)，電纜置于電纜溝的支架上，溝面用水泥板覆蓋。穿管敷設(shè)：當(dāng)電力電纜在室內(nèi)明敷或暗敷時(shí)，為了防電纜受到機(jī)械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式。2.電纜線路2/2/2023

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路1．輸電線路的參數(shù)計(jì)算電力系統(tǒng)三相對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電力線路的等值電路是以導(dǎo)線的電阻、電抗（電感）以及導(dǎo)線的對(duì)地電導(dǎo)、電納（電容）為參數(shù)組成的單相電路。2/2/2023

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路1．輸電線路的參數(shù)計(jì)算電阻反映線路導(dǎo)體通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的有功功率損失；電抗（電感）反映載流線路周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)；電導(dǎo)反映電暈現(xiàn)象及絕緣子泄露電流產(chǎn)生的有功功率損失；電納（電容）反映載流線路周圍產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)。注意：這些參數(shù)是沿線路均勻分布的。2/2/2023

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路1．輸電線路的參數(shù)計(jì)算電阻：?jiǎn)胃鶎?dǎo)線的單位長(zhǎng)度直流電阻為：導(dǎo)線的交流電阻比直流電阻增大0.2%～1%，主要是因?yàn)椋簯?yīng)考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響；導(dǎo)線為多股絞線，使每股導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度比線路長(zhǎng)度長(zhǎng);導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱截面）一般略大于實(shí)際截面。通常取;2/2/2023工程計(jì)算中，可先查出導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電阻值r1，則需要指出：手冊(cè)中給出的r1值，則是指溫度為20℃時(shí)的導(dǎo)線電阻，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行的溫度不等于20℃時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行修正：

式中，α為電阻的溫度系數(shù)(1/℃)，銅取0.00382（1/℃），鋁取0.0036（1/℃）。

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路2/2/2023電抗：每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等值電抗為：

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路式中，μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，銅和鋁的;

r為導(dǎo)線半徑（m）；

為三相導(dǎo)線的線間幾何均距（m）。geD2/2/2023

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路若為分裂導(dǎo)線，式中的r用req替代，考慮分裂根數(shù)m即可。m為每相導(dǎo)線的分裂根數(shù)；r為分裂導(dǎo)線的每一根子導(dǎo)線的半徑；d1k為分裂導(dǎo)線一相中第1根與第k根子導(dǎo)線之間的距離，k=2,3,……,m；Π為有示連乘運(yùn)算的符號(hào)。2/2/2023注意：為了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對(duì)稱，應(yīng)將輸電線路的各相導(dǎo)線進(jìn)行換位。一次整循環(huán)換位若三相導(dǎo)線等邊三角形排列，則若三相導(dǎo)線水平等距離排列，則通常架空線路的電抗值在0.4Ω/km左右，則

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路三相導(dǎo)線的布置方式a）等邊三角形布置b）水平等距布置2/2/2023電納：每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等值電容（F/km）為：

則單位長(zhǎng)度的電納（S/km）為：一般架空線路b1的值為S/km左右，則電導(dǎo)：電導(dǎo)參數(shù)是反映沿線路絕緣子的泄露電流和導(dǎo)線周圍空氣電離產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率損耗。說(shuō)明：通常架空線路的絕緣良好，泄露電流很小，可以忽略不計(jì)。

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路2/2/2023電暈現(xiàn)象：在架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。當(dāng)線路電壓高于電暈臨界電壓時(shí)，將出現(xiàn)電暈損耗，與電暈相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的等值電導(dǎo)（S/km）為：因此，式中，為實(shí)測(cè)線路單位長(zhǎng)度的電暈損耗功率（kW/km）。注意：通常由于線路泄漏電流很小，而電暈損耗在設(shè)計(jì)線路時(shí)已經(jīng)采取措施加以限制，故在電力網(wǎng)的電氣計(jì)算中，近似認(rèn)為。

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路2/2/2023表4.2不需計(jì)算電暈的導(dǎo)線最小直徑（海拔不超過(guò)1000m）額定電壓(kV)60以下110154220330500750導(dǎo)線外徑(mm)不限制9.613.721.333.22×21.3相應(yīng)導(dǎo)線型號(hào)LGJ-50LGJ-95LGJ-600LGJ-600LGJ-240LGJQ-400×2LGJQ-500×4

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路2/2/20232．輸電線路的等效電路

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路分布參數(shù)等值電路2/2/20232．輸電線路的等效電路一字型等效電路

：用于長(zhǎng)度不超過(guò)100km的架空線路（35kV及以下）和線路不長(zhǎng)的電纜線路（10kV及以下）。π型或T型等效電路：（110～220kV）和長(zhǎng)度不超過(guò)100km的電纜線路（10kV以上）。用于長(zhǎng)度為100～300km的架空線路圖4.21一字型等效電路圖4.22π型或T型等效電路a）π型b）T型

二、輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路例4.1例4.22/2/20234.1電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路1．雙繞組變壓器雙繞組變壓器采用Γ型等效電路。35kV及以下的變壓器，勵(lì)磁支路可忽略不計(jì)，可用簡(jiǎn)化等效電路。注意：變壓器等值電路中的電納的符號(hào)與線路等值電路中電納的符號(hào)相反，前者為負(fù)，后者為正；因?yàn)榍罢邽楦行裕笳邽槿菪?。雙繞組變壓器的等效電路a）Γ型等效電路b）勵(lì)磁支路用功率表示的等效電路c）簡(jiǎn)化等效電路2/2/2023電阻RT：由于所以（Ω）

電抗XT：由于對(duì)小容量變壓器，則所以（Ω）

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023電導(dǎo)GT：變壓器的電導(dǎo)是用來(lái)表示鐵心損耗的。電納BT：變壓器的電納是用來(lái)表征變壓器的勵(lì)磁特性的。所以（S）

因此（S）

說(shuō)明：以上各式中，U

、S、P、Q、的單位分別為kV、MVA、kW和kvar。

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023２．三繞組變壓器三繞組變壓器的等效電路如圖3-19所示。圖4.26三繞組變壓器的等效電路a）勵(lì)磁回路用導(dǎo)納表示b）勵(lì)磁回路用功率表示

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023電阻RT1、RT2、RT3三繞組變壓器容量比有三種不同類型：100/100/100：三個(gè)繞組的容量均等于變壓器的額定容量；100/100/50：第三個(gè)繞組的容量為變壓器額定容量的50%；100/50/100：第二個(gè)繞組的容量為變壓器額定容量的50%。

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023由得：

所以通過(guò)短路試驗(yàn)可得到任兩個(gè)繞組的短路損耗、、，則每一個(gè)繞組的短路損耗為

對(duì)100/100/100的變壓器：

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023短路試驗(yàn)有兩組數(shù)據(jù)是按50%容量的繞組達(dá)到額定容量時(shí)測(cè)量的值。因此，應(yīng)先將各繞組的短路損耗按變壓器的額定容量進(jìn)行折算，然后再計(jì)算電阻。如對(duì)容量比為100/100/50的變壓器，其折算公式為式中，、為未折算的繞組間短路損耗（銘牌數(shù)據(jù)）；、為折算到變壓器額定容量下的繞組間短路損耗。對(duì)100/100/50和100/50/100的變壓器：

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/2023電抗XT1、XT2、XT3所以由得：電導(dǎo)GT與電納BT：同雙繞組變壓器。說(shuō)明：1）廠家給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算到變壓器的額定容量，因此在計(jì)算電抗時(shí)，不論變壓器各繞組的容量比如何，其短路電壓百分?jǐn)?shù)不必再進(jìn)行折算。2）參數(shù)計(jì)算時(shí)，要求將參數(shù)歸算到哪一電壓等級(jí)，則計(jì)算公式中的UN為相應(yīng)等級(jí)的額定電壓。

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路2/2/20233．自耦變壓器的參數(shù)和等值電路

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路電力系統(tǒng)中使用的一般是三繞組自耦變壓器，其電氣接線如圖4.28（a）所示。就端子等效而言，它和普通三繞組變壓器一樣的，見(jiàn)圖4.28（b）。因此，自耦變壓器的參數(shù)和等值電路的確定也和普通變壓器相同。2/2/20233．自耦變壓器的參數(shù)和等值電路因自耦變壓器第三繞組的容量小于變壓器的額定容量SN，而短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的一般是未經(jīng)歸算的。、所以，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算時(shí)有一個(gè)容量歸算問(wèn)題，即需將短路損耗乘以，將短路電壓百分值乘以例4.3例4.42/2/20234．變壓器的π型等值電路

三、變壓器的參數(shù)計(jì)算及等效電路通常在變壓器等值電路中，變壓器的阻抗是折算到高壓側(cè)的，因此計(jì)算得到的低壓側(cè)電壓、電流也均為折算到高壓側(cè)的數(shù)值。為直接求出低壓側(cè)的實(shí)際電壓與實(shí)際電流，可在變壓器等值電路中，增加一個(gè)只反映變比的理想變壓器。所謂理想變壓器是一種無(wú)損耗、無(wú)漏磁，也不需要?jiǎng)?lì)磁電流的變壓器。2/2/2023如果不計(jì)勵(lì)磁支路或?qū)?lì)磁支路另外處理4．變壓器的π型等值電路例4.52/2/2023

四、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路1.發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路

（1）發(fā)電機(jī)的電抗制造廠一般給出以電機(jī)額定阻抗為基準(zhǔn)的發(fā)電機(jī)電抗百分比XG(%)，即2/2/2023（2）發(fā)電機(jī)的等值電路

四、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路1.發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路

圖4.34發(fā)電機(jī)的等值電路(a)以電壓源表示；(b)以發(fā)出的功率表示；(c)以發(fā)出的有功功率及機(jī)端電壓表示2/2/2023

四、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)及等值電路2.負(fù)載的參數(shù)及等值電路圖4.35負(fù)荷的等值電路(a)以功率表示；(b)以阻抗表示；(c)以導(dǎo)納表示

2/2/20234.2簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的潮流計(jì)算

電力網(wǎng)潮流計(jì)算計(jì)算的任務(wù)：針對(duì)具體的電力系統(tǒng)（已知電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及聯(lián)接關(guān)系），根據(jù)給定的有功、無(wú)功負(fù)荷，發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率以及發(fā)電機(jī)母線電壓有效值，求解電力網(wǎng)中其它各母線的電壓、各條線路中的功率以及功率損耗等。潮流計(jì)算不僅經(jīng)常進(jìn)行，而且還是其它計(jì)算的基礎(chǔ)。2/2/20233.3簡(jiǎn)單電力網(wǎng)的潮流計(jì)算

一、電壓降落、電壓損失和電壓偏移

1.電壓降落:指線路首末端電壓的相量差，即2/2/2023當(dāng)負(fù)荷為感性時(shí)，因此其中：——電壓降落的縱分量

——電壓降落的橫分量

則上式兩側(cè)乘以可把相電壓相量改為線電壓相量，單相功率也可以改用三相功率表示，即2/2/2023線路首端電壓有效值為：首末端電壓的相位差為：說(shuō)明：上述公式是按感性負(fù)荷下推出的，若為容性負(fù)荷，公式不變，無(wú)功功率Q前面的符號(hào)應(yīng)改變。2/2/20232．電壓損失:線路首末端電壓的代數(shù)差，即因此將按二項(xiàng)式定理展開(kāi)并取前兩項(xiàng)得：2/2/2023P2、Q2、U2的單位分別為kW、kvar

和kV

，且所有參數(shù)必須是線路上同一點(diǎn)的參數(shù)。幾點(diǎn)說(shuō)明:

對(duì)于110kV及以下電壓等級(jí)的電力網(wǎng)，可忽略電壓降落的橫分量，此時(shí)，電壓損失就等于電壓降落的縱分量，即

2/2/2023電壓損失通常以線路額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即如果已知線路首端的參數(shù)

P1、Q1、U1，則規(guī)程規(guī)定：電力網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的最大電壓損耗一般不應(yīng)超過(guò)10%；故障運(yùn)行一般不超過(guò)15%~20%。教材有詳細(xì)推導(dǎo)2/2/20233.電壓偏移：電力網(wǎng)中任意點(diǎn)的實(shí)際電壓U同該處網(wǎng)絡(luò)額定電壓UN的數(shù)值差，它反映的是電壓質(zhì)量。2/2/2023

4.配電網(wǎng)的電壓損失計(jì)算

（1）放射形線路電壓損失計(jì)算放射形線路如圖4.39a所示。設(shè)線路首末端相電壓分別為和，負(fù)荷電流為I，負(fù)荷的功率因數(shù)為，則2/2/2023一相的電壓損失為：為便于計(jì)算，用代替，則（1）放射形線路電壓損失計(jì)算2/2/2023換算成線電壓損失為：式中，P、Q、UN、的單位分別為kW、kvar、kV和V。（1）放射形線路電壓損失計(jì)算2/2/2023（2）樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算各支線的負(fù)荷功率——用p、q表示；各段干線的功率

——用P、Q表示；各段線路的長(zhǎng)度、電阻和電抗——分別用l、r和x表示；各負(fù)荷到電源之間的干線長(zhǎng)度、電阻和電抗——分別用L、R和X表示。

2/2/2023若忽略各段線路的功率損耗，則每段干線的功率可用各支線的負(fù)荷功率表示，即l1段：l2段：l3段：各線干段的電壓損失為:l1段：l2段：l3段：圖3-22樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算圖（2）樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算2/2/2023n段干線的總電壓損失為各段干線的電壓損失之和，即若將各線干段的負(fù)荷用各支線負(fù)荷表示，則上式可寫(xiě)成：（2）樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算2/2/2023電壓損失的百分?jǐn)?shù)為或n段干線的總電壓損失為各段干線的電壓損失之和，即若將各線干段的負(fù)荷用各支線負(fù)荷表示，則上式可寫(xiě)成：（2）樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算2/2/2023當(dāng)各段線路的導(dǎo)線截面、功率因數(shù)相同時(shí)，有（2）樹(shù)干式線路電壓損失計(jì)算2/2/2023（3）均勻無(wú)感線路電壓損失計(jì)算對(duì)于全線導(dǎo)線型號(hào)一致且可不計(jì)線路感抗或負(fù)荷的線路,其電壓損失百分?jǐn)?shù)可表示為

式中,γ為導(dǎo)線的電導(dǎo)率；A為導(dǎo)線的截面；為線路的所有功率矩（或叫負(fù)荷矩）之和；2/2/2023

二、功率損耗計(jì)算

在電力系統(tǒng)中，由于電力線路、變壓器等設(shè)備具有阻抗和導(dǎo)納，造成了有功功率及無(wú)功功率的損耗。功率損耗的存在對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行是不利的：(1)迫使投入運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備容量要大于用戶的實(shí)際負(fù)荷，從而需要多裝設(shè)發(fā)電機(jī)組，多消耗大量的一次能源；(2)產(chǎn)生的熱量會(huì)加速電氣絕緣的老化，縮短電氣設(shè)備的壽命。這一損耗過(guò)大時(shí)，還可能因過(guò)熱燒毀絕緣和熔化導(dǎo)體，致使設(shè)備損壞，影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。所以運(yùn)行中要設(shè)法降低電力系統(tǒng)中的功率損耗。2/2/20231.電力線路功率損耗的計(jì)算

線路阻抗支路損耗變動(dòng)損耗2/2/2023線路阻抗支路損耗變動(dòng)損耗1.電力線路功率損耗的計(jì)算特別注意：電壓與功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2/2/2023線路導(dǎo)納支路損耗

固定損耗

1.電力線路功率損耗的計(jì)算2/2/2023阻抗支路中的功率損耗：導(dǎo)納支路中的功率損耗:RT+jXT2.變壓器功率損耗的計(jì)算2/2/2023

雙繞組變壓器的功率損耗

用變壓器銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算功率損耗

2/2/2023三繞組變壓器功率損耗計(jì)算用銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算2/2/2023三、開(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算電力網(wǎng)首、末端功率和電壓的平衡關(guān)系2/2/2023⑴已知負(fù)荷功率和線路末端電壓1)功率平衡關(guān)系2)電壓平衡關(guān)系

選為參考相量根據(jù)已知條件，可分為三種情況：2/2/2023⑵已知線路首端功率和線路首端電壓

⑶已知線路末端的負(fù)荷功率

和線路首端電壓①功率平衡計(jì)算

②電壓平衡計(jì)算2/2/2023降壓變的處理（1）用UN求得各點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)荷（2）從末段線路開(kāi)始，用UN依次計(jì)算各段線路的功率損耗及各段首端功率（3）用UA和已求得的功率分布，從A點(diǎn)開(kāi)始逐段計(jì)算電壓降落，求得UbUc和Ud（4）求得Ub和UcUd重復(fù)（1）～（3）1.同級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)Abcd123SLDbSLDcSLDd2/2/2023bcdSLDdAR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2jB1/2jB2/2jB2/2jB3/2jB3/2SLDbSLDcQB1（1）用UN求得各點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)荷2/2/2023SLDdAR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2jB1/2jB2/2jB2/2jB3/2jB3/2SLDbSLDcQB1SdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2A2/2/2023（2）從末段線路開(kāi)始，用UN依次計(jì)算各段線路的功率損耗SdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2A2/2/2023SdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2A（3）用UA和已求得的功率分布，從A點(diǎn)開(kāi)始逐段計(jì)算電壓降落，求得Ub、Uc和Ud2/2/2023含負(fù)荷變壓器的計(jì)算

首先計(jì)算出對(duì)應(yīng)高壓側(cè)的負(fù)荷功率，再求相應(yīng)的運(yùn)算功率T1T2T3AbcdSLDbSLDcSLDd’STS0SLDd2/2/2023T1T2T3AbcdSLDbSLDcSLDd2/2/2023如果節(jié)點(diǎn)b接發(fā)電機(jī)T1T2T3AbcdSGSLDcSLDd2/2/2023AL-1bT

c

d

SLDL-22.兩級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)AR1+jX1Z'TR2+jX2jB1/2jB1/2jB2/2bcdjB2/2c'ΔS0SLD方法一：包含理想變壓器，計(jì)算時(shí)，經(jīng)過(guò)理想變壓器功率保持不變，兩側(cè)電壓之比等于實(shí)際變比k。2/2/2023AR1+jX1Z'TR'2+jX'2jB1/2jB1/2jB'2/2bd'jB'2/2c'ΔS0方法二：將線路L2的參數(shù)歸算到L1電壓級(jí)AL-1bT

c

d

SLDL-22/2/2023方法三：用π型等值電路處理AR1+jX1Z'T/kR2+jX2jB1/2jB1/2jB2/2bdjB2/2cZ'Tk2－kZ'T1－kSLDAL-1bT

c

d

SLDL-22/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/2023作業(yè)1、4-122、2/2/2023(1)不計(jì)功率損耗的功率初分布四、兩端供電網(wǎng)絡(luò)的功率分布2/2/2023忽略功率損耗，兩端取共軛并同乘VN，可得：由前面的方程組可解出循環(huán)功率由負(fù)荷決定的功率忽略功率損耗的功率分布計(jì)算式2/2/2023(2)計(jì)及功率損耗的功率分布功率分點(diǎn)：功率由兩個(gè)方向流入的節(jié)點(diǎn)。

有功分點(diǎn)和無(wú)功分點(diǎn)可能出現(xiàn)在不同節(jié)點(diǎn)。將網(wǎng)絡(luò)在功率分點(diǎn)處解開(kāi)，形成兩個(gè)開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)，用前述的開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。2/2/2023閉式網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算過(guò)程2/2/20232.沿線有k個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的情況2/2/20235.閉式網(wǎng)的電壓損耗

與開(kāi)式網(wǎng)計(jì)算方法相同

有功和無(wú)功分點(diǎn)在同一處時(shí),功率分點(diǎn)處的電壓最低；若不在同一點(diǎn)，則需分別計(jì)算實(shí)際電壓值，確定電壓最低點(diǎn)。2/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/20232/2/2023五、多級(jí)電壓環(huán)網(wǎng)的潮流計(jì)算1.兩臺(tái)并聯(lián)變壓器構(gòu)成的多電壓級(jí)環(huán)網(wǎng)k:11:k2/2/20231.兩臺(tái)并聯(lián)變壓器構(gòu)成的多電壓級(jí)環(huán)網(wǎng)

k:11:k2/2/20232/2/20232/2/20232/2/20234.3輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

一、導(dǎo)線截面選擇的基本原則1．發(fā)熱條件：導(dǎo)線在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流（計(jì)算電流）時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱溫度不超過(guò)其正常運(yùn)行時(shí)的最高允許溫度。2．電壓損失條件：導(dǎo)線或電纜在通過(guò)正常最大負(fù)荷電流時(shí)產(chǎn)生的電壓損失應(yīng)小于允許電壓損失，以保證供電質(zhì)量。2/2/2023在正常工作條件下，導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以防止斷線，故要求導(dǎo)線截面不應(yīng)小于最小允許截面。選擇導(dǎo)線截面時(shí)，既要降低線路的電能損耗和維修費(fèi)等年運(yùn)行費(fèi)用，又要盡可能減少線路投資和有色金屬消耗量，通?？砂磭?guó)家規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。3．機(jī)械強(qiáng)度條件：4．經(jīng)濟(jì)條件：

3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇表4.3架空線路按機(jī)械強(qiáng)度要求的導(dǎo)線最小允許截面面積（單位：mm2）導(dǎo)線種類35kV及以上線路6～10kV線路1kV以下低壓線路居民區(qū)非居民區(qū)一般與鐵路交叉時(shí)鋁及鋁合金線3535251635鋼芯鋁絞線2525161616鋼線16161616162/2/2023

3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇5．電暈條件：高壓輸電線路產(chǎn)生電暈時(shí)，不僅會(huì)引起電暈損耗，而且還產(chǎn)生噪聲和無(wú)線電干擾，為了避免電暈的發(fā)生，導(dǎo)線的外徑不能過(guò)小。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)線截面選擇的原則如下：

對(duì)區(qū)域電力網(wǎng)：先按經(jīng)濟(jì)電流密度按選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)發(fā)熱條件、機(jī)械強(qiáng)度和電暈條件。對(duì)地方電力網(wǎng)：先按允許電壓損失條件選擇導(dǎo)線截面，以保證用戶的電壓質(zhì)量，然后再校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)熱條件。對(duì)低壓配電網(wǎng)：通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度和電壓損失。2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

二、按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面按發(fā)熱條件選擇三相系統(tǒng)中的相線截面的方法:應(yīng)使導(dǎo)線的允許載流量Ial不小于通過(guò)相線的計(jì)算電流I30，即

此時(shí)，按發(fā)熱條件選擇截面的條件為：≥≥導(dǎo)線的允許載流量與環(huán)境溫度和敷設(shè)條件有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線敷設(shè)地點(diǎn)的環(huán)境溫度與導(dǎo)線允許載流量所采用的環(huán)境溫度不同時(shí)，則允許載流量應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)，即2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇或∴即：銅導(dǎo)線允許載流量為同截面鋁導(dǎo)線允許載流量的1.3倍。環(huán)境溫度的規(guī)定：在室外，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?；在室?nèi)，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁丶?℃。對(duì)埋入土中的電纜，取當(dāng)?shù)刈顭嵩碌叵?.8～1m深處的土壤月平均氣溫。銅、鋁導(dǎo)線的等效換算:

若近似認(rèn)為銅、鋁導(dǎo)線的散熱情況相同，則其發(fā)熱溫度相同時(shí)，可認(rèn)為其功率損耗相同，即：2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇對(duì)動(dòng)力線路，一般要求中性線截面應(yīng)不小于相線截面的一半，即≥0.5；對(duì)照明線路，因中性線電流與相線電流相等，因此，可取。保護(hù)線（PE線）截面的選擇：保護(hù)線截面一般應(yīng)不小于相線截面的一半，即≥0.5；當(dāng)相線截面≤

16mm2時(shí)，可取。中性線（N線）截面的選擇：對(duì)動(dòng)力線路，一般要求中性線截面應(yīng)不小于相線截面的一半，即≥0.5；對(duì)照明線路，因中性線電流與相線電流相等，因此，可取。保護(hù)中性線（PEＮ線）截面的選擇：PEＮ線兼有中性線和保護(hù)線的雙重功能，截面選擇應(yīng)同時(shí)滿足上述二者的要求，并取其中較大者作為PEＮ線截面，因此≥(0.5～1)。低壓系統(tǒng)中性線和保護(hù)線的選擇2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇式中，為過(guò)流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流，對(duì)于熔斷器為熔體的額定電流，為絕緣導(dǎo)線或電纜的允許短時(shí)過(guò)負(fù)荷倍數(shù)。

≤需要指出：若上式不滿足要求，應(yīng)加大導(dǎo)線截面，從而使Ial增大。按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線或電纜截面時(shí)，還必須與其相應(yīng)的過(guò)流保護(hù)裝置（熔斷器或低壓斷路器的過(guò)流脫扣器）的動(dòng)作電流相配合，以便在線路過(guò)負(fù)荷或短路時(shí)及時(shí)切斷線路電流，保護(hù)導(dǎo)線或電纜不被毀壞。因此，應(yīng)滿足的條件是：2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

三、按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面由于導(dǎo)線截面對(duì)電抗的影響很小，所以，當(dāng)、一定時(shí)，可認(rèn)為近似不變。因此，可初選一種導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度電抗值x1（6～110kV架空線路取0.3～0.4Ω/km，電纜線路取0.07～0.08Ω/km），則2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇而∴由得：若，可不計(jì)，則式中，為允許電壓損失（V）。說(shuō)明：求出導(dǎo)線截面Ａ后，應(yīng)選擇一個(gè)與其接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)截面作為導(dǎo)線截面。式中，UN、、pi、

Li、γ的單位分別為kV、V、kW、km和。2/2/2023

[例4.9]某絲綢煉染廠,供電電源由距該廠2km的35kV地區(qū)變電所，以一回路10kV架空線供電。當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃，該廠的計(jì)算負(fù)荷為P30=1111.2kW，Q30=524.6kvar，S30=1229kVA，其允許電壓損耗為5%，由于供電線路不長(zhǎng)，按允許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面，然后按發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。

（1）按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面已知，P30=1111.2kW，Q30=524.6kvar，S30=1229kVA其允許電壓損失為5%，設(shè)x1=0.4Ω/km，則V2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇所以初步選LJ-16型鋁絞線。（2）按發(fā)熱條件進(jìn)行校驗(yàn)線路的計(jì)算電流為：當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃，LJ-16型鋁絞線的允許載流量為A＞71A，故滿足發(fā)熱條件。2/2/2023（3）按機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)查表4.3知，10kV架空鋁絞線的最小截面為25mm2，不滿足機(jī)械強(qiáng)度條件。因此，該廠10kV進(jìn)線應(yīng)采用LJ-25型鋁絞線。2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

四、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面1．經(jīng)濟(jì)電流密度的概念

導(dǎo)線截面越大，線路的功率損耗和電能損耗越?。茨赀\(yùn)行費(fèi)用越?。蔷€路投資和有色金屬消耗量都要增加；反之，導(dǎo)線截面越小，線路投資和有色金屬消耗量越少，但是線路的功率損耗和電能損耗卻要增大（即年運(yùn)行費(fèi)用越大）。綜合以上兩種情況，使年運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到最小、初投資費(fèi)用又不過(guò)大而確定的符合總經(jīng)濟(jì)利益的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟(jì)截面，用Aec表示。對(duì)應(yīng)于經(jīng)濟(jì)截面的導(dǎo)線電流密度，稱為經(jīng)濟(jì)電流密度，用jec表示。2/2/2023圖4.58是年運(yùn)行費(fèi)用F與導(dǎo)線截面A的關(guān)系曲線。1——年折舊費(fèi)和年維修管理費(fèi)之和與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線；3——為曲線1與曲線2的疊加，表示線路的年運(yùn)行費(fèi)與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線。2——年電能損耗費(fèi)與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線；由圖可知，曲線3的最低點(diǎn)（a點(diǎn)）的年運(yùn)行費(fèi)用最小，但從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，導(dǎo)線截面選Ab比選Aa更為經(jīng)濟(jì)合理，即

Ab為經(jīng)濟(jì)截面。

圖4.58線路年運(yùn)行費(fèi)用與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線

四、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面2/2/20233.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇2．按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面的方法我國(guó)現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)電流密度見(jiàn)書(shū)中表4.4。則說(shuō)明：計(jì)算出經(jīng)濟(jì)截面Aec后，應(yīng)選最接近而又偏小一點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)截面。

2/2/2023例4.10有一條長(zhǎng)15km的35kV架空線路，計(jì)算負(fù)荷為4850kW，功率因數(shù)為0.8，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4600h。試按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇其導(dǎo)線截面，并校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇2/2/2023線路的計(jì)算電流為：由表4.4，查得jec=1.15A/mm2,因此，導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面為選LGJ-70型鋁絞線。（2）校驗(yàn)發(fā)熱條件：查附錄表得LGJ-70的允許載流量（室外25℃）A＞Ａ，因此發(fā)熱條件滿足要求。

（3）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度：

查表4.3得，35kV鋼芯鋁絞線的最小允許截面為25mm2，因此所選LGJ-70滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。

解：（1）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面2/2/20233.5電力網(wǎng)的電能損耗一、電能損耗和損耗率年電能損耗供電量：發(fā)電量與廠用電之差損耗率（網(wǎng)損率、線損率）：是衡量供電企業(yè)技術(shù)和管理水平的重要標(biāo)志。2/2/20231.年負(fù)荷損耗率法年負(fù)荷率線路年負(fù)荷損耗率線路年負(fù)荷損耗率與年負(fù)荷