第三章電力網(wǎng)的基本計算

1/97第3章電力網(wǎng)的基本計算電力線路的結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)的等值電路和參數(shù)開式電力網(wǎng)功率分布和電壓計算2/973/97第1節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)電力線路按照結(jié)構(gòu)可以分為架空線路和電纜線路。1.架空線路導(dǎo)線避雷線桿塔絕緣子金具4/97（1）導(dǎo)線、避雷線導(dǎo)線常用材料：銅、鋁、鋁合金、鋼分類：裸導(dǎo)線、絕緣導(dǎo)線裸導(dǎo)線：單股導(dǎo)線、多股絞線、鋼芯鋁絞線架空線的型號：T—銅線、L—鋁線、G—鋼線、TJ—銅絞線、LJ—鋁絞線、LGJ—鋼芯鋁絞線、GJ—鋼絞線例：LGJ-705/97銅絞線（TJ）：導(dǎo)電性能好，機械強度好，對風(fēng)雨和化學(xué)腐蝕作用的抵抗力都較強，但價格較高。鋁絞線（LJ）：導(dǎo)電性能較好，重量輕，對風(fēng)雨作用的抵抗力較強，但對化學(xué)腐蝕作用的抵抗力較差。多用于6-10kV的線路，其受力不大，桿距不超過100-125m。鋼芯鋁絞線（LGJ）：在機械強度要求較高的場合和35kV及以上的架空線路上多被采用。鋼絞線（GJ）：避雷針6/97檔距：同一線路上相鄰兩根電桿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，自懸掛點至導(dǎo)線最低點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。7/97導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：

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，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，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，電力線路應(yīng)在上面，通訊線路應(yīng)在下面。8/97★注意：為了防止輸電線路導(dǎo)線產(chǎn)生電暈并減少電感值，超高壓架空線路所使用的導(dǎo)線常采用分裂導(dǎo)線或者孔芯導(dǎo)線。9/97（2）桿塔木桿：基本不用鋼筋混凝土桿：220kV及以下鐵塔：220kV及以上材料：支線桿塔（中間桿塔）轉(zhuǎn)角桿塔耐張桿塔（承力桿塔）終端桿塔換位桿塔跨越桿塔用途：102023/2/6桿塔：用來支撐導(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。電桿木桿水泥桿金屬桿鋼管桿型鋼桿鐵塔機械強度大，維修工作量小，使用年限長，但價格較貴且材料來源比較緊張，主要應(yīng)用于高壓架空線路。使用年限長，維修工作量小，能節(jié)省大量的鋼材和木材，質(zhì)量大，運輸與施工不方便。被淘汰

11/97（3）金具--連接固定導(dǎo)線或絕緣子所使用的金屬部件12/9713/97架空線路使用的絕緣子：針式、懸式、棒式針式絕緣子

用于35kV及以下線路，使用在直線桿塔或小轉(zhuǎn)角桿塔。14/97懸式絕緣子

用于35kV及以上線路，通常將它們組成絕緣子串使用（35kV為3片串接；60kV為5片串接；110kV為7片串接）。15/97棒式絕緣子

用于110kV及以下線路。16/97棒式絕緣子施工172023/2/6高壓針式絕緣子低壓針式絕緣子高壓線路拉棒絕緣子高壓線路瓷橫擔(dān)絕緣子

線路盤形懸式絕緣子

復(fù)合針式絕緣子復(fù)合棒式絕緣子182023/2/62023年2月6日帶電更換V型串絕緣子帶電更換耐張閃絡(luò)絕緣子192023/2/6線路金具、U型抱箍、掛板

桿頂帽、拉線抱箍金具是用來連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱。20/972.電纜線路（1）電力電纜的結(jié)構(gòu)

電力電纜一般包括導(dǎo)體、絕緣層和保護包皮三部分。（2）埋設(shè)方式直接埋入土中、電纜溝敷設(shè)、穿管敷設(shè)。212023/2/6電纜的結(jié)構(gòu)：包括導(dǎo)體、絕緣層和保護層三部分。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，如圖所示。圖扇形三芯電纜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。222023/2/6絕緣層：用來使導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與保護包皮之間保持絕緣。絕緣材料一般有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚氯乙烯等。保護外皮：用來保護絕緣層，使其在運輸、敷設(shè)及運行過程中免不受機械損傷，并防止水分浸入和絕緣油外滲。常用的外皮有鋁皮和鉛皮。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械損傷和化學(xué)腐蝕。232023/2/6電纜的敷設(shè)方式：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，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，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，為了防電纜受到機械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式。242023/2/61.電阻：線路通過電流時產(chǎn)生的有功功率損失效應(yīng)，由電場產(chǎn)生。2.電感(電抗)：載流導(dǎo)線產(chǎn)生磁場效應(yīng)，由磁場產(chǎn)生。3.電導(dǎo)：線路帶電時絕緣介質(zhì)表面產(chǎn)生泄漏電流及附近空氣游離而產(chǎn)生的有功功率損失。4.電容(電納)：反映帶電導(dǎo)線周圍電場效應(yīng)。第2節(jié)電力網(wǎng)的等值電路和參數(shù)一.輸電線路的參數(shù)252023/2/61電阻（R—resistance）：單根導(dǎo)線單位長度的直流電阻為：導(dǎo)線的交流電阻比直流電阻增大0.2%～1%，主要是因為：應(yīng)考慮趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響；導(dǎo)線為多股絞線，使每股導(dǎo)線的實際長度比線路長度大;導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱截面）一般略大于實際截面。通常取;線路通過電流時的有功功率損耗有色金屬導(dǎo)線架空線路的電阻。有色金屬導(dǎo)線指鋁線、鋼芯鋁線和銅線。262023/2/6工程計算中，可先查出導(dǎo)線單位長度電阻值r1，則需要指出：手冊中給出的r1值，則是指溫度為20℃時的導(dǎo)線電阻，當(dāng)實際運行的溫度不等于20℃時，應(yīng)按下式進行修正：

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

272023/2/62電感和電抗：線路電抗是由于導(dǎo)線中有交流電流流過，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場形成的。對于三相電路，每相電路都存在互感和自感。當(dāng)三相線路對稱排列，或雖然不對稱排列但經(jīng)完全換位后，每相導(dǎo)線單位長度的等值電抗相等，為：式中，μr為相對磁導(dǎo)率，銅和鋁的;r為導(dǎo)線半徑（m）；Djp為三相導(dǎo)線的線間幾何均距（m）,電抗單位/km。282023/2/63電容和電納：線路相間與對地之間都存在電位差，并由空氣等絕緣介質(zhì)隔開，因此相間與對地之間都有分布電容存在。當(dāng)三相線路對稱排列，或雖然不對稱排列但經(jīng)完全換位后，每相導(dǎo)線單位長度的等值電容（F/km）為：

則單位長度的電納（S/km）為：292023/2/6分裂導(dǎo)線線路的電容、電納和一般三相架空線路的差別是：導(dǎo)線半徑增加，電納增加。302023/2/64電導(dǎo)（G）：電導(dǎo)參數(shù)是反映沿線路絕緣子表面的泄漏電流和導(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。（主要由電暈損耗決定）電暈現(xiàn)象：強電場作用下導(dǎo)線周圍空氣的電離現(xiàn)象。在架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導(dǎo)線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。

312023/2/6當(dāng)線路電壓高于電暈臨界電壓時，將出現(xiàn)電暈損耗，與電暈相對應(yīng)的導(dǎo)線單位長度的等值電導(dǎo)（S/km）近似為：因此，式中，為實測線路單位長度的電暈損耗功率（kW/km）。注意：通常由于線路絕緣良好，泄漏電流很小，而電暈損耗在設(shè)計線路時已經(jīng)采取措施加以限制，故在電力網(wǎng)的電氣計算中，除特高壓線路之外，近似認(rèn)為G=0。

在設(shè)計架空線路時依據(jù)電暈臨界電壓規(guī)定了不需要驗算電暈的導(dǎo)線最小外徑：110kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于9.6mm；220kV導(dǎo)線外徑不應(yīng)小于21.3mm；60kV及以下的導(dǎo)線不必驗算電暈臨界電壓；220kV以上的超高壓輸電線，采用分裂導(dǎo)線或擴徑導(dǎo)線以增大每相導(dǎo)線的等值半徑，提高電暈臨界電壓。322023/2/6例：已知某110kV架空輸電線路全長100km，導(dǎo)線型號為LGJ-185，試畫出其π型等效電路。解：查得：因此，其等效電路為：332023/2/6二.變壓器的參數(shù)342023/2/6變壓器有雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器、分裂變壓器等。變壓器的參數(shù)包括電阻、電導(dǎo)、電抗和電納，這些參數(shù)要根據(jù)變壓器銘牌上廠家提供的短路試驗數(shù)據(jù)和空載試驗數(shù)據(jù)來求取。變壓器一般都是三相的，在正常運行的情況下，由于三相變壓器是均衡對稱的電路，因此等值電路可以只用一相代表。下面以電機學(xué)為基礎(chǔ)，討論變壓器的參數(shù)和等值電路。352023/2/6短路試驗：把電壓加在變壓器的高壓側(cè)，將低壓側(cè)直接短路。接線圖WAV~AxXaTA~注意事項（1）接通電源前TA調(diào)零（2）升壓過程緩慢單方向進行 （3）電壓加至短路電流為高壓側(cè)額定電流，讀數(shù)準(zhǔn)確迅速362023/2/6空載試驗：把電壓加在變壓器的低壓側(cè)，將高壓側(cè)開路。接線圖WAV~AxXaTA~注意事項（1）接通電源前TA調(diào)零（2）升壓過程緩慢單方向進行 （3）電壓加至低壓側(cè)額定電壓，讀數(shù)準(zhǔn)確372023/2/6變壓器的電阻是用來表示繞組中的銅耗的。變壓器做短路試驗時，通常將低壓側(cè)繞組短接，在高壓側(cè)繞組施加電壓，使短路電流達到額定值，此時變壓器的有功損耗即為短路損耗PK，外施電壓即為短路電壓UK，通常用百分值UK%表示。由于此時外加電壓較小，相應(yīng)鐵耗亦小，故認(rèn)為短路損耗PK即等于變壓器通過額定電流時一、二次側(cè)繞組電阻總損耗（亦稱銅耗），即

1）電阻:是用來表示繞組中的銅耗=382023/2/6注意單位:式中各量均采用國際單位：RT為Ω、PK為W、UN為V、SN為VA。也可采用慣用的實用單位：RT為Ω、PK為MW、UN為kV、SN為MVA。392023/2/6電抗可由短路電壓百分值UK%來求得。變壓器銘牌上給出的短路電壓UK%，是指變壓器短路試驗時通過的額定電流在變壓器阻抗上產(chǎn)生的電壓降的百分?jǐn)?shù)，即2）電抗

402023/2/6對大容量的變壓器，有XT>>RT，可以近似地認(rèn)為ZT≈XT，故412023/2/63）電納：是用來表示變壓器勵磁功率的參數(shù)變壓器空載試驗時，測得空載電流百分?jǐn)?shù)I0%，它包含有功分量和無功分量，但有功分量數(shù)值很小，所以無功分量幾乎和空載電流相等。

(S)由＝及≈得422023/2/6值得注意的是：在應(yīng)用上面的公式計算變壓器參數(shù)時，用變壓器哪一側(cè)繞組的額定電壓，即相當(dāng)于把變壓器的參數(shù)歸算到了哪一側(cè)。432023/2/6變壓器等值電路RT,XT---繞組電阻,電抗GT,BT---激磁電導(dǎo),電納注意:BT符號為負(fù)重點掌握442023/2/6雙繞組變壓器一般采用Г形等效電路。雙繞組變壓器這四個參數(shù)，可以通過短路損耗ΔPk、空載損耗ΔP0

、短路電壓百分?jǐn)?shù)Uk%、空載電流百分?jǐn)?shù)I0%進行計算。452023/2/6雙繞組變壓器等值電路如圖所示T形等效電路形等效電路雙繞組變壓器（三相→每相計算）勵磁支路折算后的一二次繞組462023/2/6雙繞組變壓器采用Γ型等效電路，如圖所示。35kV及以下的變壓器，勵磁支路可忽略不計，可用簡化等效電路。圖雙繞組變壓器的等效電路a）Γ型等效電路b）勵磁支路用功率表示的等效電路c）簡化等效電路注意：變壓器等值電路中的電納的符號與線路等值電路中電納的符號相反，前者為負(fù)，后者為正；因為前者為感性，后者為容性。47/97二、等效電路變壓器負(fù)載運行時的“T”形等效電路48/97＋

u2－e2e1e1＋u1－i0i2=0Φ1原邊繞組副邊繞組

變壓器的空載運行空載時，原繞組接到電源電壓u1后將流過空載電流i0，電流產(chǎn)生相應(yīng)的空載磁勢F0=i0W1，在F0的作用下鐵心內(nèi)將建立磁通。

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三相變壓器的空載實驗和短路試驗的接線圖

W1W2＋U1N－VWAAA三相變壓器的空載實驗WW1W2＋US－VWAAA三相變壓器的短路實驗WI1N50/97第3節(jié)開式電力網(wǎng)功率分布和電壓計算開式電力網(wǎng)：負(fù)荷只能從一個方向獲得電能的電力網(wǎng)。開式電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，可分成無變壓器的同一電壓等級開式電力網(wǎng)和有變壓器的多級電壓的開式電力網(wǎng)。討論同一電壓等級開式電力網(wǎng)的潮流計算。即電力網(wǎng)中節(jié)點電壓和線段功率。UAbcd123SLDbSLDcSLDdA同級電壓的開式電力網(wǎng)51/97一、負(fù)荷的表示方法三相復(fù)功率的表達方法：或三相負(fù)荷a相b相c相負(fù)荷功率：用復(fù)功率或電流表示52/970容性負(fù)荷感性負(fù)荷★負(fù)荷功率的計算方法0★相量圖53/972、線路的功率損耗供電線路的有功功率損耗、無功功率損耗可安下式計算：線路54/973、變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗，包括有功功率損耗ΔPT和無功功率損耗ΔQT。有功損耗又分為空載損耗和負(fù)載損耗兩部分。空載損耗又稱鐵損，它是變壓器主磁通在鐵芯中產(chǎn)生的有功功率損耗，因為主磁通只與外加電壓和頻率有關(guān)，當(dāng)外加電壓U和頻率f為恒定時，鐵損也為常數(shù)，與負(fù)荷大小無關(guān)。負(fù)載損耗又稱銅損，它是變壓器負(fù)荷電流在一次、二次繞組的電阻中產(chǎn)生的有功功率損耗，其值與負(fù)載電流平方成正比。同樣無功功率損耗也由兩部分組成，一部分是變壓器空載時，由產(chǎn)生主磁通的勵磁電流所造成的無功功率損耗，另一部分是由變壓器負(fù)載電流在一、二次繞組電抗上產(chǎn)生的無功功率損耗。55/97RT+jXT變壓器變壓器的功率損耗，包括有功功率損耗ΔPT和無功功率損耗ΔQT。56/974、電壓降落網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落元件首末端兩點電壓的向量差。57/97若以參考向量，已知,就是電壓降向量把之分解為與平行和垂直的兩個向量和58/97式中和分別稱為電壓降落的縱分量和橫分量。電力網(wǎng)習(xí)慣用功率運算59/97因此,由末端電壓和功率可求得首端電壓60/97電壓損耗和電壓偏移電壓損耗:兩點間電壓模值之差或表示為百分值:電壓偏移:線路始末端電壓與線路額定電壓之差61/97

電壓損耗

電壓損耗指電力網(wǎng)兩點電壓的代數(shù)差

電壓損耗示意圖一條線路的電壓損耗百分?jǐn)?shù)在線路通過最大負(fù)荷時一般不應(yīng)超過10%。

電壓偏移電壓偏移指電力網(wǎng)中某點的實際電壓同網(wǎng)絡(luò)該處的額定電壓之差，可用偏差表示，也可用額定電壓的百分比表示電壓偏移直接反映供電電壓的質(zhì)量62/975、線路中潮流的方向?qū)τ诟邏弘娏W(wǎng)而言，一般情況下的電抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大雨電阻值，為了簡化分析，可用一下公式計算線路的電壓變化：63/97高壓輸電線路的特性X>>R,可令R0,則：電力網(wǎng)絡(luò)中功率的方向用無功功率和有功功率表示電壓的變化，則有式（3-35）64/97從以上分析可以看出，線路中的感性功率是從電壓高的首端輸向電壓低的線路末端；而線路中的容性功率是從電壓低的線路末端輸向電壓高的線路首端的：65/976、同一電壓級開式網(wǎng)的潮流計算近似計算的原則：（1）用電力網(wǎng)的額定電壓UN求得各點的運算負(fù)荷。（2）從末段線路開始，用UN依次計算各段線路的功率損耗（3）用UA和已求得的功率分布，從A點開始逐段計算電壓降落，求得Ub

、Uc和Ud（4）用求得Ub、Uc、Ud重復(fù)（1