電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算

電氣工程基礎(chǔ)武漢理工大學(xué)電氣工程基礎(chǔ)緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識發(fā)電系統(tǒng)輸變電系統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算電力系統(tǒng)的短路計算電氣主接線的設(shè)計與設(shè)備選擇電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實驗電氣工程第六章電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計算第一節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)分為架空線路和電纜線路

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，如圖所示。

圖架空線路的結(jié)構(gòu)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。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，如圖所示。圖裸導(dǎo)線的構(gòu)造a）單股線b）多股絞線c）鋼芯鋁絞線導(dǎo)線材料：要求電阻率小、機(jī)械強度大、質(zhì)量輕、不易腐蝕、價格便宜、運行費用低等，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。分裂導(dǎo)線架空導(dǎo)線的型號有：TJ——銅絞線LJ——鋁絞線，用于10kV及以下線路LGJ——鋼芯鋁絞線，用于35kV及以上線路GJ——鋼絞線，用作避雷線

線間距離：380V為～；6～10kV為～1m；35kV為2～；110kV為3～。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；導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：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。按材料分：有木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔。桿塔的分類500KV輸電線路絕緣子和金具：絕緣子用來使導(dǎo)線與桿塔之間保持足夠的絕緣距離；金具是用來連接導(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。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。高壓針式絕緣子低壓針式絕緣子高壓線路瓷橫擔(dān)絕緣子

瓷橫擔(dān)的特點：有良好的電氣絕緣性能，兼有絕緣子和橫擔(dān)的雙重功能，能節(jié)約大量的木材和鋼材，有效地降低桿塔的高度，可節(jié)省線路投資30%～40%。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，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。絕緣層：用來使導(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：用來保護(hù)絕緣層，使其在運輸、敷設(shè)及運行過程中免不受機(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。第二節(jié)架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路絕大多數(shù)輸電線路、配電線路采用架空線路（1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1。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，如圖所示。分為單芯、三芯和四芯等種類。（110～220kV）和長度不超過100km的電纜線路（10kV以上）。按材料分：有木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔。電導(dǎo)參數(shù)是反映沿線路絕緣子表面的泄露電流和導(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。二、多級電壓開式電力網(wǎng)潮流計算Scd首=Scd末+△Scd60kV及以下的導(dǎo)線不必驗算電暈臨界電壓；2、給定不同節(jié)點功率和電壓緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識第一節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)線路首、末端電壓的數(shù)值差00382（1/℃），鋁取0.電纜的敷設(shè)方式：直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為～，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(jī)械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式。線路類型裝設(shè)地點優(yōu)點應(yīng)用范圍架空線路導(dǎo)線和避雷線架設(shè)在露天的線路桿塔上費用低，施工、維護(hù)、檢修方便絕大多數(shù)輸電線路、配電線路采用架空線路電纜線路直接埋設(shè)在地下費用高，施工、維護(hù)、檢修不便當(dāng)受環(huán)境限制不能采用架空線路時才考慮用電纜線路。大城市配電系統(tǒng)當(dāng)難以解決線路所需的走廊,或為了保持障環(huán)境美時,要求采用地下電纜網(wǎng)。第二節(jié)架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路1．輸電線路的參數(shù)計算電阻：單根導(dǎo)線的直流電阻為：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;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(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/℃）。電抗：每相導(dǎo)線單位長度的等值電抗為：式中，μr為相對磁導(dǎo)率，銅和鋁的;r為導(dǎo)線半徑（m）；Sav為三相導(dǎo)線的線間幾何均距（m）。注意：為了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對稱，應(yīng)將輸電線路的各相導(dǎo)線進(jìn)行換位，如圖所示。圖三相導(dǎo)線的布置方式a）等邊三角形布置b）水平等距布置圖一次整循環(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，則分裂導(dǎo)線------減少線路電抗和減低電暈損耗Ω/km左右，而分裂導(dǎo)線為n=2、3、4時，電抗為0.33、0.3、0.28Ω/km左右。架空線路的電抗值為電納：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：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表面的泄露電流和導(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。說明：通常架空線路的絕緣良好，泄露電流很小，可以忽略不計。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。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）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，近似認(rèn)為。

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(kuò)徑導(dǎo)線以增大每相導(dǎo)線的等值半徑，提高電暈臨界電壓計算電暈臨界電壓導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，多股絞線為0.83~0.87；氣象狀況系數(shù)，晴天為1，雨雪霧為0.8~1；導(dǎo)線計算半徑(cm)；三相導(dǎo)線間的幾何均距(cm)；空氣相對密度，一般取12．輸電線路的等效電路一字型等效電路

：用于長度不超過100km的架空線路（35kV及以下）和線路不長的電纜線路（10kV及以下）。π型或T型等效電路：（110～220kV）和長度不超過100km的電纜線路（10kV以上）。用于長度為100～300km的架空線路圖一字型等效電路圖π型或T型等效電路a）π型b）T型導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱截面）一般略大于實際截面。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(jìn)行修正：本節(jié)重點討論解析祘法。導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：線路首、末端電壓的數(shù)值差第四節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)元件的電壓和功率分布計算Scd首=Scd末+△Scd給定首端U1和末端S2，求S1和U2：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(jī)械損壞，一般多采用穿鋼管的敷設(shè)方式。金具是用來連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱。導(dǎo)線和避雷線架設(shè)在露天的線路桿塔上負(fù)荷SLDc=(11+j4.Ub=Ua-△Uab第三節(jié)、變壓器的等值電路及參數(shù)計算一、雙繞組變壓器1、電阻2、電抗對于大型電力變壓器，其繞組電阻值遠(yuǎn)小于繞組電抗值3、電導(dǎo)4、電納5、變比變壓器兩側(cè)繞組的空載線電壓之比UIoIbIa二、三繞組變壓器

在發(fā)電機(jī)和變電站中，常需要將幾種不同電壓等級的輸電系統(tǒng)聯(lián)系起來。如聯(lián)系三個電壓等級，用雙繞組變壓器，至少需要兩臺變壓器；若用三繞組變壓器，則只需要一臺就能滿足。由于三相對稱，三繞組變壓器的等值電路常用一相等值電路表示。1、電阻制造廠家會給出三個繞組間一個繞組開路、另兩個繞組短路試驗的短路損耗：聯(lián)解上面三式得可計算三繞組變壓器各繞組的電阻：上面計算公式僅選用于三個繞組的額定容量都相同的情況。實際上，運行中變壓器的三個繞組不可能同時都滿載運行。則變壓器三個繞組的額定容量可以制造為不相等。我國生產(chǎn)三繞組變壓器各繞組容量為100/100/100,100/50/100,100/100/50在短路試驗時，三個繞組容量不相等的變壓器將受到較小容量繞組額定電流限制。需要將按繞組容量測得的短路損耗值折算成按變壓器額定容量的損耗值，然后再計算繞組電阻。短路試驗有兩組數(shù)據(jù)是按50%容量的繞組達(dá)到額定容量時測量的值。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，然后再計算電阻。如對容量比為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100/100/50和100/50/100的變壓器：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，因此在計算電抗時，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)計算時，要求將參數(shù)歸算到哪一電壓等級，則計算公式中的UN為相應(yīng)等級的額定電壓。2、電抗第四節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)元件的電壓和功率分布計算電力系統(tǒng)的潮流分布計算基本概念預(yù)習(xí)復(fù)數(shù)功率、功率損耗表示

輸電線的電壓和功率分布計算同一電壓等級開式電力網(wǎng)的潮流計算多級電壓開式電力網(wǎng)的潮流計算本章后兩小節(jié)內(nèi)容簡介：電力系統(tǒng)潮流(分布)計算基本概念電力系統(tǒng)的潮流分布計算是計算電力系統(tǒng)中各節(jié)點的電壓和各節(jié)點之間通過的功率。用于選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)線截面等采用方法：

1、解析祘法2、計算機(jī)祘法解析祘法具有物理概念清晰的特點，是掌握潮流計算原理的基礎(chǔ)。本節(jié)重點討論解析祘法。預(yù)習(xí)復(fù)數(shù)功率、功率損耗表示

1、復(fù)數(shù)功率表示φβUIIUS2、電力網(wǎng)線路功率損耗線路中電容功率RT+jXT3、變壓器一、輸電線的電壓和功率分布計算共四個變量，給定兩個變量求解另兩個變量。1、給定同一節(jié)點的功率和電壓（1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1。1、給定同一節(jié)點的功率和電壓（1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1。IU2IRU1⊿U2δU2設(shè)末端電壓電壓降落縱分量電壓降落橫分量首端功率一般有首端電壓IU2IRU1⊿U2δU2（2）給定首端功率S1和電壓U1，求末端U2和S2。設(shè)首端電壓U1U2δδU12、給定不同節(jié)點功率和電壓給定首端U1和末端S2，求S1和U2：推算法近似法用線路UN來代替末端電壓從末端到首端3、工程上常用的幾個計算量（1）電壓降落線路首、末端電壓的向量差（2）電壓損耗線路首、末端電壓的數(shù)值差（3）電壓偏移

（4）輸電效率第五節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)的潮流計算同一電壓等級開式電力網(wǎng)潮流計算多級電壓開式電力網(wǎng)潮流計算一、同一電壓等級開式電力網(wǎng)潮流計算開式電力網(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)。首先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。abdc123SLDbSLDcSLDdabdc123SLDbSLDcSLDdR1+jX1R2+jX2R3+jX3abcdB1/2B2/2B3/2R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd1、計算各段線路電容功率2、運算負(fù)荷

將節(jié)點的所有功率合成一個負(fù)荷功率。TSLDbb若節(jié)點接有降壓變壓器運算負(fù)荷要加入變壓器功率損耗。3、計算各線段功率分布從線段末端向線路首端推算線段末端功率=末端節(jié)點功率+下一線段首端功率線段cdScd末=SLDd線段bcSbc末=SLDc+Scd首線段abSab末=SLDb+Sbc首線路首端功率=線段末端功率+線段損耗Scd首=Scd末+△Scdabdc123SLDbSLDcSLDd線段損耗=4、節(jié)點電壓分布計算一般給定線路首端電壓，則線路其它節(jié)點電壓從線路首端向線路末端推算。線段電壓損耗計算△U=（P線段首R線段+Q線段首X線段)/U節(jié)點首線段末端電壓U節(jié)點末U節(jié)點末=U節(jié)點首－△U例△Uab=(Pab首R1+Qab首X1)/Ua

Ub=Ua-△Uab自學(xué)教材例6-5R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd二、多級電壓開式電力網(wǎng)潮流計算含變壓器的開式電力網(wǎng)，計算有兩種方法：1、變壓器表示為理想變壓器與變壓器阻抗相串聯(lián)bcadSLkR2+jX2RT+jXTR1+jX1B1/2B2/2△S0SLR’2+jX’2RT+jXTR1+jX1B1/2B’2/2△S0SL2、將變壓器二次側(cè)的所有元件全部歸算到一次側(cè)絕大多數(shù)輸電線路、配電線路采用架空線路6-9已知變壓器低壓側(cè)母線電壓為36KV，試求輸電線路始端的功率及電壓。變壓器，至少需要兩臺變壓器；2、計算機(jī)祘法注意：通常由于線路泄漏電流很小，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，近似認(rèn)為。線段末端功率=末端節(jié)點功率+下一線段首端功率60kV及以下的導(dǎo)線不必驗算電暈臨界電壓；緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識導(dǎo)線在桿塔上的排列方式：第二節(jié)架空輸電線路的參數(shù)計算及等值電路絕緣材料一般有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚氯乙烯等。預(yù)習(xí)復(fù)數(shù)功率、功率損耗表示需要指出：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(jìn)行修正：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。LJ——鋁絞線，用于10kV及以下線路當(dāng)多條電纜并列敷設(shè)時，應(yīng)留有一定距離，以利于散熱。含變壓器的開式電力網(wǎng)，計算有兩種方法：例6-6一兩級電壓開式網(wǎng)絡(luò)變壓器參數(shù)SN=1600KVA△P0=21KWK=110/11I0%=0.85△PK110KV線路r0Ω/kmx0=0.417Ω/kmb0×10-4s/km10KV線路r0Ω/kmx0=0.32Ω/km線路首端電壓為117kv,負(fù)荷SLDc=(11+j4.8)MVASLDd=(0.7+j0.5)MVA求網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率