电力网的稳态计算PPT课件.ppt

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1、电气工程基础,第六章 电力网的稳态计算,电力线路的结构 架空输电线路的参数计算及等值电路 变压器的等值电路及参数计算 网络元件电压和功率分布 电力网络的潮流计算,第一节 电力线路的结构,两种结构分为架空线路和电缆线路,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，如图所示。,图 架空线路的结构,导线：导线的作用是传导电流、输送电能； 避雷线: 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。,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。,图 裸导线的构造 a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线,导线材料：要

2、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。,分裂导线,分裂导线能使导线的等效半径增大，减小线路等值电抗和降低线路的电晕损耗。,架空导线的型号有：,TJ铜绞线,LJ铝绞线，用于10kV及以下线路,LGJ钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路,GJ钢绞线，用作避雷线,线间距离：380V为0.40.6m；610kV为0.81m；35kV为23.5m；110kV 为34.5m。,LGJ 普通型 5.36.1（铝线与钢线截面积比） LGJQ 轻型 7.6 8.3 LG

3、JJ 加强型 4 4.5,三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；,导线在杆塔上的排列方式：,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。,杆塔的分类,500KV架空输电线路,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。 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

4、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。,高压针式绝缘子,低压针式绝缘子,高压线路瓷横担绝缘子,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%。,2电缆线路,电缆的敷设方式：,直接埋入土中：埋设深度一般为0.70.8m，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

5、，一般多采用穿钢管的敷设方式。,第二节 架空输电线路的参数计算及等值电路,一、架空输电线路的参数计算,第二节 架空输电线路的参数计算及等值电路,1输电线路的参数计算,1）电阻,单根导线的直流电阻为：,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大; 导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。,考虑上面情况，修正后导线材料电阻率的计算值为:,工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值 r0，则,需要指出：手册中给出的 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

6、中，为电阻的温度系数(1/)，铜取0.00382（1/），铝取0.0036（1/）。,2）电抗,每相导线单位长度的等值电抗为：,式中，r为相对磁导率，铜和铝的 ; r为导线半径（m）； Djp为三相导线的线间几何均距（m），,外电抗,内电抗,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，如图所示。,图 三相导线的布置方式 a）等边三角形布置 b）水平等距布置,图 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,图 换位循环示意图 （a）单换位循环； （b）双换位循环,对于超高压线路，当导线表面的电场强度超过周围空气的击穿强度时，导线周围的空气被

7、电离而产生局部放电的现象，称为电晕。 电晕会产生蓝紫色的荧光并发出“吱吱”声以及电化学产生臭氧（O3）。这些现象要消耗有功损耗，称为电晕损耗。 为了降低导线表面电场强度，以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，目前广泛采用分裂导线。实际应用时，由于结构上的原因，每相导线的分裂数不可过多，一般为24根。,分裂导线-减少线路电抗和减低电晕损耗,一般单导线的电抗为0.4 /km左右，而分裂导线为n=2、3、4时，电抗为0.33、0.3、0.28 /km左右。,架空线路的电抗值为,rD为等值半径，A为间隔环半径，n为根数，d为导线间隔。,3）电纳,每相导线单位长度的等值电容为：,则单位长度的电纳为：,

8、一般架空线路b0的值为 S/km左右，则,4）电导,电导参数，是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流，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。,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

9、中，近似认为 。,电晕临界电压计算:,导线表面状况系数，多股绞线为0.830.87；,气象状况系数，晴天为1，雨雪雾为0.81；,导线计算半径(cm)；,三相导线间的几何均距(cm)；,空气相对密度，一般取1,1一字型等效电路 长度不超过100km、电压在35kV及以下的架空线路和线路不长、电压在10kV及以下的电缆线路，线路的电导和电纳可忽略不计，于是线路的等效电路就成为一个具有电阻R和电抗X串联的电路，如图所示。,图中，线路阻抗为：,二、输电线路的等效电路,2型与T型等效电路 对于长度在200300km、电压等级为110220 kV的架空线路和长度不超过100km的电缆线路（电压高于10k

10、V），可以忽略电导影响，但电容已不可忽略，必须使用型或T型等效电路，如图所示。,图 型和T型等效电路 （a） 型； （b）T型,例6-1 有一条长100km，额定电压110KV的输电线路，导线水平排列，型号为LGJ-185，相间距离4m,导线表面光滑系数为0.85，气象状况系数为1，空气相对密度为1。试计算线路参数。,解:（1）单位长度线路电阻：,（2）单位长度线路电抗，查附录表1得LDJ-185型导线的计算直径为19.02mm，则,（3）单位长度线路电纳：,（4）单位长度线路电导：,（5）全线路参数为,第三节 变压器的等值电路与参数计算,一、双绕组变压器 二、三绕组变压器 三、自耦变压器,一

11、、双绕组变压器,1、理想变压器,I1n1=I2n2 I2=k I1,u1/n1=u2/n2 u2= u1/k,k=n1/n2,特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流,2、实际变压器,通过短路和开路试验求RT、XT、BT、 GT,一、双绕组变压器,双绕阻变压器有电阻RT、电抗XT、电导GT和电纳BT四个等值参数，可用图（a）所示的简化电路来表示。 在实际计算时，往往用变压器的空载损耗P0和励磁功率Q0 代替GT和BT，如图 （b）所示。 对于地方电网和发展规划中的电力系统，变压器的等效电路可进一步简化为图（c）所示的RT、XT串联等值电路。,图 双绕阻变压器等值电路,变压器的参数可根据变压器空载实验

12、和短路实验测得的特性数据，即空载损耗P0、空载电流百分数I0%、短路损耗Pk、短路电压Uk%计算求得。 1电阻RT 变压器短路损耗Pk是变压器通过额定电流时，高、低压绕组中的总损耗，即 （6-16） 式中：IN为变压器额定电流（A）；UN为变压器与IN对应侧绕组的额定电压（kV）；SN为变压器的额定容量（kVA）。,由式（6-10）可求得变压器的电阻 （6-11）,2电抗XT 变压器短路电压Uk%，是变压器做短路实验时，在变压器绕组中通过额定电流，变压器阻抗ZT上的压降与变压器额定电压之比再乘以100，即 （6-12） 对大型变压器，其绕组电阻RT远小于电抗XT，可认为XTZT，所以，变压器的

13、每相电抗为 （6-13） 式（6-13）中，UN、SN的单位与式（6-12）相同。,3励磁电导GT 变压器的电导用来表示铁芯的有功损耗。 因变压器的空载损耗P0 约等于变压器的铁芯损耗PFe，即P0PFe，所以变压器的电导GT为 （6-14） 4电纳BT 电纳代表变压器的励磁无功功率，与空载电流的百分数I0%有关。因此有 （6-16） 式中：SN的单位为kVA；UN的单位为kV。,5、变比,定义为变压器两侧绕组的空载线电压之比,空载电流包含有功和无功分量，但有功分量很小，无功电流Ib与空载电流I0几乎相等：,空载电流百分值：,电纳：,无功功率：,（6-15a）,（6-15b）,（6-16）,（

14、6-17）,说明：取高压侧额定电压时，归算到高压侧的值；取低压侧额定电压则归算到低压侧的值。,二、三绕组变压器,在发电机和变电站中，常需要将几种不同电压等级 的输电系统联系起来。如联系三个电压等级，用双绕组 变压器，至少需要两台变压器；若用三绕组变压器，则 只需要一台就能满足。 由于三相对称，三绕组变压器的等值电路常用一相 等值电路表示。,1、电阻,变压器厂家会给出三个绕组间一个绕组开路、另两个绕组 短路试验的短路损耗Pk(1-2) 、Pk(2-3)、Pk(1-3)，由于：,联解上面三式得,可计算三绕组变压器各绕组的电阻：,上面计算公式仅选用于三个绕组的额定容量都相同的情况。实际上，运行中变压

15、器的三个绕组不可能同时都满载运行。则变压器三个绕组的额定容量可以制造为不相等。 我国生产三绕组变压器各绕组容量为100/100/100,100/50/100,100/100/50 在短路试验时，三个绕组容量不相等的变压器将受到较小容量绕组额定电流限制。需要将按绕组容量测得的短路损耗值折算成按变压器额定容量的损耗值，然后再计算绕组电阻。,如厂家提供的试验数据为 、 、 ，且编号1为高压绕组，则,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

16、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：,电抗XT1、 XT2、XT3,由三次短路试验所测得的两两绕组的短路电压百分比 可得：,2、电抗,所以,电导GT与电纳BT ：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 UN为相应等级的额定电压。,2、电抗,三绕组变压器各绕组的等值电抗与绕组的布置方式密切相关。一般来说，从绝缘条件

17、出发，高压绕组都布置在最外层，而中、低压绕组的布置则与功率的传送方向有关。 降压型的三绕组变压器而言，往往采用“高中低”布置。如图（a）所示。 升压型三绕组变压器则多采用“高低中”布置，如图（b）所示。,图 三绕组变压器绕组的两种排列方式,例6-4 某变电所装有一台型号为SFSL1-20000/110,容量比为100/100/50的三绕组变压器。PK(1-2)=152.8kW，PK(3-1)= 52kW ，PK(2-3)=47kW ， Uk(1-2)%=10.5，Uk(2-3)%=6.5，Uk(3-1)%=18，P0=50.2kW，I0%=4.1，试求变压器的参数。,解：（1）计算各绕组的电阻

18、 先对容量较小的绕组有关的短路损耗进行折算，得,计算各绕组的电阻,（2）计算各绕组电抗 各绕组的短路电压为,各绕组电抗,（3）计算变压器导纳及功率损耗 电导,电纳,功率损耗,三、自耦变压器 在大型超高压电力系统中，多数采用自耦变压器来 连接两个不同电压级电网。,一般手册和制造厂提供的自耦变压器试验数据，不仅与低压绕组有关的短路损耗未经折算，而且其短路电压也未经折算的，因此对它们分别进行折算。,:自耦变压器容量较小的第三绕组的额定容量（KVA),:自耦变压器的额定容量（KVA),第四节 电力网络元件的电压和功率分布计算,电力系统的潮流分布计算基本概念 预习复数功率、功率损耗表示 输电线的电压和功

19、率分布计算 同一电压等级开式电力网的潮流计算 多级电压开式电力网的潮流计算,本章后两小节内容简介：,电力系统潮流分布计算基本概念,电力系统的潮流分布计算是计算电力系统中各节点的电压和各节点之间通过的功率。 计算目的： 1、电力系统规划、设计：用于选择系统接线方式，电气设备和导线截面。 2、电力系统运行：确定运行方式，制定电力系统经济运行计划，调压措施。 3、提供继电保护设计中有关数据。,采用方法： 1、解析算法 2、计算机算法 解析算法具有物理概念清晰的特点，是掌握潮流计算原理的基础。本节重点讨论解析算法。,预习复数功率、功率损耗表示,1、复数功率表示 2、电力网线路功率损耗,线路中电容功率:

20、 3、变压器,一、输电线的电压和功率分布计算,共四个变量 ， 给定两个变量求解另两个变量。,1、给定同一节点的功率和电压 （1）给定末端功率S2和电压U2，求首端U1和S1。,（1）给定末端功率S2和电压U2，求首端U1和S1。,设末端电压,电压降落纵分量:,电压降落横分量:,首端导纳支路功耗:,首端电压:,一般有,首端功率:,（2）给定首端功率S1和电压U1，求末端U2和S2。,设首端电压,2、给定不同节点功率和电压,给定首端U1和末端S2，求S1和U2： 迭代算法,工程近似法：,用线路UN来代替 末端电压。 从末端到首端推算：,3、工程上常用的几个计算量,（1）电压降落 线路首、末端电压的

21、向量差 （2）电压损耗 线路首、末端电压的数值差 （3）电压偏移 （4）输电效率,第五节 电力网络的潮流计算,同一电压等级开式电力网潮流计算 多级电压开式电力网潮流计算,一、同一电压等级开式电力网潮流计算,开式电力网：负荷只能从一个方向获得电能的电力网。开式电力网结构简单，可分成无变压器的同一电压等级开式电力网和有变压器的多级电压的开式电力网。 首先讨论同一电压等级开式电力网的潮流计算。即电力网中节点电压和线段功率。,1、计算各段线路电容功率,2、运算负荷 将节点的所有功率合成 一个负荷功率。,若节点接有降压变压器运算负荷要加入变压器功率损耗。,3、计算各线段功率分布 从线段末端向线路首端推算

22、 线段末端功率=末端节点功率+下一线段首端功率 线段 cd Scd末=Sd 线段 bc Sbc末=Sc+Scd首 线段 ab Sab末=Sb+Sbc首 线路首端功率=线段末端功率+线段损耗 Scd首=Scd末+Scd Sbc首=Sbc末+Sbc Sab首=Sab末+Sab,线段损耗=,4、节点电压分布计算 一般给定线路首端电压，则线路其它节点电压从线路 首端向线路末端推算。 Ub=Ua-Uab Uc=Ub-Ubc Ud=Uc-Ucd 线段电压损耗计算 U=（P线段首R线段+Q线段首X线段)/U节点首 线段末端电压U节点末 U节点末=U节点首U 例 Uab=(Pab首R1+Qab首X1)/Ua

23、Ub=Ua-Uab,Uab,Ubc,Ucd,例6-8 一条额定电压为110KV的输电线路，长100km，r0=0.21/km,x0= 0.41/km, b0=2.7410-6 S/km,已知线路末端负荷（40+j30)MVA,线路首端电压保持为115KV。试求 （1）正常运行时线路首端的功率和线路末端的电压； （2）空载时线路末端的电压及线路末端的电压偏移。,求解步骤,1、求线路的参数,RL=r0l00 ， XL=x0l00 ， B= b0l00,（1）正常运行时线路首端的功率和线路末端的电压；,2、,3、,4、,5、,（2）空载时线路末端的电压及线路末端的电压偏移。,B点运算负荷,电压偏移,

24、末端电压,二、多级电压开式电力网潮流计算,含变压器的开式电力网，计算有两种方法： 1、变压器表示为理想变压器与变压器阻抗相串联,2、将变压器二次侧的所有元件全部归算到一次侧,例6-6 一两级电压开式网络 变压器参数 SN=1600KVA， P0=21KW K=110/11 ，I0%=0.85，PK=85KW， U%=10.5 110KV线路 r0=0.33/km ， x0=0.417 /km ， b0=2.2510-4 s/km 10KV线路 r0=0.65/km ， x0=0.32 /km， 线路首端电压为117kv, 负荷 SLDc=(11+j4.8)MVA ， SLDd=(0.7+j0.

25、5)MVA 求网络的电压和功率分布。,1）作等值电路图，计算参数；,110KV线路,10KV线路,变压器,2）功率分布计算,3）电压分布计算,4）线路末端电压偏移及电网输电效率计算,SA=PA+jQA,电压偏移,输电效率,本章小结,1、了解电力线路的结构； 2、掌握架空线路和变压器的等值电路和参数计算； 3、掌握一段输电线路的电压和功率分布计算方法。（线段功率损耗和线段电压损耗计算）； 4、电压降落、电压损耗、电压偏移及输电效率的定义和计算；,5、掌握同一电压等级开式电力网的潮流计算的步骤和内容； 6、掌握多级电压开式电力网的潮流计算的步骤和内容。,本章小结,本章习题（p159-p160） 6-3 双回路架空输电线并列运行，求等值电路的参数。 6-5 求一台三相三绕组自耦变压器参数。 6-8 一条110kv输电线路，求线路功率和节点电压。 6-9 一110kv输电网（含变压器），求线路功率和节点电压。,