電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算培訓(xùn)教程(ppt 68頁(yè)).ppt

1、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(shí) 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(jì)算 電力系統(tǒng)的短路計(jì)算 電氣主接線的設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇 電力系統(tǒng)繼電保護(hù) 實(shí)驗(yàn),電氣工程,第六章 電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)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

2、,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(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,分裂導(dǎo)線,架空導(dǎo)線的型號(hào)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0.40.6m；610kV為0.81m；35kV為23.5m；110kV 為34.5m,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；

3、 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,導(dǎo)線在桿塔上的排列方式,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,桿塔的分類,500KV輸電線路,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。 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

4、，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(diǎn)：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(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

5、、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,電纜的敷設(shè)方式,直接埋入土中：埋設(shè)深度一般為0.70.8m，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,第二節(jié) 架空輸電線路的參數(shù)計(jì)算及等值電路,1輸電線路的參數(shù)計(jì)算,電阻

6、,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?yàn)?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(shí)際長(zhǎng)度比線路長(zhǎng)度大; 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,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，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(zhǎng)度的等值電抗為,式中，r為相對(duì)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

7、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，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,一般單導(dǎo)線的電抗為0.4 /km左右，而分裂導(dǎo)線為n=2、3、4時(shí)，電抗為0.33、0.3、0.28 /km左右,架空線路的電抗值為,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

8、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),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,在設(shè)計(jì)架空線路時(shí)依據(jù)電暈臨界電壓規(guī)定了不需要驗(yàn)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

9、；60kV及以下的導(dǎo)線不必驗(yàn)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(jì)算電暈臨界電壓,導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，多股絞線為0.830.87,氣象狀況系數(shù)，晴天為1，雨雪霧為0.81,導(dǎo)線計(jì)算半徑(cm,三相導(dǎo)線間的幾何均距(cm,空氣相對(duì)密度，一般取1,2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,型或T型等效電路,110220kV）和長(zhǎng)度不超過(guò)100km的電纜線路（10kV以上,用于長(zhǎng)度為100300km的架空線路,圖 一字型等效電路,圖 型或T型

10、等效電路 a）型 b）T型,第三節(jié)、變壓器的等值電路及參數(shù)計(jì)算,一、雙繞組變壓器,1、電阻,2、電抗,對(duì)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,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(jí) 的輸電系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。如聯(lián)系三個(gè)電壓等級(jí)，用雙繞組 變壓器，至少需要兩臺(tái)變壓器；若用三繞組變壓器，則 只需要一臺(tái)就能滿足。 由于三相對(duì)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(huì)給出三個(gè)繞組間一個(gè)繞組開路、另兩個(gè)繞組 短路試驗(yàn)的短路損耗,聯(lián)解上面三式得,可計(jì)算三繞組變壓器各繞組的電阻,上面計(jì)算公式

11、僅選用于三個(gè)繞組的額定容量都相同的情況。實(shí)際上，運(yùn)行中變壓器的三個(gè)繞組不可能同時(shí)都滿載運(yùn)行。則變壓器三個(gè)繞組的額定容量可以制造為不相等。 我國(guó)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(yàn)時(shí)，三個(gè)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(cè)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(jì)算繞組電阻,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

12、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,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,2、電抗,第四節(jié) 電力網(wǎng)絡(luò)元件的電壓和功率分布計(jì)算,電力系統(tǒng)的潮流分布計(jì)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(jì)算 同一電壓等級(jí)開

13、式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算 多級(jí)電壓開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算,本章后兩小節(jié)內(nèi)容簡(jiǎn)介,電力系統(tǒng)潮流(分布)計(jì)算基本概念,電力系統(tǒng)的潮流分布計(jì)算是計(jì)算電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓和各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)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(jì)算機(jī)祘法 解析祘法具有物理概念清晰的特點(diǎn)，是掌握潮流計(jì)算原理的基礎(chǔ)。 本節(jié)重點(diǎn)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,2、電力網(wǎng)線路功率損耗,線路中電容功率,3、變壓器,一、輸電線的電壓和功率分布計(jì)算,共四個(gè)變量 ，給定兩個(gè)變量 求解另兩個(gè)變量,1、給定同一節(jié)點(diǎn)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

14、一節(jié)點(diǎn)的功率和電壓 （1）給定末端功率S2和電壓U2，求首端U1和S1,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,2）給定首端功率S1和電壓U1，求末端U2和S2,設(shè)首端電壓,2、給定不同節(jié)點(diǎn)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(lái)代替 末端電壓 從末端到首端,3、工程上常用的幾個(gè)計(jì)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(jì)算,同一電壓等級(jí)開式電力網(wǎng)潮流計(jì)算 多級(jí)電壓開式電力網(wǎng)潮流計(jì)算,一、同一電壓等級(jí)開式電力網(wǎng)潮流計(jì)算,開

15、式電力網(wǎng)：負(fù)荷只能從一個(gè)方向獲得電能的電力網(wǎng)。開式電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可分成無(wú)變壓器的同一電壓等級(jí)開式電力網(wǎng)和有變壓器的多級(jí)電壓的開式電力網(wǎng)。 首先討論同一電壓等級(jí)開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算。即電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓和線段功率,1、計(jì)算各段線路電容功率,2、運(yùn)算負(fù)荷 將節(jié)點(diǎn)的所有功率合成 一個(gè)負(fù)荷功率,若節(jié)點(diǎn)接有降壓變壓器運(yùn)算負(fù)荷要加入變壓器功率損耗,3、計(jì)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(diǎn)功率+下一線段首端功率 線段 cd Scd末=SLDd 線段 bc Sbc末=SLDc+Scd首 線段 ab Sab末=SLDb+Sbc首 線路首端功率=線段末端功率+線段損耗 Scd首=S

16、cd末+Scd,線段損耗= 4、節(jié)點(diǎn)電壓分布計(jì)算 一般給定線路首端電壓，則線路其它節(jié)點(diǎn)電壓從線路 首端向線路末端推算。 線段電壓損耗計(jì)算 U=（P線段首R(shí)線段+Q線段首X線段)/U節(jié)點(diǎn)首 線段末端電壓U節(jié)點(diǎn)末 U節(jié)點(diǎn)末=U節(jié)點(diǎn)首U 例 Uab=(Pab首R(shí)1+Qab首X1)/Ua Ub=Ua-Uab 自學(xué)教材例6-5,二、多級(jí)電壓開式電力網(wǎng)潮流計(jì)算,含變壓器的開式電力網(wǎng)，計(jì)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),2、將變壓器二次側(cè)的所有元件全部歸算到一次側(cè),例6-6 一兩級(jí)電壓開式網(wǎng)絡(luò) 變壓器參數(shù) SN=1600KVA P0=21KW K=110/11 I0%=0.85 PK=85KW U%=10.5 110KV線路 r0=0.33/km x0=0.417 /km b0=2.2510-4 s/km 10KV線路 r0=0.65/km x0=0.32 /km 線路首端電壓為117kv, 負(fù)荷 SLDc=(11+j4.8)MVA SLDd=(0.7+j0.5)MVA 求網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布,1）作等值電路圖，計(jì)算參數(shù),110KV線路,10KV線路,變壓器,2）功率分布計(jì)算,3）電壓分布計(jì)算,4）線路末端電壓偏移及電網(wǎng)輸電效率計(jì)算,SA=PA+jQA,電壓偏移,輸電效率,本章小結(jié),