電力網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)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(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。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(lèi)，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～；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(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(lèi)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(chēng)。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(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(lèi)。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、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。第二節(jié)架空輸電線路的參數(shù)計(jì)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(lèi)。（110～220kV）和長(zhǎng)度不超過(guò)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?chē)諝怆婋x產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率損耗。二、多級(jí)電壓開(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算Scd首=Scd末+△Scd60kV及以下的導(dǎo)線不必驗(yàn)算電暈臨界電壓；2、給定不同節(jié)點(diǎn)功率和電壓緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識(shí)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(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。線路類(lèi)型裝設(shè)地點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(shí)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?yàn)榱吮３终檄h(huán)境美時(shí),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(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)度大;導(dǎo)線的額定截面（即標(biāo)稱(chēng)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，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(zhǎng)度的等值電抗為：式中，μr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：為了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對(duì)稱(chēng)，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(shí)，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(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?chē)諝怆婋x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)。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?chē)目諝獗浑婋x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；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0.83~0.87；氣象狀況系數(shù)，晴天為1，雨雪霧為0.8~1；導(dǎo)線計(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12．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(chēng)截面）一般略大于實(shí)際截面。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：本節(jié)重點(diǎn)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(jì)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(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。金具是用來(lái)連接導(dǎo)線和絕緣子的金屬部件的總稱(chēng)。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(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(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(chēng)，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(kāi)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(kāi)式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算多級(jí)電壓開(kāi)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(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。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(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(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算多級(jí)電壓開(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算一、同一電壓等級(jí)開(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算開(kāi)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(kāi)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(kāi)式電力網(wǎng)和有變壓器的多級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)。首先討論同一電壓等級(jí)開(kāi)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。abdc123SLDbSLDcSLDdabdc123SLDbSLDcSLDdR1+jX1R2+jX2R3+jX3abcdB1/2B2/2B3/2R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd1、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。TSLDbb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(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6-5R1+jX1R2+jX2R3+jX3abcd△SyaSbScSd二、多級(jí)電壓開(kāi)式電力網(wǎng)潮流計(jì)算含變壓器的開(kāi)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)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(tái)變壓器；2、計(jì)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(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。線段末端功率=末端節(jié)點(diǎn)功率+下一線段首端功率60kV及以下的導(dǎo)線不必驗(yàn)算電暈臨界電壓；緒論------電力系統(tǒng)的基本概念和知識(shí)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(jì)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(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：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(shí)，應(yīng)留有一定距離，以利于散熱。含變壓器的開(kāi)式電力網(wǎng)，計(jì)算有兩種方法：例6-6一兩級(jí)電壓開(kāi)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