电力工程基础第三章课件

1、12021-6-21 第第3章章 电力网电力网 n3.1 电力网的接线方式 n3.2 电力系统元件参数和等效电路 n3.3 电力网的电压计算 n3.4 输电线路导线截面的选择 22021-6-21 3.1 电力网的接线方式电力网的接线方式 一、概述一、概述 基本结构形式基本结构形式 远距离型：远距离型输电系统远距离型：远距离型输电系统 大城市型：以大城市为中心的环形主干电力系统大城市型：以大城市为中心的环形主干电力系统 32021-6-21 1无备用接线方式（开式电力网）无备用接线方式（开式电力网） 图图3-1 开式电力网开式电力网 a）单回路放射式）单回路放射式 b）单回路干线式）单回路干线

2、式 c）单回路链式）单回路链式 v优点：简单明了、运行方便，投资费用少。优点：简单明了、运行方便，投资费用少。 v缺点：供电的可靠性差。缺点：供电的可靠性差。 按布置方式分：放射式、干线式、链式、环式及两端供电式按布置方式分：放射式、干线式、链式、环式及两端供电式 按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线 42021-6-21 2有备用接线方式（闭式电力网）有备用接线方式（闭式电力网） 图图3-2 有备用接线有备用接线 a）双回路放射式）双回路放射式 b）双回路干线式）双回路干线式 c）双回路链式）双回路链式 d）环式）环式 e）两端共电式）

3、两端共电式 v优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。 52021-6-21 由地区变电所或企业总降压变电所由地区变电所或企业总降压变电所610kV母线直接向用母线直接向用 户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电所之间也无户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电所之间也无 联系，如图联系，如图3-3所示。所示。 图图3-3 放射式接线放射式接线 v优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。优点：结构简单、操作维护方便、保护装置简单，便于实现自动化。 v缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。缺点：供电可靠性

4、较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。 二、放射式接线二、放射式接线 62021-6-21 为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路放为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路放 射式接线，如图射式接线，如图3-4所示。所示。 图图3-4 双回路放射式接线双回路放射式接线 v优点：供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间断供优点：供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间断供 电，适用于一类负荷。电，适用于一类负荷。 v缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难。 72021

5、-6-21 直接连接干线式（如图直接连接干线式（如图3-5a所示）所示） v优点：线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装置和优点：线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装置和 线路投资较小，比较经济。线路投资较小，比较经济。 v缺点：供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都缺点：供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都 将停电。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。将停电。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。 三、干线式接线三、干线式接线 图图3-5 干线式接线干线式接线 a)直接连接干线式直接连接干线式 b)串联型干线式串联型干线式 820

6、21-6-21 为了提高供电的可靠为了提高供电的可靠 性，可采用双干线式或性，可采用双干线式或 两端供电干线式两端供电干线式。 串联型干线式（串联型干线式（如图如图3-5b所示）所示） 图图3-6 双回路干线式接线方式双回路干线式接线方式 v特点：干线的进出侧均安装了隔离开关，当发生故障时，可特点：干线的进出侧均安装了隔离开关，当发生故障时，可 在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停 电范围，使供电可靠性有所提高。电范围，使供电可靠性有所提高。 四、环式接线四、环式接线 普通环式：把两路串联型干普通环式：把两路串联型干 线式

7、线路联络起来，线式线路联络起来，如图如图3-8 所示。所示。 92021-6-21 图图3-7 两端供电干线式接线方式两端供电干线式接线方式 3-8 普通环式接线普通环式接线 有两种运行方式：有两种运行方式： 开环运行：正常运行时环形开环运行：正常运行时环形 线路在某点断开。线路在某点断开。 开环点位置的选择：应使正常开环点位置的选择：应使正常 配电时开环点的电压差为最小配电时开环点的电压差为最小 闭环运行：正常运行时环形闭环运行：正常运行时环形 线路没有断开点。线路没有断开点。 102021-6-21 v优点：供电可靠性高，运行灵活；优点：供电可靠性高，运行灵活； v缺点：导线截面按有可能通

8、过的全部负荷来考虑，投资高。缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。 拉手环式（拉手环式（“手拉手手拉手”接线）接线） ：将放射式接线改造成双电源：将放射式接线改造成双电源 供电，中间以联络开关将两段线路连接起来，如图供电，中间以联络开关将两段线路连接起来，如图3-9所示。所示。 图图3-9 拉手环式接线拉手环式接线 v优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。 正常运行时联络开关打开，当线路失去一端电源时，将联正常运行时联络开关打开，当线路失去一端电源时，将联 络开关合上，从另一端电源对失去电源线路上的用户供电。络开关合上，从另一端电

9、源对失去电源线路上的用户供电。 低压配电系统也有低压配电系统也有放射式放射式、干线式干线式、环式环式等接线方式。等接线方式。 112021-6-21 3.2 电力系统元件参数和等值电路电力系统元件参数和等值电路 一、电力线路的结构一、电力线路的结构 1架空线路架空线路 架空线路主要由导架空线路主要由导 线、避雷线（即架空地线、避雷线（即架空地 线）、杆塔、绝缘子和线）、杆塔、绝缘子和 金具等部件组成，如图金具等部件组成，如图 3-10所示。所示。 图图3-10 架空线路的结构架空线路的结构 导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线

10、 的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。 122021-6-21 架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和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，如图钢芯铝绞线三种，如图3-11所示。所示。 图图3-11 裸导线的构造裸导线的构造 a）单股线）单股线 b）多股绞线）多股绞线 c）钢芯铝绞线）钢芯铝绞线 导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐导线材料：要求电阻率小、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。蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝和钢

11、。 导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类，高导线的结构型式：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。压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。 132021-6-21 架空导线的型号有：架空导线的型号有： TJ铜绞线铜绞线 LJ铝绞线，用于铝绞线，用于10kV及以下线路及以下线路 LGJ钢芯铝绞线，用于钢芯铝绞线，用于35kV及以上线路及以上线路 GJ钢绞线，用作避雷线钢绞线，用作避雷线 杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大杆塔：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。地之间保持一定的安全距离

12、。 F按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。 F按用途分按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔 （承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。 杆塔的分类杆塔的分类 142021-6-21 档距档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空 线路的档距（或跨距）。线路的档距（或跨距）。 弧垂弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低

13、 点的垂直距离称为弧垂。点的垂直距离称为弧垂。 线间距离：线间距离：380V为为0.40.6m；610kV为为0.81m；35kV 为为23.5m；110kV 为为34.5m。 横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担 和和瓷横担瓷横担三种。三种。 横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安 装方式和使用地点等。装方式和使用地点等。 152021-6-21 F三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列； F三相三线制的导线，可三角

14、排列，也可水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列； F多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全 部垂直排列；部垂直排列； F电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上 面，电压较低的线路应架设在下面；面，电压较低的线路应架设在下面； F架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通 讯线路应在下面。讯线路应在下面。 导线在杆塔上的导线在杆塔上的排列方式排列方式： 162021-6-21 绝缘子和金具：绝缘子用来

15、使导线与杆塔之间保持足够的绝绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝 缘距离；缘距离；金具金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。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常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式针式、悬式和棒式三种。三种。 针式绝缘子：用于针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小及以下线路上，用在直线杆塔或小 转角杆塔上。转角杆塔上。 悬式绝缘子：用于悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（缘子串使用（35kV为为3片串接；片串接；60kV为为5片串接；片串接；110kV为为7

16、片片 串接）。串接）。 棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以及以 下线路应用比较广泛。下线路应用比较广泛。 172021-6-21 2电缆线路电缆线路 电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 分为单芯、三芯和四芯等分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是种类。单芯电缆的导体截面是 圆形的；三芯或四芯电缆的导圆形的；三芯或四芯电缆的导 体截面除圆形外，更多是采用体截面除圆形外，更多是采用 扇形，如图扇形，如图3-12所示。所示。 图图3-12 扇形三芯电缆扇形三芯电缆 1

17、导体导体 2纸绝缘纸绝缘 3铅包皮铅包皮 4麻衬麻衬 5钢带铠甲钢带铠甲 6麻被麻被 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。 182021-6-21 绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保 持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯 乙烯等。乙烯等。 保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过 程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。常用程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外

18、渗。常用 的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，在电缆的最外层还包有钢的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，在电缆的最外层还包有钢 带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。 192021-6-21 电缆的敷设方式：电缆的敷设方式： 直接埋入土中：埋设深度一般为直接埋入土中：埋设深度一般为0.70.8m，应在冻土层，应在冻土层 以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于散以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于散 热。热。 电缆沟敷设：当电缆条数较多时，宜采用电缆沟敷设，电电缆沟敷设：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

19、上，沟面用水泥板覆盖。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，一般多采用穿钢管的敷设方式。受到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。 202021-6-21 二、输电线路的参数计算及等值电路二、输电线路的参数计算及等值电路 1输电线路的参数计算输电线路的参数计算 212021-6-21 电阻：电阻： 单根导线的直流电阻为：单根导线的直流电阻为： A l R 导线的交流电阻比直流电阻增大导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%1%，主要是因为：，主要是因为： F应考虑集肤效应和邻近效

20、应的影响；应考虑集肤效应和邻近效应的影响； F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为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度大; F导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。 通常取通常取 ; ; km/mm8 .18 2 Cu km/mm5 .31 2 Al 222021-6-21 工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值 r1，则，则lrR 1 需要指出：手册中给出的需要指出：手册中给出的 r1值，则是指温度为值，则是指温度为20时的导线电时的导线电 阻，当实际运行的温度不等于阻，当实

21、际运行的温度不等于20时，应按下式进行修正：时，应按下式进行修正： )20(1 20 rr 式中，式中，为电阻的温度系数为电阻的温度系数(1/)，铜取，铜取0.00382（1/），铝取），铝取 0.0036（1/）。）。 电抗：电抗： 每相导线单位长度的等值电抗为：每相导线单位长度的等值电抗为： rr r s r s fx0157. 0lg1445. 010)5 . 0lg6 . 4(2 av 4 av 1 式中，式中，r为相对磁导率，铜和铝的为相对磁导率，铜和铝的 ; r为导线半径（为导线半径（m）；）； Sav为三相导线的线间几何均距（为三相导线的线间几何均距（m）。）。 1 r 2320

22、21-6-21 注意：为了使三相导线的注意：为了使三相导线的 电气参数对称，应将输电电气参数对称，应将输电 线路的各相导线进行换位，线路的各相导线进行换位， 如图如图3-13所示。所示。 图图3-13 一次整循环换位一次整循环换位 通常架空线路的电抗值通常架空线路的电抗值 在在0.4/km左右，则左右，则 lxX 1 电纳：电纳： 每相导线单位长度每相导线单位长度 的等值电容（的等值电容（F/km）为：）为： 6 1 10 lg 0241. 0 r s C av 1 2 3 1 2 3 换位杆塔换位杆塔 242021-6-21 则单位长度的电纳（则单位长度的电纳（S/km）为：）为： 6 av

23、 11 10 lg 58. 7 r s Cb 一般架空线路一般架空线路b1的值为的值为 S/km左右，则左右，则 6 1058. 2 lbB 1 电导：电导： 电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和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。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，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当导线表面

24、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时，导线周围的空气被电离而产生局部放电 的现象。的现象。 252021-6-21 当线路电压高于电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与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（电晕相对应的导线单位长度的等值电导（S/km）为：）为： 3 2 1 10 U P g g lgG 1 因此，因此， 式中，式中， 为实测线路单位长度的电晕损耗功率（为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。）。 g P 注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电

25、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中，近似时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似 认为认为 。 0G 在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导 线最小外径：线最小外径：110kV导线外径不应小于导线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径导线外径 不应小于不应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压；及以下的导线不必验算电晕临界电压； 220kV以上的超高压输电线，采用分裂导线或扩径导线以增大每以上的超高压输电线，采用分裂导线或扩径导线以增大每 相导线的等值半径

26、，提高电晕临界电压相导线的等值半径，提高电晕临界电压 262021-6-21 2输电线路的等效电路输电线路的等效电路 一字型等效电路一字型等效电路 ： 用于长度不超过用于长度不超过 100km的架空线路（的架空线路（35kV及以下）和线及以下）和线 路不长的电缆线路（路不长的电缆线路（10kV及以下）。及以下）。 型或型或T型等效电路：型等效电路： （110220kV） 和长度不超过和长度不超过 100km的电缆线的电缆线 路（路（10kV以上）。以上）。 用于长度为用于长度为100300km的架空线路的架空线路 图图3-14 一字型等效电路一字型等效电路 图图3-15 型或型或T型等效电路型

27、等效电路 a）型型 b）T型型 272021-6-21 三、变压器的参数计算及等效电路三、变压器的参数计算及等效电路 1双绕组变压器双绕组变压器 双绕组变压器采用双绕组变压器采用型等效电路，如图型等效电路，如图3-16所示。所示。35kV及及 以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。 注意：变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相注意：变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相 反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。 图图3-16 双绕

28、组变压器的等效电路双绕组变压器的等效电路 a）型等效电路型等效电路 b）励磁支路用功率表示的等效电路）励磁支路用功率表示的等效电路 c）简化等效电路）简化等效电路 282021-6-21 电阻电阻RT： 3 2 2 32 Cu 10103 T N N TNk R U S RIPP 3 2 2 10 N Nk T S UP R 由于由于 所以所以 （） 电抗电抗XT： 由于由于 23 10 100 10 3 % N TN N TN k U XS U ZI U N kN T S UU X %10 2 对小容量变压器，对小容量变压器， 则则 N kN T S UU Z %10 2 22 TTT RZ

29、X 所以所以 （） 292021-6-21 电导电导GT： 变压器的电导是用来表示铁心损耗的。变压器的电导是用来表示铁心损耗的。 3 2 03 2 1010 NN Fe T U P U P G 电纳电纳BT： 3 2 0 10 N T U Q B 100100 3 3 100% 000 0 N NN N N S Q IU IU I I I N S I Q 100 % 0 0 5 2 0 10 % N N T U SI B 变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。 所以所以 （S） 所以所以 （S） 由由 得：得： 因此因此 （S） 说明：说明：以上各

30、式中，以上各式中， U 、S、P、Q、的单位分别为、的单位分别为kV、kVA、kW和和 kvar。 302021-6-21 三绕组变压器三绕组变压器 三绕组变压器的等效电路如图三绕组变压器的等效电路如图3-17所示。所示。 图图3-17 三绕组变压器的等效电路三绕组变压器的等效电路 a）励磁回路用导纳表示）励磁回路用导纳表示 b）励磁回路用功率表示）励磁回路用功率表示 312021-6-21 电阻电阻RT1、 RT2、 RT3 三绕组变压器容量比有三种不同类型：三绕组变压器容量比有三种不同类型： F100/100/100：三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；：三个绕组的容量均等于变压器的额定

31、容量； F100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量的：第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%； F100/50/100：第二个绕组的容量为变压器额定容量的：第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。 通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗 、 、 ，则每一个绕组的短路损耗为则每一个绕组的短路损耗为 12k P 23k P 31k P 对对100/100/100的变压器：的变压器： 322021-6-21 1231233 3123122 2331121 2 1 2 1 2 1 kkkk kkkk kkkk PPPP PPPP PPPP 3 2

32、 2 3 3 3 2 2 2 2 3 2 2 1 1 10 10 10 N Nk T N Nk T N Nk T S UP R S UP R S UP R 1331 3223 2112 kkk kkk kkk PPP PPP PPP 由由 得：得： 所以所以 332021-6-21 31 2 31 2 3 3131 23 2 23 2 3 2323 4 50 100 4 50 100 kk N N kk kk N N kk PP S S PP PP S S PP 短路试验有两组数据是按短路试验有两组数据是按50%容量的绕组达到额定容量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

33、损耗按变压器的额时测量的值。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，其折算公式为的变压器，其折算公式为 式中，式中， 、 为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）；为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。为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。 32 k P 13 k P 32 k P 13 k P 对对100/100/50和和100/50/100的变压器：的变压器： 342021-6-21 电抗电抗XT1、 XT2、XT3 %)

34、%( 2 1 % %)%( 2 1 % %)%( 2 1 % 1231233 3123122 2313121 kkkk kkkk kkkk UUUU UUUU UUUU 所以所以 % % % 1331 3223 2112 kkk kkk kkk UUU UUU UUU 由由 得：得： N Nk T N Nk T N Nk T S UU X S UU X S UU X 2 3 3 2 2 2 2 1 1 %10 %10 %10 电导电导GT与电纳与电纳BT ： 同双绕组变压器。同双绕组变压器。 说明：说明：1）厂家给出的短路电压百分数已）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

35、计算电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，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。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）参数计算时，要求将参数归算到哪一 电压等级，则计算公式中的电压等级，则计算公式中的 UN为相应等为相应等 级的额定电压。级的额定电压。 352021-6-21 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 一、概述一、概述 电压降落：是指线路首末端电压的相量差，即电压降落：是指线路首末端电压的相量差，即 21 UUU 图图3-18 线路的电压降落和电压损失相量图线路的电压降落和电

36、压损失相量图 电压损失：是指线路首末端电压的代数差，即电压损失：是指线路首末端电压的代数差，即 21 UUU 通常以线路额定电压的百通常以线路额定电压的百 分数表示，即分数表示，即 100% 21 N U UU U 362021-6-21 二、地方电力网的电压损失计算二、地方电力网的电压损失计算 1放射形线路电压损失计算放射形线路电压损失计算 1 U 设线路首末端相电压分别为设线路首末端相电压分别为 和和 ，负荷电流为，负荷电流为I ，负，负 荷的功率因数为荷的功率因数为 ，则，则 2 U 2 cos XIRIUUUU j 221 图图3-19 放射式线路电压损失相量图放射式线路电压损失相量图

37、 a）放射式线路简化电路图）放射式线路简化电路图b）电压损失相量图）电压损失相量图 372021-6-21 22 sincos IXIRbgaffdafadU 则一相的则一相的电压损失电压损失为：为：aeUUU 21 为便于计算，用为便于计算，用 代替代替 ，则，则 ad ae 换算成线电压损失为：换算成线电压损失为： )sincos(33 22 XRIUU )sincos( cos3 3 22 2 XR U P N N U QXPR 式中，式中，P、Q、UN 、 的单位分别为的单位分别为kW、kvar 、kV和和V。U 382021-6-21 2树干式树干式线路电压损失计算线路电压损失计算

38、各支线的负荷功率各支线的负荷功率 用用p、q表示；表示； 各段干线的功率各段干线的功率 用用P、Q表示；表示； 各段线路的长度、电阻各段线路的长度、电阻 和电抗和电抗分别用分别用l、r和和 x表示；表示； 图图3-20 树干式线路电压损失计算图树干式线路电压损失计算图 各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗分别用分别用L、 R和和X表示。表示。 若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各支 线的负荷功率表示，即线的负荷功率表示，即 392021-6-21 3211 pppPl1段：段： 3211 qq

39、qQ l2段：段： 322 ppP 322 qqQ l3段：段： 33 pP 33 qQ 各线干段的电压损失为各线干段的电压损失为: N U xQrP U 1111 1 l1段：段： N U xQrP U 2222 2 l2段：段： l3段：段： N U xQrP U 3333 3 n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即 n i N iiii n i i U xQrP UU 11 402021-6-21 若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成： n i N iiii U XqRp

40、 U 1 电压损失的百分数为电压损失的百分数为 n i iiii NN xQrP UU U U 1 23 )( 10 1 100 10 % n i iiii N XqRp U U 1 2 )( 10 1 % 或或 当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有当各段线路的导线截面、功率因数相同时，有 10 1 % 1 1 1 1 2 n i ii n i ii N lQxlPr U U 10 1 1 1 1 1 2 n i ii n i ii N LqxLpr U 412021-6-21 3均匀无感线路电压损失计算均匀无感线路电压损失计算 CA M AU Lp Lp U r U N n i ii n

41、 i ii N 2 1 1 2 1 1010 % 对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷 的线路的线路, ,其电压损失百分数可表示为其电压损失百分数可表示为 1cos 式中式中, 为导线的电导率；为导线的电导率；A为导线的截面；为导线的截面； 为线路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；为线路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；C为计算系数，与为计算系数，与 线路电压、接线方式及导线材料有关，可查表线路电压、接线方式及导线材料有关，可查表3-1。 iiii lPLpM 4均匀分布负荷的三相线路电压损失计算均匀分布负荷的三相线路电压损失计算 422021-6-

42、21 设单位长度的负荷电流为设单位长度的负荷电流为i（A/km），则微小线段），则微小线段 dl上的上的 负荷电流为负荷电流为idl，这一负荷电流通过长度为，这一负荷电流通过长度为 l、电阻为、电阻为 r1l的线路的线路 所产生的电压损失为所产生的电压损失为 llirUd3)(d 1 LL L LL L l irdllirU 0 0 0 02 33 2 11 2 )2(3 01 LLL U irU N N ) 2 ( 2 2)(3 0 101 L L U PrLL U riLU NN N 上式说明：计算均匀分布负荷线路的电压损失时，可以用一个与均匀分布的总负上式说明：计算均匀分布负荷线路的电压

43、损失时，可以用一个与均匀分布的总负 荷相等，位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值代替。荷相等，位于均匀分布负荷中点的集中负荷等值代替。 图图3-21 具有均匀分布负荷的电力网具有均匀分布负荷的电力网 432021-6-21 图图3-22a中，阻抗中流过的电流为中，阻抗中流过的电流为 ，则电压降落则电压降落 为为 22 III C 图图3-22 输电线路的输电线路的型等效电路及相量图型等效电路及相量图 a）等效电路）等效电路 三、高压电网中电压损失的计算三、高压电网中电压损失的计算 )( 21 jXRIUUU 图中：图中： 称为电压降落的纵分量；称为电压降落的纵分量； 称为电压降落的横分量。称为电

44、压降落的横分量。 2 U 2 U b）相量图）相量图 442021-6-21 2 22 2 U XQRP U 2 22 2 U RQXP U 线路首端电压线路首端电压有效值有效值为：为： 2 2 2 221 )(UUUU 说明：上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功说明：上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功 功率功率Q前面的符号应改变。前面的符号应改变。 将上式按二项式定理展开并取前两项可得将上式按二项式定理展开并取前两项可得 2 2 2 22 22 2 2 221 2)(2U U UU UU U UUU 2 2 2 221 2U U UUUU 因此因

45、此 当负荷为感性时，当负荷为感性时， ，经推导得：，经推导得： 2222 jQPIUS 电压降落电压降落 纵分量纵分量 电压降落电压降落 横分量横分量 452021-6-21 几点说明几点说明: : F对于对于110kV及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落的横及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落的横 分量分量 ，此时，电压损失就等于电压降落的纵分量此时，电压损失就等于电压降落的纵分量 ，即，即 2 U 2 U 2 22 221 U XQRP UUUU FP2、Q2、U2的单位分别为的单位分别为kW、kvar 和和kV ，且所有参数必须且所有参数必须 是线路上同一点的参数。是线路上同一点的参

46、数。 F电压损失通常以线路额定电压的百分数表示，即电压损失通常以线路额定电压的百分数表示，即 100% 21 N U UU U F如果已知线路首端的参数如果已知线路首端的参数 P1、Q1、U1，则则 1 11 U XQRP U 462021-6-21 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 一、导线截面选择的基本原则一、导线截面选择的基本原则 1发热条件：发热条件： 导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时 产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。 2电压损失条件：电压损失条件： 导线

47、或电缆在通过正常最大负荷电流时产导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产 生的电压损失应小于允许电压损失，以保证供电质量。生的电压损失应小于允许电压损失，以保证供电质量。 3机械强度条件：机械强度条件： 在正常工作条件下，导线应有足够的机械在正常工作条件下，导线应有足够的机械 强度以防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。强度以防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。 4 经济条件：经济条件： 选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和 维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消 耗

48、量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。 472021-6-21 5电晕条件：电晕条件： 高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损 耗，而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的发生，导耗，而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的发生，导 线的外径不能过小。线的外径不能过小。 根据设计经验，导线截面选择的原则如下：根据设计经验，导线截面选择的原则如下： 对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后 再校验机械强度和电晕条件。再校验机械强度和

49、电晕条件。 对地方电力网：先按允许电压损失条件选择导线截面，以对地方电力网：先按允许电压损失条件选择导线截面，以 保证用户的电压质量，然后再校验机械强度和发热条件。保证用户的电压质量，然后再校验机械强度和发热条件。 对低压配电网：通常先按发热条件选择导线截面，然后再对低压配电网：通常先按发热条件选择导线截面，然后再 校验机械强度和电压损失。校验机械强度和电压损失。 482021-6-21 二、按发热条件选择导线截面二、按发热条件选择导线截面 按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法按发热条件选择三相系统中的相线截面的方法: :应使导线应使导线 的允许载流量的允许载流量Ial不小于通过相线的计算

50、电流不小于通过相线的计算电流I30，即，即 0 0 al al K 此时，按发热条件选择截面的条件为：此时，按发热条件选择截面的条件为： 30 I al IK 30 I al I u导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当导线敷导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。当导线敷 设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同设地点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同 时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即时，则允许载流量应乘以温度校正系数，即 492021-6-21 3 . 1 032. 0 053. 0 Al Cu Al Cu I I AlAlCuCu RIRI 22 A

51、 l I A l I Al Al Cu Cu 22 或或 AlCu II3 . 1 即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的即铜导线允许载流量为同截面铝导线允许载流量的1.3倍。倍。 u环境温度的规定：在室外，取当地最热月平均气温；在室环境温度的规定：在室外，取当地最热月平均气温；在室 内，取当地最热月平均气温加内，取当地最热月平均气温加5。对埋入土中的电缆，取。对埋入土中的电缆，取 当地最热月地下当地最热月地下0.81m深处的土壤月平均气温。深处的土壤月平均气温。 u铜、铝导线的等效换算铜、铝导线的等效换算: 若近似认为铜、铝导线的散热情若近似认为铜、铝导线的散热情 况相同，则其发热温度

52、相同时，可认为其功率损耗相同，即：况相同，则其发热温度相同时，可认为其功率损耗相同，即： 502021-6-21 对对 动动 力力 线线 路，路， 一一 般般 要要 求求 中中 性性 线线 截截 面面 应应 不不 小小 于于 相相 线线 截截 面面 的的 一一 半，半， 即即 0. 5 ； 对对 照照 明明 线线 路，路， 因因 中中 性性 线线 电电 流流 与与 相相 线线 电电 流流 相相 等，等， 因因 此，此， 可可 取取 。 F保护线（保护线（PE线）截面的选择：保护线截面一般应不小于相线线）截面的选择：保护线截面一般应不小于相线 截面的一半，即截面的一半，即 0.5 ；当相线截面；

53、当相线截面 16mm2时，可取时，可取 。 PE A A AAPE A F中性线（中性线（N线）截面的选择：对动力线路，线）截面的选择：对动力线路， 一般要求中性一般要求中性 线截面应不小于相线截面的一半，即线截面应不小于相线截面的一半，即 0.5 ；对照明线路，；对照明线路， 因中性线电流与相线电流相等，因此，可取因中性线电流与相线电流相等，因此，可取 。 0 A A AA 0 F保护中性线（保护中性线（PE线）截面的选择：线）截面的选择：PE线兼有中性线和线兼有中性线和 保护线的双重功能，截面选择应同时满足上述二者的要求，保护线的双重功能，截面选择应同时满足上述二者的要求， 并取其中较大者

54、作为并取其中较大者作为PE线截面，因此线截面，因此(0.51) 。 PEN A A u低压系统中性线和保护线的选择低压系统中性线和保护线的选择 512021-6-21 op I 式中，为过流保护装置的动作电流，对于熔断器为熔体的额式中，为过流保护装置的动作电流，对于熔断器为熔体的额 定电流定电流 ， 为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷倍数。 FEN I OL K op I alOLI K 需要指出：若上式不满足要求，应加大导线截面，使需要指出：若上式不满足要求，应加大导线截面，使Ial增大。增大。 u按发热条件选择导线或电缆截面时，还必须与其相应的过按发热条

55、件选择导线或电缆截面时，还必须与其相应的过 流保护装置（熔断器或低压断路器的过流脱扣器）的动作电流保护装置（熔断器或低压断路器的过流脱扣器）的动作电 流相配合，以便在线路过负荷或短路时及时切断线路电流，流相配合，以便在线路过负荷或短路时及时切断线路电流， 保护导线或电缆不被毁坏。因此，应满足的条件是：保护导线或电缆不被毁坏。因此，应满足的条件是： 522021-6-21 三、按允许电压损失选择导线截面三、按允许电压损失选择导线截面 ra n i N iiii UU U XqRp U 1 由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定由于导线截面对电抗的影响很小，所以，当、一定 时，可认为近似不变

56、。因此，可初选一种导线的单位长度时，可认为近似不变。因此，可初选一种导线的单位长度 电抗值（电抗值（6110kV架空线路取架空线路取0.30.4/km，电缆线路取，电缆线路取0.07 0.08/km），则），则 N Ui q r U N n i ii N n i ii r U Lqx U Xq U 1 1 1 532021-6-21 N al al U U U 100 % 而而 rala UUU N n i ii N n i ii N n i ii a AU Lp U Lpr U Rp U 11 1 1 由由 得：得： Na n i ii UU Lp A 1 1cos若若 ，可不计，可不计 ，

57、则，则 a U Nal n i ii UU Lp A 1 式中，为允许电压损失（式中，为允许电压损失（V）。）。 al U 说明：求出导线截面说明：求出导线截面后，应选择一个与其接近而偏大的标准截面作为导线截面。后，应选择一个与其接近而偏大的标准截面作为导线截面。 式中，式中，UN 、 、pi 、 Li 、的单位分别为的单位分别为kV、V 、kW、km 和和 。 2 mm/km a U 542021-6-21 例例3-1 一条一条10kV线路参数如图，试按允许电压损失选择其导线线路参数如图，试按允许电压损失选择其导线 截面，并按发热条件和机械强度进行校验。截面，并按发热条件和机械强度进行校验。

58、 解：（解：（1）按允许电压损失）按允许电压损失 选择导线截面选择导线截面 设设x1 =0.4/km，则，则 V500V10000 100 5 100 % N al al U U U V88V 10 )32002800(4 . 0 1 1 N n i ii r U Lqx U V412V88V500 rala UUU 552021-6-21 所以所以 初步选初步选LJ-35型铝绞线。型铝绞线。 （2）按发热条件进行校验）按发热条件进行校验 线路的最大负荷电流为线路的最大负荷电流为ABAB段承载电流，其值为段承载电流，其值为 查附表查附表A-8和和A -10知，知， 35时时LJ-35型铝绞线的

59、允许载流量型铝绞线的允许载流量 为为 ，故满足发热条件。，故满足发热条件。104AA6 .14917088. 0 al IK 221 mm55.26mm 10412032.0 350021000 Na n i ii UU Lp A A104A 103 )200800()5001000( 3 )()( 222 21 2 21 30 N U qqpp I （3）按机械强度进行校验）按机械强度进行校验 查表查表3-2知，知，10kV架空铝绞线的最小截面为架空铝绞线的最小截面为25 mm235 mm2， 满足机械强度条件。满足机械强度条件。 562021-6-21 四、按经济电流密度选择导线截面四、按

60、经济电流密度选择导线截面 1经济电流密度的概念经济电流密度的概念 导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小（即年运导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小（即年运 行费用越小），但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反行费用越小），但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反 之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越少，但是线之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越少，但是线 路的功率损耗和电能损耗却要增大（即年运行费用越大）。路的功率损耗和电能损耗却要增大（即年运行费用越大）。 综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用 又不