第三章电力网

1、2021-7-1河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系1 1 电力工程基础电力工程基础 河北科技大学电气工程系 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系22021-7-1 第三章第三章 电力网电力网 n 3.1 概述 n 3.2 电力系统元件参数和等效电路 n 3.3 电力网的电压计算 n 3.4 输电线路导线截面的选择 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系32021-7-1 3.1 概述概述 一、电力网的接线方式一、电力网的接线方式 1开式电力网开式电力网: 由一条电源线路向电力用户供电。由一条电源线路向电力用户供电。 分为单回路放射式、干线式、链式和树枝式等，如图分为单回

2、路放射式、干线式、链式和树枝式等，如图3-1所示。所示。 图图3-1 开式电力网开式电力网 a）放射式）放射式 b）干线式）干线式 c）链式）链式 d）树枝式）树枝式 v优点：优点：简单明了、运行方便，投资费用少。简单明了、运行方便，投资费用少。 v缺点：缺点：供电的可靠性差。供电的可靠性差。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系42021-7-1 2闭式电力网闭式电力网: 由两条及两条以上电源线路向电力用户供电。由两条及两条以上电源线路向电力用户供电。 分为双回路放射式、双回路干线式、双回路链式、双回分为双回路放射式、双回路干线式、双回路链式、双回 路树枝式、环式和两端供电式，分别如

3、图路树枝式、环式和两端供电式，分别如图3-2所示。所示。 3.1 概述概述 图图3-2 闭式电力网闭式电力网 a）放射式）放射式 b）干线式）干线式 c）链式）链式 d）树枝式）树枝式 e）环式）环式 f）两端供电式）两端供电式 v优点：优点：供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。供电可靠性高，适用于对一级负荷供电。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系52021-7-1 二、配电网的接线方式二、配电网的接线方式 1. 高压配电网的接线方式高压配电网的接线方式 3.1 概述概述 高压配电网对供电的可靠性要求很高，一般采用双回路架空高压配电网对供电的可靠性要求很高，一般采用双回路架空 线路

4、或多回路电缆线路进行供电，线路或多回路电缆线路进行供电，并尽可能在两侧都有电源，并尽可能在两侧都有电源， 如图如图3-3所示。所示。 图图3-3 两侧电源供电的双回路高压配电网两侧电源供电的双回路高压配电网 指指35110kV 的电力网的电力网 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系62021-7-1 3.1 概述概述 由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此由于城网变电所相距较近，高压线路的故障机会较少，因此 也可采用图也可采用图3-4所示双所示双T接线或图接线或图3-5所示的三所示的三T接线方式。接线方式。 图图3-4 电缆线路的双电缆线路的双T接线接线 河北科技大学电气

5、工程系河北科技大学电气工程系72021-7-1 3.1 概述概述 不论是架空线路还是电缆线路，当线路上接有不论是架空线路还是电缆线路，当线路上接有3个及以上变电个及以上变电 所时，应在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列运行。所时，应在两侧有电源，但正常运行时两侧电源不并列运行。 图图3-5 三侧电源的三三侧电源的三T接线接线 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系82021-7-1 3.1 概述概述 2. 中压配电网的接线方式中压配电网的接线方式 放射式接线：放射式接线：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母母 线直接向用户变电所供电，沿线不接其他负

6、荷，各用户变电线直接向用户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电 所之间也无联系，如图所之间也无联系，如图3-6所示。所示。 图图3-6 放射式接线放射式接线 指指610kV 的电力网的电力网 v优点：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。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：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。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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系92021-7-1 3.1 概述概述 为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路为了提高供电的可靠性，可采

7、用来自两个电源的双回路 放射式接线，如图放射式接线，如图3-7所示。所示。 图图3-7 双回路放射式接线双回路放射式接线 v优点：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：缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系102021-7-1 3.1 概述概述 树干式接线：树干式接线：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母母

8、 线向外引出高压供配电干线，沿途从干线上直接接出分支线引线向外引出高压供配电干线，沿途从干线上直接接出分支线引 入用户（或车间）变电所，如图入用户（或车间）变电所，如图3-8所示。所示。 可采用双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性。可采用双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性。 图图3-8 树干式接线树干式接线 v优点：优点：线路敷设简单，变电所出线路敷设简单，变电所出 线回路数少，高压配电装置和线路线回路数少，高压配电装置和线路 投资较小，比较经济。投资较小，比较经济。 v缺点：缺点：供电可靠性差，当干线发供电可靠性差，当干线发 生故障或检修时，所有用户都将停生故障或检修时，所有用户都将停

9、 电。适用于分支数目不多、变压器电。适用于分支数目不多、变压器 容量也不过大的三级负荷。容量也不过大的三级负荷。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系112021-7-1 3.1 概述概述 环式接线：环式接线：在同一个地区变电所或企业总降压变电所的供电在同一个地区变电所或企业总降压变电所的供电 范围内，将不同的两回中压配电线路的末端连接起来，如图范围内，将不同的两回中压配电线路的末端连接起来，如图3-9 所示。所示。 3-9 环式接线环式接线 v优点：优点：供电可靠性高，运行灵活；供电可靠性高，运行灵活； v缺点：缺点：导线截面按有可能通过的全部负荷来考虑，投资高。导线截面按有可能通过

10、的全部负荷来考虑，投资高。 有两种运行方式：有两种运行方式： 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 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。 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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系122021-7-1 3.1 概述概述 “手拉手手拉手”供电接线：供电接线：将以往的放射式接线改造成双电源将以往的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

11、来，如图3-10所示。所示。 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，从另一端电源对失去电源线路上的用户供电。 图图3-10 “手拉手手拉手”供电接线供电接线 a）同一变电站二馈线）同一变电站二馈线“手拉手手拉手” b）不同变电站二馈线）不同变电站二馈线“手拉手手拉手” v优点：优点：供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。供电可靠性较高，易于实现配电网自动化。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系132021-7-1 3.1 概述概述 2. 低压配电网的接线方式

12、低压配电网的接线方式 低压放射式接线：结构简单、操作维护方便，但所用开关设低压放射式接线：结构简单、操作维护方便，但所用开关设 备较多，有色金属消耗量也较多，适用于负荷密度较小、供电备较多，有色金属消耗量也较多，适用于负荷密度较小、供电 范围较小且变压器容量也较小的地区。范围较小且变压器容量也较小的地区。 低压树干式接线：所开关设备较少，有色金属消耗量较少，低压树干式接线：所开关设备较少，有色金属消耗量较少， 但供电的可靠性较低，适用于供电给容量较小且分布较均匀的但供电的可靠性较低，适用于供电给容量较小且分布较均匀的 用电设备。用电设备。 低压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段低

13、压环式接线：供电可靠性较高，在低压配电电缆的任一段 线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断，线路上发生故障或检修时，都不致造成用户长时间供电中断， 适用于住宅楼群区。适用于住宅楼群区。 指指380/220V 的电力网的电力网 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系142021-7-1 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 3-11所示。

14、所示。 图图3-11 架空线路的结构架空线路的结构 导线和避雷线：导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线导线的作用是传导电流、输送电能；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。的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系152021-7-1 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 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3-12所示。所示。 图图3-12 裸导线的构造裸导线的构造 a）单股线）

15、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、不易腐蚀、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。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。线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系162021-7-1 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 架空导线的型号有

16、：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 档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空档距：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：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低 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23.5

17、m；110kV 为为34.5m。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系172021-7-1 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 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

18、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。 导线在杆塔上的排列方式：导线在杆塔上的排列方式： 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系182021-7-1 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 杆塔：杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大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。 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

19、凝土杆（水泥杆）和铁塔。 F按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔按用途分：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。 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。 杆塔的分类杆塔的分类 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 和瓷横担三种。和瓷横担三种。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系192021-7-1 3.2

20、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 绝缘子和金具：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。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。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

21、（35kV为为3片串接；片串接；60kV为为5片串接；片串接；110kV为为7 片串接）。片串接）。 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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系202021-7-1 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 2电缆线路电缆线路 电缆的结构：电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。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

22、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3-13所示。所示。 图图3-13 扇形三芯电缆扇形三芯电缆 1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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系212021-7-1 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 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、

23、聚乙烯、交联聚持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚 氯乙烯等。氯乙烯等。 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。常程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。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 有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系222021-7-1 电缆的敷设方式：电缆的敷设方式： 3.

24、2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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，以利于以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于 散热。散热。 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

25、到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系232021-7-1 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 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 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

26、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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系242021-7-1 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 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：需要指出：手册中给出的手册中给出的 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，当实际运行的温度不等于20时，

27、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 河北科技大学电气工程系河北科技大学

28、电气工程系252021-7-1 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 3 cabcabav ssss 注意：注意：为了使三相导线的为了使三相导线的 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3-15所示。所示。 图图3-14 三相导线的布置方式三相导线的布置方式 a）等边三角形布置）等边三角形布置 b）水平等距布置）水平等距布置 图图3-15 一次整循环换位一次整循环换位 ss av 若三相导线等边三角形若三相导线等边三角形 排列，则排列，则 sss26. 12 33 av 若三相导线水平等距离若三相导线水平

29、等距离 排列，则排列，则 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系262021-7-1 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 通常架空线路的电抗值在通常架空线路的电抗值在0.4/km左右，则左右，则 lxX 1 电纳：电纳： 每相导线单位长度的等值电容（每相导线单位长度的等值电容（F/km）为：）为： 6 1 10 lg 0241. 0 r s C av 则单位长度的电纳（则单位长度的电纳（S/km）为：）为： 6 av 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

30、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：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。通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系272021-7-1 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 电晕现象：电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的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

31、被电离而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。产生局部放电的现象。 当线路电压高于当线路电压高于电晕临界电压电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与时，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：注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路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

32、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 不需要验算电晕的不需要验算电晕的导线最小外径：导线最小外径：110kV导导 线外径不应小于线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径不导线外径不 应小于应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验及以下的导线不必验 算电晕临界电压；算电晕临界电压；220kV以上的超高压输电以上的超高压输电 线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导 线的等值半径，提高电晕临界电压线的等值半径，提高电

33、晕临界电压 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系282021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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）和 长度不超过长度不超过100km 的电缆线路（的电缆线路（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3-16 一

34、字型等效电路一字型等效电路 图图3-17 型或型或T型等效电路型等效电路 a）型型 b）T型型 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系292021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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3-18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：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变压器等值电路

35、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3-18 双绕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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系302021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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

36、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 RZX 所以所以 （） 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系312021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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 1

37、0 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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系322021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电

38、路 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3-19所示。所示。 图图3-19 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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系332021-7-1 电阻电阻RT1、 RT2、 RT3 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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容量； F100/

39、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 21 k P 32 k P 13 k P 对对100/100/100的变压器：的变压器： 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系342021-7-1 2113323 1332212 3213211 2 1 2 1 2 1 kkkk kkkk kkkk PPP

40、P PPPP PPPP 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 3 2 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 1313 3232 2121 kkk kkk kkk PPP PPP PPP 由由 得：得： 所以所以 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系352021-7-1 13 2 13 2 3 1313 32 2 32 2 3 3232 4 50 100 4 50 100 kk N N kk kk N N kk PP S S PP PP S S PP

41、 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 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

42、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： 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系362021-7-1 3.2 电力系统元件参数和等效电路电力系统元件参数和等效电路 电抗电抗XT1、 XT2、XT3 %)%( 2 1 % %)%( 2 1 % %)%( 2 1 % 2113323 1332212 3231211 kkkk kkkk kkkk UUUU UUUU UUUU 所以所以 % % % 1313 3232 2121 kkk kkk kkk UUU UUU UUU 由由 得：得： N Nk T

43、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

44、中的 UN为相应等为相应等 级的额定电压。级的额定电压。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系372021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 一、电压降落与电压损失一、电压降落与电压损失 1电压降落电压降落:是指线路首末端电压的相量差，即是指线路首末端电压的相量差，即 )j( 21 XRIUUU 图图3-20a中，阻抗中流过的电流为中，阻抗中流过的电流为 ，相量图如图，相量图如图 3-20b所示。所示。 22 III C 图图3-20 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 b）相量图）相量图 河北科技大学电气工程系河北科技大学

45、电气工程系382021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 当负荷为感性时，当负荷为感性时， 2222 jQPIUS 2 22 * 2 2 U jQP U S I 22 2 22 2 22 2 22 )(UjU U RQXP j U XQRP jXR U jQP U 因此因此 2 22 2 U XQRP U 其中：其中： 电压降落的纵分量电压降落的纵分量 2 22 2 U RQXP U 电压降落的横分量电压降落的横分量 线路首端电压有效值为：线路首端电压有效值为： 2 2 2 221 )(UUUU 末端电压的相位差为：末端电压的相位差为： 22 21 tan UU U 则则 说明

46、：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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系392021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 2电压损失电压损失:是指线路首末端电压的代数差，即是指线路首末端电压的代数差，即 21 UUU 2 2 2 221 )(UUUU将将 按二项式定理展开并取前两项得：按二项式定理展开并取前两项得： 2 2 2 22 22 2 2 221 2)(2U U UU UU U UUU 2 2 2 221 2U U UUUU 因

47、此因此 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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系402021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 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

48、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 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 放射形线路如图放射形线路如图3-21a所示。设线路首末端相电压分别为所示。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 ，负荷的功率因数为，负荷的功率因数为 ，则，则 2 U 2 cos 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系412021-7-1 XIRIUUUU j 221 3.3 电力网的电压

49、计算电力网的电压计算 对应的相量图如图对应的相量图如图3-21b所示。所示。 22 sincos IXIRbgaffdafadU 则一相的电压损失为：则一相的电压损失为：aeUUU 21 为便于计算，用为便于计算，用 代替代替 ，则，则 ad ae 图图3-21 放射式线路电压损失相量图放射式线路电压损失相量图 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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系422021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 换算成线电压损失为：换算成线电压损失为： )sincos(33 22 XRIUU )sinco

50、s( 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 2放射形线路电压损失计算放射形线路电压损失计算 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、电阻和电抗各段线路的长度、电阻和电抗分别用分别用l、r和和x表示；表示； 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。 图图3-22中：中： 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系432021-7

51、-1 若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各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，即支线的负荷功率表示，即 3211 pppPl1段：段： 3211 qqqQ 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 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 图图3-22 树干式线路电压损失计算图树干式线路电压损失计算图 河北科技大学电

52、气工程系河北科技大学电气工程系442021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 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 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 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

53、河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系452021-7-1 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 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 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 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 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

54、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 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系462021-7-1 3.3 电力网的电压计算电力网的电压计算 3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 图图3-23中，设单位长度的负荷电流为中

55、，设单位长度的负荷电流为i（A/km），则微小线），则微小线 段段 dl上的负荷电流为上的负荷电流为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的线路所产生的电压损失为的线路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：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

56、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3-23 具有均匀分布负荷的电力网具有均匀分布负荷的电力网 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系472021-7-1 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： 导线或电缆在通过正常

57、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电压损失，以保证供电质量。生的电压损失应小于电压损失，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 耗量，通常可按国家规定的经

58、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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系482021-7-1 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 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：对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后先按经济

59、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。再校验机械强度和电晕条件。 对地方电力网：对地方电力网：先按允许电压损失条件选择导线截面，以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：对低压配电网：通常先按发热条件选择导线截面，然后再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。 河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系492021-7-1 3.4 输电线路导线截面的选择输电线路导线截面的选择 二、按发热条件选择导线截面二、按发热条件

60、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，