2电力系统分析第二章

第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第一节电力线路参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值网络第二章电力系统元件参数和等值电路第一节电力线路参数和等值电路导线避雷线杆塔绝缘子金具架空线路1.架空线路一、电力线路结构简述电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路。第二章电力系统元件参数和等值电路第一节电力线路参数和等值电路1、导线——导线用来传导电流、输送电能；要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强一、电力线路结构简述铝—L—常用，机械强度不够，钢芯铝线材料钢—G—导电性差，做避雷线铜—T—导电性好，但贵铝合金—HL第二章电力系统元件参数和等值电路结构多股线绞合(J)排列：1、6、12、18普通型：LGJ铝/钢比5.6—6.0加强型：LGJJ铝/钢比4.3—4.4轻型：LGJQ铝/钢比8.0—8.1LGJ-400/50—数字表示截面积扩径导线(K)扩大直径，不增加截面积LGJK-300相当于LGJQ-400和普通钢芯相区别，支撑层6股分裂导线——每相分成若干根，相互之间保持一定距离400-500mm,防电晕，减小了电抗，电容增大第二章电力系统元件参数和等值电路铝绞线第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路扩径导线第二章电力系统元件参数和等值电路特高压输电线路（分裂导线）第二章电力系统元件参数和等值电路2、杆塔——杆塔用来支撑导线和避雷线，使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。结构木塔—已不用钢筋混凝土塔—单杆、型杆铁塔—跨越，超高压输电、耐张、转角、换位作用分直线杆塔—线路走向直线处，只承受导线自重耐张杆塔—承受对导线的拉紧力转角杆塔—用于线路转弯处换位杆塔—减少三相参数的不平衡跨越杆塔—跨越宽度大时，塔高：100—200米终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端独根钢管—城市供电第二章电力系统元件参数和等值电路直线杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路耐张杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路转角杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路终端杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路ABC换位杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路跨越杆塔第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路3、绝缘子—绝缘子是用来支持和悬挂导线并使之与杆塔绝缘的。绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质与玻璃质元件类型：针式（35kV以下），悬式（35kV以上）片数：35kV，110kV，220kV，330kV，500kV37131924第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路线路柱式绝缘子第二章电力系统元件参数和等值电路钢化玻璃绝缘子第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路4、金具—金具用来连接导线或避雷线，将导线固定在绝缘子上，以及将绝缘子固定在杆塔上。金具作用：连接导线和绝缘子线夹：悬重、耐张导线接续：接续、联结保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线绝缘保护：悬重锤第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路架空绝缘楔型线夹第二章电力系统元件参数和等值电路铝合金耐张线夹第二章电力系统元件参数和等值电路铜铝接线端子第二章电力系统元件参数和等值电路5、避雷线——避雷线用来将雷电流引入大地，以保护电力线路免受雷击。第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路架空线路的换位是为了较少三相参数的不平衡。根据规程规定，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过100km的架空线路都要换位。第二章电力系统元件参数和等值电路导体绝缘层包护层2.电缆线路（a）三相纸包型（b）分相铝包型1—导体2—相绝缘3—纸绝缘4—铝包皮5—麻衬6—钢带铠甲7—麻被8—钢丝铠甲9—填充物第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路第二章电力系统元件参数和等值电路缺点：造价高，电压愈高，与架空线路的差价愈大，故障点难确定，检修复杂。优点：节省土地占用面积、供电可靠，极少受外力破坏和气象条件的影响；对人身较安全等。第二章电力系统元件参数和等值电路二、电力线路的参数1.铝线、钢芯铝线和铜线的架空线路的参数（1）电阻。每相导线单位长度的电阻为1/(/)rSkm铝、铜的电阻率略大于直流电阻率，有三个原因：（a）交流电流的集肤效应；（b）绞线每股长度略大于导线长度；（c）导线的实际截面比标称截面略小。其中，S—导线的标称截面积(mm2)；ρ—导线的电阻率铝的电阻率：31.5铜的电阻率：18.8kmmm/2kmmm/2kmmm/2(2-16)第二章电力系统元件参数和等值电路注：在手册中查到的一般是20摄氏度时的电阻或电阻率，当温度不为20摄氏度时，要进行修正：)]20(1[20trrt其中，t—导线实际运行的大气温度(oC)；rt，r20—toC及20oC时导线单位长度的电阻α—电阻温度系数；对于铝，α=0.0036；对于铜，α=0.00382。)/(km)1(Co)1(Co(2-17)第二章电力系统元件参数和等值电路（2）电抗物理意义：导线通交流电，产生磁场自感、互感1）单导线每相单位长度的电抗x1：式中，r—导线的计算半径；μr—导线的相对导磁系数，对铜和铝，μr=1；f—交流电的频率(Hz)；Dm—三相导线的几何平均距离，（Dab、Dbc、Dca分别为导线AB、BC、CA相之间的距离。）将f=50Hz，μr=1代入上式内电抗41102lg6.42rmrDfx0157.0lg1445.01rDxm3cabcabmDDDD(2-18)(2-20a)第二章电力系统元件参数和等值电路经过对数运算后，上式又可写成式中，r’=0.0799r，称为几何平均半径。注：上三式是按单股导线的条件推导的。对于多股铝导线或铜线r’/r小于0.799，而钢芯铝铰线的r’/r可取0.95。由上式可见，电抗x1与几何平均距离Dm、导线半径r为对数关系，因而Dm、r对x1的影响不大，在工程计算中对于高压架空电力线路一般近似取x1=0.4Ω/km。rDxmlg1445.01(2-20b)第二章电力系统元件参数和等值电路2）分裂导线单位长度的电抗x1:第二章电力系统元件参数和等值电路2）分裂导线单位长度的电抗x1:分裂导线改变了导线周围的磁场分布，等效地增大了导线的半径，从而减少了每相导线单位长度的电抗。当在一相分裂导线中在边长为d的等边多边形的顶点上对称分布时，电流在分裂导线中是均匀分布的，每一相可看作一根等值导线，其等值半径为式中，r—每根导线的半径；d1i—第1根导线与第i根导线间的距离，i=2，3…n;dm为各导体间的几何均距nrDxeqm0157.0lg1445.01(1)12131nnneqnmrrdddrd(2-22)(2-21)第二章电力系统元件参数和等值电路注：对于二分裂导线，其等值半径为（）；对于三分裂导线，其等值半径为（）；对于四分裂导线，其等值半径为（）。实际运用中，导线的分裂根数n一般取2~4。32eqrrd342eqrrd3）同杆架双回路每回线单位长度的电抗。由于在导线中流过三相对称电流时两回路之间的互感影响并不大（可以略去不计），故每回线每相导线单位长度电抗的计算公式与原来的计算公式相同。eqrrd第二章电力系统元件参数和等值电路（3）电纳物理意义：导线通交流电，产生电场容感1）单导线每相单位长度的电容C1(F／km)：式中，r—导线半径（cm或mm）；Dm—三相导线的几何平均距离（cm或mm)。610.024110lgmCDr（2-25）第二章电力系统元件参数和等值电路那么，单导线每相单位长度的电纳,当f=50Hz时为显然，Dm、r对b1影响不大，b1在2.85×10-6S/km左右。2）分裂导线每相单位长度的电纳。式中，req为分裂导线的等值半径。61110lg58.72rDfCbm6117.58210lgmeqbfCDr(S／km)（2-26）第二章电力系统元件参数和等值电路（4）电导。电力线路的电导主要是由沿绝缘子的泄漏现象和导线的电晕现象所决定的。正常运行时泄漏损失可以忽略。导线的电晕现象是导线在强电场作用下，周围空气的电离现象。电晕现象将消耗有功功率。导体周围的空气之所以会电离，是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气原有的离子具有了足够的动能撞击其他不带电分子使其离子化1221.4crEmm（2-28）第二章电力系统元件参数和等值电路电晕临界相电压Ucr1249.3lgmcrDUmmrr其中tb27386.3（2-29）crE—电晕起始电场强度，kV；1m—导线表面的光滑系数，对表面完好的多股导线，1m=0.83~0.966，当股数在20股以上时，1m均大于0.9，可取1m=1；2m—反映天气状况的气象系数，对于干燥晴朗的天气，取2m=l；—空气的相对密度，如当b=7600Pa，t=20°C时，=1；第二章电力系统元件参数和等值电路crU—电晕临界相电压，kV；1m—导线表面的光滑系数，对表面完好的多股导线，1m=0.83~0.966，当股数在20股以上时，1m均大于0.9，可取1m=1；2m—反映天气状况的气象系数，对于干燥晴朗的天气，取2m=l；—空气的相对密度，如当b=7600Pa，t=20°C时，=1；b—大气压力，Pa；t—空气的温度，℃；r—导线的半径，cm；mD—三相导线的几何均距，cm。第二章电力系统元件参数和等值电路当采用分裂导线时，由于分裂导线减小了电场强度，电晕临界相电压公式变为：eqmndcrrDrfmmUlg3.4921ndrnnfndsin121式中eqr—分裂导线的等效半径，cm；ndf—与分裂状况有关的系数，一般取ndf≥1；n—分裂导线根数；r—每根导体的半径，cm；第二章电力系统元件参数和等值电路在晴天运行的相电压等于电晕临界相电压时，电力线路不会出现电晕现象。当电力线路运行相电压高于电晕临界相电压时，与电晕相对应的导线单位长度的电导为：式中，ΔPg为实测三相电力线路电晕损耗的总有功功率(kW/km);U为电力线路运行的线电压（kV）。当相电压小于电晕临界相电压时，电导g1=0。导线水平排列时，边相导线的电晕临界电压较按式求得的高6%，即；中间相导线的电晕临界电压较按式求得的低4％，即1crU11.06crcrUU20.96crcrUU32110UPgg（2-33）第二章电力系统元件参数和等值电路（5）电力线路全长的参数对于电力线路全长为L（km）时，其阻抗、导纳的计算公式如下：阻抗R=r1L（Ω）X=x1L（Ω）导纳G=g1L（Ω）B=b1L（Ω）第二章电力系统元件参数和等值电路2.钢导线架空电力线路的参数钢导线是导磁物质，其电阻、电抗与磁场有关，当钢导线通过交流电流时，集肤效应和磁滞效应都很突出，因而钢导线的交流电阻比直流电阻大很多。钢导线每相单位长度的电抗为：式中，前项为的外电抗，与导线的排列位置和计算半径有关；后项为内电抗，只与导磁系数μr有关。nrDxeqm0157.0lg1445.01第二章电力系统元件参数和等值电路3.电缆电力线路的参数电缆电力线路与架空电力线路在结构上不同。电力电缆的三相导线间的距离很近，导线截面是圆形或扇形，导线的绝缘介质不是空气，绝缘层外有铝包或铅包，最外层还有钢铠。这样，使电缆电力线路的参数计算较为复杂，一般从手册中查取或从试验中确定，而不必计算。第二章电力系统元件参数和等值电路三、电力线路的等值电路由于正常运行的电力系统三相是对称的，三相参数完全相同，三相电压、电流的有效值相同，所以可用单相等值电路代表三相。因此