第一篇 电力系统分析
?为了安全、可靠、优质、经济地发供电,电力网和电力系统在 设计与运行中,需要进行潮流、电压、短路电流、稳定等的分 析与计算工作. ?这就要先把电力系统接线用等值电路表示,在等值电路中标出 各元件的参数,然后才能进行各项分析与计算工作.
第一章 电力网参数和等值电路 本章要求: 了解电力线路的结构; 理解电力网各元件参数计算公式的意义; 掌握电网各元件的参数计算以及等值电 路; 电力系统有名制和标幺制等值电路的建立
? 电力网的参数一般分为两类: ? 由元件结构和特性所决定的参数,称 为网络参数,如电阻、电抗、电导、 电纳等; ? 外加电压、通过元件的电流、功率等, 称为运行参数。 ? 本章讨论网络参数.
线路的参数
1.2 电力线路的参数及等值电路http:///
一、 电力
线路参数是描述线路电磁状态的物理量. 由于我们所研究的线路是三相对称的电气元件,因此,只需要 研究其中一相的参数即可.
线路的参数,如阻抗、导纳都是沿线路长度均匀分布的,经过 分析和计算,对于频率为50HZ长度不超过300Km的架空电力 线路和长度不超过50~100Km的电缆线路,用集中参数代替 匀布参数,所引起的误差甚小,可以满足工程计算中所要求的 精确度.本章将讨论集中参数线路.
? 电力线路的参数有四个:电阻R、 电抗X、电导G和电纳B。 ? 由于电缆的参数可直接从有关手 册、制造厂提供的数据或实测求 得,因此主要介绍架空线路的参 数计算方法。
(一)电阻
? 电阻是用来反映线路通过电流时产生有功功率损失效应的参数 . ? 单位长度导线的电阻:
r1 ?
?
?
S
Ω/km
式中,——为导线的电阻率(Ωmm2/km);铜材料导线取12.8Ωmm2/km,铝材料导 线取31.5Ωmm2/km, S——为导线载流部分的标称截面积(mm2)。
? 工程计算电阻时,也可从附表Ⅱ-3~Ⅱ10中查出各种导线的单位长度的电阻值。 由于所查得的通常都是20℃时的电阻值, 当线路实际运行的温度不等于20℃时,应 rt ? r20 ? 1 ? ? (t ? 20)? 按下式来修正其电阻值 r ,r ? (2.2) ? ? 式中, ——分别为t℃,20℃时的电阻, Ω/km;
t 20
? 若导线长度为 l(Km)时,每相导 线的电阻为 R=r
1l (Ω )
(二) 电抗(感性)
? 感抗是用来反映导线通过交流电时产生的磁场效应 的参数。
? ? L?i 导线具有一定的电感量,通过电流时在周围介质中会产生磁场(磁链)。 当?变化时,根据电磁感应 原理, 在L中产生感应电动势 d? di e?? ? ?L dt dt 其产生的磁通总是阻碍 原磁通的变化, 即阻碍电流 i的变化。 电 感 对 交流 电 所呈 现 出 来的阻力称之 为感抗。 感抗分别
与交流电的频 率?和电感量L 成正比,即 X L ? ?L
? 1、单导线
单位长度电抗:
几何均距
x1 ? 0.0157? 0.1445lg
Deq r
Ω/km
水平排列 Deq=1.26D
Deq ? 3 DAB ? DBC ? DCA
三角形排列 Deq=D
D AB
、D
BC
、D
CA
分别为输电线路三相相间距离
图2.1 三相导线的布置 (a)任意排列;(b)等边三角形排列;(c) 水平排列
2、分裂导线 ? 改善输电线路参数和减少电晕损耗
Deq 0.0157 x1 ? ? 0.1445lg n req
Ω/km
不同相的导线间的距离都近似地等于该两相分裂导 线重心间的距离 .
req
n——分裂导线根数; ——分裂导线等值半径(mm)。
req
当n=2时 当n=3时
=
3
rd
rd 2
r 2 d3
req
req
=
4
当n=4时
=
三角形排列的四分裂线路
? 我们看到,虽然相间距离、导线截面等与 线路结构有关的参数对电抗的大小有影响, 但这些数值均在对数符号内,故各种线路 的电抗值变化不很大。 ? 一般单导线线路每公里的电抗为0.4Ω左右; 分裂导线线路的电抗与分裂根数有关,当 分裂根数为2、3、4根时,每公里的电抗分
? 若导线长度为l(Km)时,每相导线 的电抗为 X=x
1l (Ω )
(三)电导
? 反映架空电力线路沿绝缘子的泄漏电流和电 晕现象的参数 ? 一般线路绝缘良好,泄漏电流很小,可以将 它忽略,主要是考虑电晕现象引起的有功功 率损耗。 ? 电晕:就是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,导体附近的空气游离而产生局部放电的 现象。 这时会发出咝咝声,并产生臭氧,夜
如果三相线路每公里的电晕损耗为 ?P (MW/km),线路电 UL 压为 (kV),则每相等值电导为
g
g1 ?
?Pg UL
2
( S/km )
? 实际上,在线路设计时总是尽 量避免在正常气象条件下发生 电晕。在一般的电力系统计算 中可以忽略电晕损耗,即认为
(四) 电纳 (容性)
? 电纳是反映架空电力线路在空气介质中的电场效应的参数。 在输电线路中,导线之间、导线对地都存在着电容。当交流 电源加在线路上时,随着电容的充放电就产生了电流,这就 是输电线路的充电电流或空载电流。电容的存在,将影响沿 线电压分布、功率因数、输电效率,也是引起工频过电压的 主要原因之一。
A
? U A
? U C
C O
? I A
? U B
B
? I B
d
? I C
? I d
Cc
Cb
Ca
? I c
? 三相对称排列或经过整循环换位后输电线路单位长度电纳得 计算式如下:
b1 ? 7.58 ? 10? 6 Deq lg r
1)单导线
(S/km)
2)分裂导线
b1 ?
7.58 ?10?6 ( D lg eq req
S/km )
? 各电压等级的电纳值变化不大。 对单导线,b1约为2.8×106S/km;对于分裂导线,当每 相分裂根数为2根、3根、4根时, b1分别约为3.4×
10-6S/km、 3.8×10-6 S/km、4.1×106S/km。
? 若导线长度为l(Km)时,每相导线 的电纳为 B=b
1l (S )
1.2.2 电力线路的等值电路
等值电路的意义:是用一个简单的电路系统代替一 个复杂的电路系统,不影响系统之外的工作状态, 这两个电路系统互为等值。
?三相线路是对称的电路,一般只需研究其中任一相
的参数即可.
线路相线均匀分布着电阻、感抗;相线与理想中线之 间均匀分布着容纳、电导,其等值电路近似地可用链 形电路表示 ,即分布参数的等值电路 ,如下图 : jx r jx r jx r jx r jx r r
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
jx1
g1
jb1
g1
jb1
g1
jb1
g1
jb1
g1
jb1
g1
jb1
图2.3 分布参数的等值电路
但链形电路在计算工作中很不方便,工程上一般不采用.工程 上通常认为,架空线路长度在300km以内、电缆线路长度在 100km以内时,电力线路用集中参数形成的Π型等值电路表
? 从前面分析可知,架空电力线路的四个参数中, 由于采用了防止全面电晕的措施,电导可以忽略 不计(g1≈0),因此电力线路可采用如图2.4所 示的Π 型等值电路。其中R、X、B分别表示全线 每相的总电阻、电抗、电纳,当长度为L(km) 时: R ? r l (?) ?
?
? X ? x1l (?)? B ? b1l ( S ) ? ?
1
? 1、中等长度线路 ? 对于线路长度在100~300km的架空线路和 不超过100km的电缆线路,其电压等级一般 为110~220kV,忽略电导的影响,可用∏ jX 所示。 R 型等值电路,如图 1.7
j B 2 j B 2
重点 掌握
图1.7 电力线路的等值电路
?
2、短线路
对于35kV及以下电压等级的架空电力线路和10kV 及以下电压等级的电缆线路,由于电压低、线路短, 由对地电容所引起的电纳一般较小,可忽略不计, jX R 此时还可采用如图1.8 所示的简化等值电路。
图1.8 电力线路的简化等值电路
? 例1.1 ? 例1.2
? 作业:有一条额定电压为330KV的输电线 路,采用双分裂导线,次导线为LGJ-240,长 度为280Km,每相单位长电阻r1=0.065(Ω/Km),感
?6 抗x1=0.332(Ω/Km),容纳b1=
3.46?10
(S/km),
试画出该线路的等 值电路.
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