电气工程第4章

电气工程基础
第四章
电力系统稳态分析基础
第四章 电力系统稳态分析基础
本章要求
1.熟悉电力线路的基本结构； 2.掌握输电线路等值电路及参数计算； 3.掌握变压器等值电路及参数计算； 4.掌握开式电力网的潮流计算方法； 5.了解闭式电力网的潮流计算方法；
6.掌握输电线路导线截面的计算与选择方法；
7.熟悉电力网电能损耗计算； 8.掌握电力网降损措施。
GJ——钢绞线，用作避雷线
LGJ——钢芯铝绞线，用于35kV及以上架空线路 ，例：LGJ-400/50
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
分裂导线来防止电晕并减小线路感抗
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
架空线路的几个概念
档距：同一线路上相邻两根杆塔之间的水平距离称为架空
电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。 分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是
圆形的；三芯或四芯电缆的导
体截面除圆形外，更多是采用 扇形。
扇形三芯电缆
1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被 2014-1-7
4.1 电力系统元件参数和等值电路
电缆沟敷设：当电缆条数较多时，宜采用电缆沟敷设，电
缆臵于电缆沟的支架上，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 受到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。
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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
电力系统三相对称运行时，电力线路的等值电路是以导
Dge 3 Dab Dbc Dca
若三相导线等边三角形 排列，则 Dge D
若三相导线水平等距离 3 3 排列，则 Dge 2D 1.26D 注意：为了使三相导线的 电气参数对称，应将输电 线路的各相导线进行换位。
一次整循环换位 三相导线的布臵方式
a）等边三角形布臵 b）水平等距布臵
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
点的垂直距离称为弧垂。
线间距离：380V为0.4～0.6m；6～10kV为0.8～1m；35kV 为2～3.5m；110kV 为3～4.5m。
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
架空线路的几个概念 导线在杆塔上的排列方式： 三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；
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第四章 电力系统稳态计算基础
4.1 电力系统元件参数及等值电路 4.2 简单电力网的潮流计算
4.3 输电线路导线截面的选择
4.4 电力网的电能损耗
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
一、电力线路的结构
1．架空线路 架空线路主要由 导线、避雷线（即架 空地线）、杆塔、绝 缘子和金具等部件组
悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7 片串接）。 棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以 下线路应用比较广泛。
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1.架空输电线
避雷线
导线（四分裂） 杆塔
绝缘子串
典型架空输电线路的照片
35
63
110
220
330 17~ 19
500 25~ 28
3
5
7
13
金具
金具种类
并沟线夹（接续金具）
悬垂线夹
耐张线夹
联结金具（Z型挂板）
4.1 电力系统元件参数和等值电路
2．电缆线路
与架空线相比较
•缺点：造价高；故障后检测故障点位臵和修复困难；
•优点：占用土地面积少；受外力及环境破坏的概率低，因
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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。
二、输电线路的参数计算及等值电路
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时，导线周围的空气被电离 而产生局部放电的现象。 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（S/km）为：
LGJQ500×4
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二、输电线路的参数计算及等值电路 2．输电线路的等效电路
分布参数等值电路
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二、输电线路的参数计算及等值电路
2．输电线路的等效电路
一字型等效电路 ：用于长度不超过 100km的架空线路（35kV及以下）和线 路不长的电缆线路（10kV及以下）。
图4.21 一字型等效电路
g1 Pg U
2
10 3
因此， G g1l
式中， Pg 为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。
注意：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，故在电力网的电气计算中，近似
认为 G 0 。
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二、输电线路的参数计算及等值电路
r r20 1 ( 20)
式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取 0.0036（1/℃）。
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二、输电线路的参数计算及等值电路
电抗： 每相导线单位长度的等值电抗为：
Dge r 0.5r ) 10 0.1445lg
4
三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列； 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； 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；
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。
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
x1 0.14451g Dge req 0.0157 r m
req m r d1k
k 2
m
m为每相导线的分裂根数；r为分裂导线的每一根子导线 的半径；d1k为分裂导线一相中第1根与第k根子导线之 间的距离，k=2,3,……,m；Π为有示连乘运算的符号。
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二、输电线路的参数计算及等值电路
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扇形三芯电缆
1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被
2.电缆线路
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4.1 电力系统元件参数和等效电路
2.电缆线路
电缆的敷设方式： 直接埋入土中：埋设深度一般为0.7～0.8m，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 散热。
x1 2πf (4.6lg
Dge r
0.0157 r
式中，μr为相对磁导率，铜和铝的 r 1 ; r为导线半径（m）； Dge为三相导线的线间几何均距（m）。
Dge 3 Dab Dbc Dca
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二、输电线路的参数计算及等值电路
若为分裂导线，式中的r用req替代，考虑分裂根数m即可。
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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 电阻： 单根导线的单位长度直流电阻为： r1

S
•导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为： 应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，使每股导线的实际长度比线路长度长;
导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
Cu 18.8 mm 2 / km ; Al 31.5 mm 2 / km 通常取
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二、输电线路的参数计算及等值电路
工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值 r1，则 R r1l 需要指出：手册中给出的 r1值，则是指温度为20℃时的导线电 阻，当实际运行的温度不等于20℃时，应按下式进行修正：
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。
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4.1 电力系统元件参数和等值电路
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；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。 针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小 转角杆塔上。
π型或T型等效电路： 用于长度为100～300km的架空线路 （110～220kV）和 长度不超过100km 的电缆线路（10kV 以上）。
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例4.1 例4.2
图4.22 π型或T型等效电路
2．电缆线路 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 还包有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机 械损伤和化学腐蚀。
的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。
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4.2所示。
图4.2 裸导线的构造
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a）单股线
b）多股绞线
c）钢芯铝绞线
4.1 电力系统元件参数和等值电路
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。 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。 架空导线的型号 TJ——铜绞线 ，特殊应用，例：TJ-16；TJ-25 LJ——铝绞线，用于10kV及以下架空线路，例：TJ-16；TJ-25
线的电阻、电抗（电感）以及导线的对地电导、电纳（电 容）为参数组成的单相电路。