第二章电力网元件等值电路和参数计算

第二章电力网元件等值电路 和参数计算 三峡大学电气与新能源学院输电线路工程

目

录

1. 输电线路的电气参数及等值电路

2. 变压器参数及等值电路3. 发电机和负荷的参数及等值电 4. 电网等值电路及其标么值参数

前言从本章开始，转入到电力系统的定量分 析和计算。 阐述两个问题：1.电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四 大部分——发电机、变压器、电力线路、负荷 的特性和数学模型 2.由变压器和电力线路构成的电力网数学模型

交流电路的功率和复功率一、电力系统为何用功率？能量系统，基于能量的分析方法 发电/负荷均以功率和能量为单位， 复功率是电力系统中最重要的概念之一

二、单相有功和无功功率1、有功功率P定义为瞬时功率pR(t)的均值(特征值):

P UI cos 2、无功功率Q定义为瞬时功率pX(t)的峰值(特征值):

Q UI sin 3、物理意义P 物理意义：无源网络消耗的功率均值。 Q 物理意义：无源网与外界交换能量的能力大小，交换功率 峰值，均值为零，实际未消耗，描述无源网电感和电容存储 和释放场能现象。

4、Q的理解 网络若是电感性的，则Q>0,习惯上认为网 络“吸收”感性无功，是“无功负荷”。 网络若是电容性的，则Q<0,习惯上认为网 络“发出”感性无功，是“无功电源”。 “吸收”感性(或容性)无功功率相当于 “发出”容性(或感性)无功功率。

三、复功率–视在功率S定义为u(t)与i(t)有效值之积：

–带来数学上的方便：功率三角形

S UI2

SQ φ

S P Q2*

2P

–由功率三角形，可引入复功率概念，表示：

S U I UI u i UI UI cos jUI sin P jQ

引入复功率的好处物理意义：功率三角形关系的复数形式 实部是有功功率P 虚部是无功功率Q 幅角是功率因数角φ 模是视在功率S 计算方便：在电路计算中，复功率可以相加，而 视在功率S不能直接相加。

四、三相功率定义：p (t ) ua (t )ia (t ) ub (t )ib (t ) uc (t )ic (t ) P 3P 3U P I P cos P

为表示方便，定义三相无功Q:Q 3 Q P 3UP

I P sin

定义三相视在功率S:

S 3 S P 3U P I PS、P、Q间仍组成功率三角形，因此引入 S 3U P I* P

星形接法时：

Ul l

3U p

Il I p

三角形接法时：U 有功功率： P 无功功率： Q 视在功率： S

Up

Il

3I p

3U l I l cos 3U l I l sin 3U l I l

五、如果不作声明，功率(复功率、视在 功率、有功功率、无功功率)是三相功 率，电压是线电压，电流是线电流，阻 抗是单相阻抗，导纳是单相导纳。*

S

3U I

3UI

u i

3UI

S (cos j sin ) P jQ

3UI cos j 3UI sin

第一节 输电线路的电气参数及等值电路 一、输电线路简述

电力线路按结构可分为架空线路：导线和避雷线架设在露天的杆塔上。 电缆线路：一般直接埋设在地下， 也可敷设在 沟道中。

架空线路、电缆线路的优缺点架空线路：建设费用比电力电缆线路要低得多， 且施工、维护和检修方便。 电缆线路：当受环境限制不能采用架空线路时才 考虑用电缆线路。

输 电 线 路

架空线路由导线、避雷线、绝缘子、金具和杆塔 主要部件组成。导线：传导电流，担任传送电能的任务。主要由铝、钢、铜等材料制成

避雷线：用来将雷电流引入大地，保护线路免遭雷击的破坏。

一般用钢线杆塔：支撑导线与避雷线，使导线与导线、导线与大地之间 保持一定的安全距离。 绝缘子：使导线与杆塔之间保持一定的安全距离。针式：35KV以下线路 悬式：35KV及以上线路≥3片；60KV ≥5片；110KV ≥7片； 220KV ≥13片；330 ≥19片

金具：用于连接导线，使导线固定在绝缘子上，并将护线条 和绝缘子固定在杆塔上。

为增加架空线路的性能而采取的措施目的：减少电晕损耗或线路电抗。 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外， 第一层为6股，第二层为12股，第三层为18股， 以此类推 扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面 积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相 互间保持一定的距离。但会增加线路电容。

电缆线路组成：导体、绝缘层、包护层导体：传输电能 铝L或铜T;单股或多股；单相或三相；圆形或 扇形等 绝缘材料：使导线与导线，导线与保护层相互隔绝。 橡胶、沥青、聚氯乙烯、棉麻、绸、纸等。目 前大多用浸渍纸。 包护层 内护层：铅、铝，聚乙烯等，保护绝缘等 外护层：防止锈蚀

二、输电线路的电气参数

输电线路的电气参数有：电阻——线路通过电流时产生有功功率损失 电抗——载流导体内及周围的交变磁场效应 电导——线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导 线附近空气游离(电晕)而产生的有功功率损失

电纳——带电导线周围的电场效应

在讨论输电线路的电气参数时，都假设 三相电气参数是相同的。 使三相参数平衡的方法有：三相导线布臵在等边三角形的顶点上 排列不是等边三角形时，采用架空线三相循环换 位以减小三相参数不平衡A C B A

BC

AB

CA

BC

完整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导 线都分别处于三个不同位臵，完成一

次完整的循环。

1、电阻(r,Ω/km)导线的直流电阻可按下式计算：R l S

在交流电路中，由于集肤效应和邻近效应的影 响，交流电阻比直流电阻要大，而且导线的长度 与截面积也有出入，导线材料的电阻率要选用略 为增大的计算值。(查表) 在考虑温度的影响时，

rt r20 1 ( t 20 ) 式中α为电阻的温度系数。

2、电抗(x,Ω/km)——三相导线每相都有自感和互感，当线路中流 过三相对称的交流电流时，这些电感将形成相 应的电抗。 ——每相导线单位长度的电抗：Dm x1 2 f 4 . 6 lg 0 . 5 r 10 r 4

x1 导线单位长度的电抗( / km) r 导线的半径(mm或cm)

r 导线材料的相对导磁系数，对铜、铝， r 1f 交流电频率(Hz ) Dm 几何均距(mm或cm),Dm 3 Dab Dbc Dca

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