《电力工程》电力网及其稳态分析.pptx
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1、河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系12024/4/8 周一周一第三章第三章 电力网电力网n3.1 概述n3.2 电力系统元件参数和等效电路n3.3 电力网的电压计算n3.4 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22024/4/8 周一周一3.1 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
2、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32024/4/8 周一周一2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
3、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42024/4/8 周一周一 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
4、-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的的电力网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52024/4/8 周一周一3.1 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所示的所示的三三T接线接线方式。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工程系河北科技大学电气工程系62024/4/8 周一周一3.1 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
5、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72024/4/8 周一周一3.1 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
6、放射式接线指指610kV的的电力网电力网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82024/4/8 周一周一3.1 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放为了提高供电的可靠性,可采用来自两个电源的双回路放射式接线,如图射式接线,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
7、、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92024/4/8 周一周一3.1 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,
8、如图3-8所示。所示。可采用可采用双干线或两端供电方式双干线或两端供电方式来提高供电的可靠性。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102024/4/8 周一
9、周一3.1 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
10、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112024/4/8 周一周一3.1 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
11、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122024/4/8 周一周一3.1 概述概述2.低压配电网的接线方式低压配电网的接线方式低压放射式接线低压放射式接线:结构简单、操作维护方便,但所用开关设: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
12、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。低压树干式接线低压树干式接线:所开关设备较少,有色金属消耗量较少,: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。低压环式接线低压环式接线:供电可靠性较高,在低压配电电缆的任一段: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
13、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132024/4/8 周一周一3.2 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。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
14、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142024/4/8 周一周一3.2 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)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
15、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152024/4/8 周一周一3.2 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: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 档距档距:同一线路上相邻两根电杆之间的
16、水平距离称为架空线: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)。路的档距(或跨距)。弧垂弧垂:导线悬挂在杆塔的绝缘子上,自悬挂点至导线最低点: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。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23.5m;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162024/4/8 周一周一3.2 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
17、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。导线在杆塔上的导线在杆塔上的排列方式排列方式:河北科技大学电气工程系河北科技大学
18、电气工程系172024/4/8 周一周一3.2 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、钢筋混凝土杆(水泥杆)和铁塔。F按用途分按用途分:有直线杆塔(中间杆塔)、转角杆塔、耐张杆塔: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、
19、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、铁横担和横担:电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和瓷横担瓷横担三种。三种。河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系182024/4/8 周一周一3.2 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;缘距离;金具金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。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
20、常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式针式、悬式和棒式三种。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(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1920
21、24/4/8 周一周一3.2 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
22、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202024/4/8 周一周一3.2 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、聚乙烯、交联聚氯持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。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。常用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
23、。此外,在电缆的最外层还包有钢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。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212024/4/8 周一周一电缆的敷设方式:电缆的敷设方式: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,应在冻土层以,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。下。当多条电缆并列敷设时,应留有一定距离,以利于散热。电缆沟敷设:当电缆条数较多时,宜采用电缆沟敷设,电电缆
24、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222024/4/8 周一周一3.2 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
25、为: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 ;河北科技大学电气工程系河北科技大学电气工程系232024/4/8 周一周一3.2 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
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