电力工程-第二章_文字版.ppt
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1、P1第二章第二章 电力网参数与等值电路电力网参数与等值电路第一节 输电线路参数与等值电路第二节 变压器参数与等值电路第三节 标幺制第四节 电力网的等值电路P2第一节第一节 输电线路参数与等值电路输电线路参数与等值电路P3输电线路分类输电线路分类n架空线路:包括导线、杆塔、金具、绝缘子、避雷线等n电缆线路:包括导线、绝缘层、保护层、铠甲等 架空输电线常使用裸线以节约绝缘材料的成本,如绞线(钢芯铝绞线、铝绞线、铝包钢绞线、铝合金绞线)、软接线、型线和型材等。电力系统中用来传输和分配大功率电能的电缆。如常见的额定运行电压低于0.4kV的低压电缆、额定运行电压在1035kV之间的中压电缆,额定运行电压
2、高于110kV的高压电缆等。P410KV及以下交联聚乙烯电力电缆及以下交联聚乙烯电力电缆结构图结构图 执行标准:GB/T12706-2002用途:适用于交流额定电压10KV及以下的铜、铝芯交联聚乙烯绝缘电力电缆使用特性:电缆导体的最高额定温度为90固定敷设温度20短路时(最长持续时间不超过5S)电缆导体的最高温度不过250P5电缆使用特性电缆使用特性n电缆导体长期允许工作温度为90n短路时(最长持续时间不超过5秒)导体最高温度不超过250,n电缆线路中间有接头时,锡焊接头部不超过120,压接接头不超过150,电焊或气焊接头不超过250n电缆敷设时,在保证足够机械拉力的情况下不受落差限制,但不允
3、许敷设于铁质管道中,也不允许沿电缆周围形成环状的铁质金具固定电缆。n电缆敷设时,其温度不应低于零度,当电缆温度低于零度时应采用适当的方法将电缆加热至零度及以上。P6海南海南500千伏联网工程背景千伏联网工程背景n原海南省电力公司2001年提出联网设想,进行了初步可研。2002年原国电南方公司继续开展海南联网可行性研究,中国南方电网公司成立后,2003年3月正式启动了海南联网项目建设。n海南联网工程是2004年12月国家实行项目核准制以来,南方电网公司的第一个实施项目核准的电网建设工程。在完成一系列核准前期工作后,国家发展和改革委员会于2005年10月27日以发改能源20052209号发布了国家
4、发展改革委关于海南联网工程核准的批复文件。n2007年2月10日南方电网举行了海南联网工程开工仪式,海南联网工程项目建设全面进入后续实施阶段。n海南跨海联网工程将于2009年3月份进行海底电缆铺设工作,进入最后冲刺阶段,从2009年1月份开始,海底电缆铺设进入前期施工阶段,进行海缆通道的摸底和挖掘工作。n2009年3月可进行海底电缆的铺设,这标志着该工程进入最后的施工阶段。n预计2009年6月底即可竣工投运。P7海南海南500千伏联网工程介绍千伏联网工程介绍 海南联网工程是我国第一个500千伏超高压、长距离和较大容量的跨海联网工程,也是世界上继加拿大之后第二个同类工程。工程计划于2009年6月
5、底建成投产,届时,南方电网主网将穿越琼州海峡与海南电网连接,能有效提高海南电网供电的可靠性、稳定性,有利于充分发挥南方大电网的优势,调剂海南、广东等五省(区)电力余缺,对实现区域资源优化配置,促进经济、社会共同繁荣和可持续发展具有重要意义。P8海南海南500千伏联网工程千伏联网工程 海南联网工程输电线路总长176公里,北起始于广东省湛江市500千伏港城变电站,途经雷州半岛,经130公里线路后到徐闻的南岭海底电缆终端站,再经500千伏32公里的海底电缆穿越琼州海峡到达海南省的林诗岛海底电缆终端站,经14公里的线路到达海南省澄迈县500千伏福山变电站,福山变电站通过5回输电线路与220千伏海南电网
6、线相连。P9联网工程将结束海南联网工程将结束海南“电力孤岛电力孤岛”的历的历史史 海南电网存在孤网运行、电网结构薄弱、大机小网等一系列情况,长期以来存在供电可靠性低、抗灾能力差等问题,海南电网与南方电网主网相联后,将结束海南“电力孤岛”的历史,从根本上解决海南电力发展问题。P10海南联网工程的作用与意义海南联网工程的作用与意义1.海南联网工程能够改善海南电网供电质量,大大提高电网运行的安全可靠性。海南电网与南方电网主网联网后,电能质量和电网安全可靠性都将大大增强。2.海南联网工程建成后,海南电网可以依托南方电网承担事故、负荷备用,解决海南“小网”不能装“大机”的问题,降低电网运行成本,提高电网
7、运行的经济性。3.联网工程有利于进一步优化资源配置。联网初期,广东电网可通过海底电缆输电。而随着南海天然气开采量逐年增加,未来海南省发电量将逐年增加,远期又可向广东电网输送电力。海南电网与南方电网主网实现联网,将充分发挥大电网的优势,为海南电网与南方电网主网电力互送、调剂余缺创造条件,缓解供需矛盾,实现资源优化配置。P11输电线路的参数输电线路的参数n电阻 Rn电抗 Xn电导 Gn电纳 BP12输电线路的电阻输电线路的电阻P13输电线路的电阻输电线路的电阻 在计算交流电阻时实际使用的电阻率略大于导线材料的直流电阻率,主要原因是:1.导线流过交流电流时的集肤效应和临近效应;2.输电线路多采用多股
8、绞线,而绞线每股实际长度比导线长度略长23%;3.导线的实际截面积有时比额定截面积小,在实际计算时需要修正电阻率。P14集肤效应(趋肤效应)集肤效应(趋肤效应)集肤效应最早在贺拉斯兰姆1883年的一份论文中提及,只限于球壳状的导体。1885年,奥利弗赫维赛德将其推广到任何形状的导体。集肤效应使得导体的电阻随交流电的频率增加而增加,并导致导线传输电流时效率减低,耗费金属资源。在无线电频率的设计、微波线路和电力传输系统方面都要考虑到趋肤效应的影响。集肤效应(又称趋肤效应)是指导体中有交流电或者交变电磁集肤效应(又称趋肤效应)是指导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀的一种现象。场
9、时,导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加,导体内的电流密度呈指数递减,即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看,导体的中心部分电流强度基本为零,即几乎没有电流流过,只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分,所以称为集肤效应。产生这种效应的原因主要是变化的电磁场在导体内部产生了涡旋电场,与原来的电流相抵消。P15集肤效应集肤效应理想中(左图)电子在导体中以平均分布的方式传导流通,集肤效应(右图)则是电子集中在导体的近外肤位置上流通,使横切面的核心部位呈现空泛状态,进而使电流输送量减少。P16减缓趋肤效应的方法减缓趋肤效
10、应的方法减缓趋肤效应的方法是采用所谓的利兹线(“编织起来的线”)。利兹线采用将多条金属导线相互缠绕的方法,使得电磁场能够比较均匀地分布,这样各导线上的电流分布就会较为平均。使用利兹线后,产生显著趋肤效应的频率可以从数千赫兹提高到数兆赫兹。利兹线一般应用在高频交流电的传输中,可以同时减缓趋肤效应和邻近效应。高电压大电流的架空电力线路通常使用钢芯铝绞线,这样能使铝质部分的工作部分温度降低,减低电阻率,并且由于趋肤效应,电阻率较大的钢芯上承载极少的电流,因而无关紧要。还有将实心导线换成空心导线管,中间补上绝缘材料的方法,这样可以减轻导线的重量。在传输的频率在甚高频或微波级别时,一般会使用镀银(已知的
11、除超导体外最好的导体)的导线,因为这时趋肤深度如此之小,以至于更厚的银层已经是浪费了。P17集肤效应的集肤效应的应用应用 趋肤效应使得交变电流只通过导体的表面,因此电流只在其表面产生热效应。钢铁工业中利用趋肤效应来为钢进行表面淬火,使钢材表面的硬度增大。趋肤效应也可以描述为:导体中交变电磁场的强度随着进入导体的深度而呈指数递减,因此在防晒霜中混入导体微粒(一般是氧化锌和氧化钛),就能使阳光中的紫外线(高频电磁波)的强度减低。这便是物理防晒的原理之一。此外,趋肤效应也是电磁屏蔽的方法之一,利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而作成电磁屏蔽装置,这也是电梯里手机信号不好的原因。P18邻近效应邻
12、近效应邻近效应是指当两条(或两条以上)的导电体彼此距离较近时,由于一条导线中电流产生的磁场导致临近的其他导体上的电流不是均匀地流过导体截面,而是偏向一边的现象。如相邻二导线A、B流过相反电流IA和IB时,B导线在IA产生的磁场作用下,使电流IB在B导线中靠近A导线的表面处流动,而A导线则在IB产生的磁场作用下,使电流IA在A导线中沿靠近B导线的表面处流动。P19输电线路的自感与互感输电线路的自感与互感当闭合回路中的电流发生变化时,则由这电流所产生的穿过回路本身的磁通量也发生变化,因此在回路中也将感应电动势,这现象称为自感现象,这种感应电动势叫自感电动势。当一线圈中的电流发生变化时,临近的另一线
13、圈中产生感应电动势,叫做互感现象,这种感应电动势叫互感电动势。其基本原理就是磁的耦合。P20输电线路的电抗输电线路的电抗当交流电通过三相导线,其中一相周围就存在交变磁场,由于磁通的变化,在导线中便产生感应电动势,所以线路的电抗则是由自感、互感组成的。由于自感和互感与导线的材料特性有关,线路电抗与三相导线问的距离、导线直径、导线材料的导磁系数等因素有关。P21输电线路的电抗输电线路的电抗P22分裂导线的电抗分裂导线的电抗P23输电线路的电抗输电线路的电抗-例题例题1某三相单回路输电线路,采用LGJ-300型导线,计算外径为25.2mm,已知导线的相间距离为求(1)三相导线水平布置,且完全换位时,
14、每公里线路的电抗值;(2)三相导线等边三角形布置时,每公里线路的电抗值。解:导线的相应计算半径为P24输电线路的电抗输电线路的电抗-例题例题1(1)三相导线水平布置时P25输电线路的电抗输电线路的电抗-例题例题1(2)三相导线对称布置时P26线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕:n绝缘子串的泄漏:通常很小n电晕现象输电线路的电导输电线路的电导P27电晕现象及其原因电晕现象及其原因 电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场,在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时,由于空气游离就会发生放电,形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱,不发生碰撞游离,电晕外围带电粒子基本都是电离子
15、,这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说,曲率半径小的导体电极对空气放电,便产生了电晕。强电场作用下导线周围空气的电离现象,它的产生与导线本身和导线周围空气的条件(空气中离子的数量、大小、电荷量等因素)有关;导线周围空气之所以会电离,是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值(线路实际运行电压高于电晕临界电压值时,表面场强也超过了临界场强,将发生电晕),以至空气中原有离子具备了足够的动能,撞击其它不带电分子,使后者也离子化,最后形成空气的部分导电。P28电力系统的电晕现象电力系统的电晕现象 电晕是电力系统中重要的电能损耗原因之一。电晕的放电电流与天气湿度以及空气的流动速度有关。一条110kV电力
16、线路和一个110kV变电所组成的电力系统有50个左右的地方会产生电晕现象,这个电力系统所损耗的功率就有约5511kW,其电能损耗不亚于一台2万kVA的电力变压器的空载损耗。据不完全统计,全国每年因电晕损耗的电能达到了20.5亿kWh。电力系统容易产生电晕的地方大体有三处:第一是在变电所母线两端的耐张线夹处,其电晕主要是因为母线尾端剪切不平滑并带有毛刺,以及耐张线夹与绝缘子连接的穿钉上的开口销比较尖锐,易产生电晕。第二是在线路的耐张杆塔处,因为耐张杆塔跳线的两端剪切不平滑,易产生电晕,耐张线夹与绝缘子碗头穿钉上的开口销也易产生电晕。第三是在直线杆塔上,因为悬垂线夹与挂板连接的穿钉上的开口销尾端比
17、较尖锐,也易产生电晕。P29减少电晕减少电晕的的途径途径减少电晕有两种途径:第一种是将电力系统电压降低,使电压达不到电晕的起始电压,但是这种方法不符合系统的运行要求,基本不能运用。第二种是减少导体电极曲率半径小的部位。这是减少和防止电晕的最佳途径。鉴于此,可以对电力系统易产生电晕的三个地方进行适当技术处理。首先,在变电所母线两端加装球形附件,使母线两端不平滑部分不暴露在空气中,以及在耐张线夹与绝缘子碗头连接处采用线夹穿钉开口销封闭装置,使开口销不会暴露在空气中。然后,在线路耐张杆塔的跳线两头套用球头状铝筒棒;对于直线杆塔悬垂线夹挂板穿钉上的开口销和耐张杆塔、终端杆塔绝缘子碗头与耐张线夹连接的穿
18、钉上的开口销,采用线夹穿钉开口销封闭装置。以上处理方法的目的是减少高压设备曲率半径小的部位暴露在空气中,最终达到减少和防止电晕的目的。P30输电线路的电导输电线路的电导P31分布电容分布电容 电容就是由两个存在压差而又相互绝缘的导体所构成,其电容量与导体间的距离、面积等有关。分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数,在任何电路中,任何两个存在压差的绝缘导体之间都会形成分布电容,只是大小问题。两条相互绝缘但又相互靠近的导线、零件等带电体之间亦同样可以看作组成一个电容器,也具有一定的电容量,这种在真实电路中由导线、器件间走向、位置等分布状态而形成的电容,就是分布电容。P32分布电容分布电容1.电
19、感线圈的分布电容线圈的匝和匝之间、线圈与地之间、线圈与屏蔽盒之间以及线圈的层和层之间都存在分布电容。分布电容的存在会使线圈的等效总损耗电阻增大,品质因数Q降低。高频线圈常采用蜂房绕法,即让所绕制的线圈,其平面不与旋转面平行,而是相交成一定的角度,这种线圈称为蜂房式线圈。线圈旋转一周,导线来回弯折的次数,称为折点数。蜂房绕法的优点是体积小,分布电容小,而且电感量。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制的,折点数越多,分布电容越小。P33分布电容分布电容2.变压器的分布电容变压器在初级和次级之间存在分布电容,该分布电容会经变压器进行耦合,因而该分布电容的大小直接影响变压器的高频隔离性能。也就是说,该分
20、布电容为信号进入电网提供了通道。所以在选择变压器时,必须考虑其分布电容的大小。P34输电线路的电纳输电线路的电纳P35输电线路的等值电路输电线路的等值电路P36输电线路的等值电路(短线路)输电线路的等值电路(短线路)对于线路长度不超过100km的架空线路,线路电压不高(35kV及以下)时,线路电纳的影响不大,可令b1=0,好天气时不发生电晕,正常情况时,绝缘子泄漏又很小,可令g1=0,其等值电路为“一字形等值电路”。P37输电线路的等值电路(中等长度线路)输电线路的等值电路(中等长度线路)对于线路长度为100300km的架空线路,或长度不超过100km的电缆线路,电容的影响已不可忽略,需采用“
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