1、鞠平 主编ELECTRIC POWER ENGINEERING ELECTRIC POWER ENGINEERING 电力工程电力工程第二章第二章 输电设备输电设备第二章第二章 输电设备输电设备2.1 输电线路2.2 变压器2.3 直流输电2.1 输电线路输电线路 2.1.1 输电线路的结构特点2.1.2 电缆线路及附件2.1.3 架空线路模型2.1.4 电力线路的等效电路2.1 输电线路输电线路 架空线路：导线通过杆塔露天架设 电缆线路：埋在地下的电缆沟或管道中架空线路电缆线路2.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点架空线路由导线、避雷线（或称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等主要元件
2、组成。2.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点2.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点1、架空线路的导线与避雷线 主要材料 铜的导电性能最好，但价格高；铝的导电性能仅次于铜，密度小，但机械强度差；钢的导电性最差，但机械强度很高。材料20C时的电阻率（10m）密度（g/cm）抗拉强度(N/mm)铜0.01828.9390铝0.0292.7160钢0.1037.851200铝合金0.03392.73002.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点 结构v 单股线v 单金属多股线v 复合金属多股绞线2.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点v 电压为220kV及以上的架空线
3、路，为了减小电晕以降低损耗和对无线电的干扰以及为了减小电抗以提高线路的输送能力，应采用分裂导线或扩径空心导线。2.1.1 输电线路的结构特点输电线路的结构特点 避雷线 装设在导线上方，直接接地，作为防雷保护，以减少雷击导线的机会，提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率，保证线路安全送电。v 110kV及以上输电线路，全线架设避雷线；v 经过山区的220kV输电线路，全线架设双避雷线；v 330kV及以上的输电线路，全线架设双避雷线；v 60kV线路，当负荷重要，所经地区雷电活动频繁，沿全线装设避雷线；v 35kV线路，一般不沿全线架设避雷线，仅在距变电站12km的进出线上架设避雷线。2.1.2 电
4、缆线路电缆线路1、电缆线路导体：多股铜绞线或铝绞线 单芯电缆 三芯电缆 四芯电缆绝缘层：使导体与导体间以及导体与包皮之间保持绝缘 芯绝缘 带绝缘(a)(b)常用电缆的构造示意图a)纸绝缘铝（铅）包钢带铠装 b)纸绝缘分相铝（铅）包裸钢带铠装1导体 2绝缘相 3带绝缘 4铝（铅）包5麻衬 6钢带铠装 7麻被 8填麻2.1.2 电缆线路电缆线路保护包皮：保护绝缘物及芯线不受外力损坏 内保护层：提高电缆绝缘的抗压能力，并可防水、防潮、防止 绝缘油外漏 外保护层：防止电缆在运输、敷设和检修过程中受机械损伤2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型v电阻：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗。v电抗：反映
5、载流导线周围产生的磁场效应。v电导：反映绝缘子的泄漏电流和电晕现象。v电纳：反映载流导线周围产生的电场效应2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型1、架空线路的电阻 金属导线单位长度直流电阻的计算公式：实际计算中：工程中，电阻高精度计算值：)km(Sr 1/kmmm18.8 2铜导线/kmmm5.13 2铝导线)20(10trrt2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型2、架空线路的电抗 三相架空线路每相导线单位长度的电抗：三相导线间几何均距 三相导线对称排列 三相导线水平排列 导线半径 磁导率，取1)(0157.0lg1445.01kmrDLxeq3cabcabeqDDDDDDeqDDeq2
6、6.1r2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型v三相导线的排列方式电压在110kV以上、线路长度在100km以上的输电线路，一般均需要进行完全换位。三相导线的两种排列方式a)水平排列 b)等边三角形排列2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型分裂导线 对于超高压输电线路，为了降低导线表面电场强度以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，目前广泛采用分裂导线。2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型)(0157.0lg1445.01kmnrDxeqeq分裂导线的等值半径nknkeqdrr122.1.3 架空线路的模型架空线路的模型工程实际范围内，单根导线的x1一般都为0.4/km左右 2根导线的
7、x1一般都为0.33/km左右 3根导线的x1一般都为0.3/km左右 4根导线的x1一般都为0.28/km左右2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型3、架空线路的电纳 线路每相单位长度的等值电容：当频率为50Hz时，三相输电线每相电纳为：)(10lg024.06kmFrDCjp)(10lg58.726kmSrDfCCbjp2.1.3 架空线路的架空线路的模型模型4、架空线路的电导 产生电晕现象时，与电晕相对应的每相等值电导 实测三相输电线单位长度 电晕损耗总功率（kW/km）输电线路线电压（kV）)(10321kmSUPgggPU2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型 产生电晕的临界电压
8、 导线表面光滑系数 气象系数 空气相对密度晴朗天气，正常运行时几乎不产生电晕，即)(lg8421kVrDrmmUeqcr1m2m01g2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型例：某500kV电力线路使用4LGJQ300型分裂导线，分裂间距为450mm（按正四边形排列），三相导线水平排列，相间距离为12m，如图所示。求此线路单位长度的电气参数。2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型解：每千米线路电阻每千米线路电抗 由手册查得导线LGJQ300的半径为 相间几何均距 分裂导线的等效半径kmSr0263.030045.311mm85.11rmm1.151191200026.126.1DDeqmm6
9、8.197450245045085.11412nknkeqdrr2.1.3 架空线路的模型架空线路的模型每千米线路电纳km/277.040157.068.1971.15119lg1445.00157.0lg1445.01nrDxeqeq)(10024.41068.1971.15119lg58.710lg58.76661kmSrDbjp2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路v 架空输电线路均匀分布参数等值电路v 当架空线路长度在300km以下时，可用集中参数表示的等值电路来代替分布参数等值电路。2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路1、一字形等效电路（短线路的等值电路）不超过
10、100km的架空线路或不长的电缆，工作电压不高时可令用串联阻抗（集中参数）表示0,011gbjxlrljXRZ+=+=2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路2、形和T形等效电路（中等长度线路的等效电路）架空线路100300km之间 电缆线路不超过100km形T形2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路例：一条70km长线路，已知受端负荷为20000kW，额定线电压为60kV，功率因数为0.8，线路参数：。试用形等效电路计算线路始端电压和电流值。解：求出线路全长的参数，并作出等效电路kmFcmH/kmkm1/0095.0=3.1=/1.0=11lr，7=701.0=R6.28=
11、)70103.1(502=2=3-fLXSfCBC3610209.0=)70100095.0(502=2=-2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路相电压 和相电流 即2U2IkV)0+8.34(=0+360=0+=2jjjUUA)144+192(=)6.0+8.0(8.08.34320000=)6.0+8.0(cos3=3+=3=22222222jjjUPUjQPUSIA)144-192(=2jI2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路求电流末端电容上的充电电流输电线路上流过的电流求始端电压IA66.3=10105.0108.34=2=3-322jjBjUICCA-)3.14
12、0192(=)66.3+144192(=+=22jjjIIIC1UkVkV-4.64.40=)51.4+15.40(=10)6.28+7)(3.140192(+)0+8.34(=)+(+=321jjjjjXRIUU2.1.4 电力线路的等效电路电力线路的等效电路求始端电流始端电容上的充电电流所以1IA-)217.4+474.0(=10105.010)51.4+15.40(=2=3311jjjBUjICCA-A-4.359.234=)1.1365.191(=)217.4+474.0(+)3.140192(=+=11jjjIIIC2.2 变压器变压器2.2.1 双绕组变压器2.2.2 三绕组变压器
13、2.2.3 自耦变压器2.2 变压器变压器 变压器是利用电磁感应原理把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一电压等级的交流电能。按相数三相变压器单相变压器按绕组数目两绕组变压器三绕组变压器自耦变压器分类：2.2.1 双绕组变压器的参数计算双绕组变压器的参数计算 双绕组变压器的等效电路a）型等效电路 b）励磁支路用功率表示的等效电路 c）简化等效电路 双绕组变压器采用型等效电路。35kV及以下的变压器，励磁支路可忽略不计，可用简化等效电路。2.2.1 双绕组变压器的参数计算双绕组变压器的参数计算1、电阻 变压器短路损耗 变压器电阻)(10=103=32232kW-NTNNTNSRUSRIPP)
14、(10322NNSTSUPRkVUAkWkWN变压器额定电压，变压器额定电流，耗，变压器额定有功功率损变压器短路损耗，NNSIPP2.2.1 双绕组变压器的参数计算双绕组变压器的参数计算2、电抗 变压器短路电压百分值 变压器电抗2310100103=(%)NTNNTNSUXSUZIU)(%)10=310100(%)23NSNNNSTSUUIUUX2.2.1 双绕组变压器的参数计算双绕组变压器的参数计算3、电导4、电纳 变压器空载电流 空载电流百分值320321010NNFeTUPUPG变压器空载损耗0P30103=TNBBUII30010%NIII2.2.1 双绕组变压器的参数计算双绕组变压器
15、的参数计算 变压器电纳 变压器励磁支路用功率形式表示时，无功功率)(10100%103100%32030SUSIUIIBNNNNTvar)k(100%100320NTNSIBUQ2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的等效电路a）励磁回路用导纳表示 b）励磁回路用功率表示2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算v 三绕组变压器容量比 100/100/100 100/100/50 100/50/100类型各绕组容量占变压器额定容量的百分比（%）高压中压低压1100100100210010050310050100三绕组变压器的容量类型2.2.2 三绕组
16、变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算v 三绕组变压器的排列方式 降压结构 升压结构2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算1、电阻 容量比为100/100/100的三绕组变压器 任两个绕组的短路损耗 各绕组的短路损耗 323231312121+=+=+=SSSSSSSSSPPPPPPPPP-)+(21=)+(21=)+(21=213221331322123231211-SSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPP2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算各绕组电阻32233322223221110=10=10=NNSTNNSTNNSTSUPRSUPRSUPR
17、2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算对100/100/50和100/50/100的变压器：短路试验有两组数据是按50%容量的绕组达到额定容量时测量的值。因此，应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进行折算，然后再计算电阻。若厂家提供的数据为313221-SSSPPP，21 21 2221 31 3322 32 323min,NSSNNSSNNSSNNSPPSSPPSSPPSS 2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算如容量比为100/50/100的变压器，其折算公式为221 21 21 21 2221 31 31 33222 32 32 32 323100
18、4501004min,50NSSSSNNSSSNNSSSSNNSPPPPSSPPPSSPPPPSS 2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算2、电抗 根据三次短路试验所测得的绕组间短路电压百分值，可分别求出各绕组的短路电压百分值11-21-32-321-22-31-331-22-31-21%(%-%)21%(%-%)21%(%-%)2SSSSSSSSSSSSUUUUUUUUUUUU2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算归算到同一电压侧的各绕组电抗值211222233%10%10%10SNTNSNTNSNTNUUXSUUXSUUXS1）厂家给出的短路电压百分数已
19、归算到变压器的额定容量，因此在计算电抗时，不论变压器各绕组的容量比如何，其短路电压百分数不必再进行折算。2）参数计算时，要求将参数归算到哪一电压等级，则计算公式中的UN为相应等级的额定电压。2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算1 22 31 352kW47kW148.2kWSSSPPP，1 21 31 2%18%10.5%6.5SSSUUU，例：某变电所装有一台型号为SFSL1-20000/110，容量比为100/50/100的三绕组变压器。已知：试求变压器的参数并作出等效电路。0050.2kW%4.1P，I2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算解：计算各
20、绕组的电阻 对容量较小绕组有关的短路损耗进行折算 各绕组的短路损耗21 21 21 222 32 32 310044 52208kW5010044 47188kW50SSSSSSPPPPPP 11-21-32-321-22-31-331-22-31-211(-)(208 148.2 188)84.1kW2211(-)(208 188 148.2)123.9kW2211(-)(148.2 188208)64.1kW22SSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPP2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算 各绕组电阻22331122223322222233332284.1 110
21、10102.5420000123.9 11010103.752000064.1 11010101.9420000SNTNSNTNSNTNP URSP URSP URS2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算计算各绕组电抗 各绕组的短路电压11-21-32-321-22-31-331-22-31-211%(%-%)(18 10.56.5)112211%(%-%)(18+6.5 10.5)72211%(%-%)(10.5+6.5 18)0.522SSSSSSSSSSSSUUUUUUUUUUUU 2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算各绕组的电抗2.2.2 三绕组变
22、压器的参数计算三绕组变压器的参数计算221122222233%11 110101066.5520000%7 110101042.3520000%0.5 11010103.03020000SNTNSNTNSNTNUUXSUUXSUUXS 2.2.2 三绕组变压器的参数计算三绕组变压器的参数计算 计算变压器励磁支路的 和 及功率损耗相应的功率损耗为TGTB33602255602250.210104.15 10110%4.1 20000101067.8 10110TNNTNPGSUISBSU0000%(50.2820)KV A100NIPj QPjSj 2.2.3 自耦变压器的参数计算自耦变压器的参
23、数计算v一、二次侧共用一个线圈，两侧之间不仅存在磁的耦合，还有电气上的直接联系v具有消耗材料少、投资低、损耗小等优点自耦变压器（a）接线图 （b）原理图2.2.3 自耦变压器的参数计算自耦变压器的参数计算短路电压折算公式 自耦变压器的等值电路及其导纳和阻抗的计算与普通三绕组变压器相同。33323233131min%NNNSSNNSSSSSUUSSUU，2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算例：已知一台120000kVA，220kV/121kV/10.5kV，容量比为100/100/50的三相三绕组自耦变压器。I0%=0.9，试求折算到高压侧的自耦变压器的参数并作出等效电路。kV1
24、.1230PkV227kV256kV6603-23-121SSSPPP，8.8%14.7%7.24%3-23-121SSSUUU，2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算解：（1）将与第三绕组有关的短路损耗和短路电压折算到变压器的额定容量短路损耗的折算短路电压百分数的折算kW90850100227kW10245010025622332322233131NNSSNNSSSSPPSSPP17.6501008.8%29.4501007.14%3323233131NNSSNNSSSSUUSSUU2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算(2)计算各绕组短路损耗及电阻 各绕组短路损
25、耗kW636)6609081024(21)(21kW272)1024908660(21)(21kW388)9081024660(21)(212-13231331322123231211SSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPP2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算各绕组短路损耗14.2101200002206361091.0101200002202721030.11012000022038810322322333223222232232211NNSTNNSTNNSTSUPRSUPRSUPR2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算（3）计算各绕组的短路电压百分数及
26、电抗 各绕组短路电压百分数kW3.22)7.246.174.29(21%)%(21%kW9.12)4.296.177.24(21%)%(21%kW5.36)6.174.297.24(21%)%(21%2-13231331322123231211SSSSSSSSSSSSUUUUUUUUUUUU2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参数计算的参数计算各绕组电抗9.89101200002203.2210%03.52101200002209.1210%2.147101200002205.3610%2223322222211NNSTNNSTNNSTSUUXSUUXSUUX2.2.3 自耦变压器自耦变压器的参
27、数计算的参数计算（4）计算变压器励磁回路中的电导电纳及功率损耗相应的功率损耗65252063232010314.22102201200009.010%1054.2102201.12310NNTNTUSIBSUPGKVA)10801.123(100%0000jSIjPQjPN2.3 直流输电直流输电1、高压直流输电的发展v1954年瑞典投入了世界上第一条直流海底电缆。v1961年英法海峡联络线建成。v1962年前苏联的伏尔加格勒顿巴斯联络线建成。v1965年日本佐久间变频站建成。2.3 直流输电直流输电中国高压直流输电的发展项目名称额定电压（kV）额定功率（万kW）输电距离（km）投运年份舟山-
28、1005541987年葛洲坝上海50012010451990年天生桥广州5001809602001年嵊泗50666.22002年三峡常州5003008602003年三峡广东5003009602004年贵州广东1回5003008802004年灵宝1203602005年三峡右岸上海50030010402006年贵州广东2回50030011942007年云南广东80050014382010年四川上海80064020002011年2.3 直流输电直流输电2、直流输电的特点 优点 v 线路造价低、年运行费用省。v 没有交流输电的运行稳定性问题，可以连接两个不同频率的系统。v 能限制短路电流。v 调节速度
29、快，运行可靠。v 没有充电电流，必须要并联电容器补偿。2.3 直流输电直流输电 缺点v 直流换流站比交流变电站投资大、运行费用高。v 消耗大量的无功功率。v 产生谐波影响。v 缺乏成熟的直流断路器。2.3 直流输电直流输电3、直流输电的适用范围v 远距离大容量输电。v 海底电缆送电。v 交流电力系统之间的非同步联络。v 配合新能源发电，需要依靠直流输电来接入交流系统。2.3 直流输电直流输电4、直流输电系统的构成及主要电气设备直流输电系统的构成（单极）1无功功率补偿装置 2交流断路器 3交流滤波器 4交流变压器 5换流装置6过电压吸收电容 7保护间隙 8隔离开关 9直流平波电抗器10避雷器 11直流滤波器 12线路用阻尼2.3 直流输电直流输电5、直流输电的基本工作原理双极直流输电的原理接线2.3 直流输电直流输电6、直流输电接线方式v 单极地直流输电v 单极两线直流输电2.3 直流输电直流输电v 双极直流输电v 背靠背直流输电
