电力网络参数的计算和等值电路制作

1、编号 1251401117课 程 设 计（2012 级本科）题 目：电力网络参数的计算和等值电路制作系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 李 静 指导教师： 刘永科 职称： 副教授 完成日期： 2015 年 6 月 26 日二一五年 六 月河西学院本科生课程设计任务书设 计 题 目电力网络参数的计算和等值电路制作作 者 姓 名学院、专业、年级物电学院 电气工程及其自动化 级指导教师姓名、职称刘永科 副教授任务下达日期2015年5月20日一、设计任务1.1设计内容某电力系统结线如图1.2 原始数据图中标明的变压器高低或高中侧的电压为其实际抽头电压，各变压器技

2、术数据如下： T1：额定容量：90MVA；额定电压：242/10.5KV； =472.5KW； =92KW；%=13.75； %=0.67；T2：额定容量：90/90/90MVA； 额定电压220/121/38.5KV； =580KW；384KW； =704KW； %=14.07； %=23.73； %=7.65； =107.7KW %=0.82T3：额定容量：240MVA；额定电压：120/10.5KV =200KW； =42KW； %=10.5； %=0.7T4：额定容量：31.5MVA；额定电压：38.5/6.3KV =180KW； =30KW； %=8； %=0.7T5：额定容量：15

3、MVA；额定电压：110/11KV =128KW； =40.5KW； %=10.5； %=3.5基准功率 =100MVA要求作出考虑非标准变比的以有名值表示的和以标幺值表示的网络的等值电路。各电压的基准电压取为： 220KV级： =220KV ； 110KV 级； =110KV； 35KV级： =35KV；10KV级 ： =10.5KV； 6KV级 ：=6.3KV二、设计的基本要求2.1设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设

4、计内容列表汇总。2.2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。三、论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料2015.05.20-05.252查阅有关资料2015.05.26-05.273阅读设计要求必读的参考资料2015.05.28-05.294书写设计说明书2015.05.30-06.205小组答辩与质疑2015.06.21-06.226上交设计成果，总结交流2015.06.30四、需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）1: 陈珩.电力系统稳态分析（第三版）M，北京，中国

5、电力出版社，20072：何仰赞，温增银.电力系统分析第三版M，武汉,华中科技大学出版社，20023：陈悦.电气工程毕业设计指南电力系统分册M，北京，中国水利水电出版社，2008教 研 室 意 见 负责人签名： 年 月 日摘 要 我国是人均资源比较缺乏的，在这种情况下我们在节约能源的同时更要合理分配有限的资源，同时也要求我们在进行工厂供配电设计过程中必须遵守国家法 律、标准和规范，执行国家有关方针、政策，包括节约能源，节约有色金属等经济政策，与此同时还要做到人身安全和设备安全，供电可靠，电能质量合格，技术先 进合理设计时应考虑低耗能优性能的电气产品。 电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统

6、中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路 中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的 通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。关键词：架空线路 变压器 等值电路 有名制 表幺制 目 录第一章 概述71.1 设计目的与要求71.1.1 设计目的71.1.2 设计要求72.2设计内容7第二章

7、电力系统各元件的特性和数学模型简述72.1电力系统叙述82.2电力系统各元件和数学模型简介82.2.1变压器的参数和数学模型82.2.2 电力线路的参数和数学模型122.2.3电力线路的数学模型142.2.4电力网络的数学模型16第三章 电力网络参数计算和等值电路图绘制183.1 以有名制表示183.2 以标么制表示21第四章 总 结24第五章 参考文献24第一章 概述1.1 设计目的与要求1.1.1 设计目的1. 掌握电力系统中变压器的参数和数学模型；2. 掌握电力线路的参数和数学模型；3. 电力网络的数学模型及参数的电压及归算。1.1.2 设计要求2.1设计及计算说明书（1）说明书要求书写

8、整齐，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。2.2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。2.2设计内容1. 电力网路的有名制参数计算；2. 变压器的数学模型的参数计算，及归算；3. 电力线路的参数计算及归算；4. 绘制电力网络的等值电路 ；5. 表幺制的计算及参数归算。第二章 电力系统各元件的特性和数学模型简述2.1电力系统叙述 电力工业发展初期，电能是直接在用户附近的发电站（或称发电厂

9、）中生产的，各发电站孤立运行。随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加，而热能资源和水能资源丰富的地区又往往远离用电比较集中的城市和工矿区，为了解决这个矛盾，就需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电的可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。现代电力系统提出了“灵活交流输电和新型直流输电”的概念。灵活交流输电技术是指运用固态电子器件与现代自动控制技术对交流电网的电压、相位角、阻抗、功率以及电路的通

10、断进行实时闭环控制，从而提高高压输电线路的诉讼能力和电力系统的稳态水平。新型直流输电技术是指应用现电力电子技术的最新成果，改善和简化变流站的造价等。运营方式管理中，潮流是确定电网运行方式的基本出发点：在规划领域，需要进行潮流分析验证规划方案的合理性；在实时运行环境，调度员潮流提供了电网在预想操作预想下的电网的潮流分布以及校验运行的可靠性。在电力系统调度运行的多个领域都涉及到电网潮流计算。潮流是确定电力网咯运行状态的基本因素，潮流问题是研究电力系统稳态问题的基础和前提。2.2电力系统各元件和数学模型简介2.2.1变压器的参数和数学模型一、 双绕组变压器的参数和数学模型1电阻式中，UN、SN以、为

11、单位，Pk以为单位。如UN改以为单位，SN改为以为单位，则可得式中 RT变压器高低压绕组的总电阻（）；Pk变压器的短路损耗（）SN变压器的额定容量（）；UN变压器的额定电压（）。2 电抗由于大容量变压器的阻抗以电抗为主，亦即变压器的电抗和阻抗数值上接近相等，可以近似认为，变压器的短路电压百分数Uk与变压器的电抗有如下关系从而式中XT变压器高低绕组的总电抗（）Uk变压器的短路电压百分值3电导变压器励磁支路以导纳表示时，其中电导对应的是铁芯损耗，而空载损耗包括铁芯损耗和空载电流引起的绕组中的铜损耗。由于空载试验的电流很小，变压器二次处于开路，所以此时的绕组铜损耗很小，可认为空载损耗主要损耗在上了，

12、因此，铁芯损耗近似等于空载损耗。P0=GTUN2 GT = P0/UN2变换单位后4电纳变压器空载试验时，流经励磁支路的空载电流分解为有功电流(流过)和无功电流(流过)，且有功分量较无功分量小得多(如图2-12所示)，所以在数值上，即空载电流近似等于无功电流。 又由 得 让式、相等，解得BT变压器的电纳（）I0%变压器的空载电流百分值二、 三绕组变压器的参数和数学模型(一) 容量比100/100/100三绕组变压器出厂时，厂家提供三个绕组两两间做短路试验时测得的短路损耗Pk(12)、Pk(23)、Pk(13)和两两间的短路电压百分值U k(12)、U k(23)、Uk(13)；空载试验数据仍提

13、供空载损耗P0、空载电流百分值Io。根据这些数据求得变压器各绕组的阻抗及其励磁支路的导纳。1. 电阻短路损耗、由铭牌给出则按与双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻2电抗由各绕组两两之间的短路电压Uk（12）、Uk（23）、Uk（31）求出各绕组的短路电压再按与双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗导纳的计算与双绕组相同。（二）、容量比100/100/50短路损耗数据为容量较小的绕组达到额定电流，即IN/2时的值。这时，应将各绕组的短路损耗数据归算为额定电流下的值，再运用上列公式求各绕组的短路损耗和电阻。Pk(1-3)= Pk(1-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(1-3)Pk(2-3)= P

14、k(2-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(2-3) 有时，电压也未归算，则：Uk(1-3)%= Uk(1-3) % (IN/ IN/2)=2 Uk(1-3) %Uk(2-3)%= Uk(2-3) % (IN/ IN/2)=2 Uk(2-3) 2.2.2 电力线路的参数和数学模型1电阻 (2-2)电阻一般查表。查表所得为20°C的数值，而线路的实际工作环境温度异于20°时，可按下式修正 (2-3) 电阻的温度系数，对于铝，对于铜，。2线路的电抗三相导线对称排列或虽不对称排列但经整循环换位时，每相导线单位长度的电抗由电工原理已知，可按下式计算 其中 为三相导线的几何平均距

15、离，简称几何均距(cm或mm)，其单位应与r单位相同； 如将=50，代人式(2-4)，可得 上式又可改写为 常称导线的几何平均半径， =0779。3线路的电导 电晕现象，就是在强电磁场作用下导线周围空气的电离现象。导线周围空气之所以会产生电离，是由于导线表面的电场强度很大，而架空线路的绝缘介质是空气，一旦导线表面的电场强度达到或超过空气分子的游离强度时，空气的分子就被游离成离子。这时能听到“滋滋”的放电声，或看到导线周围发生的蓝紫色荧光，还可以闻到氧分子被游离后又结合成臭氧(O)的气味，最后形成空气的部分电导。电晕的危害：（1）消耗有功功率。（2）对无线电和高频通信产生干扰。（3）电晕还会使导

16、线表面发生腐蚀，从而降低导线的使用寿命。因此，输电线路应考虑避免发生电晕现象。电晕现象的发生，主要决定于导线表面的电场强度。在导线表面开始产生电晕的电场强度，称为电晕起始电场强度。使导线表面达到电晕起始电场强度的电压，称为电晕起始电压，或称临界电压。对于三相三角形架设的普通导线线路，校核线路是否会发生电晕，其电晕临界电压的经验公式为 (2-8)其中 式中 电晕临界相电压，kV； 导线表面的光滑系数，对表面完好的多股导线，=0.830.966，当股数在20股以上时，均大于0.9，可取=1；采用分裂导线时，由于导线的分裂，减小了电场强度，电晕临界相电压也改为 (2-9)其中 导线水平排列时，边相导

17、线的电晕临界电压，较按式(2-8)、式(29)求得的高6%，即=1.06；中间相导线的电晕临界电压较按式(2-8)、式(29)求得的低4，即=0.96。电晕将消耗有功功率。电晕损耗在临界电压时开始出现，而且工作电压超过临界电压越多，电晕损耗就越大。若再考虑沿绝缘子的泄漏损耗 (很小)，则总的功率损耗。一般为实测的三相线路的泄漏损耗和电晕损耗之总和。从而可确定线路的电导 (2-10)一般情况下都可设=0。4线路的电纳 (2-12)由于电纳与几何均距、导线半径之间存有对数关系，架空线路的电纳变化也不大，其值一般在285Skm左右。采用分裂导线的线路仍可按式(2-12)计算其电纳，只是这时导线的半径

18、r应以等效半径替代。2.2.3电力线路的数学模型1 一般线路的等值电路所谓一般线路，指中等及中等以下长度线路。对架空线，这长度大约为；对电缆线路，大约为。线路长度不超过这些数值时，可不考虑他们的分布参数特性，而只用将参数简单地集中起来的电路表示。一般线路中，又有短线路和中等长度线路之分。所谓短线路，是指长度不超过的架空线。线路电压不高时，这种线路电纳的影响一般不大，可略去。从而这种线路的等值电路最简单，只有一串联的总阻抗，如图所示。所谓中等长度线路，是指长度在之间的架空线路和不超过的电缆线路。这种线路的电纳B一般不能略去。这种线路的等值电路型等值电路和T型等值电路 A=，B=Z， C=， D=

19、。 (216)应该指出，上述修正系数只适用于计算线路始、末端的电流和电压，线路长度如超过300km、小于750km的架空线路及长度超过100km、小于250km的电缆线路。超过上述长度并要求较准确计算远距离线路中任一点电压和电流值时，应按均匀分布参数的线路方程计算。2.2.4电力网络的数学模型一、标幺制及其应用1. 有名制和标幺制1） 基本概念 2）基准值的选取如阻抗、导纳的基准值为每相阻抗、导纳；电压、电流的基准值为线电压、线电流；功率的基准值为三相功率，则这些基准值之间应有如下关系3）基准值改变时标幺值换算式中是以、为基准值下的标幺值3. 有名值的电压级归算 (1)选基本级。基本级的确定取

20、决于研究的问题所涉及的电压等级。如在电力系统稳态计算时，一般以最高电压等级为基本级；在进行短路计算时，以短路点所在的电压等级为基本级。 (2)确定变比。变压器的变比取基本级侧的电压比上待归算级侧的电压。 (3)参数归算。 3. 标幺值的电压级归算多电压级网络中，标幺值的电压级归算有两条途径：（1）将各元件参数的有名值先归算到基本级，然后除以与基本级对应的基准值（2）先归算各段的基准值，再将各元件参数的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的基准值，即 第三章 电力网络参数计算和等值电路图绘制 3.1 以有名制表示图1-1 电力系统接线图1、 变压器T1的阻抗、导纳计算2、 架空线路LGJ-3

21、00的阻抗、导纳 若三相架空线路三角形排列，临界电晕为1276.3kv若三相架空线路水平排列，中间相临界电晕为：边相临界电晕为：无论三角形排列还是水平排列都有：故架空线路的电导G可忽略不计，即3、 变压器T2的阻抗、导纳4、 电阻：电抗：电导：5、 架空线路L2的阻抗L2=60km100km，故可忽略导纳6、 T3变压器的阻抗、导纳6、架空线路L3的阻抗、导纳L3=30km100km故导纳可以忽略7、 T4变压器的阻抗、导纳8、架空线路L4的阻抗、导纳L3=40km100km故导纳可以忽略9、T5变压器的阻抗、导纳电力网络有名制的等值网络有名制的电力网络等值电路见附录图一3.2 以标么制表示1

22、、变压器T1的阻抗、导纳计算2、架空线路LGJ-300的阻抗、导纳3、变压器T2的阻抗、导纳电导：4、架空线路L2的阻抗导纳忽略不计5、T3变压器的阻抗、导纳架空线路L3的阻抗、导纳L3=30km100km故导纳可以忽略7、T4变压器的阻抗、导纳8、架空线路L4的阻抗、导纳L3=40km100km故导纳可以忽略架空线路L3的阻抗、导纳9、T5变压器的阻抗、导纳电力网络以标么制表示的等值网络以标幺值表示的电力网络等值电路见附录图二 第四章 总 结 此次课程设计首先让我明白了要使电力系统运行的稳定，必须经过精密的设计和计算。在进行课题设计的过程中，加深了我对电力系统各元件特性和数学模型理解和认识，尤其是对电力线路及变压器的数学模型有了比较透彻的理解。同时由于求解