第二章电力系统分析 等值电路
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电力系统分析第二章续2标幺值
80km
US%=10.5
x1=
15MVA
0.4Ω/km 110/6.6kV
6kV 300A XR%=5
2.5km x1=0.08Ω/km
XG*(B)XG*(N)U SG G 2N NU SB B 2 0.2613.050211.050200.8,7
E 11
E*
UB
10.5
1.05
Ki
靠近基本级侧实际电压 靠近待归算级侧实际电压
基本级
220kV T4
500kV T3
待归算级
110kV T2
35kV T1 10kV
L3
L2
L1
242:525
500:121
110:38.5
35:11
如上图，选500kV为基本级，归算XL1
XL 1XL1(K 2K 3)2
K2 110/ 38.5 K3 500/ 121
XG*(B1)XG*(N)U SG G 2 N NU SB B 2110.2
1.052 10 6 301.052
00.8,7
E 11
E*
UB1
1.05 10.5
(Ⅰ)
(Ⅱ)
(Ⅲ)
G 10kV T1
110kV T2 L1
6kV R
L2
30MVA 10.5kV XG*(N)=0.26 E=11kV
变压器参数一般都归算到它的某一侧，而不同电 压等级的变压器额定电压是不相同的；
只有经过归算，才能得到网络各元件之间只有电 的联系、没有磁联系的等值网络。
一. 变压器的变比
一次
二次
+5%
+2.5% 主抽头 －2.5%
电力系统分析第2章等值电路
➢电抗： •反映载流导线周围产生的磁场效应。 •每相导线单位长度的等值电抗为：
•式中，μr为相对磁导率，铜和铝的 ; r为导线半径（m）； •D•分m为裂三根相数导越线多的，线电间抗几下何降均越距多（。m一）般。不超过4根。
•分裂导线
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电力系统分析第2章等值电路
✓若三相导线等边三角形 排列，则 ✓若三相导线水平等距离 排列，则
•三相导线对称排列，单位长度的电纳（S/km）为：
•一般架空线路b1的值为
S/km左右，则
• ➢电导电：导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线
周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗 。
说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。
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电力系统分析第2章等值电路
2.1.2 输电线路的参数计算
•1．架空线路的参数计算 ➢电阻：反映有功功率损耗
•导线单位长度直流电阻为： •导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为： 应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，每股导线的实际长度比线路长度大(2%); 导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
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电力系统分析第2章等值电路
➢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 缘距离；金具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针式、悬式和棒式三种。
✓针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小 转角杆塔上。 ✓悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7片 串接）。 ✓棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以 下线路应用比较广泛。
•式中，μr为相对磁导率，铜和铝的 ; r为导线半径（m）； •D•分m为裂三根相数导越线多的，线电间抗几下何降均越距多（。m一）般。不超过4根。
•分裂导线
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电力系统分析第2章等值电路
✓若三相导线等边三角形 排列，则 ✓若三相导线水平等距离 排列，则
•三相导线对称排列，单位长度的电纳（S/km）为：
•一般架空线路b1的值为
S/km左右，则
• ➢电导电：导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线
周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗 。
说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。
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电力系统分析第2章等值电路
2.1.2 输电线路的参数计算
•1．架空线路的参数计算 ➢电阻：反映有功功率损耗
•导线单位长度直流电阻为： •导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为： 应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，每股导线的实际长度比线路长度大(2%); 导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
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电力系统分析第2章等值电路
➢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 缘距离；金具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针式、悬式和棒式三种。
✓针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小 转角杆塔上。 ✓悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7片 串接）。 ✓棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以 下线路应用比较广泛。
电力系统分析第二章
2-2 架空输电线的等值电路
电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表 示线路的等值电路。 分两种情况讨论： 1） 一般线路的等值电路 一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线 为300km；对电缆为100km。 2）长线路的等值电路 长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电 缆。
I
2
T
YI I
y 20
k k k (k 1) k (k 1)YT ZT ZT ZT
2
(1 k)YT
k (k 1)YT
1)
电力网络中应用等值变压器模型的计算步骤：
有名制、线路参数都未经归算，变压器参数则归在低 压侧。
有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比归 算到高压侧。 标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压折 算为标幺值。
三、三相电力线路结构参数和数学模型
输电线路各主要参数（电阻、电抗、电纳、电导 等）的计算方法及等效电路的意义
*.电力网络数学模型
1、标幺值
1）标幺值＝有名值（实际值）/基准值； 2）在标幺制下，线量（如线电流、线电压等） 与相量（如相电流、相电压等）相等，三相与单 相的计算公式相同
3）对于不同系统采用标幺值计算时，首先要 折算到同一基准下。
S B 3U B I B U B 3I B ZB Z B 1 / YB
Z B U / SB
2 B
YB S B / U
2 B
I B S B / 3U B
功率的基准值=100MVA
电压的基准值=参数和变量归算的额 定电压
三. 不同基准值的标幺值间的换算
V X (有名值) =X (N)* SN
第二章 电力系统元件参数和等值电路详解
（2-2）
( / km)
其中：
t — 导线实际运行的大气温度(oC)；
rt，r20 — t oC及20 oC时导线单位长度的电阻；
— 电阻温度系数。
铝， = 0.0036；铜， = 0.00382
第二章 电力系统元件参数和等值电路
（2）电抗
1）单导线每相单位长度的电抗 x1
x1
2f
(4.6 lg
第二章 电力系统元件参数和等值电路
第二章 电力系统元件参数和等值电路
第二章 电力系统元件参数和等值电路
第一节 电力线路参数和等值电路 第二节 变压器参数和等值电路 第三节 发电机和负荷的参数及等值电路 第四节 电力网络的等值网络
第二章 电力系统元件参数和等值电路
第一节 电力线路参数和等值电路
一、电力线路结构
（<31.5） （<18.8）
铝、铜的电阻率略大于直流电阻率，有三个 原因：
（1）交流电流的集肤效应； （2）绞线每股长度略大于导线长度； （3）导线的实际截面比标称截面略小。
注：在手册中查到的一般是20oC时的电阻或电阻率， 当温度不为20oC时，要进行修正。
rt r20[1 (t 20)]
第二章 电力系统元件参数和等值电路
（Dab、Dbc、Dca分别为导线AB、BC、CA相之间的距离）
将 f = 50 Hz，μr=1代入下式：
x1
2f
(4.6 lg
Dm
r
0.5
r)104 ( / km)
x1
0.1445 lg
Dm
r
0.0157( /
km)
经过对数运算，上式可写成：
x1
0.1445lg
电力系统分析--第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算
41
电力系统分析
[例2-6]三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL120000/220，额定容量为120MVA/120MVA/60MVA， 额定电压为：220kV/121kV/11kV,求变压器归算到 220kV侧的参数,并作出等值电路。
PK (1 2 ) 601kW, PK (13) 182 .5kW , PK ( 23) 132 .5kW,U K (1 2 ) % 14 .85 U K (13) % 28 .25, U K ( 23) % 7.96, P0 135 k W, I 0 % 0.663
18
电力系统分析
2）具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗
19
电力系统分析
0 Deq La ln 2 Dsb
Deq x 2f N L 0.1445 lg Dsb km
Dsb为分裂导线的自几何均距，随分裂根数不同而变化。
2分裂导线： Dsb Ds d
3分裂导线： Dsb Ds d
11
电力系统分析
棒式绝缘子
12
电力系统分析
2.2.2电缆线路 导体 绝缘层 保护层
13
电力系统分析
架空输电线路参数有四个(图2-11） （1）电阻r0：反映线路通过电流时产生的有功功率 损耗效应。 （2）电感L0：反映载流导体的磁场效应。
图2-11
单位长线路的一相等值电路
14
电力系统分析
2. 电抗
根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理： 1 U k 1 % (U k (1 2 ) % U k (13) % U k ( 2 3) %) 2 1 U k 2 % (U k (1 2 ) % U k ( 23) % U k (13) %) 2 1 U k 3 % (U k (13) % U k ( 2 3) % U k (1 2 ) %) 2 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 2 2 2 U k1 %U N U k 2 %U N U k 3 %U N X T1 , XT 2 , XT3 100 S N 100 S N 100 S N 一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的
【电力系统分析】第02章(1-2节) 电力系统各元件的等值电路和参数计算
29
本节学习要求
熟记计算公式和公式中各参数的含义、单 位。
学会查表计算线路等值参数电阻、电抗、 电导和电纳。
30
2-2 架空输电线路的等值电路
一、输电线路的方程式
长线的长度范围定义 架空线路：>300km 电缆线路：>100km
31
2-2 架空输电线路的等值电路
长线等值电路
z0 r0 jL0 r0 jx0 y0 g0 jC0 g0 jb0
影响因素：m1:材料表面光滑程度
m2:天气状况系数 空气的相对密度
2.89 103
p
材料半径
273 t
分裂情况
25
对于水平排列的线路，两根边线的电晕临界电压 比上式算得的值搞6%；而中间相导线的则低4%。
Vcr
49.3m1m2 r
lg
D r
kV
增大导线半径是减小电晕损耗的有效方法 220kV以下线路按照免电晕损耗选择导线半径 220kV以上采用分裂导线。
1
I 1
2
V 2
shl
Z c
2c
I Z chl 2c
36
ห้องสมุดไป่ตู้
将上述方程同二端口网络的通用方程相比 可得：
V1
AV
2
B
I2
I1 C V 2 D I2
A
D
ch
l,
B
Zc
sh
l和C
=
sh
Zc
l
输电线就是对称的无源二端口网络，并可用
对称的等值电路来表示。
37
线路的传播常数和波阻抗
对于高压架空线输电线
lg Deq r
(S/km)
• 分裂导线
本节学习要求
熟记计算公式和公式中各参数的含义、单 位。
学会查表计算线路等值参数电阻、电抗、 电导和电纳。
30
2-2 架空输电线路的等值电路
一、输电线路的方程式
长线的长度范围定义 架空线路：>300km 电缆线路：>100km
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2-2 架空输电线路的等值电路
长线等值电路
z0 r0 jL0 r0 jx0 y0 g0 jC0 g0 jb0
影响因素：m1:材料表面光滑程度
m2:天气状况系数 空气的相对密度
2.89 103
p
材料半径
273 t
分裂情况
25
对于水平排列的线路，两根边线的电晕临界电压 比上式算得的值搞6%；而中间相导线的则低4%。
Vcr
49.3m1m2 r
lg
D r
kV
增大导线半径是减小电晕损耗的有效方法 220kV以下线路按照免电晕损耗选择导线半径 220kV以上采用分裂导线。
1
I 1
2
V 2
shl
Z c
2c
I Z chl 2c
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ห้องสมุดไป่ตู้
将上述方程同二端口网络的通用方程相比 可得：
V1
AV
2
B
I2
I1 C V 2 D I2
A
D
ch
l,
B
Zc
sh
l和C
=
sh
Zc
l
输电线就是对称的无源二端口网络，并可用
对称的等值电路来表示。
37
线路的传播常数和波阻抗
对于高压架空线输电线
lg Deq r
(S/km)
• 分裂导线
第二章电力系统等值电路
7
第二章
架空线路的参数计算
电A 感 D12
B
D23
C
A
D13
D13
A
1
B
2
C
3
C 3C 1A 2B
D12
B
D23
2B 3C 1A
I
II
III
第二章电力系统等值电路
8
第二章
架空线路的参数计算
电感
IaIbIC0
a I2 1 7 0 (Ialn D 1 S Ibln D 1 1 2Icln D 1 3)1 aI I2 1 70 (Ialn D 1 S Ibln D 1 2 3Icln D 1 1)2 aI I2 I 1 7( 0 Ialn D 1 S Ibln D 1 3 1Icln D 1 2)3
电容：反映带电导线周围的电场效应
第二章电力系统等值电路
3
第二章
架空线路的参数计算
电阻 （钢芯铝绞线，铜导线） 注：电缆及钢导线需查表
r
s
有色金属的直流电阻
(/公里）
长度为公里时每相导线的电阻：
Rr.l
( )
式中：S——导线的标称截面（mm2）
2r
P —— 导线的电阻率（）
P值略大，原因有3点见P8
P d1
A +q
d01 O
d2
d02
D
B
-q
当+q单独存在时：
VP1
q
2
ln
d0 1 d1
当-q单独存在时：
VP2
q 2
第二章电力系统等值电路
lnd02 d2
17
第二章
架空线路的参数计算
电容
电力系统分析-孙丽华主编-第二章电力系统各元件参数和等效电路
2023/5/20
3. 长线路的等值电路 指电压为330kV及以上、长度大于300km的架空线路。 ——应考虑分布参数特性。
图2-9 长线路的均匀分布参数等值电路
单位长度的阻抗和导纳分别为 z1r1 jx1，y1g1 jb1
长线路的基本方程（略去推导）为
cosh x
U
I
sinh
Zc
10
3
U
2 N
思考：变压器的空载试验
如何测试？
电纳BT：变压器的励磁功率 Q0 与电纳相对应，即
电抗XT：变压器的短路电压百分数为
Uk %
3IN ZT 100 UN
3IN XT 100 SN XT 100
UN
U
2 N
所以
XT
UN2Uk % 100SN
说明：UN 、SN的单 位分别为kV和MVA。
电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，它近
似等于变压器的空载损耗 P0，于是
GT
P0
2. 中等长度线路的等值电路 指电压为110～220kV、长度在100～300km的架空
线路。 ——采用π型（或T型）等值电路。
Z R jX Y G jB
图2-8 中等长度线路的等值电路
a）π型 b）T型
注意：这两种等值电路都只是电力线路的一种近似等值电路，相互之 间并不等值，因此两者之间不能用 Y 变换公式进行等效变换。
LGJ-400/50型导线，直径27.63mm铝线部分截面
积399.73mm2 ；使用由13片绝缘子组成的绝缘子
串，长2.6m，悬挂在横担端部。试求该线路单位
长度的电阻，电抗和电纳。
计算时取
1.线路电阻
导线额定 面积
3. 长线路的等值电路 指电压为330kV及以上、长度大于300km的架空线路。 ——应考虑分布参数特性。
图2-9 长线路的均匀分布参数等值电路
单位长度的阻抗和导纳分别为 z1r1 jx1，y1g1 jb1
长线路的基本方程（略去推导）为
cosh x
U
I
sinh
Zc
10
3
U
2 N
思考：变压器的空载试验
如何测试？
电纳BT：变压器的励磁功率 Q0 与电纳相对应，即
电抗XT：变压器的短路电压百分数为
Uk %
3IN ZT 100 UN
3IN XT 100 SN XT 100
UN
U
2 N
所以
XT
UN2Uk % 100SN
说明：UN 、SN的单 位分别为kV和MVA。
电导GT：变压器电导对应的是变压器的铁耗，它近
似等于变压器的空载损耗 P0，于是
GT
P0
2. 中等长度线路的等值电路 指电压为110～220kV、长度在100～300km的架空
线路。 ——采用π型（或T型）等值电路。
Z R jX Y G jB
图2-8 中等长度线路的等值电路
a）π型 b）T型
注意：这两种等值电路都只是电力线路的一种近似等值电路，相互之 间并不等值，因此两者之间不能用 Y 变换公式进行等效变换。
LGJ-400/50型导线，直径27.63mm铝线部分截面
积399.73mm2 ；使用由13片绝缘子组成的绝缘子
串，长2.6m，悬挂在横担端部。试求该线路单位
长度的电阻，电抗和电纳。
计算时取
1.线路电阻
导线额定 面积
第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算
' ' S (1 − 2 )
( (
SN 2 ) S2N SN min{ S 2 N , S 3 N SN 2 ) S 3N
'
S (2−3)
S ( 3 −1)
(
)2 }
（3）仅提供最大短路损耗的情况
R( S N )
2 ∆PS .maxVN = ×103 2 2S N
2 ∆PSiVN Ri = × 10 3 (i = 1,2,3) 2 SN
2.2.3 三绕组变压器的参数计算
（2）三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100） 三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100）
∆ PS (1 − 2 ) = ∆ P ∆ PS ( 2 − 3 ) = ∆ P ∆ PS ( 3 − 1 ) = ∆ P
2.2.3 输电线路的参数计算
1.电阻 电阻 有色金属导线单位长度的直流电阻： 有色金属导线单位长度的直流电阻： r = ρ / s 考虑如下三个因素： 考虑如下三个因素： （1）交流集肤效应和邻近效应。 ）交流集肤效应和邻近效应。 （2）绞线的实际长度比导线长度长 ～3 ％。 ）绞线的实际长度比导线长度长2～ （3）导线的实际截面比标称截面略小。 ）导线的实际截面比标称截面略小。 2 因此交流电阻率比直流电阻率略为增大： 因此交流电阻率比直流电阻率略为增大：铜：18.8 Ω ⋅ mm / km 铝：31.5 Ω ⋅ mm 2 / km 精确计算时进行温度修正： 精确计算时进行温度修正： rt = r20 [1 + α (t − 20)]
架空线路的换位问题
A B C C A B B C A A B C
目的在于减少三相参数不平衡 整换位循环： 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置，完成一次完整的循环。 都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。 滚式换位 换位方式 换位杆塔换位
( (
SN 2 ) S2N SN min{ S 2 N , S 3 N SN 2 ) S 3N
'
S (2−3)
S ( 3 −1)
(
)2 }
（3）仅提供最大短路损耗的情况
R( S N )
2 ∆PS .maxVN = ×103 2 2S N
2 ∆PSiVN Ri = × 10 3 (i = 1,2,3) 2 SN
2.2.3 三绕组变压器的参数计算
（2）三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100） 三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100）
∆ PS (1 − 2 ) = ∆ P ∆ PS ( 2 − 3 ) = ∆ P ∆ PS ( 3 − 1 ) = ∆ P
2.2.3 输电线路的参数计算
1.电阻 电阻 有色金属导线单位长度的直流电阻： 有色金属导线单位长度的直流电阻： r = ρ / s 考虑如下三个因素： 考虑如下三个因素： （1）交流集肤效应和邻近效应。 ）交流集肤效应和邻近效应。 （2）绞线的实际长度比导线长度长 ～3 ％。 ）绞线的实际长度比导线长度长2～ （3）导线的实际截面比标称截面略小。 ）导线的实际截面比标称截面略小。 2 因此交流电阻率比直流电阻率略为增大： 因此交流电阻率比直流电阻率略为增大：铜：18.8 Ω ⋅ mm / km 铝：31.5 Ω ⋅ mm 2 / km 精确计算时进行温度修正： 精确计算时进行温度修正： rt = r20 [1 + α (t − 20)]
架空线路的换位问题
A B C C A B B C A A B C
目的在于减少三相参数不平衡 整换位循环： 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置，完成一次完整的循环。 都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。 滚式换位 换位方式 换位杆塔换位
电力系统分析第二章
木塔—已不用 结 钢筋混凝土塔—单杆、型杆 构 铁塔—跨越，超高压输电、耐张、转角、换位
独根钢管—城市供电
直线杆塔—线路走向直线处，只承受导线自重 作 耐张杆塔—承受对导线的拉紧力 用 转角杆塔—用于线路转弯处 分 换位杆塔—减少三相参数的不平衡
终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端 跨越杆塔—跨越宽度大时，塔高：100—200米
2）分裂导线每相单位长度的电纳。
b1
2
fC1
7.58 lg Dm
106
req
式中，req为分裂导线的等值半径。
（4）电导。
电力线路的电导主要是由沿绝缘子的泄漏现象和 导线的电晕现象所决定的。
导线的电晕现象是导线在强电场作 用下，周围空气的电离现象。电晕现象 将消耗有功功率。
正常运行 时泄漏损 失可以忽
三、电力线路的等值电路
由于正常运行的电力系统三相是对称的，三相参数 完全相同，三相电压、电流的有效值相同，所以可用单 相等值电路代表三相。因此，对电力线路只作单相等值 电路即可。严格地说，电力线路的参数是均匀分布的， 但对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑。 这样，使其等值电路可大为简化，但对于长线路则要考 虑分布参数的特性。
导体周围的空气之所以会电离，是由于
略。
导线表面的电场强度超过了某一临界值，
以致空气原有的离子具有了足够的动能
撞击其他不带电分子使其离子化
Ecr 21.4m1m2
（2-28）
Ecr —电晕起始电场强度，kV； m1—导线表面的光滑系数，对表面完好的多股导线，m1 =0.83~0.966， 当股数在 20 股以上时， m1 均大于 0.9，可取 m1 =1； m2 —反映天气状况的气象系数，对于干燥晴朗的天气，取 m2 =l； —空气的相对密度，如当 b=7600Pa， t =20°C 时， =1；
独根钢管—城市供电
直线杆塔—线路走向直线处，只承受导线自重 作 耐张杆塔—承受对导线的拉紧力 用 转角杆塔—用于线路转弯处 分 换位杆塔—减少三相参数的不平衡
终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端 跨越杆塔—跨越宽度大时，塔高：100—200米
2）分裂导线每相单位长度的电纳。
b1
2
fC1
7.58 lg Dm
106
req
式中，req为分裂导线的等值半径。
（4）电导。
电力线路的电导主要是由沿绝缘子的泄漏现象和 导线的电晕现象所决定的。
导线的电晕现象是导线在强电场作 用下，周围空气的电离现象。电晕现象 将消耗有功功率。
正常运行 时泄漏损 失可以忽
三、电力线路的等值电路
由于正常运行的电力系统三相是对称的，三相参数 完全相同，三相电压、电流的有效值相同，所以可用单 相等值电路代表三相。因此，对电力线路只作单相等值 电路即可。严格地说，电力线路的参数是均匀分布的， 但对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑。 这样，使其等值电路可大为简化，但对于长线路则要考 虑分布参数的特性。
导体周围的空气之所以会电离，是由于
略。
导线表面的电场强度超过了某一临界值，
以致空气原有的离子具有了足够的动能
撞击其他不带电分子使其离子化
Ecr 21.4m1m2
（2-28）
Ecr —电晕起始电场强度，kV； m1—导线表面的光滑系数，对表面完好的多股导线，m1 =0.83~0.966， 当股数在 20 股以上时， m1 均大于 0.9，可取 m1 =1； m2 —反映天气状况的气象系数，对于干燥晴朗的天气，取 m2 =l； —空气的相对密度，如当 b=7600Pa， t =20°C 时， =1；
电力网各元件的等值电路和参数计算
m2：考虑气象状况的系数
干燥和晴朗的天气
m2＝ 1
有雨雪雾等的恶劣天气 m2＝0.8～1
r：导线的计算半径；
D：相间距离；
δ：空气的相对密度
2020/8/30
电力系统分析 第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算
24
当实际运行电压过高或气象条件变坏时，运行电压将超 过临界电压而产生电晕——计算等值电导
do1 do2
vp
q
2
ln
d2 d1
导线A的表面：d1＝r和d2＝D-r，D>>r，导线A的电位：
vA＝
q
2
ln
Dr r
q
2
ln
D r
2020/8/30
电力系统分析 第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算
29
2. 三相输电线路的等值电容
计算空间任意点的电位时均须考 虑三相架空导线和大地对电场的 影响。
❖ LGJ－120：钢芯铝绞线
2020/8/30
电力系统分析 第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算
6
避雷线
又称架空地线，架设在杆塔顶部，一根或二根，用于 防雷，110-220千伏线路一般沿全线架设。 架空送电线着雷时，可能打在导线上，也可能打在杆 塔上。
避雷线可以遮住导线，使雷尽量落在避雷线本身上， 并通过杆塔上的金属部分和埋设在地下的接地装置， 使雷电流流入大地。
H /m
轴间距离
2020/8/30
电力系统分析 第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算
14
2. 三相输电线路
a
1）三角形对称布置时：
a相磁链：
a Lia M (ib ic )
c
电力系统分析-第二章
分裂间距
21
输电线路的等值电路——输电线路参数
0 Deq La ln 2 Dsb
x 2f N L 0.1445 lg Deq Dsb km
• Dsb为分裂导线的每相自几何均距，随分裂根数不同而变化 • 对二分裂导线： • 对三分裂导线： • 对四分裂导线：
Dsb Ds d
电力系统分析
等值电路及参数
1
概述—— 本章内容 电力系统分析和计算的一般过程
首先将待求物理系统进行分析简化，抽 象出等效电路(物理模型)； 然后确定其数学模型，也就是说把待求 物理问题变成数学问题； 最后用各种数学方法进行求解，并对结 果进行分析。
2
课程内容安排
背景知识回顾 输电线路的等值电路 变压器的等值电路 发电机等值电路 负荷模型 电力网的等值电路
8
背景知识回顾
阻抗和导纳
正弦稳态情况下 +
I
+ + Z
I
U
Y
U
-
I
无源 线性 网络
def
U
-
U 阻抗 Z | Z | φz I def I 导纳 Y | Y | φy U
欧姆定律的相量 形式
9
背景知识回顾
阻抗和导纳
L + + uR - + uL - + uC u C i R R jw L - + UL + +U - +
或
I * U (U Y )* U U * Y * U 2Y * S U
14
输电线路的等值电路——输电线路
15
输电线路的等值电路——输电线路
电力系统分析第2章
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
4、开路试验求GT、BT
条件：一侧开路，另一侧加额定电压
空载损耗：
GT
P0 V2
N
103
(S)
空载电流百分比 I0%
有功分量Ig 无功分量Ib
I0
Ib
VN
3
BT
I0% I IN 010 0 I01 I% 0 IN 0Ib
%
I S 0 BT 100
2) 三相不对称布置时 将采取换位技术，使得三相电感一致。
1
D12 D31
2
D23
3
A
C
B
A
C
B
B
位置1
C
位置2
A
位置3
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
2) 三相不对称布置时 将采取换位技术，使得三相电感一致。
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
分别列写三段中a相磁链的表达式，并求平均，可得
短路试验求RT、XT
条件：令一个绕组开路，一个绕组短路，而在余下的一个 绕组施加电压，依此得的数据（两两短路试验）
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
1、由短路损耗求RT 1) 对于第Ⅰ类（100/100/100）
RT1 jXT1
-jBT GT I N
IN
P I R I R P P
3 2 3 2
Vs％－短路电压百分数
VS%
3INZT1003INXT100
VN
VN
△P0－空载损耗
P0VN2GT
I0％－空载电流百分数
I0%VN 3Y IT N100 VN 3B IN T100
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
电力系统分析第2章 电力网各元件的参数和等值电路
三绕组变压器
手册中查到的是两两绕组的短路电压 ，先求出每个绕 组的短路电压(short-circuit voltage)百分数，再计算 每个绕组的电抗，即:
U S1 % 1 2(U S (12) % U S (31) % U S (23) %) U S 2 % 1 2(U S (12) % U S (23) % U S (13) %) U S 3 % 1 2(U S (23) % U S (31) % U S (12) %)
2.3.2
三绕组变压器
三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种结构： 升压结构和降压结构，如图2.10所示。
由于绕组的排列方式不同，绕组间的漏抗不同，因而短
路电压也不同。
图2.10 三绕组变压器的排列方式
电力系统分析
2.3.2
三绕组变压器
导纳 三绕组变压器导纳的计算方法与双绕组变压器相同。
电力系统分析
长线路：
长线路的等值电路
指长度超过300km的架空线路和长度超过100km的 电缆线路。
图2.5 长线路的等值电路
电力系统分析
2.3 变压器的等值电路及参数
2.3.1 双绕组变压器(double-column transformer)
2.3.2
三绕组变压器(three-column transformer)
电力系统分析
2.1.4 电纳(susceptance)
三相电路经整循环换位后，每相导线单位长 度电纳的计算式如下。 1.单相导线线路电纳
b0 7.58 10 6 S / km Deq lg r
2.分裂导线线路电纳
b0 7.58 10 6 S / km Deq lg req
电力系统分析第二章
电力系统分析第二章（电网的正序参数和等值电路）总结电力系统正常运行时，系统的三相结构和三相负荷完全对称，系统各处电流和电压都对称，并且只含正序分量的正弦量。
系统不对称运行或发生不对称故障时，电压和电流除包含正序分量外，还可能出现负序和零序分量。
静止元件的负序分量参数和等值电路与正序分量完全相同 取负荷滞后功率因数运行时，所吸收的无功功率为正，感性无功 负荷超前功率因数运行时，所吸收的无功功率为负，容性无功 发电机滞后功率因数运行时，所发出的无功功率为正，感性无功 发电机超前功率因数运行时，所发出的无功功率为负，容性无功第一节：电力线路的数学模型一．电力线路的物理现象及电气参数用电阻R 来反映电力线路的发热效应，用电抗X 反映线路的磁场效应，用电纳B 来反映线路的电场效应，用电导G 来反映线路的电晕现象和泄漏现象。
（1）线路的电阻：考虑温度的影响则：（2）线路的电抗：.各相导线有自感，导线之间有互感。
用一相等值电路分析.三相导线间距离不等时，各相电感互不相等。
为使线路阻抗对称，每隔一段距离将三相导线进行换位最常用的电抗计算公式进一步可得到 ()()QP sin cos S U I 3θθU I 3I U3S i u *j j ~+=+=∠=-∠==ϕϕϕ [])20(120-+=t r r t αSr ρ=141105.0lg6.42-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+=r m r D f x μπ）导线单位长度的电抗（km x /1Ω-）或导线的半径（cm mm r - 1=-r r μμ数，对铜、铝，导线材料的相对导磁系）交流电频率（Hz f -还可以进一步改写为：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为0.40Ω/km分裂导线线路的电抗:分裂导线的采用改变了导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，减小了导线表面的电场强度，避免正常运行时发生电晕。
同时也减少了导线电抗(三)线路的电纳：在电力系统稳态分析中，将用一相等值电容来反映导线上的电荷与本相导线上的电压以及另外两相导线上的电压对他的影响线路电容： 线路电纳： 架空线路的电纳变化不大，一般为2.85×10-6S/km分裂导线线路的电纳：（四）线路的电导：对于110V 以下的架空线路，与电压有关的有功功率损耗主要是由绝缘子泄漏电流引起的。
电力系统分析第二章
（a)等边三角形排列 a)等边三角形排列
（b)水平排列 b)水平排列
2.分裂导线的单位长度电抗 2.分裂导线的单位长度电抗 在330kV以上的电压等级架空线中，为 330kV以上的电压等级架空线中，为 避免发生电晕，常将每相导线用同规格的、 相互间隔一定距离的数根导线架设，并每隔 一定距离用金属间隔棒支撑数根导线，组成 分裂导线架空线路。普通分裂导线的分裂根 数一般不超过4，每根导线称为次导线或子 导线，布置在正多边形 的边长
电力系统分析
王东梅
第二章 电力系统的计算基础
2.1 架空输电线路的参数及其等效电路 电力线路包含架空线和电缆线路两大类， 主要参数为电阻、感抗、电导、容纳。 电缆线路与架空线在结构上是截然不同的， 电缆的三相导线间的距离很近，绝缘介质 不是空气，绝缘层外有铝包或铅包，最外
层还有钢铠。这样电缆的参数计算较复杂， 一般都是从手册中查，不必计算。所以，我 们只介绍架空线的计算。 2.1.1 架空线路的参数计算 一、概述 电阻：反映线路有功功率损失； 电感：反映载流导线产生磁场效应；
故铜和铝做材料的单导线计算式为
x0 = 0.1445 lg D jj r + 0.0157 ( / km )
当三相导线间的距离分别为D 当三相导线间的距离分别为 DAB 、 DBC 、 DCA，Djj的计算公式为 CA，
Djj = 3 DABDBCDCA
当三相导线为等边三角形排列时，几何均距 Djj=D，若是水平排列，则几何均距Djj=1.26D =D，若是水平排列，则几何均距D
2
/ km ；
S 为导线的标称截面积，单位为
mm
2
；
若线路温度为20C 若线路温度为20C ，导线长度是L(km),则 导线长度是L(km),则 每相导线的电阻为
第二章-电力系统的等值网络
采用分裂导线或扩径导线。
电晕的危害：
电晕不仅损耗有功功率，还产生噪音，空气放电 时产生的脉冲电磁波对无线电通信、电视接收等 产生干扰，使导线表面发生腐蚀，降低导线的使 用寿命。
15
2024/7/17
5、输电线路的等值电路
说明：
线路的四个参数实际上是沿线路均匀分布的， 为简化计算，工程上按照线路的长度，将其分 为短线路、中等长度线路、长线路，对短线路、 中等长度线路，用集中参数等值电路表示，对 长线路计及分布参数的特性。
截面积为240mm2
分裂导线的作用：减少导线的电晕损耗
减少导线的电抗
3
2024/7/17
木杆
杆塔
钢筋混凝土杆
铁塔
耐张杆塔（承力杆塔） 直线杆塔（中间杆塔、用得最多） 转角杆塔 终端杆塔 特殊杆塔（跨越杆塔、换位杆塔）
4
2024/7/17
档距---架空线路相邻杆塔间的水平距离
钢筋混凝土杆---150~400米 （110KV~220KV）
注意：当三相导线为非正三角形布置时，由于各相导线相互间 在几何位置上不对称，即使通过平衡的三相电流，三相中各相 导线的感抗值也不相等，为使三相导线的感抗值相等，输电线 路的各相导线必须进行换位。目前对电压在110KV以上，线路 长度在100公里以上的输电线路一般均需要进行完全换位。
12
2024/7/17
27
2024/7/17
结构： 铁芯、绕组、油箱、引出线、绝缘套管、分接 开关、冷却系统、保护装置
铭牌参数： 额定容量、额定电压、短路电压百分值、空载 电流百分值、短路损耗、空载损耗等
28
2024/7/17
变压器
型号
高压绕组电压等级（KV） 额定容量（kVA） 设计序号 产品型号
电晕的危害：
电晕不仅损耗有功功率，还产生噪音，空气放电 时产生的脉冲电磁波对无线电通信、电视接收等 产生干扰，使导线表面发生腐蚀，降低导线的使 用寿命。
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5、输电线路的等值电路
说明：
线路的四个参数实际上是沿线路均匀分布的， 为简化计算，工程上按照线路的长度，将其分 为短线路、中等长度线路、长线路，对短线路、 中等长度线路，用集中参数等值电路表示，对 长线路计及分布参数的特性。
截面积为240mm2
分裂导线的作用：减少导线的电晕损耗
减少导线的电抗
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木杆
杆塔
钢筋混凝土杆
铁塔
耐张杆塔（承力杆塔） 直线杆塔（中间杆塔、用得最多） 转角杆塔 终端杆塔 特殊杆塔（跨越杆塔、换位杆塔）
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档距---架空线路相邻杆塔间的水平距离
钢筋混凝土杆---150~400米 （110KV~220KV）
注意：当三相导线为非正三角形布置时，由于各相导线相互间 在几何位置上不对称，即使通过平衡的三相电流，三相中各相 导线的感抗值也不相等，为使三相导线的感抗值相等，输电线 路的各相导线必须进行换位。目前对电压在110KV以上，线路 长度在100公里以上的输电线路一般均需要进行完全换位。
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结构： 铁芯、绕组、油箱、引出线、绝缘套管、分接 开关、冷却系统、保护装置
铭牌参数： 额定容量、额定电压、短路电压百分值、空载 电流百分值、短路损耗、空载损耗等
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变压器
型号
高压绕组电压等级（KV） 额定容量（kVA） 设计序号 产品型号
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三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；
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；
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； 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。
杆塔：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。 杆塔的分类 按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。 按用途分：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。 横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担
1 x 1 x x x U chx Z I shx (e e )U 2 (e e ) Z C I 2 2 C 2 2 2 （2-24）
1 1 x )e x I (U 2 Z C I 2 )e (U 2 Z C I 2 2 2
2.1.2 输电线路的参数计算
1．架空线路的参数计算 电阻：反映有功功率损耗
S 导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为：
导线单位长度直流电阻为： r1
应考虑集肤效应和邻近效应的影响； 导线为多股绞线，每股导线的实际长度比线路长度大(2%);
导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。
2．电缆线路
电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。 分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是
圆形的；三芯或四芯电缆的导
体截面除圆形外，更多是采用 扇形，如图2-3所示。
图2-3 扇形三芯电缆
1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被
2）长输电线路的集中参数等值电路
. .
. .
I1
.
Z
Y 2
'
I2
Y 2
.
I1
.
I2
Y
'
U1
U2
U1
Z 2
Z 2
.
U2
图2-7 长线路的等值电路 (a) П型等值电路；(b) Τ型等值电路
只研究П型等值电路，求 Z 、 Y
Y Y Z I 由等值电路(a) U1 U 2 Z ( I 2 U 2 ) U1 ( Z 1)U 2 2 2 2
1 1 x x x x (e e )U 2 (e e ) I 2 2Z C 2 U chx 2 shx I 2 ZC
（2-25）
式（2-24）、（2-25）又可写成矩阵形式 AD-BC=1 二端口的外部特性可用 3个参数确定，则该无源 ch x Z sh x C U U 二端口可表示为 3 个阻抗（导纳）的组合 2 sh x （2-26） ch x I2 I ZC A=D ，符合对称二端口网络特点，输电线路可看成是对称无 源二端口。可用对称的T型或π型等值电路表示。 当x= l时，可得首端电压和电流的表达式 l Z CB shl A ch U U 2 1 返回P27 l sh ch l I C D （2-27） I1 Z C 2 P31
2 2 31 . 5 mm / km 18 . 8 mm / km 通常取 Cu ; Al
S为导线载流部分的标称截面，mm2（对于钢芯铝线指铝线 部分的截面积）
集肤效应又叫趋肤效应,当交变电流通过导体时, 电流将集中在导体表面流过,这种现象叫集肤效 应。是电流或电压以频率较高的电子在导体中传 导时,会聚集于总导体表层,而非平均分布于整个 导体的截面积中。 邻近效应——当高频电流在两导体中彼此反向流 动或在一个往复导体中流动时，电流会集中于导 体邻近侧流动的一种特殊的物理现象。 导体内电流密度因受邻近导体中电流的影响而分 布不均匀的现象。
工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值 r1，则 R r1l 需要指出：手册中给出的 r1值，是指温度为20℃时的导线电阻， 当实际运行的温度不等于20℃时，应按下式进行修正：
rt r20 1 (t 20)
式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取 0.0036（1/℃）。 电抗： 每相导线单位长度的等值电抗为： 反映载流导线周围产生的磁场效应。
图2-1 架空线路的结构
导线和避雷线：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。
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。 导线的结构型式：除低压配电线路使用绝缘导线外，一般用 裸导线。其结构有三种：单股线、一种金属的多股绞线和钢芯 铝绞线三种，如图2-2所示。
ZC r1 jx1 g1 jb1
.
(2 22)
(2 23)
zy
1
1
j 称为线路传播常数；
z y
1
1
称为线路的特性阻抗；
稳态解中的常数C1、C2可由线路的边界条件确定
U 、I I 当x=0时， U 2 2
由通解方程式
C C U 2 1 2
图2-7 π型或T型等效电路
a）π型 b）T型
3.长线路的等值电路 长度超过300km的架空线路和长度超过100km的电缆线路。 1）长距离输电线路的稳态方程 设长为l的输电线路其参数沿线均匀分布，单位长度阻抗和 导纳分别为 z1 r1 jx1 y1 g1 jb1 在距离线路末端x处取一微段dx。作出等值电路
1. 短电力线路 一字型等效电路 ： 用于长度不超过 100km的架空线路（35kV及以下）和线
路不长的电缆线路（10kV及以下）。
图2-6 一字型等效电路
2. 中等长度线路 π型或T型等效电路： 用于长度为100～300km的架空线路 （110～220kV）和 长度不超过100km
的电缆线路（10kV 以上）。
第二章
电力系统元件参数和等值电路
电力线路参数和等值电路
第一节
第二节 变压器、电抗器的参数和等值电路
第三节
电力网络的等值网络
2.1 电力线路参数计算和等值电路 2.1.1 电力线路的结构 1．架空线路 架空线路主要由导 线、避雷线（即架空地
线）、杆塔、绝缘子和 金具等部件组成，如图 2-1所示。
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 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。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。
当线路电压高于电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与 算电晕临界电压；220kV以上的超高压输电 线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导 电晕相对应的导线单位长度的等值电导（ S/km）为：
线的等值半径，提高电晕临界电压
应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验
g1
Pg U
2
10 3
因此， G g1l
Pg 为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。 式中，
注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路 时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似
认为 G 0 。
2.2 电力线路的等值电路
正常运行时电力系统三相是对称的，三相参数完全相同， 可用单相等值电路代表三相。 输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，参数 计算复杂。通常对于中等长度以下的电力线路可按集中参 数来考虑以简化计算，而对于长线路，这种转化就不精确。
U C1ex C2e x
C1 I ZC
.
e
x
C2 ZC
eБайду номын сангаас
x
C1 C2 I 2 ZC
从而有
.
1 C1 (U 2 ZC I 2 ) 2
1 C2 (U 2 Z C I2 ) 2
将此式代入式（2-22）、（2-23）中，便得
U 1 )ex 1 (U Z I )e x (U 2 Z C I 2 2 C 2 2 2
u0 Deq x1 2πfL 2πf ln / km 2π Ds
式中， Ds为导线的自几何均距（m),Deq为三相导线的线间互几 何均距（ m）。 分裂根数越多，电抗下降越多。一般不超过 4根。 分裂导线
x1 0.1445lg
Deq Dsb
/ km
Deq 3 sab sbc sca
和瓷横担三种。
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。
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 缘距离；金具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针式、悬式和棒式三种。 针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小
转角杆塔上。 悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7 片串接）。 棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以 下线路应用比较广泛。
通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右，则 X x1l 电纳： 三相导线的相与相之间、相与地之间具有分布电容， 当线路上施加三相对称交流电时，电容将形成电纳。 三相导线对称排列，单位长度的电纳（S/km）为： 7.58 b1 C 2 fC 106 S/km Deq lg req 一般架空线路b1的值为 2.8 10 6 S/km左右，则 B b1l 电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导 电导： 线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗 。