电力网等值电路.ppt

电力系统分析PowerSystemAnalysis,主讲人：孙醒涛,第二章电力系统各元件的数学模型,1、电力线路的参数和数学模型2、变压器的参数和数学模型3、发电机的数学模型4、电抗器和负荷的数学模型5、标么制和电力网等值电路,电力线路,架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具,电缆线：导线、绝缘层、保护层,2.1电力线路的参数和数学模型,一.线路的结构,1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具,1、导线,要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强,铝L常用，机械强度不够，钢芯铝线,材料,钢G导电性差，做避雷线,铜T最好，但贵,铝合金HL,2.1电力线路的参数和数学模型,结构,多股线绞合J,排列：1、6、12、18,普通型：LGJ铝/钢比5.66.0,加强型：LGJJ铝/钢比4.34.4,轻型：LGJQ铝/钢比8.08.1,LGJ-400/50数字表示截面积,扩径导线K,扩大直径，不增加截面积LGJK-300相当于LGJQ-400,和普通钢芯相区别，支撑层6股,分裂导线每相分成若干根，相互之间保持一定距离400-500mm,防电晕，减小了电抗，电容增大,2.1电力线路的参数和数学模型,四分裂导线,结构,木塔已不用,2.杆塔,钢筋混凝土塔单杆、型杆,铁塔用于跨越，超高压输电、耐张、转角、换位。独根钢管城市供电,作用分,直线杆塔线路走向直线处，只承受导线自重,耐张杆塔承受对导线的拉紧力,转向杆塔用于线路转弯处,换位杆塔减少三相参数的不平衡,跨越杆塔跨越宽度大时，塔高：100200米,终端杆塔只承受一侧的耐张力，导线首末端,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,A,B,C,2.1电力线路的参数和数学模型,2.1电力线路的参数和数学模型,3.绝缘子和金具,绝缘子,要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀,材料：瓷质与玻璃质元件,类型：针式（35KV以下），悬式（35KV以上）,片数：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV,37131924,金具,作用：连接导线和绝缘子,线夹：悬重、耐张,导线接续：接续、联结,保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线,绝缘保护：悬重锤,针式绝缘子,悬式绝缘子,导体绝缘层保护层,2.电缆线路,本书无如特殊说明所有功率指三相总功率、电压均指线电压、电流均为线电流。功率、电压和电流关系如下：,滞后电流对应正的无功功率，即感性无功功率取正值；超前电流对应负的无功功率，即容性无功功率取负值；,对于阻抗和导纳采用如下约定：阻抗：不管是容性还是感性，表示为；电纳表示为。,容性还是感性取决于X和B本身取值的正负。,XB感性取正值取负值容性取负值取正值,一、输电线路的参数,电阻：反映导线的电阻对电流的阻碍作用；电抗：反映线路中电流的变化在导体中产生的感应电动势对电流的阻碍作用；电纳：反映线路之间和线路对地电容的作用；电导：反映线路沿绝缘子的泄露损耗和电晕损耗。,二、单位长度电力线路的参数,1、电阻,r1=/s,S截面积mm2,单位：mm2/km,一般是查表rt=r20(1+(t-20),钢线电阻：导磁集肤、磁滞效应交流电阻直流电阻，和电流有关查手册,电阻率,铜：18.8铝:31.3,与温度有关,2、电抗,物理意义：导线通交流电，产生磁场自感、互感,外电抗,内电抗,对数关系：导线截面和布置无显著影响，一般0.4/km,正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D,分裂导线：改变磁场，增大了半径，减少了电抗,3、电纳,物理意义：导线通交流电，产生电场容感,对数关系：变化不大，一般2.8510-6S/km,分裂导线：增大了等效半径，电纳增大，用req替代r计算,Dm与r的意义与电抗表达式一致,4、电导,物理意义,绝缘子表面泄露很小，忽略,实测损耗，计算电导，一般忽略,110KV9.6mm,空气电离电晕损耗，临界电压Ucr，好天不产生，坏天可有,规定最小直径,220KV21.28mm,330KV32.2mm分裂导线,电缆参数计算复杂，查手册,注意,输电线路的电气参数沿线路是均匀分布的，严格的说输电线路的等值线路也应该是均匀的分布参数等值电路；但这样计算很复杂，故仅在计算距离大于300km的超高压输电线路才用分布参数表示输电线路，其它的用集中参数。三项对称运行时，用一相等值电路代表三相。,三、电力线路的等值电路,一般线路的均匀分布参数等值电路（正常运行时忽略g）,1.短输电线路：电导和电纳忽略不计长度=100km电压60kV以下短的电缆线线路阻抗,短线路的等值电路,2.中等长度的输电线路110kV220kV架空线：100km300km电缆：100km线路电纳忽略不计参数：可作出型等值电路和T型等值电路,2.2变压器的数学模型,变压器的实际图片,变压器内部绕组,一、双绕组变压器,1、理想变压器,I1n1=I2n2I2=kI1,u1/n1=u2/n2u2=u1/k,k=n1/n2,特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流,2、实际变压器,通过短路和开路试验求RT、XT、BT、GT,3、短路试验求RT、XT,条件：一侧短路，另一侧加电压使短路绕组电流达到额定值,短路损耗：,注意单位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）,如UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）时,短路电压百分比,UN（KV）、SN（MVA）,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：,空载电流百分比I0%,有功分量Ig,无功分量Ib,基本公式,二、三绕组变压器,参数的求法与双绕组相同,注意,三绕组容量比不同,各绕组排列不同,导纳的求法与双绕组相同,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）,1、由短路损耗求RT,对于第类（100/100/100）,对于第类（100/50/100）第类（100/100/50）,试验时小绕组不过负荷，存在归算问题，归算到SN,对于（100/50/100）,对于（100/100/50）,代入可计算,只给出一个最大短路损耗Pkmax时（两个100%绕组间短路）,2、由短路电压百分比求XT（制造商已归算，直接用）,排列不同，阻抗不同，中间绕组最小，甚至为负，一般取0,三、自耦变压器,特点：电阻小、损耗小、运行经济、结构紧凑、电抗小、输送容量大、重量轻、便于运输,接线：Y0/Y0/，第三绕组容量比额定容量小,参数,旧标准,损耗未归算,电压%未归算,新标准,最大短路损耗,归算的电压%,解：1）先对与容量较小绕组有关的短路损耗进行折算,2）计算各绕组的短路损耗,3）计算各绕组的电阻,4）计算各绕组的电抗：短路电压,各绕组的电抗为,变压器电导电纳及功率损耗,在等值电路参数中，有时会出现一个电抗为不大的负值现象（常做0处理）。负值都出现在中间位置的绕组上，原因是处于其两侧绕组的互感作用很强，超过了绕组的自感作用。,2.3发电机的数学模型,一、数学模型,电阻：小，忽略,电抗：,等值电路,唯一的注入功率元件,调负荷原动机转速（汽门、导水翼）调电压励磁,二、同步发电机的允许运行范围,Eqn,Xd,IN,UN,IN,UN,Eqn,jINXd,2.3发电机的数学模型,一、电抗器,电阻：小，忽略,电抗：,等值电路：,高电压等级可用于低电压等级，不用SN,二、负荷,以功率表示：,以阻抗和导纳表示：,一、多电压等级网络中参数和变量的归算（有名值）,电力线、变压器等值电路级联成电力网等值电路,注意：多级电压网存在一个不同电压级之间的归算问题,变压器的参数与UN有关，归算到哪一侧，值不同,变压器的负载阻抗归算到某一侧时，和变比平方有关,要级联等值电路，须将不同电压级下的阻抗、导纳、电压、电流归算到同一级基本级（取电网最高电压）,归算,2.5标么制和电力网等值电路,K的取值,分子是向着基本级一侧的电压,K的计算,分母是向着待归算一侧的电压,手算实际变比,计算机先取线路额定电压比值，然而再修正,220KV,500KV,110KV,35KV,10KV,T1,35/11,如需将10KV侧的参数和变量归算至500KV侧，则变压器T-1、T-2、T-3、的变比k1、k2、k3应分别取35/11、110/38.5、500/121,高压K大低压K小,例题：电力网接线如图所示，图中各元件的技术数据见表1、表2，试作出归算到110KV侧和6KV侧的电网等值电路,k1,L1,L2,表1:,表2:,解:变压器的电阻、导纳，线路的电导都略去不计,归算到110KV侧,变压器T1的电抗：,变压器T2的电抗：,线路L1的电阻、电抗和电纳为：,线路L2的电阻、电抗为：,归算到6KV侧,二、标幺值（标么值）,1、定义：标幺值=,有名值（欧、西、千伏、千安、兆伏安）,基准值（与对应有名值的量刚相同）,标幺值没有单位的相对值参数,三相与单相公式一致,结果清晰,易于判断结果对否,简化计算,无量刚，概念不清,若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为UB，IB，SB，ZB，相应的标幺值如下：,2、基准值的选取,基准值的单位与对应有名值的单位相同,各种量的基准值之间应符合电路的基本关系,五个量中任选两个，其余三个派生，一般取SB，UB，SB总功率或某发、变额定功率，UB基本级电压,练习：推导用UB和SB表示的I*,Z*和Y*,3不同基准值的标幺值间的换算（重点）把标幺阻抗还原成有名值：新基准值下的标幺值：电抗器的换算公式：,*4、电力系统的标幺值等值电路的制定,多电压等级系统仍存在归算问题，有两种求法,归算有名值,指定基本级，将其它级有名值归算到基本级,指定一套基本级下的基准值,用标幺值定义求,归算基准值（就地归算）,将基准值归算到各电压级，形成相应基值,在基本级下指定一套基准值,各电压级参数除以本级下的基值,三、端部条件完全等值的变压器模型,目标：端部条件与实际电路中的值相等（不需归算）的等值电路,1、双绕组,理想变压器,1:k,推导目的：等值电路中端部条件（，）（，）不变变压器参数受变比影响,折算到1侧的双绕组变压器等值电路,折算到2侧的双绕组变压器等值电路,变压器非标准变比（变比标幺值）k*,2、三绕组变压器的等值模型,三绕组可用二绕组方法推出,例题2-5，见书46页,推导过程：从1-1，2-2之间等值，将导纳支路拿出去,如果双端口网络用型表示（且YT=1/ZT）,变压器型等值电路,等值电路支路以阻抗表示,试推导：,没有理想变压器，如何反映升降压？,解：变压器参数折算到高压侧,例2-5容量50MVA的三绕组变压器，三个绕组容量比100/100/100，额定电压为110/38.5/11kV,1-2,1-3,2-3绕组之间短路电压百分比10.55%,18%,6.5%,忽略电阻和励磁导纳，高压1和中压2绕组分别在+2.5%和-2.5%分接头上运行。取SB=100MVA，三个绕组三侧网络额定电压为110、35、10kV作为相应侧的基准电压，做出其带变比的标幺值等值电路和型等值电路。解：,高中低三相绕组电抗折算到低压侧的标幺值分别为,高压绕组1对低压绕组3的变比标幺值为,中压绕组2对低压绕组3的变比标幺值为,高压绕组1的型等值电路参数如下：,中压绕组2的型等值电路参数如下：,低压绕组3的型等值电路参数：ZT3=j0.1694,3、应用：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。,一些常用概念,实际变比kk=UI/UIIUI、UII:分别为与变压器高、低压绕组实际匝数相对应的电压。标准变比kN有名制：归算参数时所取的变比kN=UIN/UIIN标幺制：归算参数时所取各基准电压之比非标准变比k*k*=k/kNUIINUI/UIIUIN,四、电力系统的等值电路制订,1、决定是用有名值，还是用标幺值,2、变压器的归算问题,容量不相同时,电压等级归算,采用型和T型,采用型不归算,3、适当简化处理,变压器导纳支路以