第07章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路.ppt

HuazhongUniversityofScienceandTechnology,电力系统分析(I),石东源dongyuanshi,2012-2013学年度第一学期,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用7-2同步发电机的负序和零序电抗7-3变压器的零序等值电路及其参数7-4架空输电线路的零序阻抗及其等值电路7-5架空输电线路的零序电纳7-6综合负荷的序阻抗7-7电力系统各序网络的制定,第七章电力系统各元件的序阻抗和等值电路,1.不对称三相量的分解对称分量,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,1.不对称三相量的分解对称分量,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,1.不对称三相量的分解对称分量,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,1.不对称三相量的分解对称分量,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,1.不对称三相量的分解对称分量分解,以a相为基准相,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,唯一变换,1.不对称三相量的分解对称分量分解,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,2.序阻抗的概念三相对称电路,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,2.序阻抗的概念定义,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,3.对称分量法在不对称短路计算中的应用,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,3.对称分量法在不对称短路计算中的应用,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,3.对称分量法在不对称短路计算中的应用,基本前提：三相参数对称各序分量独立线性网络叠加原理,基本方法：用一组不对称电势源代替故障口的结构不对称,+,然后对称分量分解,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用,3.对称分量法在不对称短路计算中的应用,7-1对称分量法在不对称短路计算中的应用7-2同步发电机的负序和零序电抗7-3变压器的零序等值电路及其参数7-4架空输电线路的零序阻抗及其等值电路7-5架空输电线路的零序电纳7-6综合负荷的序阻抗7-7电力系统各序网络的制定,四类元件：发电机、变压器、线路和负荷序阻抗：序电压与序电流之比正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗旋转的元件，如发电机和电动机，负序阻抗与正序阻抗不同静止的元件，如变压器和输电线路，负序阻抗与正序阻抗相同零序阻抗，与网络结构有关，星型连接，并且有中性线接地，才可能有零序电流重点是变压器和线路的零序阻抗，制定零序网,7-2同步电机的负序和零序电抗,正序：同步电机在对称运行时，只有正序电势和正序电流，此时的电机参数就是正序参数。xd、xd、xd、xq、xq均为正序参数（x1）。这些参数可以直接用于故障后分解得到的正序网络中。,负序：负序磁场相对转子反方向2倍速旋转，转子纵横轴的不对称造成磁阻成为时变量，负序阻抗也成为时变量。从定子绕组看进去，当负序磁场对正纵轴和横轴时，得到的等值电路分别为：,对有阻尼绕组发电机，x2在xd、xq之间对无阻尼绕组发电机，阻尼绕组断开，x2在xd、xq之间,7-2同步电机的负序和零序电抗,I2引发的电磁过程：不对称短路时，定子绕组中将出现负序基频电流，感应出负序旋转磁场，该磁场相对转子以2倍同步转速反向旋转。为了抵消这个附加磁场的作用，维持磁链守恒，转子绕组中必出现2倍同步频率的交变电流，产生2倍频率的脉振磁场。该脉振磁场又可分解为相对转子正向2倍速旋转和反向2倍速旋转磁场的叠加，反向2倍速旋转的磁场相对于定子电流产生的负序磁场相对静止，起抵消的作用。正向2倍速旋转的磁场相对定子绕组以3倍速正向旋转，感应出3倍基频的正序电势，当定子绕组及外部电路连接允许3倍频电流流通，将产生3倍频的正序电流。,7-2同步电机的负序和零序电抗,I2引发的电磁过程：不对称短路的情况下，3倍基频的正序电势还将激励出3倍基频的负序电流。3倍基频的负序电流感应出相对定子3倍同步转速反向旋转的负序磁场，该磁场相对转子为4倍同步转速反向旋转。为了抵消这个附加磁场的作用，维持磁链守恒，转子绕组中必出现4倍同步频率的交变电流，产生4倍频率的脉振磁场，该脉振磁场又可分解为相对转子正向4倍速旋转和反向4倍速旋转磁场的叠加。反向4倍速旋转的磁场相对于定子电流产生的3倍频负序磁场相对静止，起抵消的作用。,7-2同步电机的负序和零序电抗,I2引发的电磁过程：正向4倍速旋转的磁场相对定子绕组以5倍速正向旋转，感应出5倍基频的正序电势。该电势必将感应出5倍基频的正负序电流。则在定子中7、9等奇次谐波的电势和电流同理感生，在转子中，6、8等偶次谐波电流同理感生。可见，基频负序电流在定子绕组中派生出一系列奇次谐波电流，在转子绕组中派生出一系列偶次谐波电流。,7-2同步电机的负序和零序电抗,非周期分量引发的电磁过程：不对称短路时，定子绕组中也可能出现非周期分量，近似看成直流分量。感应出空间静止的磁场，该磁场相对转子以同步转速反向旋转。为了抵消这个附加磁场的作用，维持磁链守恒，转子绕组中必出现同步频率的交变电流，产生基频的脉振磁场，该脉振磁场又可分解为相对转子正向1倍速旋转和反向1倍速旋转磁场的叠加，反向1倍速旋转的磁场相对于定子非周期电流产生的空间磁场相对静止，起抵消的作用。正向1倍速旋转的磁场相对定子绕组以2倍速正向旋转，感应出2倍基频的正序电势。将产生2倍频的正序电流。,7-2同步电机的负序和零序电抗,非周期分量引发的电磁过程：不对称短路的情况下，2倍基频的正序电势还将激励出2倍基频的负序电流。2倍基频的负序电流感应出相对定子2倍同步转速反向旋转的负序磁场，该磁场相对转子为3倍同步转速反向旋转。为了抵消这个附加磁场的作用，维持磁链守恒，转子绕组中必出现3倍同步频率的交变电流，产生3倍频率的脉振磁场，该脉振磁场又可分解为相对转子正向3倍速旋转和反向3倍速旋转磁场的叠加，反向3倍速旋转的磁场相对于定子电流产生的2倍频负序磁场相对静止，起抵消的作用。,7-2同步电机的负序和零序电抗,非周期分量引发的电磁过程：正向3倍速旋转的磁场相对定子绕组以4倍速正向旋转，感应出4倍基频的正序电势。该电势将生成4倍基频的正负序电流。则在定子中6、8等偶次谐波的电势和电流同理感生，在转子中，5、7等奇次谐波电流同理感生。可见，零序电流在定子绕组中派生出一系列偶次谐波电流，在转子绕组中派生出一系列奇次谐波电流。,7-2同步电机的负序和零序电抗,可见，在定子负序和非周期电流的共同作用下，定子绕组和转子绕组中都将派生出一系列高次谐波电流。简化处理：取发电机负序机端电压的基频分量与负序电流基频分量的比值作为计算电力系统基频短路电流时的发电机负序阻抗。,7-2同步电机的负序和零序电抗,定子绕组通过基频零序电流时，各相电枢电势大小相等，相位相同，空间相差120度，在气隙中的合成磁势为0，所以，发电机的零序电抗仅由定子线圈的等值漏磁通确定（与绕组的结构型式有关）。零序电抗的变化范围大致为x0=(0.150.6)xd,7-2同步电机的负序和零序电抗,确定发电机负序电抗的等值电路和计算公式,表7-2同步电机负序和零序电抗的典型值,电机类型,汽轮发电机,有阻尼绕组水轮发电机,电机类型,无阻尼绕组水轮发电机,同步调相机、大型同步电动机,7-2同步电机的负序和零序电抗,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路,1.普通变压器的零序等值电路结论1,(1)电路结构相同变压器的一相等值电路反应了原副方的电磁耦合关系，对各序电流这种耦合关系相同。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(2)各序漏电抗相等等值电路中采用漏电抗压降表示漏磁通感生的电势，漏电抗数值取决于对应的漏磁通路径的磁导率，绕组通过各序电流，其漏磁通路径相同，并且磁导率为常数，x(1)=x(2)=x(0)。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路结论2,(3)零序励磁电抗（激磁电抗）与变压器铁芯结构相关变压器主磁通感生的电势用励磁电抗压降表示，励磁电抗数值取决于主磁通路径的磁导率。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路结论3,(3.1)绕组通过正序或者负序电流，主磁通路径都是铁芯，xm(1)=xm(2)，并且磁导率远大于漏磁通路径，因此xm(1)远大于x(1)。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路结论3,(3.2)绕组通过零序电流，三相三柱式变压器零序主磁通路径只能沿铁芯和空气构成回路，磁导率与漏磁通路径相当，因此xm(0)xm(1)；其他铁芯结构，xm(0)=xm(1)。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,1.普通变压器的零序等值电路结论3,判断是否能联接的依据：I0流过的路径是否畅通影响因素：联接组（绕组接线形式）中性点接地方式从三个方面判断：(1)外加电压能否作用到绕组（U0加在相线与地线之间）(2)电势能否作用到外电路(3)接法：零序等值中性点,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(1)外加电压能否作用到绕组（U0加在相线与地线之间）,YN接法,U0可以产生零序电流。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,(1)外加电压能否作用到绕组（U0加在相线与地线之间）,Y接法,U0不可以产生零序电流。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,(1)外加电压能否作用到绕组（U0加在相线与地线之间）,接法,U0不可以产生零序电流。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,(2)电势能否作用外电路,YN接法,E0可以产生零序电流。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,(2)电势能否作用外电路,Y接法,E0不可以产生零序电流。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,(2)电势能否作用外电路,接法,E0不可以产生零序电流。,故障支路流过的电流：,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,接法绕组的绕组外电路短接时，外电路的电流为零。则外电路的三相连接线等效于与变压器绕组断开。但此时三角形环路中有环流：绕组线电压为零。,(3)接法：零序等值中性点,相当于直接短接该侧绕组，短接到中性点上。是否与地构成通路看Y侧中性点是否接地。,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,等效开关电路,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接举例,7-3变压器的零序等值电路及其参数,2.变压器的零序等值电路与外电路的联接举例,7-3变压器的零序等值电路及其参数,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路,7-3变压器的零序等值电路及其参数,双卷变,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路典型,7-3变压器的零序等值电路及其参数,双卷变,7-3变压器的零序等值电路及其参数,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路典型,三卷变,7-3变压器的零序等值电路及其参数,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路典型,7-3变压器的零序等值电路及其参数,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路典型,三卷变,7-3变压器的零序等值电路及其参数,3.中性点有接地阻抗的变压器零序等值电路典型,三卷变,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,自耦变压器的特点：(1)原副方之间有直接的电气联系(2)中性点入地电流取决于原副方零序电流(3)中性点接地阻抗对各侧绕组零序参数均有影响(4)中性点不接地也可能通过零序电流,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(1)中性点直接接地的双绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(2)中性点直接接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,中性点经阻抗接地的自耦变压器，其零序等值电路中，各侧等值阻抗，均含有与中性点接地电抗相关的附加项。,(3)中性点经电抗接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,(4)中性点不接地的三绕组自耦变压器,4.自耦变压器的零序等值电路及其参数,7-3变压器的零序等值电路及其参数,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,1.单导线大地回路的自阻抗,自阻抗:单导线以大地为回路时对应于单位长度导线的回路阻抗,Ds：aa的自几何均距,Dse：ee的自几何均距,2.两平行单导线大地回路间的互阻抗,互阻抗:一个回路通过单位电流时，在另一个回路单位长度上产生的压降,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,3.三相输电线路的一相等值零序阻抗,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,3.三相输电线路的一相等值零序阻抗,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(1)线路零序参数,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,(2)平行架设双回输电线路的零序等值电路(首端相连),7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,Review：4-1节点导纳矩阵,Y阵的修改一端互联的互感支路,(2)平行架设双回输电线路的零序等值电路应用举例,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(2)平行架设双回输电线路的零序等值电路应用举例,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(2)平行架设双回输电线路的零序等值电路应用举例,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(2)平行架设双回输电线路的零序等值电路应用举例,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(3)有架空地线的单回输电线路的零序等值电路,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空输电线的零序阻抗及其等值电路,(3)平行架设双回输电线路，一回停电检修应用举例,4.平行架设双回输电线路的零序阻抗及等值电路,7-4架空