元件序阻抗和等值电路电力系统湖南大学PPT课件

1、1对称对称正序组正序组 -1abc120F= SF2211111aaaa-1S7-1 7-1 对称分量法在不对称短路计算中的应用对称分量法在不对称短路计算中的应用一、不对称三相系统的对称分量分解与合成一、不对称三相系统的对称分量分解与合成合成合成a(1)2b(1)a(1)c(1)a(1)FF= a FF= aF222222a( )b( )a( )c( )a( )FF= aFF= a Fa(0)b(0)c(0)F= F= Fa1202b1202c120F = F +F +FF = a F +aF +FF = aF +a F +F对称对称零序组零序组对称对称负序组负序组第1页/共44页27-1 7

2、-1 对称分量法在不对称短路计算中的应用对称分量法在不对称短路计算中的应用一、不对称三相系统的对称分量分解与合成一、不对称三相系统的对称分量分解与合成注意要点注意要点1 1、正序、负序、零序均为三相对称组，可以用单相进行分析、正序、负序、零序均为三相对称组，可以用单相进行分析2 2、对称分量的分解与合成适应于任何不对称三相相量、对称分量的分解与合成适应于任何不对称三相相量( (系统系统)(V)(V、E E、I I、 ) )3 3、通常以、通常以a a相为基准相，为简便计，略去下标相为基准相，为简便计，略去下标 “a”4 4、相序变换是一种线性坐标变换，且、相序变换是一种线性坐标变换，且 S S

3、 阵为阵为酉矩阵酉矩阵221aa1S =1aa3111122111S= aa1aa1 T-1*S= S6 6、零序分量、零序分量 与与 零轴分量零轴分量联系与区别联系与区别(1) (1) 均对应于三相不对称系统，若三相是对称均对应于三相不对称系统，若三相是对称 且且 平衡的，则不存在此一分量！平衡的，则不存在此一分量！(2) (2) 表达形式类似：表达形式类似：(3) (3) 意义不同：时间相序的相量、瞬时值对应的空间位置矢量意义不同：时间相序的相量、瞬时值对应的空间位置矢量 0abc0abc11F =(F +F +F )f =(f +f +f )335 5、1 1、a2、a 构成三相对称正序

4、组；构成三相对称正序组； 1 1、a、a2 构成三相对称负序组。构成三相对称负序组。第2页/共44页3abc abcabcV= ZI aaaaabacbbabbbcbcacbccccVIzzzVzzzIzzzVI7-1 7-1 对称分量法在不对称短路计算中的应用对称分量法在不对称短路计算中的应用二、对称分量的独立性和元件序阻抗二、对称分量的独立性和元件序阻抗1 1、对称分量的独立性、对称分量的独立性设设 静止三相电路元件，则静止三相电路元件，则S S 120sc120V= ZI(1)(2)(0)diag z z zscZ=相序相序 阻抗矩阵阻抗矩阵1(1) 12(2)20(0)0V = z I

5、V = z IV = z I某相序的某相序的I I( (V V) )激励激励只产生只产生同相序的同相序的V V( (I I) )响应响应对称分量独立性对称分量独立性三相阻抗矩阵三相阻抗矩阵第3页/共44页4sm(1)-1scabcsm(2)sm(0)z -z00z00Z= SZS=0z -z0=0z000z + 2z00z7-17-1二、对称分量的独立性和元件序阻抗二、对称分量的独立性和元件序阻抗2 2、元件序阻抗、元件序阻抗正序阻抗正序阻抗负序阻抗负序阻抗零序阻抗零序阻抗定义：元件上施加某相序电压与其对应的相序电流之比定义：元件上施加某相序电压与其对应的相序电流之比(1)11z= V / I

6、(2)22z= V / I(0)00z= V / I静止元件序阻抗：静止元件序阻抗：20(1)sm( )sm( )smzz -zzz -zzz +2z02( )(1)( )zzz注意注意: : (1)(1) 序阻抗的序阻抗的 解析定义解析定义 具有一般性；但具有一般性；但 “比值比值” 定义不具一般性定义不具一般性(2) (2) 对称对称相序分量独立性的条件相序分量独立性的条件线性元件，结构参数完全对称！线性元件，结构参数完全对称！(3) (3) 旋转元件的正序阻抗与负序阻抗不相等！旋转元件的正序阻抗与负序阻抗不相等！第4页/共44页57-17-1三、对称分量法三、对称分量法 在不对称短路在不

7、对称短路 计算中的应用计算中的应用1 1、一般原理、一般原理f f 点不对称三相电压用点不对称三相电压用3 3组组对称分量组电势源等值对称分量组电势源等值第5页/共44页67-17-1三、对称分量法在不对称三、对称分量法在不对称 短路计算中的应用短路计算中的应用1 1、一般原理、一般原理根据对称分量独立性原理，根据对称分量独立性原理，分解为分解为3 3个独立系统个独立系统第6页/共44页77-17-1三、对称分量法在不对称短路计算中的应用三、对称分量法在不对称短路计算中的应用2 2、相序网络及其相序电压平衡方程、相序网络及其相序电压平衡方程(1)(1) 相序网络相序网络 上述只有某单一相序电源

8、作用的系统，即为相应相序网络上述只有某单一相序电源作用的系统，即为相应相序网络 正序网络：网络中、正序网络：网络中、f f点正序电源作用，各元件阻抗为正序阻抗点正序电源作用，各元件阻抗为正序阻抗 负序网络：负序网络：f f点负序电源作用，各元件阻抗为负序阻抗点负序电源作用，各元件阻抗为负序阻抗 零序网络：零序网络：f f点零序电源作用，各元件阻抗为零序阻抗点零序电源作用，各元件阻抗为零序阻抗(a) E(a) E 为正序网中为正序网中f f 点点网络看进去的等值电势，即网络看进去的等值电势，即E =Vfa0Note:(b) Z(b) Z1 1 、 Z2 、 Z0 为序网中为序网中f f 点的输入

9、点的输入( (组合组合) )阻抗，即阻抗，即f f 节点自阻抗节点自阻抗(c) (c) 中性点中性点Zn 对对1 1、2 2序网无影响，但以序网无影响，但以 3 3Zn出现在出现在0 0序网中序网中(d) (d) 1 1、2 2序网结构相同，但序网结构相同，但2 2序网为无源！序网为无源！0 0序也是无源的序也是无源的(e) (e) 注意各相序网中注意各相序网中f f 点各序电压、电流的参考方向！点各序电压、电流的参考方向！第7页/共44页87-17-1三、对称分量法在不对称短路计算中的应用三、对称分量法在不对称短路计算中的应用2 2、相序网络及其相序电压平衡方程、相序网络及其相序电压平衡方程

10、(2) (2) 相序相序电压方程相序相序电压方程 对对 1 1、2 2、0 0 相序网络，列出其电压平衡方程相序网络，列出其电压平衡方程相序电压方程相序电压方程1(1)(1)2(2)(2)0(0)(0)0 0 fafafafafafaEZ IVZIVZIV注意：注意：(a)(a) 6 6个变量个变量1 1、2 2、0 0 相序网络中，相序网络中， f f 点的相序电压、相序电流点的相序电压、相序电流 需需补充补充3 3个独立方程个独立方程由由f f点点边界条件边界条件唯一确定唯一确定(b) (b) E E=Vf0(c) (c) Z Z1 1=Zff(1) 、 Z2=Zff(2) 、 Z0=Zf

11、f(0)第8页/共44页97-2 7-2 同步发电机的负序和零序阻抗同步发电机的负序和零序阻抗概述：概述：GG的同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗对应于稳态、或的同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗对应于稳态、或 f(3) 暂态，暂态， 是三相对称状态，相应三相定子电流为基频正序电流是三相对称状态，相应三相定子电流为基频正序电流GG的正序参数！的正序参数！ 当三相定子电流为当三相定子电流为 2 or 02 or 0 序电流时，相应电磁感应过程完全不同！序电流时，相应电磁感应过程完全不同！ 1 1、定子负相序电流时的绕组电流成分分析、定子负相序电流时的绕组电流成分分析 定子基频负序电流的作用定子基频负序电

12、流的作用注意：注意：当有当有 D-DD-D、Q-Q Q-Q 时，其中的电流成分与时，其中的电流成分与 f-ff-f 相同！相同！第9页/共44页107-27-21 1、定子负相序电流时的绕组电流成分分析、定子负相序电流时的绕组电流成分分析 定子非周期（自由直流）电流的作用定子非周期（自由直流）电流的作用结论：结论：不对称短路时，不对称短路时，GG内部内部( (及网络中及网络中) )电磁现象十分复杂！电磁现象十分复杂！(a) (a) 定子基频负序电流对应的空间负序磁场定子基频负序电流对应的空间负序磁场 转子：转子：2, 4, 6, 2, 4, 6, ；定子：；定子：1, ,3, 5, 1, ,3

13、, 5, 进入稳态进入稳态 也一直存在也一直存在 转子绕组、铁芯转子绕组、铁芯 过负荷、发热；过负荷、发热； 转子机械振动转子机械振动(b) (b) 定子直流自由电流对应的空间静止磁场定子直流自由电流对应的空间静止磁场 转子：转子：3, 5, 7, 3, 5, 7, ；定子：；定子：2, 4, 6, 2, 4, 6, 进入稳态后，衰减进入稳态后，衰减0(c)(c) If If 转子转子d d、q q方向对称，则不会有高次谐波电流！方向对称，则不会有高次谐波电流！(d) (d) 为简化分析，定义：为简化分析，定义：GG负序电抗为定子基频负序电压与对应负序电流之比值负序电抗为定子基频负序电压与对应

14、负序电流之比值XG(2)=VG(2)/IG(2)第10页/共44页117-2 7-2 同步发电机的负序和零序阻抗同步发电机的负序和零序阻抗2 2、同步发电机的负序电抗、同步发电机的负序电抗特点：特点：XG(2)=VG(2)/IG(2)周期性变化，且与周期性变化，且与f(n)类型有关类型有关应用：应用：实用计算时，实用计算时，取取d d、q q方向方向 暂态或次暂态电抗的算术暂态或次暂态电抗的算术 / / 几何均值几何均值有阻尼绕组凸极机：有阻尼绕组凸极机：无阻尼绕组凸极机：无阻尼绕组凸极机：d d、q q对称隐极机：对称隐极机： xG(2)=xd(2)Gdqxxx(2)2Gdqxxx近似计算时

15、：隐极机近似计算时：隐极机(QF)(QF)、有阻尼绕组凸极机、有阻尼绕组凸极机(SF) (SF) xG(2)=1.22xd无阻尼绕组无阻尼绕组G G xG(2)=1.45xd第11页/共44页127-2 7-2 同步发电机的负序和零序阻抗同步发电机的负序和零序阻抗3 3、同步发电机的零序电抗、同步发电机的零序电抗基频零序电流基频零序电流0 0序漏磁通序漏磁通xG(0)为定子绕组漏电抗，其值与绕组结构有为定子绕组漏电抗，其值与绕组结构有关，且关，且 小于小于 正序漏电抗：正序漏电抗：(0)(1)2GsmGsasxxxxG(0) 变化范围：变化范围： xG(0)=(0.150.6) xd4 4、

16、G G 负序、零序电抗负序、零序电抗 典型参数典型参数 水轮发电机水轮发电机汽轮发电机汽轮发电机调相机和调相机和大型同步电动机大型同步电动机有阻尼绕组有阻尼绕组无阻尼绕组无阻尼绕组xG(2)0.150.35(0.25)0.320.55(0.45)0.1340.18(0.16)0.24xG(0)0.040.125(0.07)0.040.125(0.07)0.0360.08(0.06)0.08第12页/共44页137-3 7-3 变压器的零序等值电路及其参数变压器的零序等值电路及其参数T T是静止元件，三相电流相序不改变每相原是静止元件，三相电流相序不改变每相原 副边副边 绕组电绕组电- -磁耦合

17、关系磁耦合关系11、2 2、0 0序序 等值电路具有相同形式。等值电路具有相同形式。(1) 1(1) 1、2 2序电流的相序不同不影响序电流的相序不同不影响T T的漏磁通及互磁通分布，的漏磁通及互磁通分布，xT(1)= =xT(2)(2) 0(2) 0序电流对应的绕组漏磁通与序电流对应的绕组漏磁通与1 1、2 2序无异序无异 xT(0)=xT(1) = =xT(2)(3) 0(3) 0序电流对应的互磁通路径的磁导序电流对应的互磁通路径的磁导从而从而 xTm(0) 与与T T的铁芯结构有关的铁芯结构有关(4) 1(4) 1、2 2序电流的流通与绕组接线无关，序电流的流通与绕组接线无关，0 0序电

18、流的流通则与之有关序电流的流通则与之有关(5) (5) 绕组电阻与电流相序无关绕组电阻与电流相序无关TT的的1 1、2 2、0 0电阻相等，且通常忽略不计电阻相等，且通常忽略不计一、普通变压器的零序等值电路及零序励磁电抗一、普通变压器的零序等值电路及零序励磁电抗1 1、0序等值电路及序等值电路及0序参数概述序参数概述第13页/共44页14一、普通变压器的零序等值电路及零序励磁电抗一、普通变压器的零序等值电路及零序励磁电抗2 2、零序励磁电抗、零序励磁电抗7-3 7-3 变压器的零序等值电路及其参数变压器的零序等值电路及其参数每相的主磁通每相的主磁通 0 都经铁芯形成通路并与副边绕组交链，都经铁

19、芯形成通路并与副边绕组交链， 与与1 1、2 2序磁通一样序磁通一样xm(0)=xm(1)=xm(2) ；0 对应的磁阻很小对应的磁阻很小励磁电抗很大，与漏磁通对应的绕组漏电抗比较，励磁电抗很大，与漏磁通对应的绕组漏电抗比较， 近似认为近似认为 xm(0)(1) (1) 三相变压器组、三相四芯柱、三相五芯柱变压器三相变压器组、三相四芯柱、三相五芯柱变压器第14页/共44页15一、普通变压器的零序励磁电抗及零序等值电路一、普通变压器的零序励磁电抗及零序等值电路2 2、零序励磁电抗、零序励磁电抗(2) (2) 三相三芯柱变压器三相三芯柱变压器7-3 7-3 变压器的零序等值电路及其参数变压器的零序

20、等值电路及其参数每相的主磁通每相的主磁通 0 都受到另两相都受到另两相0 的抵制，不能经铁芯柱、只能的抵制，不能经铁芯柱、只能被迫经绝缘介质和外壳形成回路被迫经绝缘介质和外壳形成回路磁阻很大磁阻很大( (磁导很小磁导很小) )励磁电抗很小励磁电抗很小 : : xm(0) 正序电阻正序电阻(2)(2) 若包护层有良好接地，则包护层去磁作用减小，零序电抗最大，可能若包护层有良好接地，则包护层去磁作用减小，零序电抗最大，可能 正序电抗正序电抗(3)(3) 若包护层不接地，则包护层去磁作用最大，零序电抗最小，但若包护层不接地，则包护层去磁作用最大，零序电抗最小，但 正序电抗正序电抗(4)(4) 一般由

21、实验测定，实用计算中，取值范围：一般由实验测定，实用计算中，取值范围：(0)1(0)110 (3.5 4.6)rrxx第34页/共44页357-6 7-6 综合负荷的序阻抗综合负荷的序阻抗一、综合负荷的正序阻抗一、综合负荷的正序阻抗(1)(1)用正常运行的感应电动机等值用正常运行的感应电动机等值 （T T 型、或型、或型等值电路型等值电路）(6) (6) 应用计算曲线时，一般综合负荷略去不计应用计算曲线时，一般综合负荷略去不计0.80.6LDzj1.2LDzj2(cossin)LDLDLDVzjS(4) (4) 用额定运行的恒定阻抗等值：用额定运行的恒定阻抗等值：(5) (5) 用恒定电抗等值：用恒定电抗等值：(3)(3)用故障前稳态负荷对应的恒定阻抗等值：用故障前稳态负荷对应的恒定阻抗等值：(2) (2) 次暂态电势和次暂态电抗的电势源支路次暂态电势和次暂态电抗的电势源支路第35页/共44页36异步电动机三相绕组一般接成三角形，零序电流不能流通异步电动机三相绕组一般接成三角形，零序电流不能流通z(0)= 7-6 7-6 综合负荷的序阻抗综合负荷的序阻抗二、综合负荷的负序阻抗二、综合负荷的负序阻抗(1)(1)感应电动机等值模型感应电动机等值模型转差率为转差率为 2-s 2-s 的的 T T型、或型、或 型等值