第二章电力系统元件及其参数new

1、第二章 电力系统元件及其参数2.1 建模思路l观察和分析电气元件的物理现象l元件建模：等值电路（发/变/线/荷）l系统建模：全网等值电路、网络方程l各种解法2.2 电力线路 l电力线路的结构l线路的电磁现象和参数计算l电力线路的等值电路 2.2.1 电力线路的结构 l电力线路按结构通常可分为： 架空线路和电缆线路。 架空线路 由导线、避雷线、绝缘子、金具和杆塔等主要部件组成。 架空线路l导线l架空线路采用的导线结构形式主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线三种。l钢芯铝绞线：好导电性能+高机械强度。lLGJ（普通型）、LGJQ （轻型）和LGJJ（加强型）三种。l型号：LGJ-150 l避雷线 （架

2、空地线）l防止雷击，主要用于保护线路。 架空线路l杆塔：支持导线和避雷线。l按材料分为：木杆、铁塔和钢筋混凝土。l按功能分为：直线杆、转角杆、耐张杆、终端杆、换位杆和跨越杆。l绝缘子：作用：用来支持或悬挂导线、并使之与杆塔绝缘。l结构：它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成，需要有足够的电气和机械强度，其主要型式有针式、悬式和棒式三种。l金具：在架空线路上，连接导线和绝缘子所使用的金属部件总称为金具。 架空线路的特殊问题l排列不对称（参数不平衡）：三相循环换位。l减少线路电抗和电晕损耗：分裂导线。AAABBBCCCl3l3l3l电缆线路l电力电缆的结构l主要由三部分组成：导体、绝缘层、保护层。2.2.

3、2 线路的电磁现象和参数计算l线路的电磁现象和参数线路的电磁现象和参数 线路通电流线路通电流：l发热，消耗有功功率Rl交流电流 交变磁场 感应电势（自感、互感）抵抗电流 X线路加电压：l绝缘漏电（较小），一定电压下发光、放电（电晕） R（G）l电场线/线、线/大地电容交变电压产生电容电流X（B）l输电线路有输电线路有4个参数：个参数：l电阻：l反映线路通过电流时产生有功功率损失效应。串联参数。l电感：l反映载流导线周围产生磁场效应。串联参数。l电导：l反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生有功功率损耗。并联参数。l电容（电纳）：l反映带电导线周围的电场效应。并联参数。2.

4、2.2 线路的电磁现象和参数计算2.2.2参数计算：单位长度电阻式中： r1 -导线单位长度的电阻（欧/公里） -导线材料的电阻率（欧?毫米2/公里） S -导线的额定截面积（毫米2）l计算公式：1rSl电力系统中实际使用的电阻率稍大：l集肤效应，交流电阻大于直流电阻l绞线l导线的实际截面一般略小修正后的电阻率：铝31.5?mm2/km 铜18.8?mm2/kml一般从产品目录或手册中查得，必要的时候做温度修正。1201(20)rrtC式中：电阻的温度系数 铝0.0036 铜0.003822.2.2参数计算：单位长度电阻w公式推导（自学，电磁学）l导线的磁场：安培环路定律 IH(磁场强度) 磁

5、感应强度Bl导线所交链的磁链l电感L和电抗x 0/rHdlIBHHB SLIxL 2.2.2参数计算：单位长度电抗01(ln24mDLr1+) H/m 10.1445lg0.0157mDxr+ /kmw每相电感w每相电抗3mabbcacDD D D其中为三相导线的几何均距r为导线的半径abDbcDcaDabcr2.2.2参数计算：单位长度电抗w分裂导线的电抗：1eq1121311nm0.1445lgr()rdddmeqnnneqnmDxrnrr d ddrd120.0157+ /km n:每相导线的分裂根数；：分裂导线的等值半径：每根导体半径；：分裂导线间的距离；：分裂导线间的几何均距；d二分

6、裂23d三分裂12312d13d四分裂123412d13d14dr2.2.2参数计算：单位长度电抗l理解电抗计算公式的含义：lL客观存在，与电流的大小无关，但与ia、ib、ic的关系有关，如不满足ia+ib+ic=0，L值会变。l电抗值与几何均距、导线半径为对数关系，故单导线架空线的布置和截面积对其电抗值影响不大，一般为0.4/km左右。l分裂导线由于增大了导线的等效半径，所以能有效减小导线电抗。l电缆线路的电抗值要远小于架空线路。通常查手册获得参数。l双回或多回线路的各回路间存在互感，在三相电流值和为零时，电抗计算仍可用上式。2.2.2参数计算：单位长度电抗l电导：电导：l是用来反映泄漏电流

7、和空气游离所引起的有功功率损耗的一种参数 。l一般线路绝缘良好，泄漏电流很小，可以将它忽略，主要是考虑电晕现象引起的功率损耗。 l电晕现象电晕现象：l就是架空线路带有高压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导体附近的空气游离而产生局部放电的现象。这时会发出咝咝声，并产生臭氧，夜间还可看到紫色的晕光。l出现电晕的条件出现电晕的条件：当线路的运行电压超过（每相）导线的临界电晕电压，超过越多电晕损耗越大。晕损失：三相线路每公里的电：线电压公里西gL2P V /LgVPg2.2.2参数计算：单位长度电导l电晕临界电压Ucr：1249.3lgmcrDUm mrrm1：导线表面系数(多股绞

8、): 0.9m2 ：气象系数 晴天：1， 最恶劣情况下：0.8：空气相对密度 当t=25C， 一个大气压时=1l电晕一般不会发生，所以常取电导g=0.lUcr为相电压，kV；Dm、r：厘米2.2.2参数计算：单位长度电导l分裂导线的电晕临界电压Ucr：1249.3lgmcrmeqDnUm mrKr12(1)sinmrKndn 其中d:分裂导线相邻两根导体之间的距离，常称 分裂间距（cm） 该式仅适用于三相三角排列的导线。三相水平排列时，边相导线的电晕临界电压高6%。中间相低4%。2.2.2参数计算：单位长度电导l输电线路的电容是用来反映导线带电时在其周围介质中产生的电场效应。l公式推导 由高斯

9、定理：q D（电力线密度） 电场强度：ED/（介电常数） 1212/EUcq Ubc2.2.2参数计算：单位长度电纳l每相导线的单位长度l正序电容为（2-30）l电纳：（2-31）l分裂导线的电纳610.024110lgmCDr 法/公里617.5810lgmbDr 西/公里617.5810lgmeqbDr 西/公里2.2.2参数计算：单位长度电纳l对电纳的几点理解。l分裂导线、避雷线、多回线的影响lC客观存在，取决与Dm、r等因素，与U的大小无关，但与三相电压ua、ub、uc间的关系有关，须满足uaubuc0（qaqbqc0），如不满足，则C要变化。l经验数据：一般取b=2.8*10-6s/

10、kml电缆线路电容大，一般可通过测量或查手册取得。2.2.2参数计算：单位长度电纳作业330kV线路的导线结构由如下二种方案：l使用LGJQ600导线，直径33.1mm；l使用LGJ2300导线， LGJ300的铝线部分截面积295mm2，直径24.2mm；分裂间距400mm；l二种方案，导线都水平排列，相间距离8米。试求两种导线结构的线路每公里的电阻、电抗、电纳和电晕临界电压。架空线路每公里参数l电阻l电抗l电导l电纳617.5810lgmbDr 西/公里10.1445lg0.0157mDxr+ 欧/公里 1rS 欧 /公 里1g =0 2.2.3电力线路的等效电路及数学模型l精确模型为分布

11、参数；l300km以内可用集中参数近似。2.2.3电力线路的集中参数w小于100公里，线路电压不高时，忽略b、g1121221221221011Z=r ljx lIIUUI ZUUUZABCDIII2.2.3电力线路的集中参数w中等长度线路：中等长度线路：100300km，g=0，型电路型电路12221122()222YUIUZUYYIUUI12212212(1)142ZYZUUUABZYZYCDIIIY1U2U2Y1I2IZ2Y2.2.3电力线路的分布参数l长线路（超过长线路（超过300km）要考虑分布参数的特性）要考虑分布参数的特性1U2UUU dU1ydx1I2IIIdI1zdxdxxl

12、11dUIz dxdIUy dx2111221112d UdIzz yUdxdxd IdUyz y Idxdx1 11 11 11 112121111/z y xz y xz y xz y xUC eC eCCIeezyzy 式中：11/czyZ称线路特性阻抗1 1z y称线路传播系数2.2.3电力线路的分布参数22,UUII22()()1()()ccchxZ shxUUshxchxIIZ1212()()1()()ccchlZ shlUUshlchlIIZ代入边界条件，计及x=0时，求出 并进行整理得 12,C C()2()2xxxxeechxeeshx其中2.2.3电力线路的分布参数1U2U

13、2Y1I2IZ2Y1()2()()(1)4ccZ YAchlBZZ shlZ YshlCYZDA ()1 2()1()ccZZ shlchlYZshl2.2.3电力线路的分布参数l近似分布参数计算公式l考虑双曲函数计算复杂，展开化简2112211111211131()6112rxblkx br blkx bxlkx b2.2.3电力线路的分布参数2.3 电力变压器双绕组变压器的参数计算方法两个试验四个铭牌数据l短路试验：短路损耗 短路电压（百分比）l空载试验：空载损耗 空载电流（百分比） SPSU %0P0I %2.3.1双绕组变压器l双绕组变压器的型等值电路jxTRT u2u1注意：变压器电

14、纳的符号注意：变压器电纳的符号有负号，而线路为正，因有负号，而线路为正，因为前者为感性，而后者为为前者为感性，而后者为容性。容性。GT-jBT对一台变压器，一次绕组的漏对一台变压器，一次绕组的漏阻抗压降仅占额定电压的百分阻抗压降仅占额定电压的百分之几，激磁电流亦仅为额定电之几，激磁电流亦仅为额定电流的百分之几。因此把流的百分之几。因此把T型电型电路的激磁分支移到漏抗的前面，路的激磁分支移到漏抗的前面，这样做对变压器的运行计算不这样做对变压器的运行计算不会带来很大的误差。会带来很大的误差。RT Rm jxmjxT u2u12.3.1双绕组变压器的参数l变压器参数获取22222233()31000

15、NNsNTTTNNSNTNSSPI RRRUUPURS:sNNP kWUkVSMVA23%100%1001003NTSNNSSNTNNI XUUUUUUXSI2.3.1双绕组变压器的参数l变压器参数获取00023%100%100NbTNbNTNUIBIIIIISBU021000TNPGU2.3.1 公式注意点l各量单位：kV、kW、MVAlUN选哪侧，则参数、等值电路折合到该侧l线路等值电路中YjB为正（容性）l变压器等值电路中，YT=GT-jBT虚部为负（感性）l励磁支路放在功率输入侧（电源侧、一次侧）2.3.2三绕组变压器的参数l三绕组变压器的绕组结构升压变：功率由低升压变：功率由低高高

16、用第一种方式用第一种方式降压变：高降压变：高中为主中为主 用第二种方式用第二种方式 高高低为主低为主 用第一种方式用第一种方式高高铁铁芯芯铁芯铁芯中中 低低低低高高中中2.3.1双绕组变压器的参数l容量比l我国目前生产的变压器有三种容量：100/100/100；100/100/50；100/50/100。l早期生产有100/100/66.7；100/66.7/66.7；100/66.7/100。l试验应按最小容量进行。2.3.2三绕组变压器的参数l三绕组变压器的等值电路x1R1R2x2x3R3GT- jBT2.3.2三绕组变压器的参数l三绕组变压器的参数获取l三绕组变压器的空载试验l与双绕组变

17、压器的试验完全相同l只在一侧加额定电压，另两侧开路，得到空载损耗P0和空载电流百分比I0%;l套用公式（2-65，2-66）l三绕组变压器的短路试验l为求得三侧参数要做三次试验，试验以最小绕组容量来限定试验电流，所以大容量绕组没有达到额定。l比如三次侧开路，一二两侧短路试验，得到Ps1-2，us1-2%。2.3.2三绕组变压器的参数l三绕组变压器的参数获取1(1 2)(1 3)(2 3)1 2121 3122(1 2)(2 3)(1 3)2 3233(1 3)(2 3)(1 2)1()21()21()2SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP2112

18、22222332100010001000SNTNSNTNSNTNP URSP URSP URS2.3.2三绕组变压器的参数l三绕组变压器的参数获取211222233%100%100%100SNTNSNTNSNTNUUXSUUXSUUXS1(1 2)(1 3)(2 3)1 2121 3132(1 2)(2 3)(1 3)2 3233(1 3)(2 3)(1 2)1%(%)2%1%(%)2%1%(%)2SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU2.3.2三绕组变压器的参数l理解三绕组变压器的铭牌参数l铭牌提供空载试验和短路试验数据l要注意短路试验数据可能没

19、有容量折算2NS( a b )S( a b )aNbNNS( a b )S( a b )aNbNSPPmin S,SSU%U%min S,S2.3.2三绕组变压器的参数l理解三绕组变压器的铭牌参数l有可能只给出最大短路损耗210025010020002S maxN()N()()PURSRR2.3.3自耦变压器的正负序参数l自耦变压器是一种特殊的变压器，它与普通变压器的最大区别是不仅有磁的耦合，还有电的直接联系。*sw1U1I2ICI2Ucw2.3.3自耦变压器的参数l自耦变压器的参数由空载和短路试验获得。l自耦变压器与普通变压器的等值电路和参数计算的原理相同。计算仍使用三绕组的计算公式，使用额

20、定容量而不是绕组容量。l要注意绕组容量的折算，往往短路电压也要折算。请参阅其它参考书。1 31 332 32 33NS()S()NNS()S()NSU% U%SSU% U%S 作业l三相三绕组水内冷有载调压变压器的部分技术数据如下： 额定容量 30/30/20MVA 额定电压 110/38.5/11kV 空载电流 30.1A 空载损耗 67.4kW 短路电压（已归算）和短路损耗（未归算）绕组高压中压高压低压中压低压短路电压百分值11.5520.558.47短路损耗（kW）454243273 试求变压器的阻抗、导纳，并作 形等值电路。所有参数都归算到高压侧。2.5负荷的模型与参数l负荷是用电设备

21、的统称。l负荷的表现形式是负荷功率，包括有功功率和无功功率，受系统电压和频率的影响。l负荷的数学模型分：l动态模型（2-100）l静态模型（2-101）2.5负荷的模型与参数l负荷的静态模型l电压静态特性l频率静态特性l综合负荷l负荷特性分类l恒阻抗负荷l恒功率负荷l冲击负荷等2.5负荷的模型与参数l几种负荷静态特性l恒功率负荷模型（潮流计算中）l恒阻抗负荷模型（短路计算中）l综合负荷的静态模型*LL LLLSU IPjQ2222*22()1()LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLUUUZPjQRjXPjQSSSYPjQGjBUU2.6 标幺值l多电压等级网络中参数归算l电力系统标幺值2.

22、6.1多电压等级网络中参数归算2.6.1多电压等级网络中参数归算 L-1220kV L-2110kV T-1220kV/121kVZ1Y1/2Z2k2Z3Y2Y3/2k22.6.1多电压等级网络中参数归算l电力系统面临的实际问题：多电压等级2.6.1多电压等级网络中参数归算l基本思路：l选定基本级（一般选最高电压等级）；l参数归算（变压器参数归算原理：归算前后功率不变） ；21232123123123()/ ()()/ ()nnnnZZk k kkYYk k kkUUk k kkIIk k kk靠近待归算侧的电压靠近基本级一侧的电压K2.6.1多电压等级网络中参数归算l公式说明：l式中变比为靠

23、近基准级一侧的电压与靠近归算侧电压的比值。l可精确归算：使用实际变比；l可近似归算：变比取各电压等级额定电压的平均值之比。2.6.2电力系统标幺值l电力系统中各种量都有标幺值。l电力系统基准值的选取原则l有名值到标幺值的归算l标幺值到标幺值的归算电力系统标幺值l特点 标幺值无量纲，无单位！ 不唯一，随基准值变化而变化。 对于任意物理量均可用标幺值表示，如位的物理量）基准值（与有名值同单量）有名值（有单位的物理标幺值（相对值） l定义*BBUIU,IUI基准值的选取l理论上可以任选，但应遵循电路的基本关系 四个物理量：U、I、S、Z（Y） 四个基准值：BBBBUIS(Y )B、 、 、Z 在三相

24、电路中，四个物理量间有以下两个基本关系3UZI3SUI 如果选定各量基准值满足下列关系3BBBUZ I3BBBSU I* *UZ I* *SU I基准值的选取l功率基准的选取取整数，如100MVA、1000MVAl电压基准的选取取基本级的额定电压l四个基准值中，自由度为2，一般选 ，则：BBS U、3BBBSIU23BBBBBUUZSI标幺值的计算(有名值到标幺值)l单一电压等级网络，按定义求：*BBBBUISZU,I,S,ZUISZl多电压等级网络，涉及到不同电压级之间的归算问题，有两种方法。l将网络中各元件的阻抗、导纳及网络中各点的电压、电流的有名值 （ ） 都归算到基本级（Z、Y、U、I

25、），除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压、电流基值 （ ）多电压等级标幺值的计算（方法一）Z Y U I、 、 、BBBBZYUI、 、 、*2BBBSZZZZU2*BBBUYYYYS*BUUU*3BBBUIIIISl将未经归算的各元件阻抗、导纳及网络中各点的电压、电流的有名值 （ ） ，除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流基准值 （ ）多电压等级标幺值的计算（方法二）Z Y UI、 、 、BBBBZYUI、 、 、*2BBBSZZZZU2*BBBUYYYYS*BUUU*3BBBUIIIIS,BBBBUUSSk标幺值到标幺值的归算l同一电路中，基准值必须统一。2N*( N

26、 )NSXXUl设备已知标幺值，以各自额定值为基值，不统一 l标幺值归算原则：有名值不变原则2B*( B)BSXXU22NB*( B )*( N )NBUSXXSU精确归算与近似归算l精确归算l计算时采用实际变比 ， 用于潮流计算（手算）G T-2110kV/6.6kV T-110.5kV/121kV取第段为基本段，并取110.5BUkV其它两段的电压基准值分别为：121131210.512110.5/12110.57.2610.51101216.6BBBBUUkVkUUkVk kl近似归算l不按实际变比计算 ，而用平均额定电压之比， 用于故障分析。精确归算与近似归算电网额定电压电网额定电压3

27、61035110220330500平均额定电压平均额定电压3.156.310.537115230345525即各段的电压基准值就是各自的平均额定电压值。单位 kV近似归算G T-2110kV/6.6kV T-110.5kV/121kV110.5BUkV121131210.511510.5/11510.56.310.51151156.3BBBBUUkVkUUkVk k110.5/115kkVkV2115/6.3kkVkV取第段为基本段，并取 即各段的电压基准值就是各自的平均额定电压值。电抗器的参数归算电抗器：已知参数阻抗百分数电抗器：已知参数阻抗百分数 XL% ， ， l理解电抗百分数：3100100