电力系统元件的序参数

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业7.2电力系统元件的序参数

7.2.1发电机的负序和零序电抗

1.同步发电机的负序电抗

当电力网络发生了不对称短路，不对称的三相基频短路电流可以分解为正、负、零序电流分量，这些电流分量将产生不同的磁场，其中负序电流产生的磁场将在定、转子绕组中产生许多高次谐波电流，其电磁过程十分复杂，使精确确定发电机的负序阻抗很困难。在工程上通常忽略发电机定子绕组的电阻，对负序电抗定义为施加在发电机端点的负序电压同步频率分量与流入定子绕组负序电流同步频率分量的比值。按这样的定义，当短路类型不同，同步发电机的负序电抗有不同的值，如表7-1所示。表7-1同步发电机的负序电抗表中，为同步发电机的零序电抗。

从表7-1可见，当，则负序电抗，即同步发电机的负序电抗与短路类型无关。当同步发电机经外电抗短路时，表7-1中所有各电抗、、都应以、、代替，发电机转子不对称的影响被削弱。实际的电力系统，短路大多是发生在输电线路上，所以在不对称短路电流计算中，可以近似认为同步发电机的负序电抗与短路类型无关，其具体的数值一般由制造厂提供，也可按下式估算。

对于汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机（7-13）对于无阻尼绕组的水轮发电机（7-14）2.同步发电机的零序电抗

同步发电机的零序电抗定义为：施加在发电机端点的零序电压同步频率分量与流入定子绕组的零序电流同步频率分量的比值。当三相定子绕组通以三相零序电流时，在三相定子绕组中产生大小相等、方向相同、空间相差120o的脉振磁场，它们在气隙中的合成磁场为零。因此，同步发电机定子绕组中的零序电流只产生定子漏磁通，与此漏磁通相对应的电抗就是零序电抗。但应注意，零序电流产生的漏磁通与正序电流产生的漏磁通往往不同，其差别和定子绕组的型式有关。实际上，零序电流产生的漏磁通较正序的要小些，其数值范围大致为（7-15）表7-2列出了不同类型同步电机的和的平均值。表7-2国产同步电机的负序、零序电抗平均值序号元件名称1无阻尼绕组的水轮发电机0.450.112有阻尼绕组的水轮发电机0.2150.0953容量为50MW及以下的汽轮发电机0.1750.0754100MW及125MW汽轮发电机0.2100.085200MW汽轮发电机0.1750.0856300MW汽轮发电机0.1980.0847同步调相机0.1650.0858同步电动机0.1600.0807.2.2异步电动机的负序电抗和零序电抗

异步电动机的等值电路在电机学已讲过，如图7-5(a)所示。图中参数均已归算至定子侧，其中为转差率(，式中、为同步转速和异步转速)，电阻则是对应于电动机机械功率的等值电阻，而为异步电动机的转速。

设异步电动机正常运行时的转差率为，当异步电动机的定子绕组通以负序电流同步频率分量时，转子对定子负序旋转磁场的转差率为2-，因此，异步电动机的负序参数应由转差率2-来确定。图7-5(b)示出了异步电动机的负序等值电路(图中略去了励磁电阻)。图中以2-代替了正序等值电路中的，对应于电动机机械功率的等值电阻也由正序电路中的改变为，负号说明在正序网络中对应于这个电阻的机械功率产生的是驱动转矩，而在负序网络中则是制动转矩。图7-5异步电动机的等值电路

(a)正序等值电路；(b)负序等值电路当系统发生不对称短路时，电动机端点三相电压不对称，可将其分解为正、负、零序电压。正序电压低于正常运行时的值，使电动机驱动转矩减小；负序电压又产生制动转矩。这就使电动机转速下降，甚至失速、停转。转差率随着转速下降而增大，电动机停转时=1。转速下降越多，等值电路中()越接近于零。此时相当于将转子绕组短接，略去各绕组电阻并假设励磁电抗，则异步电动机的负序电抗为（7-16）即异步电动机的负序电抗等于它的次暂态电抗。

异步电动机的三相定子绕组通常接成三角形或不接地星形，从而即使在端点施加零序电压，定子绕组中也无零序电流流通，也就是说异步电动机的零序电抗。

7.2.3变压器的零序参数和等值电路

变压器原、副绕组间的电磁关系与电流的序别无关，因此变压器的负序和零序等值电路与正序相同。本节仅讨论变压器的T型等值电路。

由于变压器各相漏磁通独立，绕组的漏抗决定于漏磁通路径上的磁导，因此绕组漏抗也与电流的序别无关，即负序和零序漏电抗等于正序漏电抗。

变压器励磁电抗决定于主磁通路径上的磁导，正、负序主磁通的路径与铁芯结构无关，而零序主磁通的路径则与变压器的铁芯结构有关，不同铁芯结构的变压器，励磁电抗是不同的。因此，零序励磁电抗与正、负序励磁电抗不一定相等。

综上所述，变压器的负序等值电路和负序等值阻抗与正序的完全相同，而零序等值电路形式虽与正序相同，但是在变压器中有无零序阻抗以及零序阻抗的大小，决定于变压器三相绕组的接线方式和变压器的铁芯结构。在变压器的等值电路中具有零序电流通路的部分才具有零序阻抗，否则认为零序阻抗无穷大。由于变压器绕组的电阻远小于电抗，下面仅对忽略绕组电阻时，不同类型的变压器，各种绕组接线方式的零序电抗和零序等值电路分别进行讨论。

1.双绕组变压器的零序电抗和等值电路

当在双绕组变压器的不接地星形侧或三角形侧施加零序电压时，无论另一侧是何种接线方式，变压器中都无零序电流的通路，这时变压器零序电抗。

当在双绕组变压器的接地星形侧施加零序电压，此时三相绕组中大小相等，方向相同的零序电流经中性点流入大地构成回路。但另一侧是否有零序电流，取决于该侧绕组的接线方式，现分述如下。

(1)接线变压器

当变压器侧各相绕组流过零序电流时，将在侧各相绕组中感应出三个大小相等、方向相同的零序电势，由于三相阻抗相等，在侧各个绕组中的电流必然也大小相等、方向相同，即，它们在三角形绕组中形成环流，而流不到绕组外的线路上去，如图7-6所示，即零序电流对外电路视作开路。图7-6接线变压器侧的零序环流从图7-6看出，各相绕组的零序电势与该相绕组的漏抗压降平衡，即、、，a、b、c三点是等位点，其零序电位与中性点电位相同，在等值电路中可用接地符号表示。这种情况，相当于在零序网络中三角形绕组端点三相短路，其零序等值电路应与变压器二次侧短路时的电路相同。由于零序系统是对称系统，变压器零序等值电路也可以用一相表示，如图7-7(b)所示。根据变压器的零序等值电路可得零序等值电抗为（7-17）式中，、分别为原、副绕组的漏电抗，为零序励磁电抗。(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-7接线变压器的零序等值电路如果变压器侧中性点经电抗接地，如图7-8(a)所示，则有流过，为在单相等值电路中表达其值为的中性点电位，中性点与地间应接入的等值电抗。这时变压器的零序等值电路如图7-8(b)所示。从图7-8(b)中得零序等值电抗为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-8中性点经电抗接地的接线变压器的零序等值电路（7-18）(2)接线变压器

变压器的侧流过零序电流时，侧各相绕组中将感应零序电势，但因侧中性点不接地，零序电流没有通路，因此侧无零序电流，如图7-9(a)所示，变压器相当于空载，得零序等值电路如图7-9(b)所示。从图7-9(b)可得零序等值电抗为（4-94）(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-9接线变压器的零序等值电路(3)接线变压器

当变压器一次侧绕组中流过零序电流时，二次侧各相绕组中将感应零序电势。在电力系统中变压器二次侧均需与外电路相连，因此二次侧绕组中是否有零序电流的通路，要看外电路的接线情况。

1）除变压器本身的接地中性点以外，电路无其它接地中性点，则变压器二次侧无零序电流通路，此时零序等值电路和零序电抗与接线变压器相同。

2）外电路中至少有一个接地中性点，构成了零序电流的通路，此时零序电流的流通情况和变压器等值电路如图7-10所示。

从图7-10(b)可见在变压器二次侧，零序电流通过外电路的电抗X并经中性点流入大地形成回路。从变压器的一次侧观察到的零序等值电抗为（7-19）(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-10接线变压器的零序等值电路从各变压器零序电抗的表达式可以看出，的大小与零序励磁电抗有很大关系，而的数值与变压器的铁芯结构有关，下面分别进行讨论。

1）由三个单相变压器组成的三相变压器组，各相磁路独立，零序主磁通和正序主磁通一样，按相在铁芯中形成回路，如图7-11(a)所示，因而各相励磁电抗相等。由于主磁通在铁芯中闭合，磁导很大，零序励磁电抗的数值很大，与变压器漏抗相比较时，可以近似认为。图7-11变压器零序主磁通的磁路

(a)三个单相的组成；(b)三相四柱式；(c)三相三柱式2）三相四柱式和铁壳式变压器，零序主磁通可以通过没有绕组的铁芯部分形成回路，如图7-11(b)，零序励磁电抗也很大，，可近似认为。

以上几种铁芯结构的变压器，励磁支路可以近似看作开路，零序电抗的计算得到了简化

接线变压器

接线变压器中性点经接地

接线变压器

接线变压器且外电路中有接地中性点

式中，为变压器的正序电抗。（7-20）3）对于三相三柱式变压器，情况大不相同。这种变压器的铁芯结构如图7-11(c)(每相只画出了一个绕组)。当三相绕组施加了零序电压后，三相零序主磁通大小相等、方向相同，无法在铁芯内闭合，被迫从铁芯穿过变压器油→空气隙→油箱壁形成回路。因此，磁通路径上的磁阻大、磁导小，零序励磁电抗不能再看作无穷大，变压器的零序等值电抗要用式(7-16)、(7-17)、(7-18)、(7-19)计算。对三相三柱式变压器的零序励磁电抗一般用试验方法求得，大致取。

2.三绕组变压器的零序电抗和等值电路

和双绕组变压器类似，当零序电压施加在三绕组变压器的不接地星形侧或三角形侧时，无论其它两侧绕组是何种接线方式，变压器中都无零序电流的通路，变压器零序电抗。

当零序电压施加在三绕组变压器的接地星形侧时，此时三相绕组中大小相等、方向相同的零序电流经中性点流入大地构成回路，其它两侧是否有零序电流与各绕组的接线方式有关。为提供三次谐波电流的通路，使磁通为正弦波，感应电动势也为正弦波，在三绕组变压器的三个绕组中往往有一侧接成三角形。三绕组变压器通常的接线方式为、和，由于都有一个副绕组是，零序励磁电抗较大，可近似认为。因此在用一相表示的三绕组变压器的零序等值电路中，将励磁支路开路，而由三个绕组电抗组成三支星形电路。这时，单独计算三绕组变压器的零序电抗已无意义，必须将变压器零序等值电路接入系统零序网络中相应部位一起考虑。

(l)接线三绕组变压器

零序等值电路如图7-12所示。由于侧零序电流在绕组内形成环流，绕组端点三相短接；侧无零序电流通路。因此变压器零序等值电抗为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-12接线变压器的零序等值电路（7-21）(2)接线三绕组变压器

零序等值电路如图7-13所示。第三侧绕组中是否有零序电流，取决于外电路中是否还有接地中性点。如果外电路无接地中性点，变压器零序等值电路则与接线时相同；如外电路中有接地中性点，则零序等值电抗为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-13接线变压器的零序等值电路（7-22）(3)接线三绕组变压器

零序等值电路如图7-14所示。变压器的零序等值电抗为图7-14接线变压器的零序等值电路

(a)零序电流回路(b)零序等值电路（7-23）3.自耦变压器的零序电抗和等值电路

自耦变压器中两个有直接电气联系的自耦绕组，一般用来联系两个中性点直接接地的电力系统。为了避免当高压侧发生单相接地短路时，自耦变压器中性点电位升高引起中压侧或低压侧过电压，通常将自耦变压器的中性点直接接地，也可经电抗接地，且均认为。自耦变压器的一、二次绕组都是接线，如果有第三绕组，通常是接线。

(1)中性点直接接地的和接线自耦变压器

接线的自耦变压器，其零序等值电路如图7-15所示。从图中看出零序电抗为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-15接线自耦变压器变压器的零序等值电路（7-24）式中，为变压器的正序电抗。

由此可见，自耦变压器的零序等值电路和零序电抗与普通相同接线形式的双绕组变压器相同。但从中性点流入地的电流为两侧实际电流之差的3倍，即。

接线的自耦变压器，其零序等值电路如图7-16所示。由图可见，其零序等值电路与相同接线形式的普通三绕组变压器相同，零序等值电抗为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-16接线自耦变压器的零序等值电路（7-25）(2)中性点经电抗接地的和接线自耦变压器

对自耦变压器，由于中性点接有，中性点电位不为零，使其零序等值电路与中性点直接接地情况有所不同。中性点经电抗接地的自耦变压器，其零序电流流通情况和零序等值电路如图7-17所示。从图中看出，次绕组的零序电流分别为、，接地电抗中流过的零序电流为，中性点电位值为(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-17中性点经电抗接地的接线自耦变压器的零序等值电路（7-26）设次绕组端点与中性点之间的电位差分别为和，次绕组的额定电压分别为和，归算到次侧的次绕组端点对地电压为、，于是有（7-27）归算到次侧的等值零序电抗为，将式(7-26)和式(7-27)代入，得

（7-28）式中，是变压器中性点直接接地时()归算到一次侧的等值零序电抗。与式(7-28)相应的零序等值电路如图7-17(b)所示。

对自耦变压器，设，两绕组间的等值零序电抗是其中一个绕组断开，剩余二绕组间的零序电抗归算到一次侧的值。

第绕组断开，归算到次侧的绕组的等值零序电抗，即式(7-28)求得的。

第绕组断开，、绕组构成的变压器与一台普通的接线双绕组变压器相同，归算到次侧的等值零序电抗为(7-29)式中，为中性点直接接地时，归算到一次侧的、绕组的等值零序电抗。

第绕组断开，零序等值电路如图7-18所示，归算到侧的、绕组的零序等值电抗为(7-30)式中，为中性点直接接地时，、绕组的零序等值电抗归算到次侧的值。图7-18绕组断开，归算到侧的零序等值电路为中性点经电抗接地时，绕组、的零序等值电抗归算到次侧的值，再将其归算到次侧，得(7-31)式中，为中性点直接接地时归算到次侧的、绕组的等值零序电抗。

由式(7-28)、(7-29)和(7-31)联立解出自耦变压器当中性点经电抗接地时的零序等值电路中各支路的等值电抗(7-32)于是，得到图7-19所示的零序等值电路。(a)零序电流回路(b)零序等值电路

图7-19中性点经电抗接地的接线自耦变压器的零序等值电路从变压器次侧观察到的零序等值电抗为(7-33)以上是按有名值讨论的，如果用标幺制计算，只须将式(7-33)中各电抗值除以相应于次侧的电抗基准即可。

7.2.4输电线路的零序阻抗（略）

在工程实际中，对已建线路的零序阻抗，一般是通过实测得到；而对拟建线路的零序阻抗，在实用计算中通常忽略电阻，零序电抗一般采用表7-3所列数值。表中的正序电抗，平均值可取单导