第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算课件1

第二章

电力系统各元件的特性和等值电路主要讲述电力系统各元件等值电路及参数1第二章

电力系统各元件的特性和等值电路主要讲述电力系统各元件本章重点1、负荷、电力线路、变压器和发电机的特性及等值电路；2、整个电力系统的等值电路。重点掌握各等值电路中参数的计算公式。2本章重点1、负荷、电力线路、变压器和发电机的2第一节负荷一．电力系统的负荷

1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3第一节负荷一．电力系统的负荷33、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。第一节负荷43、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律

1.日负荷曲线一天的总耗电量日平均负荷

第一节负荷5二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律负荷率km最小负荷率

（谷峰比）6负荷率km最小负荷率（谷峰2.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量

最大负荷利用小时数

Tmax

7t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电电力系统分析和计算的一般过程

首先将待求物理系统进行分析简化，抽象出等效电路(物理模型)；

然后确定其数学模型，也就是说把待求物理问题变成数学问题；

最后用各种数学方法进行求解，并对结果进行分析。第二节电力线路8电力系统分析和计算的一般过程第二节电力线路8对电力系统稳态及暂态分析计算有关的元件，包括输电线路、电力变压器、同步发电机及负荷。第二节电力线路9第二节电力线路92.2.1输电线路1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具第二节电力线路102.2.1输电线路第二节电力线路101111电力系统图片12电力系统图片12（1）导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ第二节电力线路13（1）导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；第二节电（2）杆塔木塔：较少采用铁塔：主要用于220kV及以上系统钢筋混凝土杆：应用广泛第二节电力线路14（2）杆塔第二节电力线路14（3）绝缘子针式：10kV及以下线路第二节电力线路15（3）绝缘子第二节电力线路15针式绝缘子16针式绝缘子16悬式绝缘子主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。第二节电力线路17悬式绝缘子第二节电力线路17悬式绝缘子18悬式绝缘子18

表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔高度超过1000m时，应按有关规定对净间距值进行校正；对于发电厂变电所，各个s值应再增加10％的裕度，以策安全。19表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔棒式绝缘子起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。第二节电力线路20棒式绝缘子第二节电力线路20棒式绝缘子21棒式绝缘子212.电缆线路导体绝缘层保护层第二节电力线路222.电缆线路第二节电力线路22架空输电线路参数有四个:（1）电阻r0：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗效应。（2）电感L0：反映载流导体的磁场效应。图2-11单位长线路的一相等值电路

输电线路的参数及等值电路23架空输电线路参数有四个:图2-11单位长线路的一相等值电图2-11单位长线路的一相等值电路

（3）电导g0：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率损耗。（4）电容C0：带电导体周围的电场效应。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。输电线路的参数及等值电路24图2-11单位长线路的一相等值电路（3）电导g0：线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图2-12短线路的等值电路输电线路的参数及等值电路251.短输电线路：电导和电纳忽略不计图2-12短线路的等值2.中等长度的输电线路110kV～220kV架空线：100km～300km电缆：<100km线路电导忽略不计参数：可作出π型等值电路和T型等值电路（图2-13）输电线路的参数及等值电路262.中等长度的输电线路输电线路的参数及等值电路26图2-13中等长度线路的等值电路(a)π形等值电路；(b)T形等值电路输电线路的参数及等值电路27图2-13中等长度线路的等值电路输电线路的参数及3.长距离输电线路架空线：>300km电缆：>100km需要考虑分布参数特性（见2.3节）输电线路的参数及等值电路283.长距离输电线路输电线路的参数及等值电路28当传输信号的波长远大于传输线的长度时，有限长的传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位与传输线长度可近似认为相同，就不显现分布参数效应，可作为集中参数电路处理。但当传输信号的波长与传输线长度可比拟时，传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位均不相同，显现出电路参数的分布效应，此时传输就必须作为分布参数电路处理。

当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。而集总参数元件则是每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流；一个电路应该作为集总参数电路，还是作为分布参数电路，或者说，要不要考虑参数的分布性，取决于其本身的线性尺寸与表征其内部电磁过程的电压、电流的波长之间的关系。

29当传输信号的波长远大于传输线的长度时，有限长的传输线上各点的1.电阻有色金属导线单位长度的直流电阻：电阻率铜：18.8

铝：31.5精确计算时进行温度修正：

为温度系数：铜：铝:输电线路的参数及等值电路301.电阻输电线路的参数及等值电路302.电抗1)单导线每相单位长度电感和电抗：式中：为三相导线间的互几何均距，r为导线的计算半径输电线路的参数及等值电路312.电抗r为导线的计算半径输电线路的参数及等值电路313具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数及等值电路323具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数增加一张分裂导线照片四分裂导线输电线路的参数及等值电路33四分裂导线输电线路的参数及等值电路33rd2为每相分裂导线的等值半径，随分裂根数不同而变化。2分裂导线：3分裂导线：4分裂导线：r为分裂导线中每一根次导线的半径；n为每相分裂导线的根数

输电线路的参数及等值电路34输电线路的参数及等值电路344.输电线路的电导：用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗。（1）正常情况下，泄漏电流很小，可以忽略，主要考虑电晕现象引起的功率损耗。（2）电晕：局部场强较高，超过空气的击穿场强时，空气发生游离，从而产生局部放电现象。

线路正常工作情况下，电导忽略不计。

输电线路的参数及等值电路354.输电线路的电导：用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功4.等值电纳(1)单导线输电线路的参数及等值电路364.等值电纳输电线路的参数及等值电路36（2）分裂导线

Deq各相分裂导线重心间的几何均距。rd2一相导线组的等值半径。对二分裂导线：对三分裂导线：对四分裂导线：输电线路的参数及等值电路37（2）分裂导线输电线路的参数及等值电路37例2－1有一长度为100km的110kV架空线路,导线型号为LGJ-185,导线的计算外径为19mm,三相导线水平排列,相间距离为4m,求该线路的参数并画出等效电路。输电线路的参数及等值电路38例2－1有一长度为100km的110kV架空线路,导线型例2－2一条220kV的输电线,长180km,导线为LGJ-400(直径2.8cm),水平排列,相间距7m,求该线路的R，X，B，并画等值电路。

39例2－2一条220kV的输电线,长180km,导线为LG例2－3有一条长度为400km的330kV架空输电线路，导线水平排列，相间距离8m，每相采用2×LGJQ-300分裂导线，计算直径为23.5mm，分裂间距为400mm，试求线路参数及等值电路。

40例2－3有一条长度为400km的330kV架空输电线路，第三节变压器变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器41第三节变压器变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器41变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Us%空载损耗ΔP0，空载电流I0%电阻RT注意单位

第三节变压器42变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Us%第三节变压2.3.1双绕组变压器的参数计算电抗电导

432.3.1双绕组变压器的参数计算电抗432.3.1双绕组变压器的参数计算电纳例题2-5442.3.1双绕组变压器的参数计算电纳442.4.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R3（1）三个绕组容量相同452.4.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R342.3.2三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100）462.3.2三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（10当容量比为100／100／50：当容量比为100／50／100：47当容量比为100／100／50：472.3.2三绕组变压器的参数计算

电抗X1、X2、X3

(i=1,2,3)482.3.2三绕组变压器的参数计算电抗X1、X2、X3482.3.2三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT

计算方法与双绕组变压器相同例2－6492.3.2三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT例2－642.3.3自耦变压器的参数计算自耦变压器计算方法与三绕组变压器相同。应注意：制造厂家给出短路试验数据中，不仅短路损耗未归算，甚至短路电压百分数也未归算，则归算式为502.3.3自耦变压器的参数计算自耦变压器计算方法与三绕组变压第四节发电机发电机电抗和电势

(a)以电压源表示；(b)以电流源表示51第四节发电机发电机电抗和电势51忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。第四节发电机52忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。第四节发电机52电势第四节发电机53电势第四节发电机53复习54复习541、同步电机551、同步电机552、异步电机562、异步电机562、异步电机572、异步电机57

3、直流电机58

2-4同步发电机的基本方程

基本前提一、理想同步电机结构对称适当简化

分析方法:park变换592-4同步发电机的基本方程基本前提593.2同步发电机的原始方程一、电势方程和磁链方程603.2同步发电机的原始方程一、电势方程和磁链方程60转子励磁绕组61转子励磁绕组61磁链方程62磁链方程62电感系数1定子各绕组的自感2.定子各绕组间的互感3.转子自感和各绕组间的互感4.定转子间的互感63电感系数1定子各绕组的自感63凸极机隐极机定子各绕组的自感互感周期变化常数转子各绕组的自感互感常数常数定子绕组与转子周期变化周期变化绕组间的互感64凸极机隐极机2-4dq0系统的同步电机方程一、坐标变换和dq0系统坐标变换可以简化方程对定子abc变换，如何确定Pyxx’y’oα652-4dq0系统的同步电机方程一、坐标变换和dq0系统坐标假想定子绕组永远位于dq轴上，与转子一起转动,旋转角度与转子相对静止，电感L为常数dq0系统中的电流方程66假想定子绕组永远位于dq轴上，与转子一起转动,旋转角度dq

P反变换

P-167PP-167二、dq0系统中的电势方程定子电势方程左乘P，对ψdq0=Pψabc68二、dq0系统中的电势方程定子电势方程左乘P，对ψdqPark变换把观察者的立场从静止的定子上转移到了转子上69Park变换把观察者的立场从静止的定子上转移到了转子上697070

三相对称时,

电势方程磁链方程71

三相对称时,

电势方程2-4同步机的对称稳态运行一、基本方程的实用化1.几点假设短路时，首先发生的是电磁变化，转子转速来不及变化722-4同步机的对称稳态运行一、基本方程的实用化短路时，首先发每个绕组的电感写成电抗的形式：73每个绕组的电感写成电抗的形式：73稳态运行时，各磁链对时间的变化率为零，从而iD=iQ=0于是

电势方程磁链方程将和代入电压方程，并定义74稳态运行时，各磁链对时间的变化率为零，从而iD=iQ=0于是因而75因而752.5.1多电压等级网络的参数归算基本级：一般选元件数多的电压级作为基本级。归算前后功率保持不变，功率不必归算。第五节电力系统的等值电路762.5.1多电压等级网络的参数归算第五节电力系统的等值电取10kV为基本级，则110kV级线路l-2阻抗、电压、电流归算如下：例第五节电力系统的等值电路77取10kV为基本级，则110kV级线路l-2阻抗、电压、电流3不同基准值的标幺值间的换算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：第五节电力系统的等值电路783不同基准值的标幺值间的换算第五节电力系统的等值电路781精确等值电路方法一：

将各电压级参数的有名值归算到基本级，在基本级选取UB，SB。2精确等值电路

在基本级选定UB，SB，将UB归算到各电压级。3近似计算法

各电压级都以其平均额定电压Uav作为基准电压，然后在各个电压级将有名值换算成标幺值。（各额定电压也是平均额定电压）2.5.2多电压等级网络的标幺值等值电路791精确等值电路方法一：2.5.2多电压等级网络的标幺值等第二章

电力系统各元件的特性和等值电路主要讲述电力系统各元件等值电路及参数80第二章

电力系统各元件的特性和等值电路主要讲述电力系统各元件本章重点1、负荷、电力线路、变压器和发电机的特性及等值电路；2、整个电力系统的等值电路。重点掌握各等值电路中参数的计算公式。81本章重点1、负荷、电力线路、变压器和发电机的2第一节负荷一．电力系统的负荷

1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。82第一节负荷一．电力系统的负荷33、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。第一节负荷833、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律

1.日负荷曲线一天的总耗电量日平均负荷

第一节负荷84二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律负荷率km最小负荷率

（谷峰比）85负荷率km最小负荷率（谷峰2.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量

最大负荷利用小时数

Tmax

86t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电电力系统分析和计算的一般过程

首先将待求物理系统进行分析简化，抽象出等效电路(物理模型)；

然后确定其数学模型，也就是说把待求物理问题变成数学问题；

最后用各种数学方法进行求解，并对结果进行分析。第二节电力线路87电力系统分析和计算的一般过程第二节电力线路8对电力系统稳态及暂态分析计算有关的元件，包括输电线路、电力变压器、同步发电机及负荷。第二节电力线路88第二节电力线路92.2.1输电线路1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具第二节电力线路892.2.1输电线路第二节电力线路109011电力系统图片91电力系统图片12（1）导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ第二节电力线路92（1）导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；第二节电（2）杆塔木塔：较少采用铁塔：主要用于220kV及以上系统钢筋混凝土杆：应用广泛第二节电力线路93（2）杆塔第二节电力线路14（3）绝缘子针式：10kV及以下线路第二节电力线路94（3）绝缘子第二节电力线路15针式绝缘子95针式绝缘子16悬式绝缘子主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。第二节电力线路96悬式绝缘子第二节电力线路17悬式绝缘子97悬式绝缘子18

表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔高度超过1000m时，应按有关规定对净间距值进行校正；对于发电厂变电所，各个s值应再增加10％的裕度，以策安全。98表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔棒式绝缘子起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。第二节电力线路99棒式绝缘子第二节电力线路20棒式绝缘子100棒式绝缘子212.电缆线路导体绝缘层保护层第二节电力线路1012.电缆线路第二节电力线路22架空输电线路参数有四个:（1）电阻r0：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗效应。（2）电感L0：反映载流导体的磁场效应。图2-11单位长线路的一相等值电路

输电线路的参数及等值电路102架空输电线路参数有四个:图2-11单位长线路的一相等值电图2-11单位长线路的一相等值电路

（3）电导g0：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率损耗。（4）电容C0：带电导体周围的电场效应。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。输电线路的参数及等值电路103图2-11单位长线路的一相等值电路（3）电导g0：线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图2-12短线路的等值电路输电线路的参数及等值电路1041.短输电线路：电导和电纳忽略不计图2-12短线路的等值2.中等长度的输电线路110kV～220kV架空线：100km～300km电缆：<100km线路电导忽略不计参数：可作出π型等值电路和T型等值电路（图2-13）输电线路的参数及等值电路1052.中等长度的输电线路输电线路的参数及等值电路26图2-13中等长度线路的等值电路(a)π形等值电路；(b)T形等值电路输电线路的参数及等值电路106图2-13中等长度线路的等值电路输电线路的参数及3.长距离输电线路架空线：>300km电缆：>100km需要考虑分布参数特性（见2.3节）输电线路的参数及等值电路1073.长距离输电线路输电线路的参数及等值电路28当传输信号的波长远大于传输线的长度时，有限长的传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位与传输线长度可近似认为相同，就不显现分布参数效应，可作为集中参数电路处理。但当传输信号的波长与传输线长度可比拟时，传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位均不相同，显现出电路参数的分布效应，此时传输就必须作为分布参数电路处理。

当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。而集总参数元件则是每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流；一个电路应该作为集总参数电路，还是作为分布参数电路，或者说，要不要考虑参数的分布性，取决于其本身的线性尺寸与表征其内部电磁过程的电压、电流的波长之间的关系。

108当传输信号的波长远大于传输线的长度时，有限长的传输线上各点的1.电阻有色金属导线单位长度的直流电阻：电阻率铜：18.8

铝：31.5精确计算时进行温度修正：

为温度系数：铜：铝:输电线路的参数及等值电路1091.电阻输电线路的参数及等值电路302.电抗1)单导线每相单位长度电感和电抗：式中：为三相导线间的互几何均距，r为导线的计算半径输电线路的参数及等值电路1102.电抗r为导线的计算半径输电线路的参数及等值电路313具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数及等值电路1113具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数增加一张分裂导线照片四分裂导线输电线路的参数及等值电路112四分裂导线输电线路的参数及等值电路33rd2为每相分裂导线的等值半径，随分裂根数不同而变化。2分裂导线：3分裂导线：4分裂导线：r为分裂导线中每一根次导线的半径；n为每相分裂导线的根数

输电线路的参数及等值电路113输电线路的参数及等值电路344.输电线路的电导：用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗。（1）正常情况下，泄漏电流很小，可以忽略，主要考虑电晕现象引起的功率损耗。（2）电晕：局部场强较高，超过空气的击穿场强时，空气发生游离，从而产生局部放电现象。

线路正常工作情况下，电导忽略不计。

输电线路的参数及等值电路1144.输电线路的电导：用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功4.等值电纳(1)单导线输电线路的参数及等值电路1154.等值电纳输电线路的参数及等值电路36（2）分裂导线

Deq各相分裂导线重心间的几何均距。rd2一相导线组的等值半径。对二分裂导线：对三分裂导线：对四分裂导线：输电线路的参数及等值电路116（2）分裂导线输电线路的参数及等值电路37例2－1有一长度为100km的110kV架空线路,导线型号为LGJ-185,导线的计算外径为19mm,三相导线水平排列,相间距离为4m,求该线路的参数并画出等效电路。输电线路的参数及等值电路117例2－1有一长度为100km的110kV架空线路,导线型例2－2一条220kV的输电线,长180km,导线为LGJ-400(直径2.8cm),水平排列,相间距7m,求该线路的R，X，B，并画等值电路。

118例2－2一条220kV的输电线,长180km,导线为LG例2－3有一条长度为400km的330kV架空输电线路，导线水平排列，相间距离8m，每相采用2×LGJQ-300分裂导线，计算直径为23.5mm，分裂间距为400mm，试求线路参数及等值电路。

119例2－3有一条长度为400km的330kV架空输电线路，第三节变压器变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器120第三节变压器变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器41变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Us%空载损耗ΔP0，空载电流I0%电阻RT注意单位

第三节变压器121变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Us%第三节变压2.3.1双绕组变压器的参数计算电抗电导

1222.3.1双绕组变压器的参数计算电抗432.3.1双绕组变压器的参数计算电纳例题2-51232.3.1双绕组变压器的参数计算电纳442.4.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R3（1）三个绕组容量相同1242.4.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R342.3.2三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100）1252.3.2三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（10当容量比为100／100／50：当容量比为100／50／100：126当容量比为100／100／50：472.3.2三绕组变压器的参数计算

电抗X1、X2、X3

(i=1,2,3)1272.3.2三绕组变压器的参数计算电抗X1、X2、X3482.3.2三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT

计算方法与双绕组变压器相同例2－61282.3.2三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT例2－642.3.3自耦变压器的参数计算自耦变压器计算方法与三绕组变压器相同。应注意：制造厂家给出短路试验数据中，不仅短路损耗未归算，甚至短路电压百分数也未归算，则归算式为1292.3.3自耦变压器的参数计算自耦变压器计算方法与三绕组变压第四节发电机发电机电抗和电势

(a)以电压源表示；(b)以电流源表示130第四节发电机发电机电抗和电势51忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。第四节发电机131忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。第四节发电机52电势第四节发电机132电势第四节发电机53复习133复习541、同步电机1341、同步电机552、异步电机1352、异步电机562、异步电机1362、异步电机57

3、直流电机137

2-4同步发电机的基本方程

基本前提一、理想同步电机结构对称适当简化

分析方法:park变换