电抗器的参数和等值电路电阻RT课件

电力系统元件参数和等值电路第一节电力线路参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节电力网络的等值网络电力系统元件参数和等值电路第一节电力线路参数和等值电路第2.1电力线路参数计算和等值电路2.1.1电力线路的结构

1．架空线路架空线路主要由导线、避雷线（即架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等部件组成，如图2-1所示。

图2-1架空线路的结构导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。2.1电力线路参数计算和等值电路2.1.1电力线路的此外，对220KV以上的输电线路，还可采用分裂导线或扩径空心导线以减少电晕损耗和线路电抗。采用分裂导线可以改变导线周围的磁场分布，等效地增大导线半径，减小线路的电抗。图2-2裸导线的构造a）单股线b）多股绞线c）钢芯铝绞线导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝和钢。导线的结构型式：除低压配电线路使用绝缘导线外，一般用裸导线。其结构有三种：单股线、一种金属的多股绞线和钢芯铝绞线三种，如图2-2所示。此外，对220KV以上的输电线路，还可采用分裂导线或扩径空心架空导线的型号有：TJ——铜绞线LJ——铝绞线，用于10kV及以下线路LGJ——钢芯铝绞线，广泛用于35kV及以上线路GJ——钢绞线，用作避雷线

导线型号后面的数字表示导线的截面积，而钢芯铝绞线后面的数字只表示载流部分（铝线部分）的截面积。架空导线的型号有：TJ——铜绞线LJ——铝绞线，用于10k三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列；多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上面，电压较低的线路应架设在下面；架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通讯线路应在下面。导线在杆塔上的排列方式：三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列；导线在杆塔上的杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。按材料分：有木杆、钢筋混凝土杆（水泥杆）和铁塔。按用途分：有直线杆塔（中间杆塔）、转角杆塔、耐张杆塔（承力杆塔）、终端杆塔、换位杆塔和跨越杆塔等。横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安装方式和使用地点等。杆塔的分类横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担和瓷横担三种。杆塔：用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝缘距离；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种。针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小转角杆塔上。悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7片串接）。棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以下线路应用比较广泛。绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝缘距离；2．电缆线路电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面是圆形的；三芯或四芯电缆的导体截面除圆形外，更多是采用扇形，如图2-3所示。图2-3扇形三芯电缆1—导体2—纸绝缘3—铅包皮

4—麻衬5—钢带铠甲6—麻被导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。2．电缆线路电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。常用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，在电缆的最外层还包有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保持绝缘。绝

2.1.2输电线路的参数计算1．架空线路的参数计算电阻：反映有功功率损耗导线单位长度直流电阻为：导线的交流电阻比直流电阻增大0.2%～1%，主要是因为：应考虑集肤效应和邻近效应的影响；导线为多股绞线，每股导线的实际长度比线路长度大(2%);导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。通常取;S为导线载流部分的标称截面，mm2（对于钢芯铝线指铝线部分的截面积）2.1.2输电线路的参数计算1．架空线路的参数计算电阻工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值r1，则需要指出：手册中给出的r1值，是指温度为20℃时的导线电阻，当实际运行的温度不等于20℃时，应按下式进行修正：

式中，α为电阻的温度系数(1/℃)，铜取0.00382（1/℃），铝取0.0036（1/℃）。电抗：反映载流导线周围产生的磁场效应。式中，μr为相对磁导率，铜和铝的;r为导线半径（m）；Dm为三相导线的线间几何均距（m）。分裂导线每相导线单位长度的等值电抗为：分裂根数越多，电抗下降越多。一般不超过4根。工程计算中，可先查出导线单位长度电阻值r1，则需要指出：手注意：为了使三相导线的电气参数对称，应将输电线路的各相导线进行换位，如图2-5所示。图2-4三相导线的布置方式a）等边三角形布置b）水平等距布置图2-5一次整循环换位若三相导线等边三角形排列，则若三相导线水平等距离排列，则注意：为了使三相导线的电气参数对称，应将输电线路的各相导线进通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右，则电纳：三相导线的相与相之间、相与地之间具有分布电容，当线路上施加三相对称交流电时，电容将形成电纳。

三相导线对称排列，单位长度的电纳（S/km）为：一般架空线路b1的值为S/km左右，则电导：电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗。说明：通常架空线路的绝缘良好，泄露电流很小，可以忽略不计。通常架空线路的电抗值在0.4Ω/km左右，则电纳：三相导线电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象。当线路电压高于电晕临界电压时，将出现电晕损耗，与电晕相对应的导线单位长度的等值电导（S/km）为：因此，式中，为实测线路单位长度的电晕损耗功率（kW/km）。注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为。

在设计架空线路时依据电晕临界电压规定了不需要验算电晕的导线最小外径：110kV导线外径不应小于9.6mm；220kV导线外径不应小于21.3mm；60kV及以下的导线不必验算电晕临界电压；220kV以上的超高压输电线，采用分裂导线或扩径导线以增大每相导线的等值半径，提高电晕临界电压电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度2.钢导线架空线路的参数

钢导线是导磁物质，其电阻、电抗与磁场有关，当钢导线通过交流电流时，集肤效应和磁滞效应都很突出，因而钢导线的交流电阻比直流电阻大很多。难以计算需要依靠实测。式中，前项为钢导线的外电抗，与导线的排列位置和计算半径有关；后项为内电抗，只与导磁系数μr有关。

钢导线每相单位长度的电抗为：2.钢导线架空线路的参数钢导线是导磁物质，3.电缆线路的参数电缆线路的电气参数计算比架空线路复杂的多。这是由于三相导线间的距离很近，导线截面形状不同，导线的绝缘介质不同。通常采用实测办法，并将其电气参数标明在设计手册中。3.电缆线路的参数电缆线路的电气参数计算比架【例2.1】有一回110kV架空电力线路，长度为60km，导线型号为LGJ-120，导线计算外径15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。求该电力线路的参数。解：每千米电力线路的参数三相导线间的几何均距【例2.1】有一回110kV架空电力线路，长度为60km，导得电力线路的实际参数

【例2.2】有一回220kV架空线路，长度为100km，采用每相双分裂导线，次导线型号为LGJ-185，每一根导线计算外径19mm，三相导线以不等边三角形排列，线间距离Dab=9m，Dbc=8.5m，Dca=6.1m。分裂间距d=400mm。求该电力线路的参数。解：1)电阻

2)电抗

得电力线路的实际参数【例2.2】有一回220kV3)电纳2.2电力线路的等值电路

正常运行时电力系统三相是对称的，三相参数完全相同，可用单相等值电路代表三相。输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，参数计算复杂。通常对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑以简化计算，而对于长线路，这种转化就不精确。3)电纳2.2电力线路的等值电路正常运行时1.短电力线路一字型等效电路

：用于长度不超过100km的架空线路（35kV及以下）和线路不长的电缆线路（10kV及以下）。π型或T型等效电路：（110～220kV）和长度不超过100km的电缆线路（10kV以上）。用于长度为100～300km的架空线路图2-6一字型等效电路图2-7π型或T型等效电路a）π型b）T型2.中等长度线路1.短电力线路一字型等效电路：3.长线路的等值电路长度超过300km的架空线路和长度超过100km的电缆线路。1）长距离输电线路的稳态方程设长为l的输电线路其参数沿线均匀分布，单位长度阻抗和导纳分别为在距离线路末端x处取一微段dx。作出等值电路3.长线路的等值电路长度超过300km的架空线路和长度超过1图2-6长线路的均匀分布参数电路dx微段串联阻抗中的电压降落为dx微段并联导纳中的支路电流为将以上两式分别变形为略去二阶微小量图2-6长线路的均匀分布参数电路dx微段串联阻抗中的电压降

将式（2-16）对x微分，可得（2-20）

将其微分后代入式（2-16），可得

解此二阶常系数齐次微分方程，其通解为式中称为线路传播常数；称为线路的特性阻抗；27将式（2-16）对x微分，可得（2-20）

当x=0时，由通解方程式

当x=0时，从而有将此式代入式（2-22）、（2-23）中，便得（2-24）

稳态解中的常数C1、C2可由线路的边界条件确定当x=0时，式（2-24）、（2-25）又可写成矩阵形式当x=l时，可得首端电压和电流的表达式（2-25）（2-26）（2-27）ABCDAD-BC=1二端口的外部特性可用3个参数确定，则该无源二端口可表示为3个阻抗（导纳）的组合A=D，符合对称二端口网络特点，输电线路可看成是对称无源二端口。可用对称的T型或π型等值电路表示。返回P27P31式（2-24）、（2-25）又可写成矩阵形式只研究П型等值电路，求、

图2-7长线路的等值电路(a)П型等值电路；(b)Τ型等值电路2）长输电线路的集中参数等值电路

由等值电路(a)

依二端口网络方程

可得只研究П型等值电路，求、图2即化简

令全线路总阻抗和总导纳分别为

特性阻抗（定义）

传播常数ll分布参数修正系数即化简令全线路总阻抗和总导纳分别为特性阻抗（定义）传播进一步化简，消去双曲函数

将集中参数的阻抗Z和导纳Y分别乘以相应的分布参数修正系数即可得到对应的分布参数阻抗和导纳

当架空线l<1000km，电缆线路l<300km时，上式只取前两项（2-35）进一步化简，消去双曲函数将集中参数的阻抗Z和导纳Y分别乘以将z1=r1+jx1，y1=g1+jb1，以及G=g1l=0代入式（2-35）中，展开后可得的近似计算公式式中图2-8长线路的简化等值电路

注意，由于推导该式时，只用了双曲函数的前二项，在电力线路很长时，该式就不适用了，应直接使用式（2-33）、（2-34）。反之，电力线路不长时，这些修正系数都接近于1，就不必修正了。将z1=r1+jx1，y1=g1+jb1，4.波阻抗和自然功率（1）波阻抗对于超高压架空线路，r1<<ωL1，g1≈0“无损耗”线路仅有虚部β，称为相位系数为纯电阻，称为波阻抗4.波阻抗和自然功率（1）波阻抗对于超高压架空线路，r1<<2.3.1双绕组变压器电力系统中，双绕组变压器一般采用由电阻、电抗、励磁电导和电纳组成的Γ型等效电路。图2-双绕组变压器的等效电路a）Γ型等效电路b）励磁支路用功率表示的等效电路c）简化等效电路并用空载损耗代替电导、励磁功率代替电纳，35kV及以下的变压器中，励磁支路可忽略不计，简化为等效电路c)。注意：变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。以上参数应根据铭牌数据计算得出2.3变压器、电抗器的参数和等值电路2.3.1双绕组变压器电力系统中，双绕组变压器一般采用由电阻RT：由于所以（Ω）

电抗XT：短路实验时，变压器上通过额定电流，其阻抗上电压降的百分比对小容量变压器，则注意：计算到的数值为折算到某一侧之后高、低压侧的电阻、电抗之和。

短路实验时，一侧绕组短接，另一侧绕组上所加的电压使该绕组通过额定电流，此时测得的功率即为短路损耗。电阻RT：由于所以所以

（S）

电导GT：变压器的电导是用来表示铁心损耗的（空载实验）电纳BT：变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。所以（S）

由得：

因此（S）

说明：以上各式中，U

、S、P、Q、的单位分别为kV、kVA、kW和kvar。所以2.3.2三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图2-19所示。图2-19三绕组变压器的等效电路a）励磁回路用导纳表示b）励磁回路用功率表示2.3.2三绕组变压器三绕组变压器的等效电路如图2-19所示电阻RT1、RT2、RT3三绕组变压器容量比有三种不同类型：100/100/100：三个绕组的容量均等于变压器的额定容量；100/100/50：第三个绕组的容量为变压器额定容量的50%；100/50/100：第二个绕组的容量为变压器额定容量的50%。通过短路试验可得到任两个绕组的短路损耗、、，则每一个绕组的短路损耗为

对100/100/100的变压器：(1)按各绕组之间的短路损耗计算电阻电阻RT1、RT2、RT3三绕组变压器容量比有三种不同类由得：

所以由得：所以

短路试验时只能使容量小的绕组达到它的额定电流（有两组数据是按50%容量的绕组达到额定容量时测量的值）。而式中的SN指的是100%绕组的额定容量。因此，应先将各绕组的短路损耗按变压器的额定容量进行折算，然后再计算电阻。如对容量比为100/100/50的变压器，其折算公式为式中，、为未折算的绕组间短路损耗（铭牌数据）；、为折算到变压器额定容量下的绕组间短路损耗。对100/100/50和100/50/100的变压器：短路试验时只能使容量小的绕组达到它的额定电最大短路损耗是指两个100%额定容量的绕组通过额定电流IN(额定功率SN)，而另一个100%或50%额定容量的绕组空载时的有功损耗。电阻归算至同一电压等级，若SN1=SN2=SN，则RT1=RT2=RT（100）(2)按变压器最大短路损耗计算电阻假设1、2绕组的额定容量为100%SN，则最大短路损耗是指两个100%额定容量的绕组通过额定电流IN(上式中—Pk.max(W)

UN(V)

SN(VA)将其变为实用制单位，（2-51）（2-52）若SN2=SN1/2=SN/2，则RT2=RT（50）=2RT（100）即Pk.max(kW)UN(kV)SN(kVA)，则上式中—Pk.max(W)UN(V)电抗XT1、XT2、XT3所以由得：电导GT与电纳BT：同双绕组变压器。说明：1）厂家给出的短路电压百分数已归算到变压器的额定容量，因此在计算电抗时，不论变压器各绕组的容量比如何，其短路电压百分数不必再进行折算。2）参数计算时，要求将参数归算到哪一电压等级，则计算公式中的UN为相应等级的额定电压。电抗XT1、XT2、XT3所以由例2.4某变电所装有一台型号为SFSL1-20000/110，容量比为100/100/50的三绕组变压器，试求变压器的参数并做出等值电路。

解：1）先对与容量较小绕组有关的短路损耗进行折算2）计算各绕组的短路损耗例2.4某变电所装有一台型号为SFSL1-20000/113）计算各绕组的电阻4）计算各绕组的电抗：短路电压3）计算各绕组的电阻4）计算各绕组的电抗：短路电压各绕组的电抗为变压器电导电纳及功率损耗在等值电路参数中，有时会出现一个电抗为不大的负值现象（常做0处理）。负值都出现在中间位置的绕组上，原因是处于其两侧绕组的互感作用很强，超过了绕组的自感作用。各绕组的电抗为变压器电导电纳及功率损耗在等值电路参数中，有时自耦变压器和普通变压器的短路试验、参数的求法和等值电路的确定完全相同。三绕组自耦变压器的短路试验中，短路损耗Pk未归算，甚至短路电压百分比Uk(%)也未归算。因此其归算式为2.3.3自耦变压器的参数和等值电路（2-55）（2-56）P’k、U’k表示未归算值，即出厂时的原始数据SN3：第三绕组的额定容量。

自耦变压器和普通变压器的短路试验、参数的求法含理想变压器的等值电路变压器的π型等值电路图2-11带有变压比的等值电路含理想变压器的等值电路变压器的π型等值电路图2-11带有如果略去励磁支路或另作处理，可表示为图2－22（a)如果略去励磁支路或另作处理，可表示为图2－22（a)由图（a)得：由上式解出：由图（a)得：电抗器的参数和等值电路电阻RT课件令YT=1/ZT，上式变为：

令YT=1/ZT，上式变为：变压器的π型等值电路的变压原理

三个支路的阻抗值之和恒等于零，构成谐振三角形，产生谐振换流，在原、副方间的阻抗上产生电压降，实现变压的作用。变压器的π型等值电路的变压原理三绕组变压器的情况三绕组变压器的情况变压器变比：额定变比、实际变比。2.4

电力网络的等值网络2.4.1以有名制表示的等值网络进行电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算的，称为有名制。近似计算中，可不按实际变比，而假定变压器的变比为各电压等级的平均额定电压之比，即变压器的变比为变压器两侧电力线路平均额定电压之比。各级平均额定电压规定为：3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75、37kV、115kV、230kV、345kV、525kV。变压器变比：额定变比、实际变比。2.4在变压器联系的多级电压网络的计算中，必须将不同电压级的各元件参数归算到同一电压等级—基本级。相应地（2-68）（2-69）有名值归算时按下式计算K1、K2、…Kn为变压器的变比；R、X、G、B、U、I为归算后的有名值。在变压器联系的多级电压网络的计算中，必须将不同电压级的各元件图2-18中，如需将l3的参数折算至220kV侧即变压器的变比应从基本级到待归算级变比的大小，在需精确计算时应取变压器的实际变比；在近计算的场合，变压器变比可取其两侧平均电压之比。图2-18中，如需将l3的参数折算至220kV侧即变压器的变2.4.2以标幺制表示的等值网络进行电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、电压、电流、功率等的相对值进行运算，称为标幺制。标幺值的定义为（2-72）1）便于同类产品性能对比；同一类型的电机、变压器等，其额定容量和电压等级差别很大，采用标幺值后，同一性能参数都在一个范围内变化，便于分析对比。2）对电机、变压器等需要折算的电气设备，采用标幺值后一、二次侧的各物理量不需折算；3）使各物理量的数值简化。1.采用标幺制的优点2.4.2以标幺制表示的等值网络进行电力系2.基准值的选取三相系统中，各物理量间的关系满足：故选定各物理量的基准值间满足：通常先选定基准容量SB和基准电压UB，则基准电流IB和基准电抗ZB分别为：各标幺值之间关系2.基准值的选取三相系统中，各物理量间的关系满足：故选定各3.不同基准值的标幺值间的换算电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值都是以其自身的额定值为基准值的标幺值

，不能直接进行运算，进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。换算方法是：先将以额定值为基准的标幺值还原为有名值，选定SB和UB，计算以此为基准的标幺值。4.统一基准值下各元件电抗标幺值的计算发电机：通常给出SN、UN和额定电抗标幺值，则实际值3.不同基准值的标幺值间的换算电力系统中各电气设备如发统一基准值下的标幺值变压器：通常给出SN、UN和短路电压百分数

，所以输电线路：通常给出线路长度和每公里的电抗值，则统一基准值下的标幺值变压器：通常给出SN、UN和短路电压百分电抗器：通常给出IN、UN和电抗百分数阻抗有名值统一基准值下的标幺值5.多级电压网络中各元件参数标幺值的计算电抗器：通常给出IN、UN和电抗百分数阻抗有名值统1）确定基本级及其基准电压；1.准确计算法(1)方法一：将各电压级参数的有名值都归算至基本级，在基本级按统一的SB、UB求标幺值；

5.多级电压网络中各元件参数标幺值的计算2）按变压器的变比确定其余各电压级的电压基准值；3）按全网统一的基准功率和各级基准电压计算网络各元件的电抗标幺值