电力系统元件参数和等值电路课件

第2章电力系统元件参数和等值电路1电力系统运行状态电力系统运行参量——表征电力系统运行状态

电磁参量：功率、电流、电压

机械参量：频率、发电机组转子相对角位移电力系统运行状态

稳态：所有运行参量在某一平均值附近很小变

化，接近常量，此时，称系统处于稳态。

暂态：部分或全部运行参量发生较大变化，则

称此时系统处于暂态。2电力系统分析的内容内容：

采用数学方式模拟计算电力系统稳态运行和暂态运行过程中的各种电磁参量和机械参量。目的：

提前对电力系统未来可能出现的状态进行掌握和控制。前提：

先明确系统及其元件在稳态和暂态过程的数学表示方式。本章内容：分析稳态时系统元件的数学

模型3本章内容电力线路的参数和等值电路；变压器的参数和等值电路；发电机和负荷的参数及等值电路；

电力网络的等值电路。41电力线路参数和等值电路1.1电力线路结构简述（1）分类架空线路电缆线路（2）架空线路

I.结构5具有良好的电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；

例：LJ（铝绞线）TJ（铜绞线）LGJ（钢芯铝绞线）标号：LGJ-400/50，400表示铝线额定面积（mm2），

50表示钢芯额定面积II.架空线路导线类型与标识6III架空线路导线结构铝线钢芯扩大导线截面积7钢芯铝绞线扩径钢芯铝绞线8单位长度架空线路参数电阻：r1=ρ/S(Ω/km)ρ:导线材料的电阻

率，S导线标称截面积。电抗：由于导线存在自感和导线之间存在互感

导线存在电抗x1(Ω/km)，高空架空电

力线路可近似取0.4Ω/km。x1与导线的

半径呈反比，因此分裂导线（等值增大

半径），可降低电抗。IV架空线路导线参数分裂导线9电导：由于导线与地或与其他导线之间存在电

场，当电压超过临界电压就会产生电晕

放电，造成有功功率的损耗，因此，存

在电导g1（S/km）。线路设计时，晴天不允许导线发生电

晕，因此一般g1=0。电纳：由于导线与地或与其他导线之间存在电

场，会形成电容效应，因此存在电纳b1。

10V架空线路的换位为减少三相参数的不平衡，长线路应该进行换位。11VI架空线路的等值电路分布参数等值电路集中参数等值电路（因分布式等值电路难于计算）

a）短线路（l<100km,忽略电导、电纳）因线路三相参数完全相同，三相电压、电流有效值相同，故可用单相等值电路代表三相Z=(r1+jx1)l12注意，导纳两边各一半b）中等长度线路（100km<l<300km）Z=(r1+jx1)lY=jb1l用π形等值电路表示用T形等值电路表示无需考虑参数分布效应注意，导纳两边各一半13b）长线路（l>300km）Z=(kr

r1+jkx

x1)lY=jkb

b1l用π形等值电路表示用T形等值电路表示必须考虑参数分布效应，进行系数修正14（3）电缆线路I.结构导线绝缘层钢铠包护层15II.等值电路a）短线路b)中等长度线路（l<100km）c)长线路（l>100km）等值电路形式与架空线路相同！162变压器参数和等值电路（1）双绕组变压器的等值电路(电机学)rmjxmr1jx1r2jx2¢¢励磁支路一次绕组漏抗归算到一次侧的二次绕组漏抗GTRTjXT-jBT17（2）等值电路的参数计算I.短路试验短路损耗：Pk短路电压百分比：Uk(%)

因：Pk≈Pr，而三相电阻中的有功损耗Pr为：可得：单位为：UN（V），SN（VA），

Pk（W）线电压18但，由于工程上，单位通常为：UN（kV），SN（MVA）

Pk（kW）故上式可改写为：

因，变压器中，XT﹥>RT,故|XT|≈|ZT|，可认为短路电

压Uk主要降落在电抗XT上，故：可得：19II.空载试验空载损耗：P0空载电流百分比：I0(%)

因：电导GＴ对应的变压器的铁损PFE≈P0，因此：可得：单位为：UN（V），SN（VA），

Pk（W）20但，由于工程上，单位通常为：UN（kV），SN（MVA）

P0（kW）故上式可改写为：

因，变压器中，GT﹥>BT,故可认为空载电流I0主要通

过电纳支路，故：可得：21综上，可得变压器等值电路及参数计算GTRTjXT-jBT可得：单位：UN（kV）SN（MVA）

Pk（kW）

P0（kW）变压器有两个额定

电压，因此参数

可归算为任一侧！22（3）三绕组变压器的等值电路及参数计算GTRT1jXT1-jBTRT2jXT2RT3jXT3励磁支路参数计算与双绕组变压器相同，空载试验阻抗支路参数计算稍有区别，短路损耗、短路电压的计算23电阻按各对绕组间的短路损耗计算三个绕组的容量比为100/100/100%时然后可套用双绕组变压器求电阻的公式三个绕组的容量比不等时，如100/50/100%，须归算至变压器额定容量或额定电流时的值24电抗各对绕组间的短路电压百分数计算制造厂给出的短路电压百分数已归算至变压器的额定容量，因此不需再归算然后可套用双绕组变压器求电抗的公式253发电机和负荷的参数及等值电路3.1复功率的概念及计算公式复功率视在功率有功功率无功功率电压向量电流向量注意：在上述表示方式下，负荷以滞后功率因数运行时，

所吸取的无功功率为正；以超前功率因数运行时，所

吸收的无功功率为负；发电机则正好相反。263.2发电机的参数及等值电路特征：I）电力系统中发电机均指三相交流发电机：

II)发电机参数三相完全相同；

III）运行时，发电机电压和电流参量完全对称。因此：可用单相等值电路表示三相（1）特征分析27

电压源模型（2）单相等值电路（电源模型）电流源模型其中：数学描述：28已知量：制造厂一般给出以发电机额定容量为基准

的电抗百分比。而因电阻较小，忽略不计。（3）发电机单相参数的计算故：发电机单相电抗的有名值为：293.3负荷的参数及等值电路（1）特征分析

在电力系统中，负荷通常用其从电网中取用的有

功功率和无功功率来表示。（2）负荷描述PL+jQL注意：如负荷为感性，则QL>0；如负荷为容性，则QL<0.U304电网的等值电路（等值网络）（1）概念即把电网中的输电线路和变压器用其数学

模型表示，并按照电气关系相互连接后的

电路网络。鉴于电网中的设备均为三相对称，参数相

同，故可用单相等值电路表示三相。4.1基础知识31（2）等值网络的形成12341234变压器参数归算在低压侧变压器参数归算在低压侧理想变压器32（3）等值网络的分类

有名制：进行电力系统计算时，用带单位的元件参数

（阻抗、导纳）和运行参量（电压、电流、功

率）进行运算，称为有名制。标幺制：进行电力系统计算时，用不带单位的元件参数

（阻抗、导纳）和运行参量（电压、电流、功

率）的相对值进行运算，称为表幺制。据此，等值网络可分为：I.有名制等值网络用带单位的元件参数(阻抗、导纳）表示的等值网络II.标幺制等值网络用不带单位的元件参数(阻抗、导纳）的相对值表示的

等值网络334.2有名制等值网络上述等值网络中，理想变压器的存在，使得各支路电流和各节点电压难于计算。因此，在有名制等值网络里，需要将不同电压等级的元件参数（导纳、阻抗）、以及运行参量（电流、电压）归算到同一电压等级——基本级。1234理想变压器理想变压器有名值表示有名值表示34（1）有名值（实际值）的归算I选择基本级：一般取电力系统中的最

高电压等级II把非基本级的元件参数、电流、电压按照实

际变比归算到基本级1234例：归算前等值网络（取基本级为220电压等级）351234归算后等值网络归算到同一电压等级的等值网络元件参数归算运行参量归算36例如：归算前的等值电路取基本级为220kV，把线路L3的参数归算到基本级K1=220/121K2=110/111（2）多电压等级网络参数归算37若取变压器变比为一次侧和二次侧平均额定电压之比归算前的等值电路则，取基本级为220kV，把线路L3的参数归算到基本级时：K1=231/115K2=115/10.5（3）多电压等级网络参数近似归算简化计算近似之处38同理：同理：可推广到其他电压等级！394.3标幺制等值网络标幺制等值电路中：I.元件参数用标幺值表示，包括理想变压器的变比II.运行参量也要有标幺值表示1234理想变压器理想变压器标幺值表示也要用标幺值表示40（1）标幺值概念：就是相对值表示方式：右下脚标加*，例如同理：41（2）标幺值的计算电力系统中元件参数和运行参量之间的关系：因此，若确定基准值时也应该满足该关系则：确定基准值时，每个电压等级下，只需确定两个基准值，其他三个参量的基准值即可计算得到。S：三相视在功率；Ｕ线电压；Ｉ线电流Ｉ单电压等级系统基准值的选取：42一般：在计算标幺值时，选择功率SB和电压UB作

为基准值，则回顾：变压器参数表示方式以变压器额定容量和额定电压表示的基准值标幺值有名值43例如：若系统如右图12A）取：基准容量SB=100MVA

基准电压UB1=10kVB）计算：基准阻抗和导纳C）计算：阻抗标幺值44选取原则：SB：各电压等级均相同，即一个系统只有一

个功率基准值，理论上讲，可随意选取。

UB:每个电压等级各自选取自己的电压基准

值，理论上讲，可随意选取。II多电压等级系统基准值的选取这样：各电压等级可根据统一的功率基准值SB和电压

UB,n，即可计算出各自的IB,n，ZB,n，YB,n，之后：即可根据各电压等级的基准值，计算出

系统中各元件参数（阻抗、导纳、变比）和运行

参量（电压、电流、功率）的标幺值45例如：若系统如下图1234A）取：基准容量SB=100MVA

10kV电压等级线路基准电压UB,10=10kV

110kV电压等级线路基准电压UB,110=110kV

220kV电压等级线路基准电压UB,220=220kV46B）计算：各电压等级基准阻抗C）计算：各电压等级支路标幺值47D）计算：变比标幺值T1:T2:非标准变比1234E）标幺值等值电路48在上例中，若先取：III利用基准值的选取消去理想变压器基准容量SB=100MVA

220kV电压等级线路基准电压UB,220=220kV然后根据变比，取10kV和110kV电压等级基准电压为：则标幺值等值网络中变比的标幺值为：T1:T2:491234此时，标幺值等值电路意味着等值电路里没有变压器50（3）标幺值等值网络的优点Ｉ可通过基准电压的选取，消去等值网络里的变压器

方法：先选择基本级的基准电压，在根据变比折算