任务1.1.1电力系统二电力系统的表征参数和短路容量28课

任务1.1.1电力系统

二、电力系统的表征参数

和短路容量二、电力系统的表征参数和短路容量发电机、变压器和输电线是构成电力系统的主要元件。表征电力系统的基本参量有总装机容量、年发电量、最大负荷、年用电量、额定频率、最高电压等级等。（一）发电机发电机的常用参数是它们的次暂态电抗Ｘ″ｄ（突然短路时发电机表现的电抗初始值）和负序电抗Ｘ２（二）变压器对于大型变压器，其电抗Ｘｂ的百分值与其阻抗电压Ｕｄ的百分值相等，且只同高压侧的额定电压有关下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量单相变压器电抗的百分值与三相变压器的相同。三相变压器和接成三相的单相变压器，其负序电抗和正序电抗相等。三相变压器的电抗还同高、中、低压线圈的排列有关。对于常见的１１０ｋＶ的三相变压器，其电抗平均值如表所示。表中的Ｘ１、Ｘ２和Ｘ３分别代表高压、中压和低压线圈的电抗。有时给定三相变压器阻抗的百分值Ｕｄ１２、Ｕｄ２３和Ｕｄ１３。这时变压器电抗的百分值计算表达式为由于互感的影响，电抗有时出现负值，如表所示。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量（三）输电线架空输电线的电抗Ｘ（Ω）的有名值主要同线路长度ｌ（ｋｍ）有关，而同导线截面、电压等级关系不大。其单位长度值或称单位值，用ｘ表示，单位为Ω／ｋｍ，其表达式为上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量（四）标幺值以上所列发电机、变压器和输电线的电抗，是归算到各自的额定容量Ｓｅ的百分值，或是有名值。归算到基准容量Ｓｊ和基准电压Ｕｊ的标幺值按下式计算。发电机变压器输电线供电计算通常取基准容量Ｓｊ＝１００ＭＶＡ。对于发电机，Ｓｅ等于其额定功率Ｐｅ除以额定功率因数ｃｏｓφ，即Ｓｅ=Ｐｅ／ｃｏｓφ。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量（五）短路容量电力系统的短路容量是选择牵引变电站１１０ｋＶ开关设备所必需的，是估计电力系统的负荷能力的重要依据。把电力系统元件的电抗归算到同一的基准容量（１００ＭＶＡ）后，便可以应用等效发电机原理将网络简化，得出电力系统到牵引变电站进线点（通称负载点）短路时的短路容量Ｓ″为电力系统的短路容量同电力系统的发电容量有关，还同负载点所在的地点有关。一般电力系统的发电容量越大，短路容量就越大；负载点距离电力系统电源越远，短路容量就越小。负载点距离电力系统电源的远近，可用等效输电线长度表示。由于实际中一般不是用一条输电线将负载点与一个单一的发电厂连通，所以等效输电线长度只是从概念上表示负载点与电力系统电源的“电距离”。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量设ｌ代表等效的１１０ｋＶ输电线长度，那么在各种长度ｌ时，电力系统的短路容量Ｓ″同系统的额定容量Ｓｅ的关系如表所示。由表可知，只是负载点离电力系统电源较近时，短路功率Ｓ″的值受系统容量的影响才较大。而离电源愈远，短路功率Ｓ″受系统容量的影响愈小。上一页下一页返回电力系统发热短路容量Ｓ″二、电力系统的表征参数和短路容量通常在电力系统容量很大时使用２２０～３３０ｋＶ输电线。从式中可知，输电线阻抗同电压平方成反比。１１０ｋｍ、２２０ｋＶ输电线的阻抗只相当于２５ｋｍ、１１０ｋＶ输电线。所以若改由２２０ｋＶ输电线供电，将大大缩短负载点与电力系统电源的电距离。实际中，牵引变电站一般由１１０ｋＶ电网供电，电力系统的短路容量通常为４００～１６００ＭＶＡ。若由２２０ｋＶ电网供电时（电距离缩短），电力系统的短路容量将增大。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量（六）电压波动为了分析电力系统的电压状态，考虑如图（ａ）所示的简单情况。图中表示一个单一的发电厂和输电线，Ｃ表示牵引变电站负载点。发电机母线电压由自动电压调节器保持在额定电压，所以升压变压器的空载电压为１２１ｋＶ，比输电线标准电压１１０ｋＶ高１０％。牵引变电站空载时，发电厂原有的负载电流在升压变压器和输电线中产生的电压损失如图（ｂ）所示中折线１，负载时的电压状态如折线２所示。上一页下一页返回升压变压器的空载电压牵引变电站空载时牵引变电站负载时二、电力系统的表征参数和短路容量牵引变压器的高压侧电压分接头有多种，例如，（１１０±２×2.5％）ｋＶ、(１１０±１/３×2.5％)ｋＶ等，最常用的是第一种，第二种只用于系统电压显著偏低的场合。第一种其分接电压如图所示。变压器２７.５ｋＶ侧母线的空载电压等于系统电压Ｕ０乘以变压器的反变压比。当电力系统电压Ｕ０波动很大，若超过其平均值±５％时，可在牵引变电站采用具有有载分接开关的变压器。这种变压器高压侧调节范围达±３×2.5％，而且可在负载情况下调节而无须停电。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量此外，频率、电压、波形是表征电力系统电能质量的三个基本指标。其额定值也是系统设备设计和选型的重要依据。运行频率、电压和波形畸变率超过允许的偏移值时，将影响用电设备的安全运行，可能造成减产和废品。系统频率主要取决于系统中有功功率的平衡。发电出力不足使系统频率偏低。节点电压主要取决于系统中无功功率的平衡。无功功率不足，则电压将偏低。波形质量问题由谐波污染引起。非线性负荷从电网中吸收非正弦电流，引起电网电压畸变。电压波形质量用畸变率来衡量。上一页下一页返回二、电力系统的表征参数和短路容量正弦波的畸变率是各次谐波有效值平方和的方根值与基波有效值的百分比。保证波形质量就是限制系统中电压、电流中的谐波成分。限制方法有更改整流器设计、