第三章电气系统元件参数及等值电路.ppt

1、电力线路按结构可分为 架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等 电 缆：导线、绝缘层、保护层等,架空线路利用空气绝缘、设备简单、建设费用较低，检修与维护方便。 但容易遭受雷击和风雨冰雪等自然灾害的侵袭；占地面积大；对交通、建筑、市容和人身安全有影响。 电缆线路一般直埋设在土壤、敷设在电缆沟或电缆隧道、穿管敷设等，占地少，受气候和环境的影响小，故障少，供电可靠性高，维护工作量少。 但造价高，线路不易变动，但一旦故障寻测故障点难、检修费用大等。,第三章 电力系统元件参数及等值电路,第一节输电线路的电气参数及等值电路,架空线路的结构,图 架空线路结构,导线（铝绞线 、钢芯铝绞线、绝缘导线 、分裂导

2、线）传导电流、输送电能 避雷线 （将雷电流引入大地以保护线路免受雷击。)(一般用钢线) ） 杆塔（木杆、钢筋混泥土杆和铁塔）支持导线和避雷线，并使导线之间、导线和 杆塔以及大地间保持一定的距离。 绝缘子（即瓷瓶：用来支承或悬挂导线，又能绝缘） 线路金具（用来连接导线和绝缘子）,绝缘子,线路金具,分裂导线,铁塔,绝缘子,金具,钢筋混泥土杆,电缆,认识架空线路的标号 / 钢线部分额定截面积 主要载流部分额定截面积 J 表示加强型，Q表示轻型 J 表示多股线 表示材料，其中：L表示铝、 G表示钢、T表示铜、HL表示 铝合金 例如：LGJ400/50表示载流额定截面积为400、钢线额定截面积为50的普

3、通钢芯铝线。,钢芯铝绞线按照其铝线和钢线截面比的不同有不同的机械强度，一般分为三类： LGJ型-普通钢芯铝绞线 LGJQ-轻型钢芯铝绞线 LGJJ-加强型钢芯铝绞线,当架空线路传输电能时，将伴随着一系列的物理现象：,首先，当电流流过导线时会因电阻损耗而产生热量，电流愈大损耗愈大，发热也愈大。,其次，当交流电流通过电力线路时在三相导线的内部和周围都要产生交变的磁场，而交变磁通匝链导线后，将在导线中产生感应电动势。,第三，当交流电压加在电力线路上时，在三相导线的周围会产生交变的电场，在它的作用下，不同相的导线之间和导线与大地这间将产生位移电流，从而形成容性电流和容性功率。,第四，在高电压的作用下，

4、当导线表面的电场强度过高时，将导致输电线周围的空气游离放电（电晕现象）；而且由于绝缘的不完善，可能引起少量的泄漏等。,（一）电力线路的参数,电力线路是均匀分布参数的电路，也就是说，它的电阻、电抗、电导和电纳都是沿线路长度均匀分布的。,在电力系统分析中，将用一些电气参数来反映这些基本和物理现象： 用电阻R来反映电力系统的发热效应， 用电抗X来反映线路的磁场效应， 用电纳B来反映线路的电场效应， 用电导G来反映线路的电晕现象和泄漏现象， 这些参数统称为线路的电气参数。,（1）电阻。每相导线单位长度的电阻为,（3-1）,铝、铜的电阻率略大于直流电阻率，有三个原因： （1）交流电流的集肤效应； （2）

5、绞线每股长度略大于导线长度； （3）导线的实际截面比标称截面略小。,其中，S导线的标称截面积(mm2)； 导线的电阻率（ ） 铝的电阻率：31.5 铜的电阻率：18.8,注：在手册中查到的一般是20oC时的电阻或电阻率，当温 度不为200C时，要进行修正：,（3-2）,其中，t导线实际运行的大气温度(oC)； rt，r20t oC及20 oC时导线单位长度的电阻 电阻温度系数； 对于铝，=0.0036 ； 对于铜，=0.00382 。,架空线路的换位问题,目的在于减少三相参数不平衡 整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。 滚式换位 换位方式 换

6、位杆塔换位,（2）电抗 三相电力线路对称排列，若不对称，进行完整换位。,（3-3）,式中，r导线的计算半径；mm r导线的相对导磁系数，对铜和铝， r=1； f交流电的频率(Hz)； Dm三相导线的几何平均距离，mm Dab、Dbc、Dca分别为导线AB、BC、CA相之间的距离。,将f=50Hz， r=1代入式（3-3）中可得,（3-4）,1）单导线每相单位长度的电抗x1：,经过对数运算后，式（2- 4）又可写成,式中，r=0.0799r，称为几何平均半径。,注：式（3-3）（3-5）是按单股导线的条件推导的。对 于多股铝导线或铜线r/r小于0.799，而钢芯铝铰线的r/r可取 0.95。,由

7、（3-5）可见，电抗x1与几何平均距离Dm、导线半径r 为对数关系，因而Dm 、r对x1的影响不大，在工程计算中对 于高压架空电力线路一般近似取x1=0.4/km。,（3-5）,对于分裂导线线路的电抗，应按如下考虑：分裂导线的采用，改变了导线周围的磁场分布，等效地增大了导线半径，从而减小了每相导线的电抗。 若将每相导线分裂成 n根，则决定每相导线电抗的将不是每根导线的半径 r，而是等效半径req。如图所示：,2）分裂导线单位长度的电抗 x1: 分裂导线改变了导线周围的磁场分布，等效地增大了导线 的半径，从而减少了每相导线单位长度的电抗。,（3-6）,其等值半径为,式中，r每根导线的实际半径，m

8、m； dm每一根分裂导线中各导线的几何距离，mm n-每一相分裂导线的根数。,实际运用中，导线的分裂根数n一般取24为宜。,3）同杆架双回路每回线单位长度的电抗。 由于在导线中流过三相对称电流时两回路之间的互感影响 并不大（可以略去不计），故每回线每相导线单位长度电抗的 计算公式与式（3-3）（3-5）相同。,（3）电纳 1）单导线每相单位长度的电容C1：,式中，r导线半径（mm）； Dm 三相导线的几何平均距离（mm)。,（3-7）,例见教材p41 例3-1 3-2,那么，单导线每相单位长度的电纳为,当f=50Hz时,（3-8）,显然，Dm、r对b1影响不大，b1在2.85 10-6S/km

9、左右。,2）分裂导线每相单位长度的电纳。,式中，req为分裂导线的等值半径。,（3-9）,例见教材p42 例3-3,（4）线路的电导 线路的电导主要取决于电晕现象。,电晕是要消耗有功功率、消耗电能的。空气放电时产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信产生干扰，电晕还会使导线表面发生腐蚀，从而降低导线的使用寿命。因此，电线路应考虑避免发生电晕现象。,电晕现象，就是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,导体附近的空气电离而产生局部放电的现象。这时会发出咝咝声,产生臭氧,夜间还可看到紫色的晕光.,电晕现象的发生，主要决定于导线表面的电场强度。使导线表面达到电晕起始电场强度的

10、电压，称为电晕起始电压，或称临界电压。对于三相三角形架设的普通导线线路，其电晕临界电压的经验公式为 :,式中， m为导线光滑系数，对于光滑的单导线 m=1.0, 对于绞线 m=0.9； Dm为三相导线的几何平均距离（cm）; P为大气压力(Pa)； t为空气温度(oC)； 为空气的相对密度，对于晴天，一般取=1.0,采用分裂导线时，由于导线的分裂，减少了电场强度，电晕临界相电压也改为：,电晕损耗在临界电压时开始出现，而且工作电压超过临界电压越多，电晕损耗就越大。总的功率损耗为Pg，从而可确定线路的电导：,可以看出,增大导线半径是防止和减小电晕损耗的有效方法.在设计时,对220KV以上线路通常按

11、电晕损耗的条件选择导线半径；对于220KV以上的线路,为了减少电晕损耗，常采用分裂导线来增大每相的等值半径。因此，在电力系统计算中一般忽略电晕损耗，即认为g=0,例：一条110KV、80km的单回路输电线路，导线型号为LGJ-150，计算外径为17mm,=31.5mm2/km,水平排列，其线间据距离为4m,求此输电线路在40oC时的参数,并画出等值电路.,解:,等值电路如图:,（二）输电线路的等值电路,输电线路在正常运行时三相参数是相等的，因此可以只用其中的一相作出它的等值电路。每相单位长度的导线可用电阻r1、电抗x1、电导g1及电纳b1四个参数表示，设它们是沿线路均匀分布的，如果把一条长为l

12、的线路分成无数多小段，则在每小段上每相导线的上的电阻r1与电抗x1串联，每相导线与中性线之间并联着电导g1与电纳b1，整个线路可以看成由无数个这样的小段串联而成，这就是用分布参数表示的等值电路 如图所示：,通常为了计算上的方便，考虑到当线路长度在300km以内时，需要分析的又往往只是线路两端的电压、电流及功率，可以不计线路的这种分布参数特性，即可以用集中参数来表示，只是对长度超过300km的远距离输电线路，才有必要考虑分布参数特性的影响。用集中参数表示的等值电路如图所示 ：,一般电力线路按长度又可分为短线路、中长线路和长线路，其等值电路有所区别。,1、短线路的等值电路 短线路是指线长100km

13、的架空线路，且电压在35kV及以下。与由于电压不高，这种线路电纳的影响不大，可略去。因此短线路的等值电路十分简单，线路参数只有一个串联总阻抗。如图所示 ：,2、中等长度线路的等值电路 对于电压为110330kV、线长100300km的架空线路及100km的电缆线路均可视为中等长度线路。这种线路，由于电压较高，线路的电纳一般不能忽略，等值电路常为形等值电路，如图所示（图b为G0）：,3、长线路的等值电路,电压为330kV及以上，线长300km的架空线路；或线长100km的电缆线路。,要考虑分布参数特性的影响，用集中参数表示需加以修正。,修正系数 为：,二、电抗器的参数和等值电路,电抗器的作用：限

14、制短路电流,符号,等值电路,电抗器铭牌(Reactor)： 额定电压 额定电流 电抗百分值（与其额定值对照） 由此可求电抗器的电抗：,百分比,三、变压器的参数和等值电路,双绕组变压器 三绕组变压器 自耦变压器 分裂变压器,变压器的参数:电阻、电抗、电导和电纳。 变压器一般都是三相的，在正常运行的情况下，由于三相变压器是均衡对称的电路，因此等值电路只用一相代表。,由于励磁支路阻抗,相对较大，励磁电流很小,T型等值电路,型等值电流,！,！,变压器的四个参数：,铜损耗(绕组）,漏磁无功损耗,铁损耗（铁芯）,励磁无功损耗,短路实验可得： 短路损耗 短路电压百分值,空载实验可得： 空载损耗 空载电流百分

15、值,另外铭牌上： 额定容量 额定电压,求,电气量的工程单位,1、短路实验求电阻和电抗,变压器电阻和电抗反映经过折算后的一、二绕组阻抗之和。,IN,可得：,单位：,工程单位：,由于 XTRT，则可认为短路电压主要降落在电抗上 。,工程单位：同上！,2、空载实验求电导和电纳,UN,工程单位：同上！,由于：有功分量较无功分量小得多,工程单位：同上！,以励磁支路在额定电压下的励磁功率来表示的等值电路:,三绕组变压器的结构,（a）升压结构 （b）降压结构,高压绕组与中压绕组之间间隙相对较大，即漏磁通道较大。使低压绕组与高、中压绕组的联系紧密，有利于功率低压向高、中压侧传送。,高、低压绕组间间隙相对较大，

16、即漏磁通道较大。使高压绕组与中压绕组联系紧密，有利于功率从高压向中压侧传送。（低压一般很少传输）,P,自耦变压器的结构,（a）三相接线；（b）单相接线,因为自耦变压器只能用于中性点直接接地的电网中，所以大都是星形接法。自耦变压器除了自耦联系的高压绕组和中压绕组外，还有一个第三绕组。为了消除三次谐波电流，所以第三绕组单独接成三角形。第三绕组与高压及中压绕组，只有磁的联系，无电的联系。第三绕组除补偿三次谐波电流外，还可以连接发电机、同步调相机以及作为变电所附近用户的供电电源或变电所的所用电源。第三绕组的容量小，总是小于额定容量。,三绕组变压器的等值电路,(自学),四、发电机的参数和等值电路,（a）

17、电压源 （b）电流源,厂家提供的参数有发电机额定容量，额定有功功率，额定功率因素，额定电压及电抗百分值。 据此可求得发电机电抗：,与变压器的电抗一样,五、负荷的参数和等值电路,一般有如下几种表示方法： （1）把负荷表示成恒定功率； （2）把负荷表示成恒定阻抗； （3）用感应电机的机械特性表示负荷； （4）用负荷的静态特性方程表示负荷。,常用： （a）用恒定功率表示负荷； （b）用恒定阻抗及导纳表示负荷,例:某变电所装有一台SFQ7-31500/110型变压器,其铭牌数据为:SN=31500KVA,UN1/UN2=110/11KV,短路损耗PK=123KW,短路电压百分数UK%=10.5,空载损

18、耗P0=32.5KW,空载电流百分数I0%=0.8,试作出折算到高压侧的等值电路.,解:变压器的串联阻抗为,变压器的并联导纳为,等值电路,第四节 标么制及其应用,一、用有名值计算时的电压及归算 二、标么值计算时的电压级归算,一、用有名值计算时的电压及归算,求得各元件的等值电路后，就可以根据电力系统的电气接线图绘制出整个系统的等值电路图。其中要注意电压等级的归算，即将其不同电压级的各元件参数阻抗、导纳、以及相应的电压、电流归算到同一电压等级基本级。,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。,其参数归算过程如下： （1）选基本级。基本级的确定取决于研究

19、的问题所涉及的电压等级。一般取电力系统中最高电压级，也可取其他某一电压级。 （2）确定变比。变压器的变比分为两种，即实际额定变比和平均额定变比。 （3）参数归算。工程上要求的精度不同，参数的归算要求也不同。 在精度要求比较高的场合，采用变压器的实际额定变比进行归算，即准确归算法。 在精度要求不太高的场合，采用变压器的平均额定变比进行归算，即近似归算法。,1）准确归算法：变压器的实际额定变比为：,待归算级的参数与归算到基本级后的参数关系为：,Z、Y、U、I分别为归算前的有名值；Z、Y、U、I分别为归算后的有名值。,2）近似归算法：采用变压器的平均额定变比进行参数归算，而变压器两侧母线的平均额定电

20、压一般较网络的额定电压近似高5。变压器平均额定变比：,采用平均额定电压的优越性在于：对多电压等级的复杂网，参数的归算按近似归算法进行时，可以大大减轻计算工作量。,二、标么值计算时的电压级归算,所谓标么制是相对单位制的一种表示方法，在标么制中参与计算的各物理量都是用无单位的相对数值表示。标么值的一般数学表达式为：,1、标么值的特点 （1）标么值是无单位的量（为两个同量纲的数值比）。某物理量的标么值不是固定的，随着基准值的不同而不同。 （2）标么值计算结果清晰，便于迅速判断计算结果的正确性，可大大简化计算等优点。 （3）标么值与百分值有关系，即 ：百分值标么值100。在进行电力系统分析和计算时，会

21、发现有些物理量的百分值是已知的，可利用标么值与百分值的关系求得标么值。,2、三相系统中基准值的选择 通常，对于对称的三相电力系统进行分析和计算时，均化成等值星型电路。因此，电压、电流的线和相之间的关系以及三相功率与单相功率之间的关系为：,有名值中,在基准值中，由于基准值选择有两个限制条件：（1)基准值的单位与有名值单位相同；(2)各电气量的基准值之间符合电路的基本关系式。因此有：,式中，SB为三相功率的基准值； UB、IB为线电压、线电流的基准值； ZB、YB为相阻抗、相导纳的基准值。,从理论上讲，五个电气量可以任意选择它们各自的基准值，但为了使基准值之间也同有名值一样满足电路基本关系式，一般首先选定SB、UB为功率和电压的基准值，其他三个基准值可按电路关系派生出来，即有：,式中三相