第二章電力系統(tǒng)元件及其參數(shù)

1、第二章 電力系統(tǒng)元件及其參數(shù)信電學(xué)院電氣系2005-3-192.1概述l電力系統(tǒng)元件l一次設(shè)備l二次設(shè)備及控制元件l元件參數(shù)l電阻、電容、電感、電導(dǎo)、電納、變比、時(shí)間常數(shù)等l靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)l元件的建模l由物理模型到數(shù)學(xué)模型l代數(shù)方程、微分方程、線性方程、非線性方程l工程問題的抽象與化簡l系統(tǒng)模型及其求解l電路理論建立方程l數(shù)學(xué)方法求解舉例說明:同一電路的幾種模型。2.1概述l重點(diǎn)在于理解電力元件各種參數(shù)的含義。l區(qū)別穩(wěn)態(tài)參數(shù)和暫態(tài)參數(shù)。l區(qū)別正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)。l什么是序參數(shù)？l序參數(shù)的含義、意義？l重點(diǎn)掌握發(fā)電機(jī)的模型和參數(shù)。l理解標(biāo)幺值的含義。2.2輸電線路l輸電線路有輸電線

2、路有4個(gè)參數(shù)：個(gè)參數(shù)：l電阻：l反映線路通過電流時(shí)產(chǎn)生有功功率損失效應(yīng)。串聯(lián)參數(shù)。l電感：l反映載流導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場效應(yīng)。串聯(lián)參數(shù)。l電導(dǎo)：l反映線路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及導(dǎo)線附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損耗。并聯(lián)參數(shù)。l電容（電納）：l反映帶電導(dǎo)線周圍的電場效應(yīng)。并聯(lián)參數(shù)。2.2.1單位長度電阻l一般從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中查得。必要的時(shí)候做溫度修正。l實(shí)測的依據(jù)：l理解直流電阻和交流電阻。l理解實(shí)際使用的電阻率。公里）/( sr)( .lrR2.2.2單位長度電抗w單位長度電抗X=L=2f L；w設(shè)與導(dǎo)線交鏈的磁鏈，則電感L=/i；l磁鏈可能包括自感磁鏈和互感磁鏈。l三相電路經(jīng)過整循環(huán)換位

3、后得到各相單位長度的等效電抗如式（2-21）（2-22）。l理解式（2-21）（2-22）的各個(gè)參數(shù)。l導(dǎo)線半徑、導(dǎo)線間幾何均距、磁導(dǎo)率2.2.2單位長度電抗l理解式（2-22）的含義：l導(dǎo)線材料的影響，相對(duì)磁導(dǎo)率；l電抗值與幾何均距、導(dǎo)線半徑為對(duì)數(shù)關(guān)系，故單導(dǎo)線架空線的布置和截面積對(duì)其電抗值影響不大，一般為0.4/km左右。l分裂導(dǎo)線由于增大了導(dǎo)線的等效半徑，所以能有效減小導(dǎo)線電抗。l電纜線路的電抗值要遠(yuǎn)小于架空線路。通常查手冊(cè)獲得參數(shù)。l雙回或多回線路的各回路間存在互感，在三相電流值和為零時(shí)，電抗計(jì)算仍可用式（2-22、2-23）。2.2.3輸電線路的并聯(lián)電導(dǎo)l電導(dǎo)：電導(dǎo)：l是用來反映泄漏

4、電流和空氣游離所引起的有功功率損耗的一種參數(shù) 。l一般線路絕緣良好，泄漏電流很小，可以將它忽略，主要是考慮電暈現(xiàn)象引起的功率損耗。 l電暈現(xiàn)象電暈現(xiàn)象：l就是架空線路帶有高壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度超過空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)體附近的空氣游離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。這時(shí)會(huì)發(fā)出咝咝聲，并產(chǎn)生臭氧，夜間還可看到紫色的暈光。l出現(xiàn)電暈的條件出現(xiàn)電暈的條件：當(dāng)線路的運(yùn)行電壓超過（每相）導(dǎo)線的臨界電暈電壓，超過越多電暈損耗越大。暈損失：三相線路每公里的電：線電壓公里西gL2P V /LgVPg2.2.3輸電線路的并聯(lián)電導(dǎo)l如何減少電暈？l電暈臨界電壓Vcr：m1：導(dǎo)線表面系數(shù)(多股絞)m1=0.830.

5、87 r：計(jì)算半徑D：相間距離 ：空氣相對(duì)密度 ，當(dāng)t=25C， 一個(gè)大氣壓時(shí)=1l電暈一般不會(huì)發(fā)生，所以常取電導(dǎo)g=0.rDrmmVcrlg 842118 .0122mm雨天干燥晴天2.2.4輸電線路的并聯(lián)電容-電納l輸電線路的電容是用來反映導(dǎo)線帶電時(shí)在其周圍介質(zhì)中產(chǎn)生的電場效應(yīng)。l每相導(dǎo)線的單位長度l正序電容為：（2-30）l電納：（2-31）l對(duì)電納的幾點(diǎn)理解。l分裂導(dǎo)線、避雷線、多回線的影響l電纜線路電容大l一般取b=2.8*10-6s/km公里法/10lg0241. 06rDCeqVQC公里西 /10lg58.72c 6eqeqrDcfb公里法/10lg024. 06eqeqrDC2

6、.2.5輸電線路的等效電路及數(shù)學(xué)模型l精確模型為分布參數(shù)；l300km以內(nèi)可用集中參數(shù)近似。jbjb g g g2.2.5輸電線路的集中參數(shù)w小于100公里，線路電壓不高時(shí)，忽略b、g二端口網(wǎng)絡(luò)方程r0jx022221122121D CB 1 0z 1IuAIuIuZIuuII2.2.5輸電線路的集中參數(shù)w中等長度線路：中等長度線路：100300km w常忽略電導(dǎo)常忽略電導(dǎo)g=0，采用，采用型電路：型電路：Z2B2Bjj2.2.5輸電線路的集中參數(shù)22221122112221D CB 12Z 1)4BZB( Z 12Z22)2(IuAIuBBIuIUBUBIUZuBIu2.2.5輸電線路的分布

7、參數(shù)l長線路（超過長線路（超過300km）的等值電路）的等值電路: l要考慮分布參數(shù)的特性要考慮分布參數(shù)的特性l任一處無限長小長度任一處無限長小長度dx都有都有Z1dx和和Y1dxl見圖見圖2-7l兩個(gè)概念：線路傳播系數(shù)兩個(gè)概念：線路傳播系數(shù)和波阻抗和波阻抗Zcl精確分布參數(shù)計(jì)算公式：精確分布參數(shù)計(jì)算公式：l式（式（2-48）l相當(dāng)于給集中參數(shù)乘上系數(shù)后變成分布參數(shù)。相當(dāng)于給集中參數(shù)乘上系數(shù)后變成分布參數(shù)。l系數(shù)算式包含雙曲函數(shù)，計(jì)算較復(fù)雜。系數(shù)算式包含雙曲函數(shù)，計(jì)算較復(fù)雜。2.2.5輸電線路的分布參數(shù)l近似分布參數(shù)計(jì)算公式l考慮雙曲函數(shù)計(jì)算復(fù)雜，展開化簡l得到近似計(jì)算公式（2-50）KrR+

8、jKxX B B bKj2bKj2U1I2U22.2.5輸電線路的分布參數(shù)l近似分布參數(shù)計(jì)算公式l化簡后的三個(gè)系數(shù)（2-50）：1216)(1312222lxKlxrxKlxKbbbbxbr2.2.5輸電線路的參數(shù)l例2-2l計(jì)算步驟；l結(jié)果分析page622.2.6輸電線路的不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù)l正序和負(fù)序參數(shù)相同l零序參數(shù)的特點(diǎn)：l相間助磁作用使零序感抗大于正負(fù)序感抗；l導(dǎo)線-地 回路的大地電阻增大了零序電阻；l單導(dǎo)線大地回路的零序阻抗（2-53）l單回路三相電路的零序阻抗（2-55）l分析原因(列出計(jì)算式)l正負(fù)序阻抗（互感去磁：Z1=Z2=ZL-Zm）l零序阻抗（互感助磁：Z0=ZL+2Zm

9、）2.2.6輸電線路的不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù)l平行雙回線架空線路的零序阻抗l（2-56）圖2-13l（2-57）圖2-13，雙回參數(shù)相同時(shí)l互感消去法l有架空地線的架空線路的零序阻抗l架空地線使零序阻抗減小l去磁作用；l與大地電阻并聯(lián)減小了回路電阻2.2.6輸電線路的不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù)l架空線的零序電納l零序無相間電容，只有對(duì)地電容l對(duì)地電容計(jì)算式（2-59、60）l電纜線路的零序參數(shù)l零序參數(shù)受接地電阻的影響大，甚至受敷設(shè)方式的影響；l一般通過測試獲得。2.3電力變壓器l正序與負(fù)序參數(shù)相同l等值電路l參數(shù)獲取（短路實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)）l雙繞組l三繞組l自耦變壓器l零序參數(shù)取決于鐵芯的結(jié)構(gòu)（參閱其它參考書）l

10、等值電路l參數(shù)理解l雙繞組l三繞組l自耦變壓器2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l負(fù)序等值電路與正序完全相同l原因：變壓器的等值線路表明了原、副方繞組間的電磁關(guān)系。電磁關(guān)系有結(jié)構(gòu)決定，所以正、零序等值電路具有相同形狀。各序等效電阻相同。漏抗反映了原副邊繞組間的磁耦合程度，漏磁路徑與電流序別無關(guān)，故各序漏抗也相同。正負(fù)序的主磁通路徑相同，故勵(lì)磁電抗也相同。2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l雙繞組變壓器的T型等值電路N1：N2I1I2R1x1RmXmE1E2x2R2I1R1RmxmE1x1R2x2V2u22.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l雙繞組變壓器的型等值電路RT Rm jxmjxT u2u

11、1jxTRT u2u1注意：變壓器電納的符號(hào)注意：變壓器電納的符號(hào)有負(fù)號(hào)，而線路為正，因有負(fù)號(hào)，而線路為正，因?yàn)榍罢邽楦行?，而后者為為前者為感性，而后者為容性。容性。GT-jBT對(duì)一臺(tái)變壓器，一次繞組的漏對(duì)一臺(tái)變壓器，一次繞組的漏阻抗壓降僅占額定電壓的百分阻抗壓降僅占額定電壓的百分之幾，激磁電流亦僅為額定電之幾，激磁電流亦僅為額定電流的百分之幾。因此把流的百分之幾。因此把T型電型電路的激磁分支移到漏抗的前面，路的激磁分支移到漏抗的前面，這樣做對(duì)變壓器的運(yùn)行計(jì)算不這樣做對(duì)變壓器的運(yùn)行計(jì)算不會(huì)帶來很大的誤差。會(huì)帶來很大的誤差。2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l變壓器的阻抗變換作用l將二次繞組歸算

12、至一次側(cè)：R2=k2R2l變換的原則是保證變壓器功率分布不變l可得到移除了理想變壓器的變壓器等值電路,如圖2-15。l無理想變壓器模型 的意義。2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l變壓器參數(shù)獲取l短路試驗(yàn)l試驗(yàn)方法及內(nèi)涵l測量結(jié)果：短路損耗Ps和短路電壓百分比us%;l計(jì)算可知：R(=r1+r2)、X (=x1+x2)l空載試驗(yàn)l試驗(yàn)方法及內(nèi)涵l測量結(jié)果：空載損耗P0和空載電流百分比I0%;l計(jì)算可知：Gm(rm)、Bm (xm)l例2-32.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l三繞組變壓器的繞組結(jié)構(gòu)升壓變：功率由低升壓變：功率由低高高 用第一種方式用第一種方式降壓變：高降壓變：高中為主中為主 用

13、第二種方式用第二種方式 高高低為主低為主 用第一種方式用第一種方式考慮中壓繞組考慮中壓繞組: 阻抗最小阻抗最小,當(dāng)互感大于自感時(shí)，低壓電抗顯現(xiàn)負(fù)值。當(dāng)互感大于自感時(shí)，低壓電抗顯現(xiàn)負(fù)值。高高鐵鐵芯芯鐵芯鐵芯中中 低低低低高高中中2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l容量比l我國目前生產(chǎn)的變壓器有三種容量：100/100/100；100/100/50；100/50/100。l早期生產(chǎn)有100/100/66.7；100/66.7/66.7；100/66.7/100。l試驗(yàn)應(yīng)按最小容量進(jìn)行。2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l三繞組變壓器的等值電路x1R1R2x2x3R3GT- jBTu1 u2 u3

14、w1 w2 w3 2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l三繞組變壓器的參數(shù)獲取l三繞組變壓器的空載試驗(yàn)l與雙繞組變壓器的試驗(yàn)完全相同，為什么？l只在一側(cè)加額定電壓，另兩側(cè)開路，得到空載損耗P0和空載電流百分比I0%;l套用公式（2-65，2-66）l三繞組變壓器的短路試驗(yàn)l為求得三側(cè)參數(shù)要做三次試驗(yàn)，試驗(yàn)以最小繞組容量來限定試驗(yàn)電流，所以大容量繞組沒有達(dá)到額定。l比如三次側(cè)開路，一二兩側(cè)短路試驗(yàn)，得到Ps1-2，us1-2%。l套用公式（2-71，2-72）， （2-73，2-74）2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù)l理解三繞組變壓器的銘牌參數(shù)l銘牌提供空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)l要注意短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)

15、可能沒有容量折算（2-73）l有可能只給出最大短路損耗（2-75）l仔細(xì)學(xué)習(xí)例2-4l注意思路。l為什么出現(xiàn)負(fù)阻抗？2.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù)l自耦變壓器是一種特殊的變壓器，它與普通變壓器的最大區(qū)別是不僅有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系。l自耦變壓器原理圖*sw1U1I2ICI2UcwcscNNNNIIUUk1221122.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù)l自耦變壓器的額定功率為繞組功率和直接傳導(dǎo)功率之和，更具經(jīng)濟(jì)性。理解！l 因?yàn)樽择钭儔浩骷扔写诺穆?lián)系又有電的聯(lián)系，從一次側(cè)向二次側(cè)傳遞的功率，一部分是直接傳導(dǎo)功率，另一部分方為繞組間的電磁感應(yīng)功率。12IIIC221221121)11 () 1

16、(IkIkIIIkIIbSCSCCSC。小于低電壓側(cè)輸出電流也就是說公共繞組電流，恒小于所以稱為效益系數(shù)，由于其中1, 1)11 ( 1212bbkkkk2222122122221IUkIUkIUIUIUSbc2.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù)l自耦變壓器的參數(shù)由空載和短路試驗(yàn)獲得。l自耦變壓器與普通變壓器的等值電路和參數(shù)計(jì)算的原理相同。計(jì)算仍使用三繞組的計(jì)算公式，使用額定容量而不是繞組容量。l要注意繞組容量的折算，往往短路電壓也要折算。請(qǐng)參閱其它參考書。23)13()13(23)32()32()(%)(%NNSSNNSSSSVVSSVV2.3.4變壓器的零序參數(shù)l零序等值電路與正負(fù)序相同。l零序勵(lì)磁電抗與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)。l三個(gè)單相的組式變壓器Xm0= Xm1= Xm2，磁阻很小可以認(rèn)為Xm0=; l三相四柱式Xm0 Xm1 但 ，但也很大 ;l三相三柱式 Xm0= 0.31.0，應(yīng)視為有限.2.3.4變壓器的零序參數(shù)l變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接原邊：只有Y0接法才能提供原邊零序通路;副邊 ：l副邊Y0：只有中性點(diǎn)接地的Y0接法才能與外電路接通，至于能否在外電路產(chǎn)生零序電流，取決于外電路是否提供零序通路。l副邊：繞組中的零序電勢不能流道外電路，但能在三相繞組中形成零序環(huán)流。零序電勢降為零，相當(dāng)于零序被短接到地。2.