本校PPT 第七章 電力系統(tǒng)各元件的序

1、第七章 電力系統(tǒng)各元件的序阻抗和等值電路 目錄7-1 7-1 對稱分量法在不對稱短路中的應用對稱分量法在不對稱短路中的應用4-3 4-3 各元件的序阻抗各元件的序阻抗4-4 4-4 序網(wǎng)絡的構(gòu)成序網(wǎng)絡的構(gòu)成7-17-1對稱分量法對稱分量法圖7-1(a)、(b)、(c)表示三組對稱的三相相量 ) 1 (aF)1(bF)1(cF)2(aF)2(bF)2(cF)0(aF)0(bF)0(cF幅值相等，但相序與正序相反，稱為負序；幅值相等，相序相差120度，稱為正序；幅值和相位均相同,稱零序;(a)(a)(d) (c)在圖7-1(d)中三組對稱的相量合成得三個不對稱相量。 寫成數(shù)學表達式為：)0()2(

2、)1()0()2()1()0()2()1(ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（71）由于每一組是對稱的，故有下列關(guān)系：)0()0()0()2(2)2(240)2()2()2(120)2()1()1(120)1()1(2)1(240)1(0000acbaajcaajbaajcaajbFFFFaFeFFaFeFFaFeFFaFeF23210120jeaj232102402jeaj（72） 將式（72）代入（71）可得：)0()2()1(2211111aaacbaFFFaaaaFFF1PSFS F上式說明三組對稱相量合成得三個不對稱相量。其逆關(guān)系為：cbaaaaFFFaaaaaFFF1

3、1113122)0()2()1( （76）或簡寫為： 正序分量、負序分量和零序分量。 將式（76）的變換關(guān)系應用于基頻電流（或電壓），則有：1120abcFS F上式說明三個不對稱的相量可以唯一地分解成為三組對稱的相量(即對稱分量):或?qū)憺椋?cbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(則 )(31)0(cbaaIIII （78）如圖所示。零序電流必須以中性線為通路。例：請分解成對稱相量。010Ia18010Ib0IccbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(0018010010313078. 5024018010010313078. 5012

4、01801001031021IIIaaa解：015078. 515078. 50022121IIIIIIabababaa09078. 59078. 50022211IIIIIIacacacaa7-2 對稱分量法在不對稱故障分析中的應用 首先要說明說明，在一個三相對稱的元件中（例如線路、變壓器和發(fā)電機）， 如果流過三相正序電流,則在元件上的三相電壓降也是正序的;負序零序同理. 對于三相對稱的元件,各序分量是獨立的,即正序電壓只與正序電流有關(guān),負序零序也是如此.下面以一回三相對稱的線路為例子說明之。設(shè)該線路每相的自感阻抗為 sz相間的互感阻抗為 mz三相電壓降與三相電流有如下關(guān)系：cbasmmms

5、mmmscbaIIIzzzzzzzzzUUU可簡寫為： abcabcUZI則： 120120S UZSI即 1120120120SCUSZS IZI式中： 10000002smSCsmsmzzZSZSzzzzSCZ 序阻抗矩陣，即為電壓降的對稱分量和電流的對稱分量之間的阻抗矩陣。 即：)0()0()0()0()2()2()2()2()1()1()1()1()2()()(aamsaaamsaaamsaIzIzzUIzIzzUIzIzzU式中 )1(z)2(z)0(z分別稱為此線路的正序、負序、零序阻抗。 由此可知：各序電壓降與各序電流成線性關(guān)系；電壓、電流、阻抗是可以分別解耦為正序、負序和零序的

6、。 下面結(jié)合下圖的簡單系統(tǒng)中發(fā)生a相短路接地的情況, 介紹用對稱分量法 分析其短路電流及短路點電壓的方法。故障點f發(fā)生的不對稱短路: f點的三相對地電壓 和由f點流出的三相電流(即短路電流) 均為三相不對稱. faUfbUfcUfaIfbIfcI+序網(wǎng)絡： 其中零序電壓平衡方程不包括發(fā)電機的零序阻抗，這是因為發(fā)電機側(cè)沒有零序電流流過。 (1)(1)(1)(1)(2)(2)(2)(2)(0)(0)(0)()()(3)afafaGLfafaGLfafaLnEUIzzUIzzUIzz通用序網(wǎng)絡(1)(1)(1)(2)(2)(2)(0)(0)(0)00eqfffafafffafafffafaEzIUz

7、IUzIU計算不對稱故障的基本原則：把故障處的三相阻抗不對稱表示為電壓和電流相量的不對稱，使系統(tǒng)其余部分保持為三相阻抗對稱的系統(tǒng)。借助對稱分量法，將原系統(tǒng)分成獨立的正序、負序和零序網(wǎng)絡。 應用對稱分量法進行電力系統(tǒng)的不對稱分析，首應用對稱分量法進行電力系統(tǒng)的不對稱分析，首先必須確定系統(tǒng)中各元件的各序參數(shù)先必須確定系統(tǒng)中各元件的各序參數(shù) 元件的序阻抗元件的序阻抗指元件中流過某序電流時元件兩端所指元件中流過某序電流時元件兩端所產(chǎn)生的序電壓降與該序電流的比值產(chǎn)生的序電壓降與該序電流的比值 靜止元件靜止元件無論流過正序電流還是負序電流，并不改變相無論流過正序電流還是負序電流，并不改變相與相之間的磁耦合

8、關(guān)系，其正序阻抗與負序阻抗相等；零與相之間的磁耦合關(guān)系，其正序阻抗與負序阻抗相等；零序電抗較為復雜；序電抗較為復雜； 旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)元件，各序電流流過時引起不同的電磁過程，三序，各序電流流過時引起不同的電磁過程，三序電抗不相同電抗不相同7-2 各元件的序阻抗v同步發(fā)電機各序參數(shù)同步發(fā)電機各序參數(shù)同步發(fā)電機定子繞組中流過同步頻率的同步發(fā)電機定子繞組中流過同步頻率的負序電流負序電流時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，相對轉(zhuǎn)子時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，相對轉(zhuǎn)子的速度是同步轉(zhuǎn)速的的速度是同步轉(zhuǎn)速的2倍。由電磁感應定律，倍。由電磁感應定律，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的勵磁繞組和阻尼繞組中將感應出的勵磁繞組和阻尼繞組中

9、將感應出2倍額定頻率的倍額定頻率的感應電流感應電流。正常運行情況下，同步發(fā)電機定子繞組的空載電正常運行情況下，同步發(fā)電機定子繞組的空載電勢三相對稱，產(chǎn)生的交流電流是正序電流，勢三相對稱，產(chǎn)生的交流電流是正序電流，電樞電樞反應產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子主磁通同速同方向反應產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子主磁通同速同方向。同步發(fā)電機同步發(fā)電機正序電抗正序電抗1dXX 同步發(fā)電機同步發(fā)電機負序電抗負序電抗 212dqXXX 同步發(fā)電機定子繞組中流過零序電流時，合成磁同步發(fā)電機定子繞組中流過零序電流時，合成磁場為零，場為零，只存在定子繞組的漏磁通只存在定子繞組的漏磁通。零序漏磁比。零序漏磁比正序漏磁小，減小的程度視繞組

10、型式而定。正序漏磁小，減小的程度視繞組型式而定。同步同步電機零序電抗的標幺值差別較大電機零序電抗的標幺值差別較大。零序電阻和正。零序電阻和正序電阻相等。序電阻相等。同步發(fā)電機零序電抗同步發(fā)電機零序電抗0(0.150.6)dXX 汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機同步調(diào)相機和大型同步調(diào)相機和大型同步電動機同步電動機x2 0.1340.180.150.350.24x0 0.0360.080.040.1250.08變壓器是靜止的磁耦合元件，正、負序參數(shù)變壓器是靜止的磁耦合元件，正、負序參數(shù)和等值電路完全相同和等值電路完全相同 變壓器通入零序電流時，變壓器通入零序電流時，不同變壓器結(jié)構(gòu)的不同變壓

11、器結(jié)構(gòu)的零序磁通磁路不同零序磁通磁路不同，不同繞組接線的零序電不同繞組接線的零序電流回路不同流回路不同，所以零序參數(shù)和等值電路不同，所以零序參數(shù)和等值電路不同v三相變壓器各序參數(shù)和等值電路三相變壓器各序參數(shù)和等值電路各種接線方式雙繞組變壓器的零序等值電路各種接線方式雙繞組變壓器的零序等值電路1x2x0mx1210I 20I 110I 103I 220I 203I 1210I 103I 1x2x0mx1210I 110I 103I 220I 1x2x0mx1210I 20I 3110I 103I 220I 1x3x0mx1310I 20I 22x110I 103I 220I 330I 303I

12、1x3x0mx1310I 20I 22x30I 110I 103I 220I 330I 1x3x0mx1310I 20I 22x30I 各種接線方式三繞組變壓器的零序等值電路各種接線方式三繞組變壓器的零序等值電路三個單相變壓器接成的三相變壓器組三個單相變壓器接成的三相變壓器組，各相鐵，各相鐵芯獨立，磁通分布情況與所加電壓相序無關(guān)，芯獨立，磁通分布情況與所加電壓相序無關(guān)，零序勵磁電流很小，可認為激磁電抗無窮大零序勵磁電流很小，可認為激磁電抗無窮大。零序漏抗與正序漏抗完全相同。零序漏抗與正序漏抗完全相同。三相三柱式變壓器三相三柱式變壓器，通入正序或負序電流時，通入正序或負序電流時，各相主磁通均在鐵

13、芯內(nèi)形成回路，所以勵磁電各相主磁通均在鐵芯內(nèi)形成回路，所以勵磁電流很小，勵磁電抗很大；當通入零序電流時，流很小，勵磁電抗很大；當通入零序電流時，三相零序主磁通大小相等相位相同，不能在鐵三相零序主磁通大小相等相位相同，不能在鐵芯中形成回路，只能通過絕緣介質(zhì)和外殼形成芯中形成回路，只能通過絕緣介質(zhì)和外殼形成回路，所以零序勵磁電流相當大，回路，所以零序勵磁電流相當大，零序勵磁電零序勵磁電抗為有限值抗為有限值。變壓器中性點經(jīng)阻抗接地的零序等值電路變壓器中性點經(jīng)阻抗接地的零序等值電路110I 103I 330I 220I 203I 1nZ2nZ110I 103I 330I 220I 203I 13nZ1

14、3nZ13nZ23nZ23nZ23nZ1x0mx1310I 20I 22x30I 3x13nZ23nZ單回路架空線的正（負）序阻抗單回路架空線的正（負）序阻抗gI abca b c aI bI cI aU bU cU aU bU cU gabcIIII單位長度單位長度aaaaLMMbbbMLMbMMLccccUUUIZZZUUUZZZIZZZUUUI 流入正序電流流入正序電流1LMZZZ v電力線路序參數(shù)電力線路序參數(shù)22baacaaIaIa IIa IaI 111aaabLcMbcUIIUZ IZZZZUI 單回路架空線的零序阻抗單回路架空線的零序阻抗gI abca b c aI bI cI

15、 aU bU cU aU bU cU gabcIIII單位長度單位長度aaaaLMMbbbMLMbMMLccccUUUIZZZUUUZZZIZZZUUUI 0abcIIII代入代入 0002aabbccMaLUIIUZ IUZ IZZZ 02LMZZZ 架空導線架空導線假想導線假想導線aeDI I Carson定理定理：計算：計算“導線地導線地”回路自感時，回路自感時，可以用一根與架空導線平行的假想地中導線代可以用一根與架空導線平行的假想地中導線代替大地，地中電流集中在假想導線中流過。替大地，地中電流集中在假想導線中流過。設(shè)架空導線電阻設(shè)架空導線電阻 假想導線等值電阻假想導線等值電阻 兩平行導

16、線間的距離兩平行導線間的距離areraeD回路電感回路電感2772210lg210lgH maeesaessesDDLLLMD DD 2660meeaeseDDDf 假想導線的等值深度假想導線的等值深度“導線地導線地”回路的自阻抗回路的自阻抗 0.1445lg/ meLaesDZrrjkDar架空導線電阻架空導線電阻er大地電阻大地電阻0.1445lg/ meMeDZrjkD “導線地導線地”回路的互阻抗回路的互阻抗 302230.1445lg30.4335lg/ meLmaeseqeaesTDZZZrrjD DDrrjkD 單回路架空線的零序阻抗單回路架空線的零序阻抗 0230.4335lg

17、/ mLmeaesTZZZDrrjkD 單回路架空線的零序阻抗單回路架空線的零序阻抗00.1445lg/ mLmeqasZZZDrjkD 單回路架空線的正序阻抗單回路架空線的正序阻抗1）三倍零）三倍零序電流通過序電流通過大地返回，大地返回，大地電阻使大地電阻使沒每相等值沒每相等值電阻增大；電阻增大；2）三相電）三相電流同相位，流同相位，助磁，一相助磁，一相的等值電感的等值電感增大增大輸電線的零序阻抗比正序阻抗大。輸電線的零序阻抗比正序阻抗大。1111111112222222229IIIa aa ba cb ab bb cc ac bc cDDDDDDDDDD 平行架設(shè)的雙回輸電線路的零序阻抗平

18、行架設(shè)的雙回輸電線路的零序阻抗(0)30.1445lg/ meIIIeIIIDZrjkD 平行架設(shè)的雙回線路都通過零序電流時，任一回線平行架設(shè)的雙回線路都通過零序電流時，任一回線路中與一相導線交鏈的磁通不僅有另外兩相零序電路中與一相導線交鏈的磁通不僅有另外兩相零序電流產(chǎn)生的互感磁通，還有另一回路三相零序電流產(chǎn)流產(chǎn)生的互感磁通，還有另一回路三相零序電流產(chǎn)生的互感磁通，并且雙回路都以大地作為零序電流生的互感磁通，并且雙回路都以大地作為零序電流的返回通路。的返回通路。00(0)IIIZZZ 正序網(wǎng)絡與計算三相短路時的等值網(wǎng)絡正序網(wǎng)絡與計算三相短路時的等值網(wǎng)絡完全相同。完全相同。 除中性點接地阻抗和空

19、載線路外，電力除中性點接地阻抗和空載線路外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中v正序網(wǎng)絡正序網(wǎng)絡03(0.1445lg)/eggesgDZrrjkmD 架空地線對輸電線路零序阻抗的影響架空地線對輸電線路零序阻抗的影響20000/ mgmggZZZkZ 架空地線能使輸電線路的等值零序阻抗減小。架空地線能使輸電線路的等值零序阻抗減小。良導體架空地線的電阻較小，地線電流與導線電流良導體架空地線的電阻較小，地線電流與導線電流接近于反相，地線電流產(chǎn)生的互感磁通將使導線交接近于反相，地線電流產(chǎn)生的互感磁通將使導線交鏈的總磁通明顯減少，從而減少輸電線路的等值零鏈的總磁通明顯減少

20、，從而減少輸電線路的等值零序電抗序電抗.03(0.1445lg)/egmeL gDZrjkmD 3/L gagbgcgDD D Dkm 兩根架空地線兩根架空地線 如何考慮？如何考慮？具有架空地線的平行架設(shè)的雙回輸電線路具有架空地線的平行架設(shè)的雙回輸電線路如何考慮？如何考慮？近似計算近似計算無架空地線的單回線路有鋼質(zhì)架空地線的單回線路有良導體架空地線的單回線路無架空地線的雙回線路有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路有良導體架空地線的雙回線路013.5xx013xx012xx015.5xx014.7xx013xx綜合負荷的序阻抗綜合負荷的序阻抗正序正序：不同的計算任務，不同的處理方法1）計算起始次暫態(tài)電流時，

21、綜合負荷或者略去不計，或表示成有次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗的電勢源支路；2）應用計算曲線時，等值網(wǎng)絡中的負荷都被忽略。3）除此之外，用恒定阻抗表示(1)1.2zj負序：負序：(2)0.35zj零序：零序：零序電流不能流通，不需要建立零序等值電路。7-7 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡的制訂 正序網(wǎng)絡與計算三相短路時的等值網(wǎng)正序網(wǎng)絡與計算三相短路時的等值網(wǎng)絡完全相同。絡完全相同。 除中性點接地阻抗和空載線路外，電力除中性點接地阻抗和空載線路外，電力系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中系統(tǒng)各元件均應包括在正序網(wǎng)絡中v正序網(wǎng)絡正序網(wǎng)絡 發(fā)電機不產(chǎn)生負序電勢發(fā)電機不產(chǎn)生負序電勢，故所有電源的負，故所有電源的負序電勢為零。序電

22、勢為零。 負序網(wǎng)絡的組成元件與正序網(wǎng)絡完全相同。負序網(wǎng)絡的組成元件與正序網(wǎng)絡完全相同。 發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)元件的電抗應以其負序電抗發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)元件的電抗應以其負序電抗代替，其它靜止元件的負序電抗與正序電代替，其它靜止元件的負序電抗與正序電抗相同?？瓜嗤負序網(wǎng)絡負序網(wǎng)絡 發(fā)電機不產(chǎn)生零序電勢發(fā)電機不產(chǎn)生零序電勢，故所有，故所有電源的零序電勢為零。電源的零序電勢為零。 零序電流相同相位，只能通過大零序電流相同相位，只能通過大地或與地連接的其他導體才能構(gòu)地或與地連接的其他導體才能構(gòu)成通路。成通路。 v零序網(wǎng)絡零序網(wǎng)絡例例NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImag

23、eNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage正正序序網(wǎng)網(wǎng)絡絡NoImageNoImageNoImageNoImageNoIm

24、ageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage負負序序網(wǎng)網(wǎng)絡絡NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoIma