電力系統(tǒng)元件模型和參數(shù)計算及模型

1、電力系統(tǒng)元件模型和參數(shù)計算及模型12架空輸電線路的等值電路及參數(shù)計算變壓器的等值電路及參數(shù)計算發(fā)電機和負荷模型電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等值電路(標幺值)32-1 基本概念電力系統(tǒng)元件：構(gòu)成電力系統(tǒng)的各組成部件。元件參數(shù)：表征元件特性的參量。數(shù)學模型：元件或系統(tǒng)物理模型的數(shù)學描述。42-2 輸電線路的等值電路及參數(shù)計算1、架空輸電線路導線和避雷線桿塔絕緣子金具2、電纜線路導線絕緣層保護層5架空輸電線路檔距：架空線路相鄰桿塔之間的水平距離。弧垂：在檔距中，導線的最低點和懸掛點之間的垂直距離。6導線和避雷線 導線可分為裸導線和絕緣導線兩大類，高壓輸電線路基本上都采用裸導線它的散熱性能好。又節(jié)省絕緣材料。絕緣導

2、線主要用于低壓線路，以利于人身和設備的安全。 導線的材料主要有鋁、銅、鋼等。目前大量使用的是鋁或鋁合金導線。鋼導線一般用作避雷線，鋁絞線的芯線(即鋼芯鉛絞線)、或水泥桿的斜拉線，以提高其機械強度。銅導線的導電性能和機械強度都優(yōu)于鋁，但價格昂貴。 要求：導電好、機械強度大、抗腐蝕能力強7導線和避雷線 導線可分為裸導線和絕緣導線兩大類，高壓輸電線路基本上都采用裸導線它的散熱性能好。又節(jié)省絕緣材料。絕緣導線主要用于低壓線路，以利于人身和設備的安全。 導線的材料主要有鋁、銅、鋼等。目前大量使用的是鋁或鋁合金導線。鋼導線一般用作避雷線，鋁絞線的芯線(即鋼芯鉛絞線)、或水泥桿的斜拉線，以提高其機械強度。銅

3、導線的導電性能和機械強度都優(yōu)于鋁，但價格昂貴。 8導線結(jié)構(gòu)多股線絞合J排列：1、6、12、18普通型：LGJ 鋁/鋼 比加強型：LGJJ 鋁/鋼 比輕 型：LGJQ 鋁/鋼 比LGJ-400/50數(shù)字表示截面積擴徑導線K擴大直徑，不增加截面積LGJK- 300相當于LGJQ-400和普通鋼芯相區(qū)別，支撐層6股分裂導線每相分成若干根，相互之間保持一 定距離400-500mm,防電暈，減小了電抗，電容增大9架空線路采用的導線結(jié)構(gòu)主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線。 (a) 單金屬絞線 (b) 鋼芯鋁絞線 (c) 擴徑鋼芯鋁絞線 (d) 空心導線 (e) 鋼鋁混合絞線 鋼芯鋁絞線按其強度的大小，可分為

4、普通型、輕型和加強型三種。其區(qū)別反映在鋁鋼截面比上。截面比越小，機械強度越高。對于220kV以上的輸電線路，為減少線路的電抗和導線電暈，常用分裂導線。 架空線路導線的型號是用導線的材料和結(jié)構(gòu)以及截面積三部分表示的。如T銅線；G鋼線；L鋁線；J多股絞線；HL鋁合金線；LGJ-120表示120mm2的鋼芯鋁絞線。 10結(jié)構(gòu)木塔已不用桿塔鋼筋混凝土塔單桿、型桿鐵塔用于跨越，超高壓輸電、耐張、轉(zhuǎn)角、 換位。獨根鋼管城市供電作用分直線桿塔線路走向直線處，只承受導線自重耐張桿塔承受對導線的拉緊力轉(zhuǎn)向桿塔用于線路轉(zhuǎn)彎處換位桿塔減少三相參數(shù)的不平衡跨越桿塔跨越寬度大時，塔高：100200米終端桿塔只承受一側(cè)的

5、耐張力，導線首末端111213141516ABC1718絕緣子 類型：針式（35KV以下），懸式（ 35KV以上） 3 7 13 19 24金具作用：連接導線和絕緣子線夾：懸重、耐張導線接續(xù)：接續(xù)、聯(lián)結(jié)保護金具：護線條、預絞線、防震錘、阻尼線絕緣保護：懸重錘絕緣子：架空線路用的絕緣子用來支持或懸掛導線，并使之與桿塔絕緣。它由瓷、玻璃或硅橡膠等材料制成。 片樹：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV絕緣子要求：足夠的電氣與機械強度、抗腐蝕材料：瓷質(zhì)、玻璃、硅橡膠19電纜線路 電力電纜主要由導體、絕緣層和保護層三部分組成，如圖所示。電力電纜的導體通常采用多股銅絞線或鋁絞線。根據(jù)電

6、纜中導體數(shù)目的不同可分為單芯、三芯和四芯電纜。 扇形三芯電纜1-導體 2-絕緣層 3-鉛包層 4-黃麻層5-鋼帶鎧甲 6-黃麻保護層202-2 輸電線路的等值電路及參數(shù)計算1.架空輸電線路的等值電路2.架空輸電線路的參數(shù)計算211.架空輸電線路的等值電路輸電線路四個參數(shù): 電阻r：反映線路通過電流時產(chǎn)生有功功率損 失效應 ； 電感L：反映載流導線周圍產(chǎn)生的磁場效應； 電導g：反映線路帶電時絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏 電流及導線附近空氣游離而產(chǎn)生的有功 功率損失； 電容C：反映帶電導線周圍電場效應。 221.架空輸電線路的等值電路短距離輸電線路中長距離輸電線路長距離輸電線路集中參數(shù)分布參數(shù)23短距離輸電

7、線路的等值電路長度不超過100km的架空輸電線路，線路額定電壓為60kV及以下者 圖2-12 短線路的等值電路 24中等長度輸電線路的等值電路線路電壓為 110kV220kV，架空輸電線路長度為 100km300km，電纜線路長度不超過100km的線路 圖2-5 中等長度線路的等值電路 25長距離輸電線路的等值電路圖2-17 長線的等值電路 長度超過100km300km的架空輸電線路和長度超過100km的電纜線路，這種線路，必須考慮其分布參數(shù)特性 262.架空輸電線路的參數(shù)計算架空輸電線路每一相的等值串聯(lián)阻抗 Z=(r+jx)l 架空輸電線路每一相的等值并聯(lián)導納 Y=(g+jb)l 27 De

8、q是三相導線間的互幾何均距 Ds是多股絞線的自幾何均距分裂導線時Ds=Dsb(2-8)每相單位長度的等值電阻每相單位長度的等值電抗28分裂導線 將輸電線的每相導線分裂成若干根按一定的規(guī)則分散排列，便構(gòu)成分裂導線輸電線。 分裂導線的自幾何均距相比單導線的大，故電抗小。問題1：分裂數(shù)越多越好嗎？問題2：分裂間距越大越好嗎？29每相單位長度的等值電容每相單位長度的等值電納Deq是三相導線間的互幾何均距 r是導線的半徑分裂導線時r=req(2-15)(2-14)30線路額定電壓(kV)60以下110154220330導線外徑（mm）9.613.6821.2833.2表2-1 不需計算電暈的導線最小直徑

9、（海拔不超過100m）電導: 沿絕緣子的泄漏電流產(chǎn)生的有功損耗和電暈損耗31例題2-1, 2-2(自學)322.3 長距離輸電線路略去二階微小量 流入并聯(lián)導納中的電流12332.3 長距離輸電線路距線路末端x 處電壓電流與線路末端電壓電流的關系線路首端電壓電流與線路末端電壓電流的關系線路的傳播常數(shù)線路的波阻抗34長距離輸電線路的 等值電路V2Z Y/2Y/2V1簡化(2-40)352-4變壓器的等值電路和參數(shù)計算1.變壓器的等值電路變壓器的參數(shù)計算等值串聯(lián)阻抗等值并聯(lián)導納3.三繞組變壓器4.自偶變壓器5.變壓器的 等值電路3637381.變壓器的等值電路雙繞組變壓器三繞組變壓器圖 2-1939

10、變壓器的參數(shù)計算等值阻抗電阻電抗Ps Vs% P0 I0% RT XT GT BT (2-42)(2-44)注意: Ps -kw, VN-kV SN-MVA40等值并聯(lián)導納 電導電納變比(2-45)(2-46)41例 2-5 有一臺SFL120000/110型向10kV網(wǎng)絡供電的降壓變壓器，銘牌給出的試驗數(shù)據(jù)為：PS=135kW，VS，P0=22kW，I0。試計算歸算到高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。 已知SN=20000kVA，高壓側(cè)額定電壓VN=110kV 42433. 三繞組變壓器的參數(shù)計算等值阻抗電阻 (R1 R2 R3)(2-47)44(2-49)適用于三個繞組額定容量相同的情況45短路試驗數(shù)據(jù)

11、的折算(2-50)回自耦變壓器46電抗 (X1 X2 X3)(2-52)導納和變比的計算與雙繞組相同例26474.自偶變壓器與普通變壓器相同，但短路試驗數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過折算，式（2-50）和（2-53）(2-53)485 變壓器型等值電路 前述的變壓器等值電路計算所得副方繞組的電流和電壓都是它們的折算值 ，不是實際值。帶有變比的等值電路k:149 變壓器采用形等值電路后，電力系統(tǒng)中與變壓器相接的各元件就可以直接應用其參數(shù)的實際值。 阻抗參數(shù)表示導納參數(shù)表示k(k-1)50三繞組變壓器考慮變比的等值電路51選取一個基本級，把其他電壓等級的元件參數(shù)折算到基本級帶變比的變壓器等值支路變壓器的-型等值電

12、路 (圖2-22,圖2-23)電力系統(tǒng)分析計算中變壓器的三種處理方式52補充：電力變壓器的運行1、正常過負荷能力不縮短壽命為前提自然循環(huán)30%，強迫循環(huán)20%2、事故過負荷能力以犧牲變壓器壽命為代價計算過負荷時犧牲的天數(shù)3、三繞組變壓器容量：100/100/100，100/100/50，100/50/100接線：Y/Y/ ，穩(wěn)定繞組，改善波形自耦：體積小、損耗小，110KV以上用結(jié)構(gòu)：升壓：鐵芯中壓低壓高壓降壓：鐵芯低壓中壓高壓4、并列運行原副邊額定電壓相等，變比相等接線組別對應一致額定短路電壓相等532-5 發(fā)電機和負荷模型1. 發(fā)電機的電抗和電勢54電壓源或電流源表示的發(fā)電機等值電路552

13、負荷特性和負荷模型負荷特性:負荷功率與電壓和頻率的關系 (動態(tài)特性和靜態(tài)特性)V* 電壓靜態(tài)特性 f*頻率靜態(tài)特性56負荷靜態(tài)模型1) 恒功率負荷模型2) 恒定阻抗負荷模型573) 用電壓靜態(tài)特性表示的綜合負荷模型恒定阻抗消耗功率恒電流負荷消耗功率恒定功率額定電壓附近584) 用電壓及頻率靜態(tài)特性表示的綜合負荷模型592-6 電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等值電路1. 多電壓等級網(wǎng)絡的參數(shù)歸算需對元件的阻抗、導納、電壓和電流進行歸算k1242， k2=220121基本級602.電力系統(tǒng)的標幺制標幺制的概念基準值的選擇和標幺值的特點不同基準值標幺值之間的換算611) 標幺制的概念 若選VB=10 kV，則VG*

14、62電壓、電流、功率和阻抗的基準值分別為VB、IB、SB和ZB時632) 基準值的選擇和標幺值的特點基準值的單位應與對應的有名值相同全系統(tǒng)只有一套基準值一般取額定值為基準值電壓、電流、功率、阻抗的基準值之間滿足基本關系：64選定VB 和SB 之后，便有：65線電壓與相電壓的基準值，三相功率與單相功率的基準值之間有以下關系：663) 不同基準值標幺值間的換算 額定標幺值 X(N)* 有名值 統(tǒng)一基準下 的標幺值674.標么制的特點優(yōu)點：易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù) ；簡化計算公式 ；在一定程度上簡化計算工作。缺點：沒有量綱，因而其物理概念不如有名值明確。 683. 多電壓等級網(wǎng)絡的標幺值等

15、值電路1、有名值表示的等值電路（元件標么值換算為有名值）；2、統(tǒng)一基準值下的標么值等值電路；691） 有名值表示的等值電路元件（標么值換算為有名值） 百分制也是一種相對單位制，對于同一物理量，如果基準值相同，則百分值=100標幺值，如上式的電抗器。對于變壓器，其額定標幺電抗可表示為： 702）統(tǒng)一基準值下的標么值等值電路：各電壓等級分別選擇不同基準電壓，基準功率則全段統(tǒng)一71例2-7 試計算圖2-27(a)輸電系統(tǒng)各元件電抗的標幺值。發(fā)電機: SG(N)=30MVA，VG(N)，XG(N)；變壓器T-1: ST1(N)，VS，kT1；變壓器T-2 : ST2(N)=15MVA，VS，kT2；電抗器: VR(N)=6kV，IR(N)，XR%=5；架空線路: 長 80km，每公里電抗為；電纜線路: 長，每公里電抗為。72解：SB=100MVA。kB(I-II)=kT1，kB(II-III)=kT2。