電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)(第二章)

電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)(第二章)第一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二章電力網(wǎng)參數(shù)及等值電路本章主要內(nèi)容：2.線路的結(jié)構(gòu)

3.線路的參數(shù)

4.變壓器的參數(shù)架空線由什么組成為什么要用擴(kuò)徑導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線桿塔的形式絕緣子的作用------單位長度查手冊短路、空載實驗求RT，XT，GT，BT如何求兩繞組：RT，XT，GT，BT如何求三繞組：RT，XT，GT，BT

6.電力系統(tǒng)的等值電路有名值標(biāo)幺值變壓器的等值歸算問題1.輸電方式——交流、直流、特·高壓、靈活交流

5.發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)第二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)輸電方式經(jīng)濟(jì)方便、電壓可變化超過100km時會發(fā)生穩(wěn)定問題1、以交流為主國內(nèi)最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem第三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)輸電方式不會出現(xiàn)穩(wěn)定問題，適合長距離輸300—400km2、直流輸電塔高：+250kv---35m需交---直流變換裝置，成本高事故時電流小線路高度低，占地面積小待研究—直流多端供電技術(shù)第五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一HVDC與HVAC的比較當(dāng)輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運行于較高的電壓；直流輸電的功率和能量損耗小；對通信干擾??；線路穩(wěn)態(tài)運行時沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補償；直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運行，因此可用以實現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系；第七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一HVDC與HVAC的比較(續(xù)）直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性的限制；由直流輸電線互相聯(lián)系的交流系統(tǒng)各自的短路容量不會因互聯(lián)而顯著增大；直流輸電線的功率和電流的調(diào)節(jié)控制比較容易并且迅速，可以實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)、控制。如果交、直流并列運行，有助于提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和改善整個系統(tǒng)的運行特性。第八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一HVDC與HVAC的比較(續(xù)）交直流輸電的等價距離第九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一HVDC與HVAC的比較(續(xù)）

由于HVDC的線路造價較低，而變電站設(shè)備較HVAC昂貴，在某一輸電距離下，交、直流兩種輸電方式的造價費用相等，這一距離成為等價距離。

概括的說，從經(jīng)濟(jì)性考慮，當(dāng)輸電距離超過等價距離時，采用直流有利；輸電距離小于等價距離時，采用交流有利。根據(jù)國外經(jīng)驗，架空線路的等價距離大約為500~800km。電纜線路的等價距離大約為30~50km。第十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)輸電方式3、靈活交流輸電FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。FACTS裝置：指FACTS家族中具體的成員，指用于提供一個或多個控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)的電力電子系統(tǒng)或其他靜止設(shè)備第十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一提高交流輸電傳輸功率的方法（FACTS）第十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)輸電方式不易發(fā)生與雷擊和雪害等自然災(zāi)害有關(guān)故障成本高5、地下輸電出故障難找散熱差、允許電流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000萬KW4、UHV交流輸電須解決：電暈噪音、線間絕緣強(qiáng)度、輸 電線用避雷器、絕緣子耐污塔高：80m---144m用500kv需雙回線7回用1000kv需雙回線1回UltraHighVoltage第十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)電力線路一.導(dǎo)線架空線：導(dǎo)線、避雷器、桿塔、絕緣子、金具電纜線：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層要求：導(dǎo)電好、機(jī)械強(qiáng)度大、抗腐蝕能力強(qiáng)鋁—L—常用，機(jī)械強(qiáng)度不夠，鋼芯鋁線材料鋼—G—導(dǎo)電性差，做避雷線銅—T—最好，但貴鋁合金—HL第十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)多股線絞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ鋁/鋼比5.6—6.0加強(qiáng)型：LGJJ鋁/鋼比4.3—4.4輕型：LGJQ鋁/鋼比8.0—8.1LGJ-400/50—數(shù)字表示截面積擴(kuò)徑導(dǎo)線—K擴(kuò)大直徑，不增加截面積LGJK-300相當(dāng)于LGJQ-400和普通鋼芯相區(qū)別，支撐層6股分裂導(dǎo)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，電容增大第十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)木塔——已不用二.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(dǎo)線自重耐張桿塔—承受對導(dǎo)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：100—200米終端桿塔—只承受一側(cè)的耐張力，導(dǎo)線首末端第十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第二十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第二十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)ABC第二十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)第二十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力線路的結(jié)構(gòu)三.絕緣子和金具絕緣子要求：足夠的電氣與機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕材料：瓷質(zhì)與玻璃質(zhì)元件類型：針式（35KV以下），懸式（35KV以上）片樹：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 37131924金具作用：連接導(dǎo)線和絕緣子線夾：懸重、耐張導(dǎo)線接續(xù)：接續(xù)、聯(lián)結(jié)保護(hù)金具：護(hù)線條、預(yù)絞線、防震錘、阻尼線絕緣保護(hù)：懸重錘第二十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路一.單位長度電力線路的參數(shù)1、電阻r1=ρ/sS截面積mm2單位：Ω?mm2/km一般是查表rt=r20(1+α(t-20))鋼線電阻：導(dǎo)磁集膚、磁滯效應(yīng)交流電阻> 直流電阻，和電流有關(guān)查手冊ρ電阻率銅：18.8鋁:31.3與溫度有關(guān)第二十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路2、電抗物理意義：導(dǎo)線通交流電，產(chǎn)生磁場自感、互感外電抗內(nèi)電抗對數(shù)關(guān)系：導(dǎo)線截面和布置無顯著影響，一般0.4Ω/km正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D分裂導(dǎo)線：改變磁場，增大了半徑，減少了電抗第二十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路3、電納物理意義：導(dǎo)線通交流電，產(chǎn)生電場容感對數(shù)關(guān)系：變化不大，一般2.85Х10-6S

/km分裂導(dǎo)線：增大了等效半徑，電納增大，用req替代r計算Dm與r的意義與電抗表達(dá)式一致第二十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路4、電導(dǎo)物理意義絕緣子表面泄露——很小，忽略實測損耗，計算電導(dǎo)，一般忽略110KV—9.6mm空氣電離——電暈損耗，臨界電壓Ucr， 好天不產(chǎn)生，壞天可有規(guī)定最小直徑220KV—21.28mm330KV—32.2mm分裂導(dǎo)線電纜參數(shù)計算復(fù)雜，查手冊第二十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路二、電力線路的等值電路r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1一般線路的等值電路（正常運行時忽略g）1、短線路（一字型等值電路）條件：L<100km的架空線,忽略g，b 線路電壓不高第二十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力線路的參數(shù)與等值電路2、中等長度線路（π型和T型等值電路）條件：100-300km的架空線或<100km的電纜線，近似等值， 不能用星—三角變換ZY/2Y/2Z/2Z/2Y3、長線路（分布參數(shù)—雙曲函數(shù)）書上例題P68第三十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路第三十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路第三十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路一、雙繞組變壓器u1I1n1:n2I2u21、理想變壓器I1n1=I2n2

I2=k

I1u1/n1=u2/n2

u2=

u1/kk=n1/n2特征：無銅損、鐵損、漏抗、激磁電流2、實際變壓器RTjXT-jBTGT通過短路和開路試驗求RT、XT、BT、GT第三十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路3、短路試驗求RT、XT條件：一側(cè)短路，另一側(cè)加電壓使短路繞組電流達(dá)到額定值短路損耗：注意單位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）如UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）時第三十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路短路電壓百分比UN（KV）、SN（MVA）第三十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路4、開路試驗求GT、BT條件：一側(cè)開路，另一側(cè)加額定電壓空載損耗：空載電流百分比I0%有功分量Ig無功分量Ib第三十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路二、三繞組變壓器-jBTRT1jXT1GTRT2jXT2RT3jXT3參數(shù)的求法與雙繞組相同注意三繞組容量比不同各繞組排列不同導(dǎo)納的求法與雙繞組相同短路試驗求RT、XT條件：令一個繞組開路，一個繞組短路，而在余下的一個繞組施加電壓，依此得的數(shù)據(jù)（兩兩短路試驗）第三十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路1、由短路損耗求RT對于第Ⅰ類（100/100/100）第三十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路對于第Ⅱ類（100/50/100）第Ⅲ類（100/100/50）試驗時小繞組不過負(fù)荷，存在歸算問題，歸算到SN對于（100/50/100）對于（100/100/50）代入可計算第三十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路只給出一個最大短路損耗Pkmax時（兩個100%繞組間短路）2、由短路電壓百分比求XT（制造商已歸算，直接用）排列不同，阻抗不同，中間繞組最小，甚至為負(fù)，一般取0第四十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)電力變壓器的參數(shù)與等值電路三、自耦變壓器特點：電阻小、損耗小、運行經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊、電抗小、 輸送容量大、重量輕、便于運輸接線：Y0/Y0/Δ，第三繞組容量比額定容量小參數(shù)舊標(biāo)準(zhǔn)損耗未歸算電壓%未歸算新標(biāo)準(zhǔn)最大短路損耗歸算的電壓%例題：P39例2-2第四十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一補充：電力變壓器的運行1、正常過負(fù)荷能力不縮短壽命為前提自然循環(huán)30%，強(qiáng)迫循環(huán)20%2、事故過負(fù)荷能力以犧牲變壓器壽命為代價計算過負(fù)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(yīng)一致額定短路電壓相等第四十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路一、發(fā)電機(jī)電阻：小，忽略電抗：等值電路jXGEG機(jī)端P+jQ機(jī)端PU機(jī)端第四十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一補充：同步發(fā)電機(jī)的運行唯一的注入功率元件調(diào)負(fù)荷——原動機(jī)轉(zhuǎn)速（汽門、導(dǎo)水翼）調(diào)電壓——勵磁1、同步發(fā)電機(jī)的允許運行范圍EqnXdINUNINUNEqnjINXd第四十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一補充：同步發(fā)電機(jī)的運行受限條件定子繞組：IN為限—S園弧轉(zhuǎn)子繞組：勵磁電流為限—F園弧原動機(jī)出力：額定有功功率—BC直線其它約束：靜穩(wěn)、進(jìn)相導(dǎo)致漏磁引起溫升—T弧定子繞組不超過額定電流勵磁繞組不超過額定電流受原動機(jī)出力限制進(jìn)相運行時受定子端部發(fā)熱限制留穩(wěn)定儲備第四十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一補充：同步發(fā)電機(jī)的運行2、同步發(fā)電機(jī)的進(jìn)相與調(diào)相運行進(jìn)相發(fā)有功，吸收無功輸電線路長、電容大、輕載時電壓升高，需吸收無功時，發(fā)電機(jī)從遲相轉(zhuǎn)為進(jìn)相，If越小，越大靜穩(wěn)態(tài)儲備下降、端部嚴(yán)重發(fā)熱、影響出力調(diào)相只發(fā)或吸收無功調(diào)壓需要水輪機(jī)低水位汽輪機(jī)處于檢修汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)很低第四十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一補充：同步發(fā)電機(jī)的運行3、同步發(fā)電機(jī)的非正常運行a、過負(fù)荷運行允許短時運行和時間有關(guān)和冷卻方式有關(guān)b、異步運行c、不對稱運行失磁后，進(jìn)入異步狀態(tài)，發(fā)異步有功，吸收無功汽輪機(jī)—滑差率小，允許運行15~30分鐘水輪機(jī)—滑差率大，不允許運行定子中產(chǎn)生負(fù)序電流轉(zhuǎn)子感應(yīng)2倍頻電流引起發(fā)熱和振動第四十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路二、電抗器電阻：小，忽略電抗：jXR等值電路：高電壓等級可用于低電壓等級，不用SN第四十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第五節(jié)發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路三、負(fù)荷以功率表示：SL=PL+jQL~以阻抗和導(dǎo)納表示：RTjXTIL。UL。-jBLGLUL。IL。**第四十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路一、多電壓等級網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)和變量的歸算（有名值）電力線、變壓器等值電路級聯(lián)成電力網(wǎng)等值電路注意：多級電壓網(wǎng)存在一個不同電壓級之間的歸算問題變壓器的參數(shù)與UN有關(guān)，歸算到哪一側(cè)，值不同變壓器的負(fù)載阻抗歸算到某一側(cè)時，和變比平方有關(guān)要級聯(lián)等值電路，須將不同電壓級下的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流歸算到同一級—基本級（取電網(wǎng)最高電壓）歸算第五十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路K的取值分子是向著基本級一側(cè)的電壓K的計算分母是向著待歸算一側(cè)的電壓手算—實際變比計算機(jī)—先取線路額定電壓比值，然而再修正T3500/121T4242/500T2110/38.5220KV500KV110KV35KV10KVT135/11第五十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路例題：電力網(wǎng)接線如圖所示，圖中各元件的技術(shù)數(shù)據(jù)見表1、表2，試作出歸算到110KV側(cè)和6KV側(cè)的電網(wǎng)等值電路T1T2k210KV110KV6KVk1L1L2符號額定容量（MVA）額定電壓（KV）Uk%?Pk(KW)I0%?P0(KW)T131.510.5/12110.5190332T220110/6.610.51352.822符號導(dǎo)線型號長度（Km）電壓(KV)電阻(Ω/km)電抗(Ω/km)電納(S/km)L1LGJ-1851001100.170.383.15?10-6L2LGJ-300560.1050.383表1:表2:第五十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路解:變壓器的電阻、導(dǎo)納，線路的電導(dǎo)都略去不計歸算到110KV側(cè)變壓器T1的電抗：變壓器T2的電抗：線路L1的電阻、電抗和電納為：第五十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路線路L2的電阻、電抗為：j48.8ΩjxT1RL1jXL117Ωj38Ωj48.8ΩjxT1RL2jXL217Ωj38ΩjBL1/2j1.575Х10-4jBL1/2j1.575Х10-4第五十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路j0.1757ΩjxT1RL1jXL10.0612Ωj0.1368Ωj0.228ΩjxT1RL2jXL20.525Ωj1.915ΩjBL1/2jJ4.376Х10-2jBL1/2j4.376Х10-2歸算到6KV側(cè)第五十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路二、標(biāo)幺值（標(biāo)么值）1、定義：標(biāo)幺值=有名值（歐、西、千伏、千安、兆伏安）基準(zhǔn)值（與對應(yīng)有名值的量剛相同）標(biāo)幺值—沒有單位的相對值參數(shù)三相與單相公式一致結(jié)果清晰易于判斷結(jié)果對否簡化計算無量剛，概念不清第五十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路2、基準(zhǔn)值的選取基準(zhǔn)值的單位與對應(yīng)有名值的單位相同各種量的基準(zhǔn)值之間應(yīng)符合電路的基本關(guān)系五個量中任選兩個，其余三個派生，一般取SB，UB，SB—總功率或某發(fā)、變額定功率，UB—基本級電壓

第五十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路3、電力系統(tǒng)的標(biāo)幺值等值電路的制定多電壓等級系統(tǒng)仍存在歸算問題，有兩種求法歸算有名值指定基本級，將其它級有名值歸算到基本級指定一套基本級下的基準(zhǔn)值用標(biāo)幺值定義求歸算基準(zhǔn)值（就地歸算）將基準(zhǔn)值歸算到各電壓級，形成相應(yīng)基值在基本級下指定一套基準(zhǔn)值各電壓級參數(shù)除以本級下的基值給出元件的額定標(biāo)幺值，須換算為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值第五十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路三、端部條件完全等值的變壓器模型目標(biāo)：端部條件與實際電路中的值相等（不需歸算） 的等值電路1、雙繞組理想變壓器1:kRTjXT-jBTGT1:k1’2’12推導(dǎo)目的：等值電路中端部條件（，）（，）不變變壓器參數(shù)受變比影響第五十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一推導(dǎo)過程：從1-1’，2-2’之間等值，將導(dǎo)納支路拿出去y12y10y20如果雙端口網(wǎng)絡(luò)用π型表示（且YT=1/ZT）ZT1:k1’2’121:kZT第六十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期一物理意義：端口條件相同時，等值參數(shù)與K有關(guān)兩并聯(lián)支路的導(dǎo)納符號總是相反三支路的阻抗之和恒等于零諧振三角形內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流構(gòu)成諧振三角形在串聯(lián)阻抗上產(chǎn)生壓降—變壓諧振電流—變流ZTk:11’2’12試推導(dǎo)：第六節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路第六