第二章電力系統(tǒng)各元件的特性

第二章電力系統(tǒng)各元件的特性第1頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內(nèi)容電力系統(tǒng)中生產(chǎn)、變換、輸送、消費(fèi)電能的四大部分的特性和等值電路發(fā)電機(jī)組變壓器*電力線路*負(fù)荷電力網(wǎng)絡(luò)的等值電路第2頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)功率的符號說明

滯后功率因數(shù)為正，感性無功負(fù)荷運(yùn)行時，所吸取的無功功率超前功率因數(shù)為負(fù)，容性無功滯后功率因數(shù)為正，感性無功發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，所發(fā)出的無功功率超前功率因數(shù)為負(fù)，容性無功第3頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)變壓器的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型雙繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器等值變壓器第4頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器第7頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器第8頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器第9頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器利用空載和短路試驗(yàn)計(jì)算變壓器參數(shù)Pk：短路損耗kW，其近似等于額定總銅耗Uk%：短路電壓百分?jǐn)?shù)P0：三相有功空載損耗

kWI0%：空載電流百分?jǐn)?shù)第10頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器電阻第11頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器電抗

在電力系統(tǒng)計(jì)算中認(rèn)為，大容量變壓器的電抗和阻抗在數(shù)值上接近相等，可近似如下求解：第12頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器電導(dǎo)

變壓器電導(dǎo)對應(yīng)的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓器的空載損耗，因此變壓器的電導(dǎo)可如下求解：第13頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器電納

在變壓器中，流經(jīng)電納的電流和空載電流在數(shù)值上接近相等，其求解如下：第14頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器變比kT工作時兩側(cè)繞組實(shí)際抽頭的空載線電壓之比。第15頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器等值電路第16頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.雙繞組變壓器變壓器的運(yùn)行損耗:第17頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例題有一臺SFL120000/110型的向10kV網(wǎng)絡(luò)供電的降壓變壓器，銘牌給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為：，，，。試計(jì)算歸算到高壓側(cè)和變壓器參數(shù)。第18頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器按三個繞組容量比的不同有三種不同的類型：

100/100/100、100/50/100、100/100/50按三個繞組排列方式的不同有兩種不同的結(jié)構(gòu)：升壓結(jié)構(gòu)：高壓外，低壓中，中壓內(nèi)降壓結(jié)構(gòu)：高壓外，中壓中，低壓內(nèi)第19頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器2第20頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器電阻由于容量的不同，對所提供的短路損耗要做處理：對于100/100/100第21頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻第22頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器對于100/50/100或100/100/50

首先，將含有不同容量繞組的短路損耗數(shù)據(jù)歸算為額定電流下的值。

然后，按照100/100/100

計(jì)算電阻的公式計(jì)算各 繞組電阻。第23頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器按最大短路損耗求解（與變壓器容量比無關(guān)）：指兩個100%容量繞組中流過額定電流，另一個100%或50%容量繞組空載時的損耗。

根據(jù)“按同一電流密度選擇各繞組導(dǎo)線截面積”的變壓器的設(shè)計(jì)原則：第24頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器電抗 根據(jù)變壓器排列不同，對所提供的短路電壓做些處理：第25頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻：一般來說，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過歸算的第26頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器等值電路第27頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.三繞組變壓器在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)計(jì)算當(dāng)中，一個三繞組變壓器一般看成3個雙繞組變壓器。第28頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.自耦變壓器

就端點(diǎn)條件而言，自耦變壓器可完全等值于普通變壓器，但由于三繞組自耦變壓器第三繞組的容量總小于變壓器的額定容量，因此需要進(jìn)行歸算。對于舊標(biāo)準(zhǔn)：第29頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月四.等值變壓器（π型）模型變壓器模型第30頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月四.等值變壓器（π型）模型變壓器的Г型模型第31頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月四.等值變壓器（π型）模型優(yōu)點(diǎn)：這種模型可以體現(xiàn)電壓變換，在多電壓等級網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，可以不必進(jìn)行參數(shù)和變量的歸算。第32頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月推導(dǎo)過程第33頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月推導(dǎo)過程第34頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月等值變壓器的特點(diǎn)二次輸出的電壓、電流是實(shí)際的電壓、電流，可以體現(xiàn)電壓變換，在多電壓等級網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，可以不必進(jìn)行參數(shù)和變量的歸算。π型等值電路之和為0，組成了一個諧振三角形，利用諧振作用實(shí)現(xiàn)了二次的變流和變壓。π型等值電路阻抗沒有實(shí)際的物理意義。第35頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)（變壓器）求容量為20MVA、變比為121/10.5kV的三相雙繞組變壓器的參數(shù)和等值電路，并在等值圖上注明原邊和副邊。若額定變比改為110/11kV時，參數(shù)和等值電路是否發(fā)生變化？哪一種用于升壓變壓器，哪一種用于降壓變壓器？已知：Pk=163KW，P0=60KW，Uk%=10.5，I0%=3.0三繞組變壓器SN=25MVA，110/38.5/11(KV)，容量比為100/100/50，Pkmax=185KW，P0=52.6KW，I0%=3.6，Uk(1-2)%=10.5，Uk(3-1)%=17.5，Uk(3-2)%=6.5，試確定變壓器的參數(shù)及等值電路。第36頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)（變壓器）將如圖網(wǎng)絡(luò)用變壓器π型等值電路來表示，圖中j0.3是標(biāo)幺阻抗，要求做出阻抗的形式和導(dǎo)納形式的π型等值。1:1.1j0.3第37頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)電力線路的參數(shù)和等值電路概述架空線路的參數(shù)和等值電路第38頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述電力線路功能簡述輸電線路配電線路聯(lián)絡(luò)線路第39頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述電力線路結(jié)構(gòu)簡述電力線路按結(jié)構(gòu)可分為

架空線：導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等電纜：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等架空線路的導(dǎo)線和避雷線

導(dǎo)線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成避雷線：一般用鋼線第44頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述認(rèn)識架空線路的標(biāo)號

×××××—×/×

鋼線部分額定截面積主要載流部分額定截面積

J表示加強(qiáng)型，Q表示輕型

J表示多股線表示材料，其中：L表示鋁、

G表示鋼、T表示銅、HL表示鋁 合金例如：LGJ—400/50表示載流額定截面積為400、鋼線額定截面積為50的普通鋼芯鋁線。第45頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述為增加架空線路的性能而采取的措施

目的：減少電暈損耗或線路電抗。多股線：其安排的規(guī)律為：中心一股芯線，由內(nèi)到外，第一層為6股，第二層為12股，第三層為18股，以此類推：第46頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述為增加架空線路的性能而采取的措施

目的：減少電暈損耗或線路電抗。擴(kuò)徑導(dǎo)線：人為擴(kuò)大導(dǎo)線直徑，但不增加載流部分截面積。不同之處在于支撐層僅有6股，起支撐作用。1.鋼芯（鋼線19股）2.支撐層（鋁線6股）3.內(nèi)層（鋁線18股）4.外層（鋁線24股）第47頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述為增加架空線路的性能而采取的措施

目的：減少電暈損耗或線路電抗。分裂導(dǎo)線：又稱復(fù)導(dǎo)線，其將每相導(dǎo)線分成若干根，相互間保持一定的距離。但會增加線路電容。水平排列三角排列第48頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述架空線路的絕緣子

架空線路使用的絕緣子分為針式：35KV以下線路懸式：35KV及以上線路通常可根據(jù)絕緣子串上絕緣子的片數(shù)來判斷線路電壓等級，一般一個絕緣子承擔(dān)1萬V左右的電壓。第49頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.概述架空線路的換位問題

目的：在于減少三相參數(shù)不平衡

整換位循環(huán)：指一定長度內(nèi)有兩次換位而三相導(dǎo)線都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環(huán)。滾式換位換位方式換位桿塔換位AAABBBCCC第50頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)電阻：線路通過電流時產(chǎn)生的有功功率損失效應(yīng)，由電場產(chǎn)生。電感(電抗)：載流導(dǎo)線產(chǎn)生磁場效應(yīng)，由磁場產(chǎn)生。電導(dǎo)：線路帶電時絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及附近空氣游離而產(chǎn)生的有功功率損失。電容(電納)：反映帶電導(dǎo)線周圍電場效應(yīng)。第51頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月等值回路

第52頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)電阻有色金屬導(dǎo)線架空線路的電阻

有色金屬導(dǎo)線指鋁線、鋼芯鋁線和銅線每相單位長度的電阻：其中：鋁的電阻率為31.5Ωmm2/km

銅的電阻率為18.8Ωmm2/km

考慮溫度的影響則：第53頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)電抗有色金屬導(dǎo)線三相架空線路的電抗

第54頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)進(jìn)一步可得到：在近似計(jì)算中，可以取架空線路的電抗為

0.4Ω/km第55頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)分裂導(dǎo)線三相架空線路的電抗

分裂導(dǎo)線采用了改變導(dǎo)線周圍的磁場分布，等效地增加了導(dǎo)線半徑，從而減少了導(dǎo)線電抗?？梢宰C明：第56頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)分裂導(dǎo)線三相架空線路的電抗分裂根數(shù)每公里電抗（Ω）

20.3330.3040.28第57頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)電納三相架空線路的電納架空線路的電納變化不大，一般為：第58頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)分裂導(dǎo)線線路的電納第59頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)電導(dǎo)線路的電導(dǎo)取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈絕緣子串的泄漏：通常很小電暈：強(qiáng)電場作用下導(dǎo)線周圍空氣的電離現(xiàn)象

導(dǎo)線周圍空氣電離的原因：是由于導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度超過了某一臨界值，以致空氣中原有的離子具備了足夠的動能，使其他不帶電分子離子化，導(dǎo)致空氣部分導(dǎo)電。第60頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電力線路的參數(shù)

實(shí)際上，在設(shè)計(jì)線路時，已檢驗(yàn)了所選導(dǎo)線的半徑是否能滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈的要求，一般情況下可設(shè)：

g1=0第61頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2-3（P43）220kV線路使用如圖所示的帶拉線鐵塔；使用LGJ-400/50型導(dǎo)線，直徑27.63mm，鋁線部分截面積399.73mm2；使用由13片絕緣子組成的絕緣子串，長2.60m，懸掛在橫擔(dān)端部。試求該線路單位長度的電阻、電抗、電納和電暈臨界電壓。解：1.電阻，取S=400mm2為導(dǎo)線的截面積。

2.電抗第62頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2-3（P43）3.電納4.臨界電壓第63頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2-4（P44）部分330kV線路的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)為：2*LGJ-300/50分裂導(dǎo)線，每根導(dǎo)線鋁線部分截面積為299.54mm2，直徑24.26mm，分裂間距400mm，求該線路單位長度的電阻、電抗、電納。解：1.線路電阻

2.電抗

第64頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2-4（P44）部分3.電納第65頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.電力線路的數(shù)學(xué)模型

電力線路的數(shù)學(xué)模型是以電阻、電抗、電納和電導(dǎo)來表示線路的等值電路。一般線路的等值電路短線：長度小于100km的架空線?？梢院雎訥和B，用串聯(lián)阻抗來表示。第66頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.電力線路的數(shù)學(xué)模型一般線路的等值電路一般線路：中等及中等以下長度線路，對架空線為300km；對電纜為100km。不考慮線路的分布參數(shù)特性，只用將線路參數(shù)簡單地集中起來的電路表示。第67頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.電力線路的數(shù)學(xué)模型長線路的等值電路長線路：長度超過300km的架空線和超過100km的電纜。精確型簡化型

第68頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月長線路精確型考慮分布參數(shù)可得：第69頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月長線路精確型第70頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月長線路精確型如果線路末端接的負(fù)荷阻抗沒有反射波，也就是說

如果忽略電阻和電導(dǎo)，電壓電流在傳輸過程中幅值不衰減，稱為無損線。第71頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月長線路簡化型第72頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)（線路）一回500KV架空輸電線路，每相三分裂，根距40CM，導(dǎo)線采用LGJJ-400，計(jì)算半徑為r=14.5MM，三相導(dǎo)線水平排列，相間距離為12M，晴朗天氣下不會發(fā)生電暈，線路長度l=300KM。試求（1）不考慮分布參數(shù)特性的中長線模型；（2）考慮分布參數(shù)特性的簡化長線模型。第73頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)電力系統(tǒng)的負(fù)荷負(fù)荷的組成和特點(diǎn)負(fù)荷分類負(fù)荷曲線負(fù)荷特性與模型第74頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.負(fù)荷的組成電力系統(tǒng)的負(fù)荷：系統(tǒng)中千萬個用電設(shè)備消耗功率的總和。電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷：負(fù)荷再加上發(fā)電廠本身消耗的功率－廠用電，就是系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的功率。第75頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.負(fù)荷的組成異步電動機(jī)同步電動機(jī)電加熱電爐整流設(shè)備照明設(shè)備第76頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一.負(fù)荷的特點(diǎn)綜合性隨機(jī)性第77頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二.負(fù)荷分類一級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，人民生活發(fā)生混亂。二級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。三級負(fù)荷：所有不屬于一、二級的負(fù)荷。第78頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.負(fù)荷曲線負(fù)荷曲線：反映某一段時間內(nèi)負(fù)荷隨時間而變化的規(guī)律。按負(fù)荷種類分：有功功率負(fù)荷曲線無功功率負(fù)荷曲線第79頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三.負(fù)荷曲線按時間長短分：日負(fù)荷曲線：制訂各發(fā)電廠發(fā)電負(fù)荷計(jì)劃的依據(jù)；年最大負(fù)荷曲線：常用于制定發(fā)電設(shè)備的檢修計(jì)劃。年持續(xù)負(fù)荷曲線：計(jì)算負(fù)荷全年耗電量。第80頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月四.負(fù)荷特性與模型負(fù)荷特性：指負(fù)荷隨負(fù)荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，因而有電壓特性和頻率特性之分。靜態(tài)特性：指電壓或頻率變化進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時負(fù)荷功率與電壓或頻率的關(guān)系動態(tài)特性：指電壓或頻率急劇變化過程中負(fù)荷頻率與電壓或頻率的關(guān)系。

第83頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月4.負(fù)荷特性與模型（簡化模型）有功負(fù)荷模型無功負(fù)荷模型在電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析中，負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型最簡單，就是以給定的有功功率P和無功功率Q表示。只有在對計(jì)算精度要求較高時，才需計(jì)及負(fù)荷的靜態(tài)特性。第84頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月4.負(fù)荷特性與模型（靜態(tài)特性）有功負(fù)荷模型無功負(fù)荷模型常數(shù)型、電流型、阻抗型綜合型第85頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)電力系統(tǒng)的等值電路標(biāo)幺值的折算電壓等級的歸算第86頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)幺值有名制：在電力系統(tǒng)計(jì)算時，采用有單位的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計(jì)算標(biāo)幺制：在電力系統(tǒng)計(jì)算時，采用沒有單位的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流和功率等進(jìn)行計(jì)算基準(zhǔn)值：對于相對值的相對基準(zhǔn)三者之間的關(guān)系：標(biāo)幺制=有名制/基準(zhǔn)值第87頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)幺值基本級：將參數(shù)和變量歸算至同一個電壓級一般取網(wǎng)絡(luò)中最高電壓級為基本級平均電壓：UN*1.05標(biāo)幺制的優(yōu)點(diǎn)：線電壓和相電壓的標(biāo)幺值數(shù)值