第二章電力網各元件的等值電路

第二章電力網各元件的等值電路《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》第一章第1頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容2-1架空輸電線路的參數及等值電路2-2變壓器的等值電路和參數2-3標幺制2-4電力網絡的數學模型第2頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月輸電線路實際圖第3頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2-1架空輸電線路的參數及等值電路思考問題：1、有幾個參數可以反映單位長度輸電線的電磁現(xiàn)象?2、參數如何計算？2、各個參數受哪些因素影響?3、如何表示輸電線路?第4頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月物理現(xiàn)象：電力線路的參數線路通電流：（串聯(lián)or并聯(lián)）發(fā)熱，消耗有功功率R

交流電流交變磁場感應電勢（自感，互感）抵抗電流X線路加電壓：（串聯(lián)or并聯(lián)）絕緣漏電（較?。?，一定電壓下發(fā)光放電（電暈）G交變電場線/線，線/大地電容電容電流B第5頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電阻

r=ρ/s（歐姆/公里）ρ：計算用電阻率，歐﹡毫米2/公里，例如:銅18.8，鋁31.5(20℃)，溫度修正S：導線導電部分截面積，毫米2

ρ：略大于直流電阻率，原因：集膚效應和鄰近效應；多股絞線，導線實際長度增加2%~3%；導線實際截面小于標稱截面架空線路參數的計算第7頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月二、感抗單根導線的等值電抗：互幾何間距：：自幾何均距，和導線的材料結構有關對于非鐵磁材料的單股線：Why？第8頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

出現(xiàn)的原因原因當三相導線排列不對稱時，各相導線所交鏈的磁鏈不相同，這將引起三相參數不對稱。解決方法：導線換位

ABCAAABBBCCC第9頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月分裂導線的等值電抗分裂導線采用了改變導線周圍的磁場分布，等效地增加了導線半徑，從而減少了導線電抗。

：分裂導線的自幾何均距，與分裂間距及分裂根數有關分裂根數為2：第10頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電導架空線電導主要由電暈引起，計算：實際上，在設計線路時，已檢驗了所選導線的半徑是否能滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈的要求，一般情況下可設發(fā)生電暈的臨界電壓，計算：？分裂導線第11頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月四、電納交流輸電線為單根導線的電納交流輸電線為分裂導線的電納

：分裂導線的等值半徑

第12頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2-2電力線路的數學模型分布參數模型：見前述

集中參數模型：π型等值電路根據雙端口網絡理論,可得精確表達：第13頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月工程計算中，一般采用以下模型：短線路（長度不超過100km且電壓在35kV及以下的架空線路）：忽略對地支路，中等長度線路（長度100km~300km，電壓在110kV~330kV的架空線路）：長距離線路（長度超過300km，電壓在330kV及以上的架空線路）：精確計算第14頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2-3變壓器的等值電路和參數思考：1、在電力系統(tǒng)分析中，變壓器如何表示?2、變壓器各等值參數如何求取?第15頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器的實際圖片第16頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器內部繞組第17頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單物理模型U1NRT2jXT2UrIoUx....RT1jXT1第18頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月RTjXTUrUxIoU1N....RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT〝Γ〞型等值電路第19頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻變壓器的電阻是通過變壓器的短路損耗Pk，其近似等于額定總銅耗PCu。我們通過如下公式來求解變壓器電阻：第21頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電抗在電力系統(tǒng)計算中認為，大容量變壓器的電抗和阻抗在數值上接近相等，可近似如下求解：

第22頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電導電導對應的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓器的空載損耗，因此變壓器的電導可如下求解：電納電納代表變壓器的勵磁功率，近似由I0%求出：第23頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月變比第24頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月1.各量單位：2.VN為哪側的，則算出的參數、等值電路為折合到該側的；3.三相變壓器的原副邊電壓比不一定等于匝數比；4.三相變壓器不論其接法如何，求出的參數都是等值成Y/Y接法中的一相參數；5.勵磁支路放在功率輸入側(電源側、一次側)。

注意點第25頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月三繞組變壓器的參數和數學模型三繞組變壓器的等值電路132ZT3ZT2ZT1YT三繞組變壓器電氣結線圖高中低按三個繞組排列方式的不同有兩種不同的結構：升壓結構：中壓內，低壓中，高壓外降壓結構：低壓內，中壓中，高壓外第26頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月如何做短路實驗?1側繞組中通以額定電流，1側繞組開路，1側繞組短路。如何做空載實驗?1側繞組加額定電壓，另兩側開路。三繞組變壓器參數計算兩個試驗短路試驗：空載試驗：短路損耗：短路電壓(百分值)：短路損耗：短路電壓(百分值)：第27頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻對于100/100/100然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻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第28頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月對于100/50/100或100/100/50第29頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例：容量比不相等時，如第30頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月設為各繞組對應的短路電壓VS1%,VS2%,VS3%,則：→電抗→第31頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月求取三繞組變壓器導納和變比的方法和求取雙繞組變壓器導納的方法相同。導納及變比公式注意點第32頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器的Π型等值電路第33頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月如何去掉磁耦合，變成純電路？思路：兩端口等值第34頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月電力網絡中應用等值變壓器模型的計算步驟：有名制、線路參數都未經歸算，變壓器參數則歸在低壓側。有名制、線路參數和變壓器參數都已按選定的變比歸算到高壓側。標幺制、線路和變壓器參數都已按選定的基準電壓折算為標幺值。第36頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月一些常用概念實際變比k k=UI/UII UI、UII:分別為與變壓器高、低壓繞組實際匝數相對應的電壓。標準變比有名制：歸算參數時所取的變比標幺制：歸算參數時所取各基準電壓之比非標準變比k*k*=UIINUI/UIIUIN第37頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3電力網絡的數學模型問題的提出多電壓等級下，各個參數有名值如何折算？在電力系統(tǒng)中標么值是怎樣定義的？在多電壓等級的情況下，標么值如何計算?第38頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月對于如下網絡：這么多電壓等級如何進行計算？第39頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月多電壓等級下有名值參數的計算1.選取基本級（一般取最高點壓等級）2.將所有參數歸算于基本級U歸算=U待歸算(K1K2…KN)I歸算=I待歸算/(K1K2…KN)Z歸算=Z待歸算(K1K2…KN)2注意：第40頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月基本級：500kVK1=525/242K2=500/121K3=110/38.5K4=35/11第41頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月標幺值基本概念有名制：在電力系統(tǒng)計算時，采用有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算。標幺制：在電力系統(tǒng)計算時，采用沒有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算?；鶞手担簩τ谙鄬χ档南鄬鶞省Ｈ咧g的關系：4）基本級：將參數和變量歸算至同一個電壓級。一般取網絡中最高電壓級為基本級。第42頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月基準值的選取基準值的選取遵循以下原則：1.單位和有名值相同2.五個物理量（電阻ZB、導納YB、電壓UB、電流IB、功率SB）滿足電路的基本關系，取其中兩個，一般取UB、SBZB、YB：每相阻抗、導納的基準值；

UB、IB：線電壓、線電流的基準值

SB：三相功率的基準值第43頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月不同基準值標么值的折算1.準確計算法：逐級歸算—歸算后不含理想變壓器

方法一:(1)選取基本級，將所有參數歸算到該基本級下（Z、Y、U、I、S）(2)在該基本級下，取統(tǒng)一的基準值UB、SB，算出ZB、YB、IB。(3)在基本級下計算出標么值

方法二：(1)選取基本級，在基本級下取基本值UB、SB，(2)將基本級下的基準值歸算到其他各電壓等級(3)在各個電壓等級下計算標么值第44頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例如下圖（以計算線路阻抗標么值為例）1.?、駷榛炯?，在Ⅰ下取基準值UB、SB并計算出ZBI2.計算II段和III段的基準值ZBⅢ=ZBIK22ZBII=

ZBI(1/K12)3.由計算ZⅡ*

ZⅢ*第45頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例如下圖（以計算線路阻抗標么值為例）1.?、駷榛炯?，利用有名值參數的歸算ZⅢ，=ZⅢK22ZⅡ，=

ZⅡ(1/K12)2.在Ⅰ下取基準值UB、SB并計算出ZB

3.由計算ZⅡ*

ZⅢ*第46頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月就地歸算法—歸算后保留理想變壓器各側選基準電壓UBi，容量基準統(tǒng)一取為SB，分別歸算標幺值，估算后保留理想變壓器第47頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第49頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月2.近似計算法(1)變壓器的變比取兩側額定電壓比(2)各個元件額定電壓近似等于平均額定電壓各個電壓等級對應的平均電壓如下第53頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)各段電壓基準值為各段的平均額定電壓證明：UBⅡ=UBⅠ（UⅡN/UⅠN）由1.2給出的額定電壓取平均電壓，UBⅠ=UavⅠUⅡN=UavⅡ、UⅠN=UavⅠ則有：UBⅡ=UavⅡ第54頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月

通過近似計算法可以簡單快速的求出各個元件參數的標么值第55頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月其中Xd、XT，分別為以發(fā)電機和變壓器自身的額定值（SNB、STB）為基準值的標么值（一般在發(fā)電機和變壓器的銘牌上給出）

XL為線路電抗的有名值第56頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月標么制的優(yōu)缺點優(yōu)點：

1.便于比較、分析元件特性與參數；2.各級電壓標么值都接近于1；3.對稱三相電路的計算與單相計算一致；4.多電壓級網絡，基準電壓選擇恰當可消除變壓器。缺點：無量綱、物理概念不如有名值清楚。第57頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一次習題課本階段的主要內容概念電力網為何要采用高電壓為何要確定額定電壓如何確定額定電壓有幾個參數可以反映輸電線的電磁現(xiàn)象，參數如何計算如何用等值電路表示輸電線路為何要引入換位，分裂導線如何用等值電路表示變壓器，參數如何計算標幺值概念及計算第58頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第一次習題課計算變壓器參數及等值電路多級電力網絡等值電路的計算有名值標幺值（精確計算）標幺值（近似計算）第59頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例1請回答下圖所示系統(tǒng)中的二個問題。（1）發(fā)電機G、變壓器T1、T2、T3、T4、三相電動機M、單相電燈L等各元件的額定電壓。答：G：10.5kVT1：121/10.5kVT2：110/38.5/11T3：35/6.6kVT4：11/0.4kV三相電動機M380V、單相電燈L220V（2）當變壓器T1在+2.5%抽頭處工作，T2在主抽頭處工作，T3在-2.5%抽頭處工作時，求這些變壓器的實際變比。答：T1：124.025/10.5T2：110/38.5/11T3：34.125/6.6kV第60頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：某發(fā)電廠內裝設一臺三繞組變壓器，容量為120000Kva，三個繞組容量比為100/100/50，額定電壓為242/121/10.5kV，

短路損耗

P’k(1-2)=465kW，△P’k(1-3)=276kW，

△P’k(2-3)=258kW，

短路電壓

△Uk(1-2)%=24.7，△Uk(1-3)%=14.7，

△Uk(2-3)%=8.8，

空載損耗△P0=129kW，△I0%=0.65。

試求該變壓器的參數，并作等值電路。

第61頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月例3下圖是某輸電系統(tǒng)的網絡圖，各元件的額定參數在圖中標出（標幺參數均是以自身額定值為基準）。試分別用如下兩種方法計算發(fā)電機G到負荷側各元件的標幺值電抗（取Sn=220MVA，Un(220)=209kV）：(1)精確計算；（2）近似計算。第64頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月答：（1）精確計算第65頁，課件共72頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）近似計算第