第二章 電力系統(tǒng)各元件的等值電路和參數(shù)計(jì)算

1、.,第2章電力系統(tǒng)元件模型和參數(shù)計(jì)算,2.1 系統(tǒng)等值模型的基本概念,電力系統(tǒng)分析和計(jì)算的一般過(guò)程 首先將待求物理系統(tǒng)進(jìn)行分析簡(jiǎn)化，抽象出等效電路(物理模型)； 然后確定其數(shù)學(xué)模型，也就是說(shuō)把待求物理問(wèn)題變成數(shù)學(xué)問(wèn)題； 最后用各種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。,2.2.1 輸電線(xiàn)路 1.架空線(xiàn) 導(dǎo)線(xiàn) 避雷線(xiàn) 桿塔 絕緣子 金具,2.2輸電線(xiàn)路的等值電路和參數(shù)計(jì)算,（1）導(dǎo)線(xiàn)和避雷線(xiàn)：電性能，機(jī)械強(qiáng)度，抗腐蝕能力； 主要材料：鋁，銅，鋼；例：LJ TJ LGJ,2.2 輸電線(xiàn)路的等值電路和參數(shù)計(jì)算,（2）桿塔 木塔：較少采用 鐵塔：主要用于220kV及以上系統(tǒng) 鋼筋混凝土桿：應(yīng)用廣泛,11

2、0kv架空線(xiàn)路,（3）絕緣子 針式：10kV及以下線(xiàn)路,針式絕緣子,懸式絕緣子 主要用于35kV及以上系統(tǒng)，根據(jù)電壓等級(jí)的高低組成數(shù)目不同的絕緣子鏈。,懸式絕緣子,棒式絕緣子 起到絕緣和橫擔(dān)的作用，應(yīng)用于1035kV農(nóng)網(wǎng)。,棒式絕緣子,2.電纜線(xiàn)路 導(dǎo)體 絕緣層 保護(hù)層,架空輸電線(xiàn)路參數(shù)有四個(gè)(圖2-11） （1）電阻r0：反映線(xiàn)路通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的有功功率 損耗效應(yīng)。 （2）電感L0：反映載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)效應(yīng)。,圖2-11 單位長(zhǎng)線(xiàn)路的一相等值電路,圖2-11 單位長(zhǎng)線(xiàn)路的一相等值電路,（3）電導(dǎo)g0 ：線(xiàn)路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生的泄漏電流及導(dǎo)體附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損耗。 （4）電容C0 ：

3、帶電導(dǎo)體周?chē)碾妶?chǎng)效應(yīng)。 輸電線(xiàn)路的以上四個(gè)參數(shù)沿線(xiàn)路均勻分布。,1.電阻 有色金屬導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度的直流電阻： 考慮如下三個(gè)因素： （1）交流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。 （2）絞線(xiàn)的實(shí)際長(zhǎng)度比導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度長(zhǎng)23 。 （3）導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際截面比標(biāo)稱(chēng)截面略小。 因此交流電阻率比直流電阻率略為增大：銅：18.8 鋁：31.5 精確計(jì)算時(shí)進(jìn)行溫度修正： 為溫度系數(shù)： 銅： 鋁:,2.電抗 三相導(dǎo)線(xiàn)排列對(duì)稱(chēng)(正三角形)，則三相電抗相等。 三相導(dǎo)線(xiàn)排列不對(duì)稱(chēng)，則進(jìn)行整體循環(huán)換位后三相電抗相等。,1)單導(dǎo)線(xiàn)每相單位長(zhǎng)度電感和電抗： 式中：Deq為三相導(dǎo)線(xiàn)間的互幾何均距， Ds為導(dǎo)線(xiàn)的自幾何均距 實(shí)際多股絞線(xiàn)的自幾何均距：

4、非鐵磁材料的單股線(xiàn)：Ds=0.779r 非鐵磁材料的多股線(xiàn)：Ds=（0.7240.771)r 鋼芯鋁線(xiàn)： Ds=（0.770.9)r 在工程計(jì)算中，可以取架空線(xiàn)路的電抗為,r為導(dǎo)線(xiàn)的計(jì)算半徑,2）具有分裂導(dǎo)線(xiàn)的輸電線(xiàn)路的等值電感和電抗,Dsb為分裂導(dǎo)線(xiàn)的自幾何均距，隨分裂根數(shù)不同而變化。 2分裂導(dǎo)線(xiàn)： 3分裂導(dǎo)線(xiàn)： 4分裂導(dǎo)線(xiàn)： 通常，dDs，因此，分裂導(dǎo)線(xiàn)自幾何均距Dsb比單導(dǎo)線(xiàn)自幾何均距Ds大，分裂導(dǎo)線(xiàn)的等值電感小。,四分裂導(dǎo)線(xiàn),3.輸電線(xiàn)路的電導(dǎo)：用來(lái)反映泄漏電流和空氣游離所引起的有功功率損耗。 （1）正常情況下，泄漏電流很小，可以忽略，主要考慮電暈現(xiàn)象引起的功率損耗。 （2）電暈：局部

5、場(chǎng)強(qiáng)較高，超過(guò)空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，空氣發(fā)生游離，從而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。,4 .等值電容和電納 (1)單導(dǎo)線(xiàn)：電容 電納,（2）分裂導(dǎo)線(xiàn) Deq各相分裂導(dǎo)線(xiàn)重心間的幾何均距。 req 一相導(dǎo)線(xiàn)組的等值半徑。 對(duì)二分裂導(dǎo)線(xiàn)： 對(duì)三分裂導(dǎo)線(xiàn)： 對(duì)四分裂導(dǎo)線(xiàn)：,微元段等值電路,圖2-17 長(zhǎng)線(xiàn)的等值電路,2.3 變壓器等值電路和參數(shù),2.3.1 變壓器等值電路,雙繞組變壓器,三繞組變壓器,2.3.2 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算,變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 短路實(shí)驗(yàn)：短路損耗 ，短路電壓的百分?jǐn)?shù) 空載實(shí)驗(yàn)：空載損耗 ，空載電流的百分?jǐn)?shù) 一、電阻,2.3.2 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算,電抗 電導(dǎo),2.3.2 雙繞組變壓器

6、的參數(shù)計(jì)算,電納 變比：兩側(cè)繞組空載線(xiàn)電壓之比。 (1)對(duì)Y，y接法和D ,d接法的變壓器 (2)對(duì)于Y,d接法的變壓器,2.3.3 三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算,1.電阻R1、R2、R3 為確定三個(gè)繞組的等值阻抗，要有三個(gè)方程，為此需要三種短路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，三繞組變壓器的短路試驗(yàn)是依次讓一個(gè)繞組開(kāi)路，按雙繞組變壓器來(lái)作的。若測(cè)得短路損耗分別為：,式中 分別為各繞組的短路損耗。,2.3.3 三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算,按三個(gè)繞組容量比的不同有三種不同的類(lèi)型： 100/100/100、100/50/100、100/100/50 按三個(gè)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)：中壓內(nèi)，低壓中，高壓外 降

7、壓結(jié)構(gòu)：低壓內(nèi)，中壓中，高壓外,電阻,由于容量的不同，對(duì)所提供的短路損耗要做些處理 對(duì)于100/100/100 然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻,對(duì)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。 若工廠(chǎng)提供的短路試驗(yàn)值為 、且編號(hào)1為高壓繞組，則:,例如：對(duì)于100/50/100 然后，按照100/100/100計(jì)算電阻的公式計(jì)算各繞組電阻。,2. 電抗,根據(jù)變壓器排列不同，對(duì)所提供的短路電壓做些處理： 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(lái)說(shuō)，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過(guò)歸算的,3、導(dǎo)納GT-jBT及變比k1

8、2,k13,k23 計(jì)算方法與雙繞組變壓器相同,2.4 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷模型,2.4.1 發(fā)電機(jī)電抗和電勢(shì),圖 2-24 發(fā)電機(jī)的等值電路 (a) 以電壓源表示；(b)以電流源表示,1 標(biāo)幺制的概念 注意： （1）相對(duì)單位制，標(biāo)幺值沒(méi)有量綱。 （2）所選基準(zhǔn)值不同，標(biāo)幺值不同。,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,例如： 某發(fā)電機(jī)端電壓UG=10.5kV，如果選取基準(zhǔn)值UB=10.5kV，UG*=UG/UB=1,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,若選電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值為UB，IB，SB，ZB，相應(yīng)的標(biāo)幺值如下：,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,2 基準(zhǔn)值的選取 除了要求和有名值同單位外，原則上可以是任意值。

9、考慮采用標(biāo)幺值計(jì)算的目的。 目的: （a)簡(jiǎn)化計(jì)算。 （b)便于對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較。 單相電路中： 選四個(gè)基準(zhǔn)值，滿(mǎn)足: 則在標(biāo)幺制中,可以得到:,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,結(jié)論:只要基準(zhǔn)值的選擇滿(mǎn)足約束條件則在標(biāo)幺制中,電路中各物理量之間的關(guān)系與有名值相同,有關(guān)公式可以直接應(yīng)用。 三相電路的處理,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,選基準(zhǔn)值，并滿(mǎn)足如下要求： 則得到標(biāo)幺制中的計(jì)算公式： 結(jié)論：在標(biāo)幺制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同，線(xiàn)電壓與相電壓的標(biāo)幺值相同，三相功率與單相功率的標(biāo)幺值相同。,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,三相電路中的習(xí)慣做法：只選UB和SB，由下式計(jì)算ZB和B。 電流

10、與阻抗的標(biāo)幺值計(jì)算：,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,標(biāo)幺值結(jié)果換算成有名值：,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,3 不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值間的換算 把標(biāo)幺阻抗還原成有名值： (適用于發(fā)電機(jī)及變壓器) 新基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值： 電抗器的換算公式：,2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制,2.6多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路,1 精確等值電路，含理想變壓器 各段分別取基準(zhǔn)電壓UB(I)、UB(II)、UB(III)，各段的基準(zhǔn)功率都選SB。 有名值計(jì)算：,2.6 多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路,有名值計(jì)算：,2.6 多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路,百分制也是一種相對(duì)單位制：百分值=標(biāo)幺值100,指定基準(zhǔn)值下標(biāo)幺值的計(jì)算：,變比也要

11、用標(biāo)幺值表示：,2 精確等值電路，不含理想變壓器 選擇基準(zhǔn)電壓之比等于變壓器的變比，因此，只選一段的基準(zhǔn)電壓，其余段可由基準(zhǔn)邊比確定。例27 缺點(diǎn)： （1）標(biāo)幺制的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值降低。 （2）環(huán)網(wǎng)（圖217）情況下基準(zhǔn)值難以選取。,2.6.3 多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路,3 近似計(jì)算，不含理想變壓器 選各段平均額定電壓作為基準(zhǔn)電壓，假定變壓器變比等于其兩側(cè)的平均額定電壓之比，則變壓器變比的標(biāo)幺值等于1。為簡(jiǎn)化計(jì)算，除電抗器外，假定各元件的額定電壓均等于平均額定電壓 平均額定電壓：3.15,6.3,10.5,37,115,230,345,525(kV) 優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算與電路都簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：近似計(jì)算。 該方法應(yīng)用最廣泛。例27,2.6 多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路,優(yōu)點(diǎn)： 1）易于比較電力系元件特性與參數(shù)。 2）簡(jiǎn)化計(jì)算公式。 3）簡(jiǎn)化計(jì)算工作。 缺點(diǎn)： 1）沒(méi)有量綱，物理概念不明確。,2.6.4 標(biāo)幺制的特點(diǎn),作業(yè)：,有一臺(tái)SFL120000/110型的向10kV網(wǎng)絡(luò)供電的降壓變壓器，銘牌給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為： 試計(jì)算歸算到高壓側(cè)的變壓參數(shù)。 三相三繞組降壓變壓器的型號(hào)為SFPSL