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1、第二章电力系统元件2023/1/231本讲稿第一页，共七十八页第二章 电力系统元件模型及参数计算n架空输电线路的等值电路及参数计算架空输电线路的等值电路及参数计算n变压器的等值电路及变压器的等值电路及参数计算参数计算n发电机和负荷模型发电机和负荷模型n电力系统的电力系统的稳态稳态等值电路等值电路(标幺值标幺值)本讲稿第二页，共七十八页2-1 基本概念基本概念n电力系统元件：电力系统元件：构成电力系统的各组成部件。构成电力系统的各组成部件。n元件参数：元件参数：表征元件特性的参量。表征元件特性的参量。n数学模型：数学模型：元件或系统物理模型的数学描述。元件或系统物理模型的数学描述。本讲稿第三页，
2、共七十八页2-2 2-2 输电线路的输电线路的等值电路等值电路及及参数计算参数计算n1、架空输电线路、架空输电线路q导线和避雷线导线和避雷线q杆塔杆塔q绝缘子绝缘子q金具金具n2、电缆线路、电缆线路q导线导线q绝缘层绝缘层q保护层保护层本讲稿第四页，共七十八页架空输电线路架空输电线路n档距：档距：架空线路相邻杆塔之间的水平距离。架空线路相邻杆塔之间的水平距离。n弧垂：弧垂：在档距中，导线的最低点和悬挂点之间在档距中，导线的最低点和悬挂点之间的垂直距离。的垂直距离。本讲稿第五页，共七十八页导线和避雷线导线和避雷线 导线可分为导线可分为裸导线裸导线和和绝缘导线绝缘导线两大类，高压输电线路基两大类，
3、高压输电线路基本上都采用裸导线它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝本上都采用裸导线它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝缘导线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。缘导线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是铝或铝导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是铝或铝合金导线。钢导线一般用作避雷线，铝绞线的芯线合金导线。钢导线一般用作避雷线，铝绞线的芯线(即钢芯铅绞即钢芯铅绞线线)、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。铜导线的导电性、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。铜导线的导电性能和机械强度都优于铝，但价格昂贵。能和机械强度都优于铝，但价格昂贵
4、。要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强本讲稿第六页，共七十八页导线和避雷线导线和避雷线 导线可分为导线可分为裸导线裸导线和和绝缘导线绝缘导线两大类，高压输电线路基本两大类，高压输电线路基本上都采用裸导线它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝缘导上都采用裸导线它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝缘导线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是铝或铝合金导线。钢导线一般用作避雷线，铝绞线的芯线铝或铝合金导线。钢导线一般用作避雷线，
5、铝绞线的芯线(即钢芯铅绞线即钢芯铅绞线)、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。铜导线的导电性能和机械强度都优于铝，但价格昂贵。铜导线的导电性能和机械强度都优于铝，但价格昂贵。本讲稿第七页，共七十八页导线结构多股线绞合J排列：1、6、12、18普通型：LGJ 铝/钢 比5.66.0加强型：LGJJ 铝/钢 比4.34.4轻 型：LGJQ 铝/钢 比8.08.1LGJ-400/50数字表示截面积扩径导线K扩大直径，不增加截面积LGJK-300相当于LGJQ-400和普通钢芯相区别，支撑层6股分裂导线每相分成若干根，相互之间保持一 定距离400-500mm,防电
6、晕，减小了电抗，电容增大本讲稿第八页，共七十八页架空线路采用的导线结构主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线。架空线路采用的导线结构主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线。架空线路采用的导线结构主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线。架空线路采用的导线结构主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线。(a)(a)单金属绞线单金属绞线 (b)(b)钢芯铝绞线钢芯铝绞线 (c)(c)扩径钢芯铝绞线扩径钢芯铝绞线 (d)(d)空心导线空心导线 (e)(e)钢铝混合绞线钢铝混合绞线 钢芯铝绞线按其强度的大小，可分为普通型、轻型和加强型三种。其区钢芯铝绞线按其强度的大小，可分为普通型、轻型和加强型三种。其区钢芯铝绞线按其强度的大小，
7、可分为普通型、轻型和加强型三种。其区钢芯铝绞线按其强度的大小，可分为普通型、轻型和加强型三种。其区别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于220kV220kV220kV220kV以上的输以上的输以上的输以上的输电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线。电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线。电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线。电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线。架空线路导线的型号是用
8、导线的材料和结构以及截面积三部分架空线路导线的型号是用导线的材料和结构以及截面积三部分架空线路导线的型号是用导线的材料和结构以及截面积三部分架空线路导线的型号是用导线的材料和结构以及截面积三部分表示的。如表示的。如表示的。如表示的。如T T T T铜线；铜线；铜线；铜线；G G G G钢线；钢线；钢线；钢线；L L L L铝线；铝线；铝线；铝线；J J J J多股绞线；多股绞线；多股绞线；多股绞线；HLHLHLHL铝合铝合铝合铝合金线；金线；金线；金线；LGJ-120LGJ-120LGJ-120LGJ-120表示表示表示表示120mm120mm120mm120mm2 2 2 2的钢芯铝绞线。的
9、钢芯铝绞线。的钢芯铝绞线。的钢芯铝绞线。本讲稿第九页，共七十八页结构木塔已不用杆塔杆塔钢筋混凝土塔单杆、型杆铁塔用于跨越，超高压输电、耐张、转角、换位。独根钢管城市供电作用分直线杆塔线路走向直线处，只承受导线自重耐张杆塔承受对导线的拉紧力转向杆塔用于线路转弯处换位杆塔减少三相参数的不平衡跨越杆塔跨越宽度大时，塔高：100200米终端杆塔只承受一侧的耐张力，导线首末端本讲稿第十页，共七十八页本讲稿第十一页，共七十八页本讲稿第十二页，共七十八页本讲稿第十三页，共七十八页本讲稿第十四页，共七十八页本讲稿第十五页，共七十八页ABC本讲稿第十六页，共七十八页本讲稿第十七页，共七十八页绝缘子 类型：针式（
10、35KV以下），悬式（35KV以上）3 7 13 19 24金具作用：连接导线和绝缘子线夹：悬重、耐张导线接续：接续、联结保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线绝缘保护：悬重锤绝缘子：绝缘子：绝缘子：绝缘子：架空线路用的绝缘子用来支持或悬挂导线，并使之与杆塔绝架空线路用的绝缘子用来支持或悬挂导线，并使之与杆塔绝架空线路用的绝缘子用来支持或悬挂导线，并使之与杆塔绝架空线路用的绝缘子用来支持或悬挂导线，并使之与杆塔绝缘。它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成。缘。它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成。缘。它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成。缘。它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成。片树：35KV，110KV，220KV
11、，330KV，500KV绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质、玻璃、硅橡胶本讲稿第十八页，共七十八页电缆线路电缆线路 电力电缆主要由导体、电力电缆主要由导体、绝缘层和保护层三部分组绝缘层和保护层三部分组成，如图所示。电力电缆成，如图所示。电力电缆的导体通常采用多股铜绞的导体通常采用多股铜绞线或铝绞线。根据电缆中线或铝绞线。根据电缆中导体数目的不同可分为单导体数目的不同可分为单芯、三芯和四芯电缆。芯、三芯和四芯电缆。扇形三芯电缆扇形三芯电缆扇形三芯电缆扇形三芯电缆1-1-1-1-导体导体导体导体 2-2-2-2-绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层 3-3-3-3-铅包层铅包层铅包层铅包层 4
12、-4-4-4-黄麻层黄麻层黄麻层黄麻层5-5-5-5-钢带铠甲钢带铠甲钢带铠甲钢带铠甲 6-6-6-6-黄麻保护层黄麻保护层黄麻保护层黄麻保护层本讲稿第十九页，共七十八页2-2 2-2 输电线路的输电线路的等值电路等值电路及及参数计算参数计算1.1.架空输电线路的等值电路架空输电线路的等值电路2.2.架空输电线路的参数计算架空输电线路的参数计算本讲稿第二十页，共七十八页1.1.架空输电线路的等值电路架空输电线路的等值电路n输电线路四个参数输电线路四个参数:n 电阻电阻r：反映线路通过电流时产生有功功率损反映线路通过电流时产生有功功率损 n 失效应失效应；n 电感电感L：反映载流导线周围产生的磁
13、场效应反映载流导线周围产生的磁场效应；n 电导电导g：反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏 n 电流及导线附近空气游离而产生的有功电流及导线附近空气游离而产生的有功 n 功率损失；功率损失；n 电容电容C：反映带电导线周围电场效应。反映带电导线周围电场效应。本讲稿第二十一页，共七十八页1.1.架空输电线路的等值电路架空输电线路的等值电路n短距离输电线路n中长距离输电线路n长距离输电线路集中参数集中参数分布参数分布参数本讲稿第二十二页，共七十八页短距离输电线路的等值电路n长度不超过100km的架空输电线路，线路额定电压为60kV及以下者 图图2-12 2-12 短线路
14、的等值电路短线路的等值电路本讲稿第二十三页，共七十八页中等长度输电线路的等值电路中等长度输电线路的等值电路n线路电压为 110kV220kV，架空输电线路长度为 100km300km，电缆线路长度不超过100km的线路 图图2-5 中等长度线路的等值电路中等长度线路的等值电路本讲稿第二十四页，共七十八页长距离输电线路的等值电路长距离输电线路的等值电路图图2-17 2-17 长线的等值电路长线的等值电路长度超过100km300km的架空输电线路和长度超过100km的电缆线路，这种线路，必须考虑其分布参数特性 本讲稿第二十五页，共七十八页2.2.架空输电线路的参数计算架空输电线路的参数计算n架空输
15、电线路每一相的等值串联阻抗 Z=(r+jx)l n架空输电线路每一相的等值并联导纳 Y=(g+jb)l 本讲稿第二十六页，共七十八页Deq是三相导线间的互几何均距Ds是多股绞线的自几何均距分裂导线时Ds=Dsb(2-8)每相单位长度每相单位长度的等值电阻的等值电阻每相单位长度每相单位长度的等值电抗的等值电抗本讲稿第二十七页，共七十八页分裂导线分裂导线 将输电线的每相导线分裂成若干根按一定的规则将输电线的每相导线分裂成若干根按一定的规则分散排列，便构成分裂导线输电线。分散排列，便构成分裂导线输电线。分裂导线的自几何均距相比单分裂导线的自几何均距相比单分裂导线的自几何均距相比单分裂导线的自几何均距
16、相比单导线的大，故电抗小。导线的大，故电抗小。导线的大，故电抗小。导线的大，故电抗小。问题问题1：分裂数越多越：分裂数越多越好吗？好吗？问题问题2 2：分裂间距越大：分裂间距越大越好吗？越好吗？本讲稿第二十八页，共七十八页n每相单位长度的等值电容n每相单位长度的等值电纳Deq是三相导线间的互几何均距r是导线的半径分裂导线时r=req(2-15)(2-14)本讲稿第二十九页，共七十八页线路额定电压(kV)60以下110154220330导线外径（mm）9.613.6821.2833.2表2-1 不需计算电晕的导线最小直径（海拔不超过100m）电导:沿绝缘子的泄漏电流产生的有功损耗和电晕损耗本讲稿
17、第三十页，共七十八页例题2-1,2-2(自学)本讲稿第三十一页，共七十八页2.3 长距离输电线路长距离输电线路略去二阶微小量略去二阶微小量略去二阶微小量略去二阶微小量 流入并联导纳中的电流12本讲稿第三十二页，共七十八页2.3 长距离输电线路长距离输电线路距线路末端x 处电压电流与线路末端电压电流的关系线路首端电压电流与线路末端电压电流的关系线路的传播常数线路的传播常数线路的传播常数线路的传播常数线路的波阻抗线路的波阻抗线路的波阻抗线路的波阻抗本讲稿第三十三页，共七十八页长距离输电线路的长距离输电线路的 等值电路等值电路V2ZY/2Y/2V1简化简化(2-40)(2-40)本讲稿第三十四页，共
18、七十八页2-4变压器的等值电路和参数计算1.1.变压器的等值电路变压器的等值电路2.2.双绕组双绕组变压器的参数计算变压器的参数计算q等值串联阻抗q等值并联导纳3.三绕组三绕组变压器变压器4.自偶自偶变压器变压器5.变压器的变压器的 等值电路等值电路本讲稿第三十五页，共七十八页本讲稿第三十六页，共七十八页本讲稿第三十七页，共七十八页1.1.变压器的等值电路变压器的等值电路双绕组双绕组变压器变压器三三绕组绕组变压器变压器图 2-19本讲稿第三十八页，共七十八页2.2.双绕组双绕组变压器的参数计算变压器的参数计算n等值阻抗等值阻抗q电阻q电抗电抗 Ps Vs%P0 I0%RT XT GT BT(2
19、-42)(2-44)注意:Ps-kw,VN-kVSN-MVA本讲稿第三十九页，共七十八页n等值并联导纳等值并联导纳 q电导q电纳q变比(2-45)(2-46)本讲稿第四十页，共七十八页例 2-5 有一台SFL120000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：PS=135kW，VS%=10.5，P0=22kW，I0%=0.8。试计算归算到高压侧的变压器参数。已知SN=20000kVA，高压侧额定电压VN=110kV 本讲稿第四十一页，共七十八页本讲稿第四十二页，共七十八页3.3.三绕组三绕组变压器的参数计算变压器的参数计算n等值阻抗等值阻抗q电阻(R1 R2 R3)(2
20、-47)本讲稿第四十三页，共七十八页(2-49)适用于三个绕组额定容量相同的情况适用于三个绕组额定容量相同的情况本讲稿第四十四页，共七十八页n短路试验数据的折算(2-50)回自耦变压器本讲稿第四十五页，共七十八页q电抗(X1 X2 X3)(2-52)导纳和变比的计算与双绕组相同例例例例2 2 2 26 6 6 6本讲稿第四十六页，共七十八页4.自偶自偶变压器变压器n与普通变压器相同，但短路试验数据都必须经过折算，式（2-50）和（2-53）(2-53)本讲稿第四十七页，共七十八页5 5 变压器变压器型等值电路型等值电路 前述的变压器等值电路计算所得副方绕组的电流和电前述的变压器等值电路计算所得
21、副方绕组的电流和电压都是它们的折算值压都是它们的折算值 ，不是实际值。，不是实际值。带有变比的等值电路带有变比的等值电路k:1本讲稿第四十八页，共七十八页 变压器采用变压器采用变压器采用变压器采用 形等值电路后，电力系统中与变压器相接的各元形等值电路后，电力系统中与变压器相接的各元形等值电路后，电力系统中与变压器相接的各元形等值电路后，电力系统中与变压器相接的各元件就可以直接应用其参数的实际值。件就可以直接应用其参数的实际值。件就可以直接应用其参数的实际值。件就可以直接应用其参数的实际值。阻抗参数表示阻抗参数表示阻抗参数表示阻抗参数表示导纳参数表示导纳参数表示导纳参数表示导纳参数表示k(k-1
22、)本讲稿第四十九页，共七十八页三绕组变压器考虑变比的等值电路三绕组变压器考虑变比的等值电路本讲稿第五十页，共七十八页n选取一个基本级，把其他电压等级的元件参数折算到基本级n带变比的变压器等值支路n变压器的-型等值电路 (图2-22,图2-23)电力系统分析计算中变压器的三种处理方式本讲稿第五十一页，共七十八页补充：电力变压器的运行补充：电力变压器的运行1、正常过负荷能力不缩短寿命为前提自然循环30%，强迫循环20%2、事故过负荷能力以牺牲变压器寿命为代价计算过负荷时牺牲的天数3、三绕组变压器容量：100/100/100，100/100/50，100/50/100接线：Y/Y/，稳定绕组，改善波
23、形自耦：体积小、损耗小，110KV以上用结构：升压：铁芯中压低压高压降压：铁芯低压中压高压4、并列运行原副边额定电压相等，变比相等接线组别对应一致额定短路电压相等本讲稿第五十二页，共七十八页2-5 发电机和负荷模型1.发电机的电抗和电势本讲稿第五十三页，共七十八页n电压源或电流源表示的发电机等值电路本讲稿第五十四页，共七十八页2负荷特性和负荷模型n负荷特性:负荷功率与电压和频率的关系 (动态特性和静态特性)V*电压静态特性电压静态特性 f*频率静态特性频率静态特性本讲稿第五十五页，共七十八页负荷静态模型1)恒功率负荷模型2)恒定阻抗负荷模型本讲稿第五十六页，共七十八页3)用电压静态特性表示的综
24、合负荷模型恒定阻抗消耗功率恒电流负荷消耗功率恒定功率额定电压附近本讲稿第五十七页，共七十八页4)用电压及频率静态特性表示的综合负荷模型本讲稿第五十八页，共七十八页2-6 电力系统的稳态等值电路1.多电压等级网络的参数归算需对元件的阻抗、导纳、电压和电流进行归算k1=10.5242，k2=220121基本级基本级本讲稿第五十九页，共七十八页2.电力系统的标幺制n标幺制的概念标幺制的概念n基准值的选择和标幺值的特点基准值的选择和标幺值的特点n不同基准值标幺值之间的换算不同基准值标幺值之间的换算本讲稿第六十页，共七十八页1)标幺制的概念标幺制的概念 若选VB=10kV，则VG*=1.05本讲稿第六十
25、一页，共七十八页n电压、电流、功率和阻抗的基准值分别为VB、IB、SB和ZB时本讲稿第六十二页，共七十八页2)2)基准值的选择和标幺值的特点基准值的选择和标幺值的特点n基准值的单位应与对应的有名值相同n全系统只有一套基准值n一般取额定值为基准值n电压、电流、功率、阻抗的基准值之间满足基本关系：本讲稿第六十三页，共七十八页选定VB 和SB 之后，便有：本讲稿第六十四页，共七十八页n线电压与相电压的基准值，三相功率与单相功率的基准值之间有以下关系：本讲稿第六十五页，共七十八页3 3)不同基准不同基准值标幺值值标幺值间的换算间的换算 额定标幺值 X(N)*有名值 统一基准下 的标幺值本讲稿第六十六页
26、，共七十八页4.4.标么制的特点标么制的特点优点：优点：易于比较电力系统各元件的特性及参数易于比较电力系统各元件的特性及参数 ；简化计算公式简化计算公式 ；在一定程度上简化计算工作。在一定程度上简化计算工作。缺点：缺点：没有量纲，因而其物理概念不如有名值明确。没有量纲，因而其物理概念不如有名值明确。本讲稿第六十七页，共七十八页3.3.多电压等级多电压等级网络的标幺值等值电路网络的标幺值等值电路1 1、有名值表示的等值电路（元件标么值换算为有、有名值表示的等值电路（元件标么值换算为有名值）；名值）；2 2、统一基准值下的标么值等值电路；、统一基准值下的标么值等值电路；本讲稿第六十八页，共七十八页
27、1 1）有名值表示的等值电路元件（标么值换算为有名值）有名值表示的等值电路元件（标么值换算为有名值）百分制也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，百分制也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，百分制也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，百分制也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，则百分值则百分值则百分值则百分值=100=100=100=100 标幺值，如上式的电抗器。对于变压器，其额定标幺电标幺值，如上式的电抗器。对于变压器，其额定标幺电标幺值，如上式的电抗器。对于变压器，其额定标幺电标幺值，如上式的电抗器。对于变压器，其额定标幺电抗可表示为
28、：抗可表示为：抗可表示为：抗可表示为：本讲稿第六十九页，共七十八页2 2）统一基准值下的标么值等值电路：各电压等级）统一基准值下的标么值等值电路：各电压等级分别选择不同基准电压，基准功率则全段统一分别选择不同基准电压，基准功率则全段统一本讲稿第七十页，共七十八页例2-7 试计算图2-27(a)输电系统各元件电抗的标幺值。发电机:SG(N)=30MVA，VG(N)=10.5kV，XG(N)=0.26；变压器T-1:ST1(N)=31.5MVA，VS%=10.5，kT1=10.5/121；变压器T-2:ST2(N)=15MVA，VS%=10.5，kT2=110/6.6；电抗器:VR(N)=6kV，
29、IR(N)=0.3kA，XR%=5；架空线路:长 80km，每公里电抗为0.4；电缆线路:长2.5km，每公里电抗为0.08。本讲稿第七十一页，共七十八页解：SB=100MVA。kB(I-II)=kT1，kB(II-III)=kT2。选第段的基准电压VB(I)=10.5kV=1本讲稿第七十二页，共七十八页本讲稿第七十三页，共七十八页本讲稿第七十四页，共七十八页不同电压等级基准电压的选择不同电压等级基准电压的选择选该电压级的线路额定电压作为基准值；选该电压级的线路额定电压作为基准值；选变压器的额定电压作为其两侧电网的基准电压，选变压器的额定电压作为其两侧电网的基准电压，则则k kT T*=1 1，等值电路中无理想变压器，等值电路中无理想变压器。（但有些。（但有些情况下无法定基准电压，如图情况下无法定基准电压，如图2 22929环网，两个变环网，两个变压器之间的电压等级）压器之间的电压等级）本讲稿第七十五页，共七十八页VB（I）=10.5kVVB（II）=121kVVB（IV）=12.1kVVB（III）=242kVVB（III）=220kV本讲稿第七十六页，共七十八页 故障分析中电压基准值的选取 令 VN=Vav,VB=Vav (平均额定电压)发电机和变压器的电抗：X(B)*本讲稿第七十七页，共七十八页作业作业n2-6n2-8n2-11本讲稿第七十八页，共七十八页