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1、第二章电力系统元件参数和等值电路第1页，共86页，编辑于2022年，星期三等值电路等值参数M等值网络，网络方程1 1。观察和分析电气元件稳态的物理现象。观察和分析电气元件稳态的物理现象稳态建模的总体思路稳态建模的总体思路2 2。元件的建模。元件的建模3 3。系统建模。系统建模4 4。各种解法。各种解法第2页，共86页，编辑于2022年，星期三一、电力线路结构简述一、电力线路结构简述 架空线路由杆塔、导线、避雷线、绝缘子和金具等构成作用分别为：(1)杆塔。支持导线和避雷线(2)导线。传输电能(3)避雷线。将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。(4)绝缘子。使导线和杆塔间保持绝缘。(5)金具。支
2、持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。电力线路按结构可分架空线路和电缆线路第一节 电力线路的参数和等值电路第3页，共86页，编辑于2022年，星期三n电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成n作用分别为：(1)导线。传输电能。(2)绝缘层。使导线与导线、导线与包护层互相隔绝。(3)包护层。保护绝缘层，并有防止绝缘油外溢的作用二者区别？n电缆线路价格较架空线路高，维修费时，但是不需要架设杆塔，供电可靠，不易受外力破坏，较安全，不影响环境美观。第4页，共86页，编辑于2022年，星期三第5页，共86页，编辑于2022年，星期三架空线路的导线和避雷线导线材料：n要求：要求：架空线路的导线和避雷线
3、的材料应有相当高的机械强度和抗化学腐蚀能力，而且导线还应有良好的导电性能n材料：材料：导线主要由铝、钢、铜等材料制成，在特殊条件下也使用铝合金。避雷线则一般用钢线n表示：表示：导线和避雷线的材料标号以不同的字母表示，如铝表示为L、钢表示为G、铜表示为T、铝合金表示为HLn导线形式：n由于多股线优于单股线，架空线路 多半采用绞合的多段导线。多股导线 的标号为J,由内向外，第一层6股，第二层12股，第三层18股，余类推。第6页，共86页，编辑于2022年，星期三n由于多股铝线的机械性能差，往往将铝和钢组合起来制成钢芯铝线。它是将铝线绕在单股或多股钢线外层作主要载流部分，机械荷载由钢线和铝线共同承担
4、的导线。第7页，共86页，编辑于2022年，星期三n无论单股或多股、由一种或两种金属制成的导线，也无论旧标准或新标准，其标号后的数字总是代表主要载流部分(并非整根导线)额定截面积的数值(mm2)。例如，LGJ400表示铝线部分额定截面积为400mm2n钢芯铝线中，因铝线部分与钢线部分截面积比值的不同，机械强度也不同，过去曾将其分成三类：第8页，共86页，编辑于2022年，星期三扩径扩径导线或分裂分裂导线。扩径导线人为地扩大导线的直径，但是又不增大载流部分面积的导线。支撑层2的作用主要起支撑作用。分裂导线（复导线），将每相导线分成若干根，相互间保持一定距离。返回作用：作用：可使导线周围的电、磁场
5、发生很大变化，减小电晕和可使导线周围的电、磁场发生很大变化，减小电晕和线路电抗。线路电抗。第9页，共86页，编辑于2022年，星期三架空线路的绝缘子 线路电压不同，每串绝缘子的片数也不同。规程规定：对35kv线路，不得少于3片；60kv不得少于5片；110kV不得少于7片，154kv不得少于10片；220kV不得少于13片，330kv不得少于19片，500kV不得少于25片。因此，通常可根据绝缘于串上绝缘子的片数来判断线路的电压等级。第10页，共86页，编辑于2022年，星期三金具：第11页，共86页，编辑于2022年，星期三第12页，共86页，编辑于2022年，星期三关于架空线路的换位问题n
6、换位的目的：减少三相参数的不平衡n换位的方式：滚式换位和换位杆塔换位n按规定，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过100km的架空线路都应换位。但随着电压级的升高，换位所遇到困难也愈益增多，以致对某些超高压线路，如500kv电压级线路，不得不采取不换位的架设方案。第13页，共86页，编辑于2022年，星期三1.有色金属导线架空线路的电阻电阻二、电力线路的参数二、电力线路的参数铝铜第14页，共86页，编辑于2022年，星期三2有色金属导线架空线路的电抗电抗1 1）单导线每相单位长度的电抗）单导线每相单位长度的电抗r r：导线的半径导线的半径(单位单位 cmcm或或mm)mm)Dm:Dm:三相导
7、线的几何平均距离三相导线的几何平均距离 单位同单位同r r分别为导线分别为导线ABAB，BCBC、CACA相导线之间的距离相导线之间的距离工程计算中对于高压架空电力线路的电抗可近似工程计算中对于高压架空电力线路的电抗可近似X1X10.40.4 是由于导线中通过交流电时，在导线周围产生交变磁是由于导线中通过交流电时，在导线周围产生交变磁场而形成的场而形成的第15页，共86页，编辑于2022年，星期三2 2）分裂导线单位长度的电抗）分裂导线单位长度的电抗n n：分裂导线的分裂根数分裂导线的分裂根数reqreq：分裂导线的等值半径分裂导线的等值半径二分裂导线二分裂导线四分裂导线四分裂导线三分裂导线三
8、分裂导线第16页，共86页，编辑于2022年，星期三1 1）单导线每相单位长度的）单导线每相单位长度的电纳电纳3架空线路的电纳电纳 Y YG+jBG+jBr r：导线的半径导线的半径(单位单位 cmcm或或mm)mm)Dm:Dm:三相导线的几何平均距离三相导线的几何平均距离 单位同单位同r r一般一般b1b1在在2.85102.85106 6 s/kms/km1 1）分裂导线每相单位长度的）分裂导线每相单位长度的电纳电纳reqreq：分裂导线的等值半径分裂导线的等值半径第17页，共86页，编辑于2022年，星期三 电导电导主要由沿绝缘子的泄漏现象和导线的电晕现象所主要由沿绝缘子的泄漏现象和导线
9、的电晕现象所决定的。决定的。4架空线路的电导电导电晕现象：导线在强电场作用下，其周围空气的电晕现象：导线在强电场作用下，其周围空气的 电离现象。电晕现象将消耗有功功率电离现象。电晕现象将消耗有功功率 沿绝缘子的泄漏很小，可不计。那么电导主要由导线电沿绝缘子的泄漏很小，可不计。那么电导主要由导线电晕的有功功率损耗决定晕的有功功率损耗决定第18页，共86页，编辑于2022年，星期三电晕临界电压电晕临界电压UcrUcr的计算的计算1 1 对于三角排列和一字排列的边导线按上述公式计算对于三角排列和一字排列的边导线按上述公式计算3 3 晴天运行相电压等于晴天运行相电压等于UcrUcr时，电力线路不会出现
10、时，电力线路不会出现 电晕现象电晕现象2 2 一字排列的中间导线一字排列的中间导线UcrUcr较上式低较上式低5%5%5 5 对于对于6060kvkv及以下的电力线路，不必验算及以下的电力线路，不必验算UcrUcr4 4 电力线路运行相电压小于电力线路运行相电压小于UcrUcr时，时，g1g10 0第19页，共86页，编辑于2022年，星期三z zr+jxr+jxY YG+jBG+jB电力线路全长的参数：Rr1l ()Xx1l ()Gg1l (s)Bb1l (s )电缆线路的参数一般是查手册电缆线路的参数一般是查手册第20页，共86页，编辑于2022年，星期三例题：第21页，共86页，编辑于2
11、022年，星期三第22页，共86页，编辑于2022年，星期三第23页，共86页，编辑于2022年，星期三n在电力系统中的电力线路数学模型就是以电阻、电抗、电纳、电导表示它们的等值电路。n电力系统是三相对称的，三相参数完全相同，可以用单相等值电路代表三相n电力线路参数是均匀分布的，但对于中等长度的电力线路可按集中参数来考虑，对于长线路要考虑分布参数的特性。三、电力线路的等值电路三、电力线路的等值电路第24页，共86页，编辑于2022年，星期三n所谓短线路短线路，是指长度不超过100km的架空线路，线路额定电压为60kv及以下者，这种线路电纳B的影响一般不大，可略去。从而，这种线路的等值电路最简单
12、，只有一串联的总电抗ZR十jX，如图所示。1短电力线路短电力线路第25页，共86页，编辑于2022年，星期三n中等长度线路，是线路电压为110220kv，长度在100300km之间的架空线路和不超过100km的电缆线路。这种线路的电纳B一般不能略去。这种线路的等值电路有二形等值电路和T形等值电路，如图所示。其中，常用的是形等值电路。2中等长度的电力线路中等长度的电力线路注意：这两种电路都是近似的等值电路、而且，相互间并不等值，即它们注意：这两种电路都是近似的等值电路、而且，相互间并不等值，即它们不能用不能用YY变换公式相互变换。变换公式相互变换。第26页，共86页，编辑于2022年，星期三第2
13、7页，共86页，编辑于2022年，星期三3长线路的等值电路长线路的等值电路n长线路指长度超过300km的架空线路和超过100km的电缆线路。对这种线路，不能不考虑它们的分布参数特性。n长线路均匀分布参数电路第28页，共86页，编辑于2022年，星期三第29页，共86页，编辑于2022年，星期三第30页，共86页，编辑于2022年，星期三第31页，共86页，编辑于2022年，星期三第32页，共86页，编辑于2022年，星期三第33页，共86页，编辑于2022年，星期三第34页，共86页，编辑于2022年，星期三第35页，共86页，编辑于2022年，星期三第36页，共86页，编辑于2022年，星期
14、三第37页，共86页，编辑于2022年，星期三返回第38页，共86页，编辑于2022年，星期三第二节 变压器、电抗器的参数和等值电路一、双绕组变压器的参数和数学模型一、双绕组变压器的参数和数学模型z zr+jxr+jxY YG+jBG+jB1 1 电阻电阻 变压器的短路损耗Pk近似等于额定电流流过时，高低压绕组总电阻的三相有功损耗Pr。第39页，共86页，编辑于2022年，星期三2 2 电抗电抗 变压器的电抗数值近似等于其阻抗的模值。同上同上第40页，共86页，编辑于2022年，星期三导纳导纳Y YG+jBG+jB3 3 电导电导 变压器的电导对应的是变压器中的铁损Pfe，与变压器空载损耗Po
15、近似相等。GT：变压器的一相电导（S）Po：变压器的空载损耗（kw）UN：变压器的额定电压（kv）第41页，共86页，编辑于2022年，星期三4 4 电纳电纳 BT：变压器的一相电纳（S）Io：变压器的空载电流的百分数 UN：变压器的额定电压（kv）SN：变压器的额定容量（MVA）第42页，共86页，编辑于2022年，星期三二、三绕组变压器的参数和数学模型二、三绕组变压器的参数和数学模型第43页，共86页，编辑于2022年，星期三1 1 电阻电阻(1)按各对绕组间的短路损耗计算n三绕组变压器按三个绕组容量比的不同有三种不同类型。n第1种为100/100/100即三个绕组容量都等于变压器额定容量
16、；n第2种为100/100/50，即第三绕组的容量仅为变压器额定容量的50，n第3种为100/50/100，即第二绕组的容量仅为变压器额定容量的50。第44页，共86页，编辑于2022年，星期三容量比为100/100/100时 变压器出厂时给出的各对绕组间的短路损耗 为3绕组开路，12绕组作短路试验时的额定损耗（KW）第45页，共86页，编辑于2022年，星期三容量比为100/50/100时 变压器出厂时给出的各对绕组间的短路损耗 为在2绕组（50）流过它本身的额定电流一半时的短路损耗（KW）容量比为100/100/50时第46页，共86页，编辑于2022年，星期三(2)按变压器最大短路损耗计
17、算第47页，共86页，编辑于2022年，星期三n三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种不同结构：升压结构和降压结构n绕组排列方式不同，绕组间漏抗从而短路电压也就不同2 2 电抗电抗低中高降压变压器中低高升压变压器n高中之间漏抗大nUk（12）最大n高低之间漏抗大nUk（13）最大第48页，共86页，编辑于2022年，星期三 已知的各对绕组间短路电压的百分数注意：短路电压的百分数已归算到变压器的额定容量注意：短路电压的百分数已归算到变压器的额定容量第49页，共86页，编辑于2022年，星期三 求取三绕组变压器导纳的方法和求取双绕组变压器导纳的方法相同。导纳导纳Y YG+jBG+jB第50页
18、，共86页，编辑于2022年，星期三n自耦变压器参数和等值电抗的确定也和普通变压器的无异。n需要说明的只是三绕组自耦变压器的容量归算问题；Pk，Uk（）都未归算。n三绕组自耦变压器第三绕组的额定容量总是小于变压器的额定容量三、自耦变压器的参数和数学模型三、自耦变压器的参数和数学模型第51页，共86页，编辑于2022年，星期三第52页，共86页，编辑于2022年，星期三第53页，共86页，编辑于2022年，星期三返回第54页，共86页，编辑于2022年，星期三四、电抗器的参数和数学模型四、电抗器的参数和数学模型第55页，共86页，编辑于2022年，星期三第三节 发电机和负荷的参数和等值电路一一
19、发电机的电抗和电动势发电机的电抗和电动势 发电机定子绕组的电阻相对较小，可忽略不计，只计其电抗PN：发电机的额定有功功率（kw）UN：发电机的额定电压（kv）SN：发电机的额定视在功率（MVA）：发电机额定功率因数 1 1 发电机的电抗发电机的电抗第56页，共86页，编辑于2022年，星期三2 2 发电机的电动势和等值电路发电机的电动势和等值电路第57页，共86页，编辑于2022年，星期三二二 负荷的阻抗和导纳（自学）负荷的阻抗和导纳（自学）返回第58页，共86页，编辑于2022年，星期三有名制：进行电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算。标么制：采用没有单位的阻抗
20、、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算。第四节 电力网络的等值网络问题：标么值的折算和电压级的归算问题：标么值的折算和电压级的归算1有名制和标么制第59页，共86页，编辑于2022年，星期三2以有名制表示的等值网络第60页，共86页，编辑于2022年，星期三 将10KV的归算至500kv,T-1,T-2,T-3的变比分别取：35/11,110/38.5,500/121,即k的分子为基本级一侧的电压，分母为待归算一侧的电压。归算同一电压等级（基本级）第61页，共86页，编辑于2022年，星期三3以标么值表示的等值网络例题：p37 标么制中，上列各量既都以相对值出现，必然要有所相对的基准，即所
21、谓基准值。标么制优点：标么制优点：1 1）线电压与相电压的标么值相同）线电压与相电压的标么值相同2 2）三相功率与单相功率的标么值相同）三相功率与单相功率的标么值相同3 3）计算结果清晰、便于迅速判断结果的正确性、可大量）计算结果清晰、便于迅速判断结果的正确性、可大量简化计算简化计算第62页，共86页，编辑于2022年，星期三 基准值的单位应与有名值的单位相同是选择基准值的一个限制条件。选择基准值的另一个限制条件是阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系。基准值的选择对三相对称系统，基准值之间应有如下关系：对三相对称系统，基准值之间应有如下关系：第63页，共86页，编辑于
22、2022年，星期三 五个基准值中只有五个基准值中只有两个可以任意选择，其两个可以任意选择，其余三个必须根据上列关余三个必须根据上列关系派生。系派生。S SB B往往取系统中某一发电厂的总容量或系统的总容量，也可取某发电机或变压器的额定容量，较多的选定为100、1000MVA。U UB B往往选取基本级的额定电压。第64页，共86页，编辑于2022年，星期三 多电压级网络中，标么值的电压级归算有两条不同途径：n一是一是将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到同一电压级基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压、电流基准值，即：标么值的电压级归算1 按变压器的实际变比计
23、算2 按平均额定电压之比计算1 按变压器的实际变比计算第65页，共86页，编辑于2022年，星期三第66页，共86页，编辑于2022年，星期三 一是将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流基推值，即第67页，共86页，编辑于2022年，星期三这两种方法殊途同归，所得各量的标么值毫无差别这两种方法殊途同归，所得各量的标么值毫无差别第68页，共86页，编辑于2022年，星期三第69页，共86页，编辑于2022年，星期三2 按平均额定电压之比计算用Uav.n（基本级的平均额定电压）替代式中的UB一是一是二是二是用Uav.n
24、（基本级的平均额定电压）替代式中的UB第70页，共86页，编辑于2022年，星期三第71页，共86页，编辑于2022年，星期三系系统统如如图图2 2所所示示。输输电电线线路路单单位位长长电电阻阻r r1 1=0.03/km=0.03/km，电电抗抗x x1 1=0.4/km=0.4/km，电电纳纳b b1 1=2.8410=2.8410-6-6S/kmS/km，。变变压压器器参参数数为为：T T1 1：P Pk k230kW230kW，U Uk k%=10.5%=10.5，P P0 040.3kW40.3kW，I I0 00.70.7，T T2 2：P Pk k183kW183kW，U Uk
25、k%=10.5%=10.5，P P0 0 31.05kW31.05kW，I I0 0 0.70.7，T T3 3：P Pk k 160kW160kW，U Uk k%=10.5%=10.5，P P0 025.6kW25.6kW，I I0 00.70.7，试试作作出出有有名名值值和和标标么么值值等等效电路。效电路。第72页，共86页，编辑于2022年，星期三第73页，共86页，编辑于2022年，星期三第74页，共86页，编辑于2022年，星期三第75页，共86页，编辑于2022年，星期三第76页，共86页，编辑于2022年，星期三第77页，共86页，编辑于2022年，星期三第78页，共86页，编辑于2022年，星期三第79页，共86页，编辑于2022年，星期三第80页，共86页，编辑于2022年，星期三第81页，共86页，编辑于2022年，星期三第82页，共86页，编辑于2022年，星期三第83页，共86页，编辑于2022年，星期三第84页，共86页，编辑于2022年，星期三第85页，共86页，编辑于2022年，星期三第86页，共86页，编辑于2022年，星期三