电力系统元件模型和参数计算资料

第2章电力系统元件模型和参数计算主要讲述电力系统各元件等值电路及参数以及电力系统稳态等值电路模型.参考书《电力系统基础》吴俊勇等清华出版社《电气工程基础》刘笙主编科技出版社第二章电力网参数及等值电路本章主要内容：2.线路的结构3.线路的参数4.变压器的参数架空线由什么组成为什么要用扩径导线和分裂导线杆塔的形式绝缘子的作用------单位长度查手册短路、空载实验求RT，XT，GT，BT如何求两绕组：RT，XT，GT，BT如何求三绕组：RT，XT，GT，BT6.电力系统的等值电路有名值标幺值变压器的等值归算问题1.输电方式——交流、直流5.发电机、电抗器、负荷的参数输电方式不会出现稳定问题，适合长距离输300—400km2、直流输电塔高：+250kv---35m需交---直流变换装置，成本高事故时电流小线路高度低，占地面积小待研究—直流多端供电技术AB换流变换流变整流：AC——DC逆变：DC——ACP整流器逆变器直流输电线路HVDC与HVAC的比较当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；直流输电的功率和能量损耗小；对通信干扰小；线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿；直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；HVDC与HVAC的比较(续）直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。2.1系统等值模型的基本概念电力系统元件:构成电力系统的各组成部件，包括各种一次设备元件、二次设备元件及各种控制元件等。电力系统分析和计算一般只需计及主要元件或对所分析问题起较大作用的元件参数及其数学模型。对电力系统稳态及暂态分析计算有关的元件，包括电力变压器、输电线路、同步发电机及负荷。2.1系统等值模型的基本概念元件参数:表述元件电气特征的参量，元件特征不同，其表述特征的参数亦不同，如线路参数为电阻、电抗、电纳、电导，变压器除上述参数外还有变比，发电机有时间常数等。根据元件的运行状态，又可分为静态参数和动态参数，定参数和变参数等。总之，元件特征不同，运行状态不同，其参数亦是多种多样的，因此，表示同一元件的模型也会不同。2.1系统等值模型的基本概念数学模型：元件或系统物理模型(物理特性)的数学描述，根据元件特征、运行状态及求解问题不同，数学模型可分为：描述静态(或稳态)问题的代数方程和描述动态(或暂态)问题的微分方程、描述线性系统的线性方程和非线性系统的非线性方程、定常系数方程和时变系数方程、描述非确定性过程的模糊数学方程及利用人工智能和神经元技术的网络方程等。元件的数学模型描述了元件的特性，而由各种元件构成的系统的数学模型则是各元件数学模型的有机组合和相互作用。2.1系统等值模型的基本概念直流稳态交流稳态暂态图2-1输电线路等值电路RivIjX(RV)vdtdiLRi输电线路模型2.1系统等值模型的基本概念电力系统分析和计算的一般过程首先将待求物理系统进行分析简化，抽象出等效电路(物理模型)；然后确定其数学模型，也就是说把待求物理问题变成数学问题；最后用各种数学方法进行求解，并对结果进行分析。复习及本章主要任务：1、导纳=电导+电纳（感纳+容纳）S2、阻抗=电阻+电抗（感抗+容抗）主要任务：1、变压器模型的计算2、输电线路模型的计算，判断电晕发生3、发电机的运行约束4、理论上认识标幺值法2.2变压器的参数计算1.普通双绕组变压器的结构A1B1C1A2B2C2N1BUCUaUbUcUAU图2-1普通双绕组变压器的结构示意图(Yd11接线)2.普通双绕组变压器的等值电路1U1I0I2I2UGT-jBTRTXT图2-6双绕组变压器的Γ型等值电路1U1I0I2I2UR0X0R1X1R2X2图2-5双绕组变压器的T型等值电路计算目的：根据出厂时变压器铭牌上有的参数，计算出所建的等值电路模型参数2.2.2双绕组变压器的参数计算变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Vs%空载损耗ΔP0，空载电流I0%电阻RT注意单位ΔPs为kW,SN为kVA,VN为kV,IN为A，RT为Ω。2232/310TsNsNTNsKRPIPVRSPP已知大型变压器阻抗以电抗为主空载损耗2.4.2双绕组变压器的参数计算电阻、电抗电导3210100%NNSTSVVXSVPVPGNNFeT32032101023210sNTNPVRS空载损耗bI0bII2.4.2双绕组变压器的参数计算电纳变比：两侧绕组空载线电压之比。(1)对Y，y接法和D,d接法的变压器(2)对于Y,d接法的变压器320010100%3100%NNNNTVSIVIIB2121//NNTVVk2121/3/NNTVVk总结3222103/NNsTNsTSVPRIPR23%10100SNTNUUXS330221010FeTNNPPGSVV3022%10100NTNISBU电阻电抗电纳电导对于Y,d接法的变压器2121/3/NNTVVk习题：三相双绕组升压变压器的型号为SFL-40500/110，额定容量为40500kVA，额定电压为121/10.5kV，求该变压器的参数，并做出等值电路。00%11,93.6,%2.315,KUPKWI234.4kPkw22222234.410.50.1581000100040.5NKNUPRS22322%1110.5100.007410010040.5NKTNUUXS335022293.610107.91010.5TNPGSU30222%2.31540.58.51010010010.5NTNISBSU解：绕组电阻：绕组漏抗：励磁支路电导：励磁支路电纳：Z=0.158+j0.0074Y=（0.0395-j4.25）×10-32.4.3三绕组变压器的参数计算2.4.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R3（1）三个绕组容量相同1312321)-S(33232223)-S(22122122)-S(133P33P33PSSNNSSNNSSNNPPRIRIPPRIRIPPRIRI)(21)(21)(21)21()13()32(3)13()32()21(2)32()13()21(1SSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPP)3,2,1(10322iSVPRNNSii2.4.3三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（100／50／100、100／100／50）（3）仅提供最大短路损耗的情况322max.)(102NNSSSVPRN'2'(12)(12)(12)'2'(23)(23)(12)()42()42NSSSNNSSSNIPPPIIPPPI)()(NNSNNSRSSR2.4.3三绕组变压器的参数计算电抗X1、X2、X3(i=1,2,3)%)V-%V%(21%%)V-%V%(21%%)V-%V%(21%2)-S(11)-S(3)32(31)-S(33)-S(2)21(23)-S(21)-S(3)21(1SSSSSSVVVVVV3210100%NNSiiSVVX2.4.3三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT变比k12,k13,k23计算方法与双绕组变压器相同2.4.4自耦变压器的参数计算计算方法与三绕组变压器相同。应注意：（1）第三绕组容量小，一般接成三角形。（2）需要对短路数据进行归算。)SS%(V%V)SS%(V%V3NN1)-S(3'1)-S(33NN3)-S(2'3)-S(2第二节电力线路的结构电力线路一.导线架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具电缆线：导线、绝缘层、保护层要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强铝—L—常用，机械强度不够，钢芯铝线材料钢—G—导电性差，做避雷线铜—T—最好，但贵铝合金—HL第二节电力线路的结构结构多股线绞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ铝/钢比5.6—6.0加强型：LGJJ铝/钢比4.3—4.4轻型：LGJQ铝/钢比8.0—8.1LGJ-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,防电晕，减小了电抗，电容增大2.2.1输电线路1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具2.2输电线路的等值电路和参数计算电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ（1）导线和避雷线高压针式绝缘子低压针式绝缘子高压线路拉棒绝缘子高压线路瓷横担绝缘子线路盘形悬式绝缘子复合针式绝缘子复合棒式绝缘子线路金具、U型抱箍、挂板杆顶帽、拉线抱箍架空线的杆塔用于支持导线和避雷线。分类直线杆塔，它又称为中间杆塔，主要用来悬挂导线，是线路上用得最多的一种杆塔。耐张杆塔，它又称为承力杆塔，主要用来承担线路正常及故障（如断线）情况下导线的拉力，同时使线路分段，便于施工和检修，限制故障范围。在耐张用上，绝缘子用不象直线搭上那样与地面垂直，而象是导线的延续。杆塔两边同一根导线是通过跳线来接通的。终端杆塔，它是最靠近变电所的一座杆塔，用来承受最后一个耐张档区导线的单向拉力。如果没有终端杆塔，则拉力将由变电所建筑物承担，这将增加变电所的造价。转角杆塔，它用干线路拐弯处，承受侧向拉力。拐角较大时做成耐张塔的型式，拐角较小时也可做成直线搭的型式。特种杆塔。它是在特殊情况下使用的一种杆塔，如导线换位用的换位塔，跨越河流、山谷等跨距很大的跨越杆塔等。一、电力线路结构简述500kV转角塔500kV直线塔220kV直线塔220kV海湾大跨越铁塔220kV单回路组合兀型电杆110kV转角塔110kV直线塔3.5kV输电电杆第二节电力线路的结构第二节电力线路的结构第二节电力线路的结构第二节电力线路的结构第二节电力线路的结构第二节电力线路的结构ABC架空线的绝缘子分类针式悬式适用针式绝缘子用于35kv及以下电压等级悬式绝缘子用于35kv及以上电压等级磁横担：及用于绝缘，又用于支撑。一、电力线路结构简述高压线路针式低中压针式盘形悬式高压线路耐污盘形悬式高压线路瓷横担有机复合横担起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。棒式绝缘子棒式绝缘子1.短输电线路：电导和电纳忽略不计长度100km电压60kV以下短的电缆线线路阻抗图2-12短线路的等值电路jxlrljXRZ2.2.2输电线路的等值电路2.中等长度的输电线路110kV～220kV架空线：100km～300km电缆：100km线路电纳忽略不计参数：可作出π型等值电路和T型等值电路（图2-13）jbljBjBGYjxlrljXRZ2.2.2输电线路的等值电路3.长距离输电线路架空线：300km电缆：100km需要考虑分布参数特性（见2.3节）2.2.2输电线路的等值电路图2-13中等长度线路的等值电路(a)π形等值电路；(b)T形等值电路2.2.2输电线路的等值电路架空