3、电力系统元件参数及等值电路

第三章电力系统元件参数及等值电路§3电力系统元件参数及等值电路主要内容输电线路的电气参数及等值电路变压器参数及等值电路发电机和负荷的参数及等值电路标幺制及其应用电力系统等值电路系统的定量分析与计算两方面知识：主要元件的参数和数学模型电力网数学模型第三章电力系统元件参数及等值电路§3电力系统元件参数及等值电路关于电气量的说明：本章开始，如无特别说明：功率均为三相功率(用来表示负荷)；电压为线电压，电流为线电流；阻抗和导纳均为单相参数。功率三角形SQP功率因数角jQPUIjUIjSUIIUiuSsin3cos3)sin(cos)(33功率的单位：k或M---W、var、VA第三章电力系统元件参数及等值电路§3.1输电线路的电气参数及等值电路电力线路分为架空线和电缆。一、架空线组成：导线－－传导电流，输送电能。避雷线（“架空地线”）－－引雷电流入地，对线路进行雷击保护。杆塔－－支撑及保证必要的安全距离。绝缘子串－－保持必要的绝缘状态（导线间、导线与杆塔间）金具－－操作架空线各主要元件的金属器件的总称。第三章电力系统元件参数及等值电路§3.1输电线路的电气参数及等值电路架空线主要组成部分示意图：第三章电力系统元件参数及等值电路§3.1输电线路的电气参数及等值电路架空线路在建设费用、施工、维护及检修等方面均优于电缆线路，故电网中优先大量采用。架空线金具之---绝缘耐张线夹第三章电力系统元件参数及等值电路架空线：一般均为裸导线。后续讨论线路参数时，均认定三相电气参数相同；实际需在架空线的空间布线时进行调整和弥补。使三相参数平衡的常用方法：a、三相导线布置在等边三角形的三顶点上；b、三相架空线循环换位§3.1输电线路的电气参数及等值电路第三章电力系统元件参数及等值电路二、电缆§3.1输电线路的电气参数及等值电路应用场合：严重污秽地区穿越江河空间拥挤的城市跨海输电第三章电力系统元件参数及等值电路三、线路的电磁现象和对应参数第三章电力系统元件参数及等值电路对应的四大线路参数：导线电阻r－反映载流线路的有功损耗；电抗x（电感L）－反映载流线路周围的磁场效应；电导g－反映导线附近空气游离放电的有功损耗及绝缘子表面泄露电流产生的损耗（泄露损耗，一般很小，忽略不计）；电纳b（电容c）－反映载流线路周围的电场效应。三、线路的电磁现象和对应参数电晕损耗第三章电力系统元件参数及等值电路四、单位长线路的等值电路和参数第三章电力系统元件参数及等值电路五、架空线路参数计算1.单位长度电阻r的计算120120rrtkm温度修正：α－电阻温度系数导线载流部分的标称截面积第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算2.电抗x的计算思路：从每相输电线所交链的磁链可求出每相输电线的电感，继而得到电抗。1)公式的详细推导略（较复杂，电磁场学）第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算2)每相导线单位长度的等值电抗计算式(认为线路的三相电抗相等)：式中：r导线外半径，mm；μ导线材料的相对导磁系数（导磁率），铜铝取=1，钢1；f，电流频率，50Hz；Dm三相导线间的几何平均距离，常简称几何均距，mmkmrDfxm/10)5.0lg6.4(241第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算注意：几何均距与导线的具体布置方式有关等边三角形排列不对称排列为三相导线间的几何均距。水平布置abbccaDDDDmDDDDDm26.123第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算进而有：NOTE：工程实际中，不同型号导线在不同几何均距下的单位长度电抗均可直接查得；架空线路的电抗一般都在0.4欧/公里左右，近似计算时，可直接取此值（分裂导线除外）。kmrDrDrDfxmmm/0157.0lg1445.010)15.0lg6.4(31410)5.0lg6.4(2441（3-5）第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算分裂导线的作用：相当于增大了导线的等效半径，可减少线路电抗和电晕放电（电能损耗、干扰通信），还可提高线路的输送功率。（另一方面，线路电容增大。）3）分裂导线－－将输电线的每相导线分裂成若干根子导线，子导线间相距0.3-0.5米，按一定规则分散排列所构成的导线（均匀布置在半径R的圆周上）。第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算目前分裂导线在我国电网的应用情况：一般而言，750kv一般六分裂或四分裂；500kv一般为四分裂导线，即一相四根，也见三分裂；330kv多为双分裂，也有三分裂、四分裂；220kv多用双分裂，即一相两根，或不分裂；110kv及以下多为单根导线，即不分裂。第三章电力系统元件参数及等值电路500kv四分裂导线架空线路参数计算四分裂导线用阻尼间隔棒第三章电力系统元件参数及等值电路750kv六分裂导线架空线路参数计算第三章电力系统元件参数及等值电路分裂导线外半径的处理------等值半径n每一相分裂导线的根数；r每根导线的实际半径，mm；dm每相分裂导线中各导体间的几何距离，mm。架空线路参数计算mmrdrnnmeq1d:分裂间距第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算43322,,drrrdrrdreqeqeqd:分裂间距根导线间的距离：某根导线与其余1)(11312)1(11312ndddrddddrrnnnmnneq第三章电力系统元件参数及等值电路故而，分裂导线线路的每相单位长度的电抗为：线路电抗较分裂前减小约20%以上。导线分裂根数越多，电抗下降越多。（超过4后，电抗的下降趋缓；目前最多到6分裂）kmnrDxeqm/0157.0lg1445.01（3-7）架空线路参数计算第三章电力系统元件参数及等值电路●讨论：1）导线间距、导线截面的尺寸会影响Dm、req等的数值，从而影响输电线的等值电抗大小，但由于它们均位于电抗表达式的对数符号内，故影响不显著。2）分裂根数越多，电抗越小，近似计算时，单根、二分裂、三分裂、四分裂和六分裂分别可取近似值0.4、0.33、0.30、0.29以及0.28欧/km左右。3）同杆共架双回路，对每一相的电抗也有影响，但并不大，略去不计。架空线路参数计算第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算3.电导g的计算电导：反映线路沿绝缘子表面的泄漏电流（绝缘子的泄漏电阻引起）和电晕所引起的有功功率损耗的参数。线路的绝缘良好，泄露损耗很小，一般略去不计；主要由电晕引起。电晕：带有高电压的架空线路，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近的空气电离而产生的局部放电现象。蓝紫色荧光、嗞嗞声、臭氧危害：增加有功损耗、干扰无线电通信第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算为避免过大的电晕损耗，架空线路导线的直径应选择使得在晴天时不会发生电晕：适当加大导线半径、采用分裂导线第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算即，一般电力系统计算中可取g＝0当线路实际电压高于电晕临界电压Vcr时：31210/gPgSkmU第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算4.电纳b（电容C）的计算电容与带电导线周围的电场效应有关；当导线中通有交流电流时，其周围就存在电场；电场中任一点电位与导线上电荷密度成正比。电容－－表征电容器容纳电荷本领的物理量。若周围介质的介电系数为常数，则导体所带电荷与导体的电位之比，即C=q/v而：2BCfC第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算1)公式推导略第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算2)三相线路每相导线的单位长度电容C采用分裂导线的架空线路：分裂导线等值半径mmrdrnnmeq1第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算进而，有单位长度电纳为：分裂导线等值半径（3-9）mmrdrnnmeq1分裂导线的等值电容和等值电纳均较大。第三章电力系统元件参数及等值电路架空线路参数计算NOTE：电缆参数计算复杂且不准确，都是实测；工程实际中，电力线路参数也都是从手册上可查到的。第三章电力系统元件参数及等值电路六、输电线路的等值电路以R、X、G、B来表征，单相代替三相。分布参数等值电路（实际，线路各参数是沿线分布的）：其电路的计算较复杂。集中参数等值电路（近似等值，不考虑参数的分布特性）第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路工程实际，根据输电线路长度不同，考虑采用下述三种等值电路：1）一字型等值电路：线路L100km且电压不高（60kV以下）时，忽略电导和电纳，只计阻抗。当电缆线路不长时，也可采用。短线路的等值电路第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路2）π型和T型等值电路：架空线L介于100～300km的中等长度时或电缆L不超过100km，可只不计电导。（110~220kv）22BjY(a)π型：Z=R+jX第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路T型：)(212/jXRZjBY注意：由于T型比π型多了一个中间节点，计算量增大，故工程实际中π型应用最多。第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路3）分布参数电路----*长线及长线基本方程解330kv，架空线路300km、电缆线路100km，须考虑其电气参数的分布特性。多为超高压输电线路。看作集中参数电路的微元段，用一个Γ型网络来等效。长线可等效成无穷多个Γ型网络的级联传输线第三章电力系统元件参数及等值电路长线的等值电路：1U2U1U2U2bBjKrxKRjKX2bBjK1）简化型——修正参数等值电路(π型)R、X、B为线路全长的总阻抗参数；r1、x1、b1为单位长度阻抗参数。输电线路的等值电路修正系数的近似值第三章电力系统元件参数及等值电路长线的等值电路：2）精确型(π型)根据双端口网络理论可得：Z’Y’/2Y’/2)()(/sinh1cosh2'sinh'11111111称线路传播系数称线路特性阻抗其中：yzrCjgLjryzZrlZrlYrlZZccc第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路均匀分布参数长线基本方程及等值电路线路每相的等值参数是沿线路均匀分布的。1U2UlxdxxIxU1zdx1ydxxxIdIxxUdU111zrjx111ygjb第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路距离线路末端x处，压降和电流增量为：11xxxxdIUydxdUIzdx11//xxxxdIdxUydUdxIz22112211//xxxxdIdxzyIdUdxzyU2222sinhcoshcoshsinhxxcUIxIxZcUUxIZx距离线路末端x处的电压和电流：可解得：即均匀长线的沿线电压、电流表达式，亦称为长线方程稳态解。第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路线路的传播系数(传播常数)线路的特性阻抗（也称波阻抗）jCjgLjryz))((111111jXRCjgLjryzZc)()(111111实部反映行波振幅的衰减特性，虚部反映行波相位的变化特性，称为相位系数。两个参数均反应长线的电气性能，仅与线路参数和频率有关。第三章电力系统元件参数及等值电路输电线路的等值电路x=l即线路全长时，有1U2U'z1212coshsinh1sinhcoshclZlUUllIIZc'2Y'2Y1U2U'2Y'2Y2222sinhcoshcoshsinhxxcUIxIxZcUUxIZx