第二章电力系统元件

2019/8/31第2章电力系统元件模型及参数计算2019/8/32第二章电力系统元件模型及参数计算架空输电线路的等值电路及参数计算变压器的等值电路及参数计算发电机和负荷模型电力系统的稳态等值电路(标幺值)2019/8/332-1基本概念电力系统元件：构成电力系统的各组成部件。元件参数：表征元件特性的参量。数学模型：元件或系统物理模型的数学描述。2019/8/342-2输电线路的等值电路及参数计算1、架空输电线路导线和避雷线杆塔绝缘子金具2、电缆线路导线绝缘层保护层2019/8/35架空输电线路档距：架空线路相邻杆塔之间的水平距离。弧垂：在档距中，导线的最低点和悬挂点之间的垂直距离。2019/8/36导线和避雷线导线可分为裸导线和绝缘导线两大类，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(即钢芯铅绞线)、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。要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强2019/8/37导线和避雷线导线可分为裸导线和绝缘导线两大类，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(即钢芯铅绞线)、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。2019/8/38导线结构多股线绞合—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2019/8/39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)单金属绞线(b)钢芯铝绞线(c)扩径钢芯铝绞线(d)空心导线(e)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。其区别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于220kV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。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T－铜线；G－钢线；L－铝线；J－多股绞线；HL－铝合金线；LGJ-120表示120mm2的钢芯铝绞线。2019/8/310结构木塔——已不用杆塔钢筋混凝土塔—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：100—200米终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端2019/8/3112019/8/3122019/8/3132019/8/3142019/8/3152019/8/316ABC2019/8/3172019/8/318绝缘子类型：针式（35KV以下），悬式（35KV以上）37131924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：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。片树：35KV，110KV，220KV，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2019/8/319电缆线路电力电缆主要由导体、绝缘层和保护层三部分组成，如图所示。电力电缆的导体通常采用多股铜绞线或铝绞线。根据电缆中导体数目的不同可分为单芯、三芯和四芯电缆。扇形三芯电缆1-导体2-绝缘层3-铅包层4-黄麻层5-钢带铠甲6-黄麻保护层2019/8/3202-2输电线路的等值电路及参数计算1.架空输电线路的等值电路2.架空输电线路的参数计算2019/8/3211.架空输电线路的等值电路输电线路四个参数:电阻r：反映线路通过电流时产生有功功率损失效应；电感L：反映载流导线周围产生的磁场效应；电导g：反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生的有功功率损失；电容C：反映带电导线周围电场效应。2019/8/3221.架空输电线路的等值电路短距离输电线路中长距离输电线路长距离输电线路集中参数分布参数2019/8/323短距离输电线路的等值电路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2-12短线路的等值电路jxlrljXRZ2019/8/324中等长度输电线路的等值电路线路电压为110kV～220kV，架空输电线路长度为100km～300km，电缆线路长度不超过100km的线路图2-5中等长度线路的等值电路jbljBjBGYjxlrljXRZ2019/8/325长距离输电线路的等值电路图2-17长线的等值电路长度超过100km～300km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2019/8/3262.架空输电线路的参数计算架空输电线路每一相的等值串联阻抗Z=(r+jx)l架空输电线路每一相的等值并联导纳Y=(g+jb)l2019/8/327Deq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/km)(lg1445.02ln20seqnseqaDDLfxDDL(2-8))]20(1[20trrtsr每相单位长度的等值电阻每相单位长度的等值电抗2019/8/328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导线的大，故电抗小。问题1：分裂数越多越好吗？问题2：分裂间距越大越好吗？2019/8/329每相单位长度的等值电容每相单位长度的等值电纳(F/km)lg100241.06rDeqC(S/km)lg1058.76rDeqb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)2019/8/330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2019/8/331单导线二分裂三分裂四分裂x(/km)0.40.330.30.28b(S/km)2.810-63.410-63.810-64.110-6例题2-1,2-2(自学)2019/8/3322.3长距离输电线路dxLjrIVd)()(LjrIdxVd)(CjgVdxId略去二阶微小量22()dVdIrjLdxdxdxCjgVdVId))((流入并联导纳中的电流VLjrCjgdxVd))((22122019/8/3332.3长距离输电线路jzyCjgLjr))((22coshsinhsinhcoshIVxZxxZxIVcc2211coshsinhsinhcoshIVlZllZlIVcc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波阻抗cjccccezjXRyzCjgLjrZ2019/8/334长距离输电线路的等值电路llZYlZZccsinh)1(cosh21sinh''V2ZY/2Y/2V1YKylKylllllZlYZKzlKzllllZZYYcZZc)sh(]1)2[ch()sh(]1)2[ch()(shsh简化bljkYxljkrlkZbxr(2-40)2019/8/3352-4变压器的等值电路和参数计算1.变压器的等值电路2.双绕组变压器的参数计算等值串联阻抗等值并联导纳3.三绕组变压器4.自偶变压器5.变压器的等值电路2019/8/3362019/8/3372019/8/3381.变压器的等值电路双绕组变压器三绕组变压器图2-192019/8/3392.双绕组变压器的参数计算等值阻抗电阻电抗PsVs%P0I0%RTXTGTBT23210sNTNPVRS(2-42)2%100sNTNVVXS(2-44)注意:Ps--kw,VN--kVSN--MVA2019/8/340等值并联导纳电导电纳变比SVPGNT32010(2-45)02%100NTNISBSV(2-46)NNTVVk212019/8/341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：ΔPS=135kW，VS%=10.5，ΔP0=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=110kV2019/8/34232210NNSTSVPR3210100%NNSTSVVX08.41020000110135322101111021NNTVVk53.6310200001001105.103232010NTVPG32010100%NNTVSIBSS6321082.11011022SS632102.1310110200001008.02019/8/3433.三绕组变压器的参数计算等值阻抗电阻(R1R2R3)131232)13(323222)32(212212)21(333333SSNNSSSNNSSSNNSPPRIRIPPPRIRIPPPRIRIP(2-47)2019/8/344)()()()21()13()32(213)13()32()21(212)32()13()21(211ssssssssssssPPPPPPPPPPPP23210(1,2,3)sininPVRiS(2-49)适用于三个绕组额定容量相同的情况2019/8/345短路试验数据的折算23)13()13(232)32()32(22)21()21()()},min{()(NNSSNNNSSNNSSSSPPSSSPPSSPP(2-50)回自耦变压器2019/8/346电抗(X1X2X3)%)%%(%%)%%(%%)%%(%)21()13()32(213)13()32()21(212)32()13()21(211ssssssssssssVVVVVVVVVVVV2%100siNiNVVXS(2-52)导纳和变比的计算与双绕组相同例2－62019/8/3474.自偶变压器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）)%(%)%(%3)13()13(3)32()32(NNSSNNSSSSVVSSVV(2-53)2019/8/3485变压器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压都是它们的折算值，不是实际