第二章电力系统元件参数和等值电路

第一节电力线路的参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值网络第二章电力系统元件的参数和等值电路从本章开始将转入电力系统的定量分析和计算。这一章阐述两个问题：电力系统中生产、变换、输送、消耗电能的四大部分——发电机组、变压器、电力线路、负荷的特性和等值电路；由变压器和电力线路构成的电力网络等值电路。等值电路等值参数～M等值网络，网络方程1。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2。元件的建模3。系统建模4。各种解法一、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电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成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？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。架空线路的导线和避雷线导线材料：要求：架空线路的导线和避雷线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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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HL导线形式：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。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的导线。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，LGJ－400表示铝线部分额定截面积为400mm2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：扩径导线或分裂导线。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：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。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。金具：关于架空线路的换位问题换位的目的：减少三相参数的不平衡换位的方式：滚式换位和换位杆塔换位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。1.有色金属导线架空线路的电阻二、电力线路的参数sr1铝kmmm/.5.312铜kmmm/.8.1822．有色金属导线架空线路的电抗1）单导线每相单位长度的电抗)/(0157.0lg1445.01kmrDxmr：导线的半径(单位cm或mm)Dm:三相导线的几何平均距离单位同r3cabcabmDDDD分别为导线AB，BC、CA相导线之间的距离cabcabDDD、、工程计算中对于高压架空电力线路的电抗可近似X1＝0.4km/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2）分裂导线单位长度的电抗)/(/0157.0lg1445.01kmnrDxeqmn：分裂导线的分裂根数req：分裂导线的等值半径二分裂导线rdreq四分裂导线三分裂导线32rdreq432drreq1）单导线每相单位长度的电纳)/(10*lg58.761kmsrDbm3．架空线路的电纳Y＝G+jBr：导线的半径(单位cm或mm)Dm:三相导线的几何平均距离单位同r一般b1在2.85×10－6s/km1）分裂导线每相单位长度的电纳)/(10*lg58.761kmsrDbeqmreq：分裂导线的等值半径电导主要由沿绝缘子的泄漏现象和导线的电晕现象所决定的。4．架空线路的电导电晕现象：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为单位为相电压的有效值，以KVUrDrmmrDrEUcrmmcrcrlg3.49ln21电晕临界电压Ucr的计算1对于三角排列和一字排列的边导线按上述公式计算3晴天运行相电压等于Ucr时，电力线路不会出现电晕现象2一字排列的中间导线Ucr较上式低5%5对于60kv及以下的电力线路，不必验算Ucr4电力线路运行相电压小于Ucr时，g1＝0z＝r+jxY＝G+jB电力线路全长的参数：R＝r1l()X＝x1l()G＝g1l(s)B＝b1l(s)电缆线路的参数一般是查手册例题：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。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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所谓短线路，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，只有一串联的总电抗Z＝R十jX，如图所示。1．短电力线路21221IIZIUU中等长度线路，是线路电压为110－220kv，长度在100~300km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—π形等值电路和T形等值电路，如图所示。其中，常用的是π形等值电路。2．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，即它们不能用Δ—Y变换公式相互变换。3．长线路的等值电路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。长线路——均匀分布参数电路返回第二节变压器、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z＝r+jxY＝G+jB1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。kTNNTNNTNrPRUSRUSRIP2222)3(3323210NNkTSUPR2电抗变压器的电抗数值近似等于其阻抗的模值。NNkTSUUX100(%)2同上导纳Y＝G+jB3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近似相等。23010NTUPG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）4电纳20100(%)NNTUSIB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）二、三绕组变压器的参数和数学模型1电阻23210NNkTSUPR(1)按各对绕组间的短路损耗计算三绕组变压器按三个绕组容量比的不同有三种不同类型。第1种为100/100/100．即三个绕组容量都等于变压器额定容量；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％，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％。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23210NNkTSUPR)13()32()21(kkkppp、、2322210NNkTSUPR2323310NNkTSUPR2321110NNkTSUPR)(21)32()13()21(1kkkkpppp)(21)13()32()21(2kkkkpppp)(21)21()13()32(3kkkkpppp为3绕组开路，1－2绕组作短路试验时的额定损耗（KW）)21(kp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)13()32(')21('kkkppp、、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）)32(')21('kkpp、)21('2)21('22)21(')21(4)5.0()(kNNkNNkkpSSpSSpp)32('2)32(')32(4)5.0(kNNkkpSSpp容量比为100/100/50时)32(')32(4kkpp)31(')31(4kkpp(2)按变压器最大短路损耗计算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绕组排列方式不同，绕组间漏抗从而短路电压也就不同2电抗低中高降压变压器中低高升压变压器高中之间漏抗大Uk（1－2）％最大高低之间漏抗大Uk（1－3）％最大已知的各对绕组间短路电压的百分数%%%)13()32()21(kkkUUU、、%)%%(21%)32()13()21(1kkkkUUUU%)%%(21%)13()32()21(2kkkkUUUU%)%%(21%)21()13()32(3kkkkUUUUNNkTSUUX100(%)211NNkTSUUX100(%)222NNkTSUUX100(%)233注意：短路电压的百分数已归算到变压器的额定容量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Y＝G+jB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。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。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23)31(')31()(NNkkSSpp23)32(')32()(NNkkSSpp3)31(')31(%%NNkkSSUU3)32(')32(%%NNkkSSUU返回四、电抗器的参数和数学模型NNLLIUXX3100(%)等值电路为纯电抗电抗器的电阻可忽略，）：电抗器的额定电流（）：电抗器的额定电压（：电抗器电抗的百分数其中KAKv(%)NNLIUX第三节发电机和负荷的参数和等值电路一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NNGGXXPcosU100(%)N2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Ncos1发电机的电抗2发电机的电动势和等值电路）（为发电机定子的相电流）为发电机的相电压（），为发电机的相电动势（KAKVKVGGGGGGGIUEXIjUEGIGUGEGjXGIGUGGjXEGjX二负荷的阻抗和导纳（自学）返回有名制：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、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1．有名制和标么制2．以有名制表示的等值网络sr1)/(0157.0lg1445.01kmrDxm)/(10*lg58.761kmsrDbm2321