第2章 电力系统各元件的参数和等值电路

第2章电力系统各元件的等值电路和参数计算一．电力网各元件的参数及等值电路1.输电线路的参数及等值电路2.变压器的参数及等值电路二．电力网络的等值电路重点第2章电力系统各元件的等值电路和参数计算第一节电力线路的参数和等值电路1.电力线路的结构简述2.电力线路的阻抗3.电力线路的导纳第一节电力线路的参数和等值电路一.电力线路结构简述电力线路按结构可分为架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等电缆线：导线、绝缘层、保护层等导线避雷线杆塔绝缘子金具（一）架空线路要求：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—HL1.导线和避雷线结构多股线绞合—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1.导线和避雷线例如：LGJ—400/50表示载流额定截面积为400、钢线额定截面积为50的普通钢芯铝线。为了减少电晕损耗或线路电抗，常采用：扩径导线人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。分裂导线又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线路电容。电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ2.架空线路的绝缘子架空线路使用的绝缘子分为针式：35KV以下线路悬式：35KV及以上线路≥3片；60KV≥5片；110KV≥7片；220KV≥13片；330≥19片通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。针式绝缘子主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。悬式绝缘子棒式绝缘子结构木塔——已不用3.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架空线路的换位问题目的在于减少三相参数不平衡整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。滚式换位换位方式换位杆塔换位ABCBCACAB(二)电缆线路电缆有三部分组成：导体、绝缘层、包护层导体：L或T；单股或多股；单相或三相；圆形或扇形等绝缘材料：橡胶、沥青、聚氯乙烯、棉麻、绸、纸等。目前大多用浸渍纸。主要是相间绝缘、相与地绝缘。内护层：铅、铝，聚乙烯等，保护绝缘等包护层外护层：防止锈蚀电缆线导体绝缘层保护层架空输电线路参数有四个（1）电阻r：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗效应。（2）电抗x：反映载流导体的磁场效应。二、电力线路的参数单位长线路的一相等值电路单位长线路的一相等值电路（3）电导g：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率损耗。（4）电纳b：带电导体周围的电场效应。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。二.电力线路的阻抗sr/)]20(1[20trrt1、有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线每相单位长度的电阻：其中：铝的电阻率为31.5铜的电阻率为18.8考虑温度的影响则：均大于直流电阻率2、有色金属导线三相架空线路的电抗先看单相线路n＝1×ab首先求外部磁链xDdxri磁动势iniF*1xrxxxmAxHHxilFH0B)(21磁通密度磁场强度1)(10470rmH空气2、电抗计算公式：0157.0lg1445.01rDxm其中：31/cabcabmmDDDDcmmmDcmmmrkmx），或几何均距（）或导线的半径（）导线单位长度的电抗（在近似计算中，可以取架空线路的电抗为0.43.分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。可以证明：根导线间的距离：某根导线与其余1)(0157.0lg1445.011312)1(113121ndddrddddrrnrDxnnnmnneqeqm分裂导线的输电线路增加一张分裂导线照片四分裂导线架空线导线型号LGJ-300数字300表示载流导体的标称截面积S分裂导线：每相导线分成若干根多股导线，可以减少电晕和线路电抗三.电力线路的导纳1.三相架空线路的电纳其电容值为：10lg0241.061rDCm最常用的电纳计算公式：(S/km)10lg58.761rDbm架空线路的电纳变化不大，一般为kmS/1085.26(S/km)10lg58.761eqmrDb3.架空线路的电导线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕绝缘子串的泄漏：通常很小电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。2.分裂导线线路的电纳31例2-1架空线参数计算-1330KV线路的导线结构有以下两个方案：①使用LGJ—630/45型导线，直径33.6mm；②使用2×LGJK—300型分裂导线，直径27.44mm，分裂间距为400mm。两个方案中，导线均水平排列，相间距离8m，试求两种方案导线单位长度的电阻、电抗和电纳。ACB①②电阻LGJ—630/45型：2×LGJK—300型：km)/(0525.02/300/5.31/1Srmm400dm8Dm8Dm8Dm8D1/31.5/6300.05(/km)rS32电抗33eqabbcca881610.08(m)DDDD①②1eq0.1445lg(/)0.01570.1445lg(10080/16.8)0.01570.417(/km)xDr例2-1架空线参数计算-2)km/(316.02/0157.0)10.74/10080lg(1445.0)/0157.0()/lg(1445.0eqm1nrDxLGJ—630/45型：2×LGJK—300型：)mm(741040072.132121eqnnrdr33电纳①②例2-1架空线参数计算-3LGJ—630/45型：)S/km(1073.210)/lg(/58.766m1rDb2×LGJK—300型：)mm(10.7440072.132121eqnnrdr)S/km(1055.310)1.74/10080lg(/58.710)/lg(/58.7666eqm1rDb34四、电力线路的等值电路线路通电流：发热，消耗有功功率→R交流电流→交变磁场→感应电势(自感、互感)→X电流效应→串联线路加电压：绝缘漏电(较小)，一定电压下发光、放电(电晕)→G电场→导线/导线、导线/大地电容→B电压效应→并联由于正常运行时三相参数对称，可以只作单相等值电路四.电力线路的数学模型电力线路的数学模型就是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。（集中参数电路）分三种情况讨论：1)短线路2)中等长度线路3)长线路（分布参数电路或修正集中参数电路）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.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jbljBjBGYjxlrljXRZ图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3长线路的等值电路（需要考虑分布参数特性）长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。精确型根据双端口网络理论可得：/sinhsinh1cosh21'sinh'1111称线路传播特性称线路特性阻抗其中：yzryzZrlrlrlZYrlZZcccZ’Y’/2Y’/2第二节变压器的参数和等值电路双绕组变压器的参数和等值电路三绕组变压器的参数和等值电路自耦变压器的参数和等值电路一.双绕组变压器的参数和数学模型阻抗（短路实验：在原边加I1N）铭牌参数：SN、UIN／UⅡN、Pk、Uk％、P0、I0％TkRP短路实验TkXU%TGP0空载实验TBI%0RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT1.电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗Pk，其近似等于额定总铜耗PCu。我们通过如下公式来求解变压器电阻：)3(332222TNNTNNTNCuRUSRUSRIP22TNNkRUSP22NNkTSUPR221000NNkTSUPR经过单位换算：Pk:KW单位：UN:KVSN:MW2.电抗在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%32折算时注意问题：①基本侧②功率不变性导纳（空载实验：在原边加UN）RTjXTUrUxIoU1N....RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可如下求解：电导201000NTUPG电纳在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等，其求解如下：20100%NNTUSIB二.三绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器的等值电路132ZT3ZT2ZT1YT三绕组变压器电气结线图高中低铭牌参数：SN；UIN／UⅡN／UⅢN；Pk（1－2）、Pk（1－3）、Pk（3－2）；Uk（1－2）％、Uk（1－3）％、Uk（3－2）％；P0、I0％1.电阻按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：100/100/100、100/50/100、100/100/50按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构：升压结构：中压内，低压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外注意：如何做短路实验?比如：Pk(1－2)、Uk(1－2)％：第3绕组开路，在第1绕组中通以额定电流;其它与此类推。电阻1312321)-k(33232223)-k(22122122)-k(133P33P33PkkNNkkNNkkNNPPRIRIPPRIRIPPRIRI由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于100/100/100)(21)32()31()21(1kkkkPPPP)(21)31()32()21(2kkkkPPPP)(21)21()32()31(3kkkkPPPP各绕组等值损耗然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻2233222222111000,1000,1000NNkTNNkTNNkTSUPRSUPRSUPR电阻对于100/50/100或100/100/50由于短路损耗是指容量小的一侧达到额定电流时的数值，因此应将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额定电流下的值。例如：对于100/50/100')21(2')21()21(4)2/(kNNkkPIIPP')32(2')32()32(4)2/(kNNkkPIIPP然后，按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电阻。2.电抗与短路电阻算法相同，根据两两绕组短