第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算

第二章电力系统各元件的特性和等值电路主要讲述电力系统各元件等值电路及参数本章重点1、负荷、电力线路、变压器和发电机的特性及等值电路；2、整个电力系统的等值电路。重点掌握各等值电路中参数的计算公式。第一节负荷一．电力系统的负荷1、负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。也称电力系统的综合用电负荷。是所有用户的负荷总加。2、负荷分类（按负荷性质分类）：工业、农业、交通运输业、商业、生活等。3、电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。4、电力系统的发电负荷：供电负荷加上发电厂厂用电消耗的功率。第一节负荷二．负荷曲线：用曲线描述某一时间段内负荷随时间变化的规律1.日负荷曲线一天的总耗电量日平均负荷240PdtAd24024124PdtAPdav第一节负荷负荷率km最小负荷率（谷峰比）maxPPkavmmaxminPP2.年持续负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列绘制而成t1PPmaxP1P2P3tt3t28760Tmax全年耗电量PdtA87600最大负荷利用小时数Tmax8760max0maxmax1ATPdtPP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。第二节电力线路对电力系统稳态及暂态分析计算有关的元件，包括输电线路、电力变压器、同步发电机及负荷。第二节电力线路2.2.1输电线路1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具第二节电力线路电力系统图片（1）导线和避雷线：电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ第二节电力线路（2）杆塔木塔：较少采用铁塔：主要用于220kV及以上系统钢筋混凝土杆：应用广泛第二节电力线路（3）绝缘子针式：10kV及以下线路第二节电力线路针式绝缘子悬式绝缘子主要用于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。第二节电力线路悬式绝缘子表9-11示出了各级电压线路的最小空气间隙。当海拔高度超过1000m时，应按有关规定对净间距值进行校正；对于发电厂变电所，各个s值应再增加10％的裕度，以策安全。棒式绝缘子起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。第二节电力线路棒式绝缘子2.电缆线路导体绝缘层保护层第二节电力线路架空输电线路参数有四个:（1）电阻r0：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗效应。（2）电感L0：反映载流导体的磁场效应。图2-11单位长线路的一相等值电路输电线路的参数及等值电路图2-11单位长线路的一相等值电路（3）电导g0：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）电容C0：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。输电线路的参数及等值电路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输电线路的参数及等值电路2.中等长度的输电线路110kV～220kV架空线：100km～300km电缆：100km线路电导忽略不计参数：可作出π型等值电路和T型等值电路（图2-13）jbljBjBGYjxlrljXRZ输电线路的参数及等值电路图2-13中等长度线路的等值电路(a)π形等值电路；(b)T形等值电路输电线路的参数及等值电路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）输电线路的参数及等值电路当传输信号的波长远大于传输线的长度时，有限长的传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位与传输线长度可近似认为相同，就不显现分布参数效应，可作为集中参数电路处理。但当传输信号的波长与传输线长度可比拟时，传输线上各点的电流（或电压）的大小和相位均不相同，显现出电路参数的分布效应，此时传输就必须作为分布参数电路处理。当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长时，可以把元件的作用集总在一起，用一个或有限个R、L、C元件来加以描述，这样的电路参数叫做集总参数。而集总参数元件则是每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流；一个电路应该作为集总参数电路，还是作为分布参数电路，或者说，要不要考虑参数的分布性，取决于其本身的线性尺寸与表征其内部电磁过程的电压、电流的波长之间的关系。1.电阻有色金属导线单位长度的直流电阻：电阻率铜：18.8铝：31.5精确计算时进行温度修正：为温度系数：铜：铝:/rskmmm/2kmmm/220[1(20)]trrt0.003821/oc0.00361/oc输电线路的参数及等值电路2.电抗1)单导线每相单位长度电感和电抗：式中：为三相导线间的互几何均距，0.1445lg0.0157jjDxkmr3122331jjDDDDr为导线的计算半径jjD1为对导数对于钢和铝，材料的相磁系,输电线路的参数及等值电路3具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗输电线路的参数及等值电路增加一张分裂导线照片四分裂导线输电线路的参数及等值电路rd2为每相分裂导线的等值半径，随分裂根数不同而变化。2分裂导线：3分裂导线：4分裂导线：r为分裂导线中每一根次导线的半径；n为每相分裂导线的根数34222433221.09dddrrdrrdrrdrd20.01570.1445lgjjdDxkmrn输电线路的参数及等值电路4.输电线路的电导：用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗。（1）正常情况下，泄漏电流很小，可以忽略，主要考虑电晕现象引起的功率损耗。（2）电晕：局部场强较高，超过空气的击穿场强时，空气发生游离，从而产生局部放电现象。线路正常工作情况下，电导忽略不计。输电线路的参数及等值电路4.等值电纳(1)单导线kmFrDCeq/10lg0241.0667.5810/lgjjbSkmDr输电线路的参数及等值电路（2）分裂导线Deq各相分裂导线重心间的几何均距。rd2一相导线组的等值半径。对二分裂导线：对三分裂导线：对四分裂导线：2drrd4321.09drrd322drrd6027.5810/lgjjdbSkmDr输电线路的参数及等值电路例2－1有一长度为100km的110kV架空线路,导线型号为LGJ-185,导线的计算外径为19mm,三相导线水平排列,相间距离为4m,求该线路的参数并画出等效电路。输电线路的参数及等值电路例2－2一条220kV的输电线,长180km,导线为LGJ-400(直径2.8cm),水平排列,相间距7m,求该线路的R，X，B，并画等值电路。例2－3有一条长度为400km的330kV架空输电线路，导线水平排列，相间距离8m，每相采用2×LGJQ-300分裂导线，计算直径为23.5mm，分裂间距为400mm，试求线路参数及等值电路。第三节变压器变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器变压器的试验数据：短路损耗ΔPs，短路电压Us%空载损耗ΔP0，空载电流I0%电阻RT注意单位22222/3(MWkVMVA(kWkVMVA1000TsNsNTsNNNsNTsNNNRPIPURPUSSPURPUSS由于单位，单位，单位）单位，单位，单位）第三节变压器2.3.1双绕组变压器的参数计算电抗电导2%(kVMVA100SNTNNNUUXUSS单位，单位）022010001000kWkVFeTNNNPPGUUPU（空载损耗，额定电压）3%%100100/3NTNTSXNNIXIXUUUU2.3.1双绕组变压器的参数计算电纳例题2-502%(MVAkV100NTNNNISBSUU单位，单位）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(1SSSSSSSSSSSSPPPPPPPPPPPP22(1,2,3)1000SiNiNPVRiS2.3.2三绕组变压器的参数计算（2）三绕组容量不同（100／100／50、100／50／100）23)13(')13(232)32(')32(22)21(')21()()},min{()(NNSSNNNSSNNSSSSPPSSSPPSSPP当容量比为100／100／50：当容量比为100／50／100：'(23)(23)'(31)(31)44SSSSPPPP'(12)(12)'(23)(23)44SSSSPPPP2.3.2三绕组变压器的参数计算电抗X1、X2、X3(i=1,2,3)k1k(12)k(3-1)k(2-3)k2k(12)k(2-3)k(3-1)k3k(23)k(3-1)k(1-2)1%(%%-%)21%(%%-%)21%(%%-%)2UUUUUUUUUUUU2%100KiNiNUUXS2.3.2三绕组变压器的参数计算导纳GT-jBT计算方法与双绕组变压器相同例2－62.3.3自耦变压器的参数计算自耦变压器计算方法与三绕组变压器相同。应注意：制造厂家给出短路试验数据中，不仅短路损耗未归算，甚至短路电压百分数也未归算，则归算式为'2'N(13)(13)S(1-3)S(1-3)33N'2'N(23)(23)S(2-3)S(2-3)33NS()V%V%()SS()V%V%()SNSSNNSSNSPPSSPPS第四节发电机发电机电抗和电势(a)以电压源表示；(b)以电流源表示忽略电阻，发电机铭牌提供电抗百分值。3%100NGGNIXXV100%3GNNGXIVXNGNNGNGPXVSXVX100cos%100%22第四节发电机电势GGGGXIjVE第四节发电机复习单相变压器按相分为三相变压器两绕组变压器按绕组分为三绕组变压器变压器普通变压器按电磁关系分为自耦变压器普通变压器按调压方式分为有载调压变压器加压调压变压器同步电机电机异步电机直流电机1、同步电机2、异步电机2、异步电机3、直流电机2-4同步发电机的基本方程基本前提一、理想同步电机结构对称适当简化分析方法:park变换3.2同步发电机的原始方程一、电势方程和磁链方程aaaaaaaaaadueiRiRiRdtbbbbbbbueiRiRcccccccueiRiR转子励磁绕组ffffuiR0DDDDuiR0QQQQuiR磁链方程aaaaabbaccaffaDDaQQLiLiLiLiLiLibbaabbbbccbffbDDbQQLiLiLiLiLiLiccaacbbccccffcDDcQQLiLiLiLiLiLiffaafbbfccffffDDfQQLiLiLiLiLiLiDDaaDbbDccDffDDDDQQLiLiLiLiLiLiQQaaQbbQccQffQDDQQQLiLiLiLiLiLi电感系数1定子各绕组的自感2.定子各绕组间