电力系统分析--第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算

电力系统分析1电力系统各原件的等值电路和参数计算第二章电力系统各原件的等值电路和参数计算第二章电力系统各原件的等值电路和参数计算电力系统各原件的等值电路和参数计算第二章电力系统分析22.1系统等值模型的基本概念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。电力系统分析32.2.1输电线路1.架空线导线避雷线杆塔绝缘子金具2.2输电线路的等值电路和参数计算电力系统分析4（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：LJTJLGJ2.2输电线路的等值电路和参数计算电力系统分析5（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：应用广泛电力系统分析6110kv架空线路电力系统分析7（3）绝缘子针式：10kV及以下线路电力系统分析8针式绝缘子电力系统分析9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。电力系统分析10悬式绝缘子电力系统分析11棒式绝缘子起到绝缘和横担的作用，应用于10～35kV农网。电力系统分析12棒式绝缘子电力系统分析132.2.2电缆线路导体绝缘层保护层电力系统分析14架空输电线路参数有四个(图2-11）（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电力系统分析15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。电力系统分析16有色金属导线单位长度的直流电阻：考虑如下三个因素：（1）交流集肤效应和邻近效应。（2）绞线的实际长度比导线长度长2～3％。（3）导线的实际截面比标称截面略小。因此交流电阻率比直流电阻率略为增大：铜：18.8铝：31.5精确计算时进行温度修正：为温度系数：铜：铝:sr/kmmm/2kmmm/2)]20(1[20trrtco/003821.0co/00361.01.电阻电力系统分析172.电抗三相导线排列对称(正三角形)，则三相电抗相等。三相导线排列不对称，则进行整体循环换位后三相电抗相等。电力系统分析181)单导线每相单位长度电感和电抗：式中：Deq为三相导线间的互几何均距：Ds为导线的自几何均距实际多股绞线的自几何均距：非铁磁材料的单股线：Ds=0.779r非铁磁材料的多股线：Ds=（0.724～0.771)r钢芯铝线：Ds=（0.77～0.9)r在工程计算中，可以取架空线路的电抗为seqaDDLln203312312DDDDeqkmDDLfxseqNlg1445.0241reDsr为导线的计算半径km/40.0电力系统分析192）具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗电力系统分析20Dsb为分裂导线的自几何均距，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：通常，dDs，因此，分裂导线自几何均距Dsb比单导线自几何均距Ds大，分裂导线的等值电感小。sbeqaDDLln204332dDDdDDdDDssbssbssbkmDDLfxsbeqNlg1445.02电力系统分析21二分裂导线电力系统分析22四分裂导线电力系统分析23六分裂导线电力系统分析24八分裂导线电力系统分析253.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。)/(10321kmSUPgg线电压电晕损耗有功功率UgP电力系统分析26）F/km10lg0241.06eq（rDC）（kmS10lg58.726eqrDCfBN4.等值电容和电纳(1)单导线：电容电纳电力系统分析27（2）分裂导线Deq一各相分裂导线重心间的几何均距。req一相导线组的等值半径。二分裂导线：三分裂导线：四分裂导线：kmFrDCeqeq/lg0241.0rdreq4309.1rdreq32rdreqSrDCfbeqeqN610lg58.72电力系统分析28微元段等值电路图2-17长线的等值电路电力系统分析292.3变压器等值电路和参数2.3.1变压器等值电路双绕组变压器三绕组变压器电力系统分析302.3.2双绕组变压器的参数计算变压器的试验数据：短路实验：短路损耗，短路电压的百分数空载实验：空载损耗，空载电流的百分数一、电阻)(1000)3(3322222222kNNkTNNkTTNNTNNTNSUPRSUPRRUSRUSRIP经过单位换算：kP)%(kU0P)%(0I电力系统分析312.3.2双绕组变压器的参数计算电抗电导NNkTSUUX2100%)(10320SUPGNT10031003/(%)NTNNTNkUXIUZIU20NTUGP电力系统分析322.3.2双绕组变压器的参数计算电纳变比：两侧绕组空载线电压之比。(1)对Y，y接法和D,d接法的变压器(2)对于Y,d接法的变压器)(100%3100%200SUSIUIIBNNNNT2121//NNTUUk2121/3/NNTUUkNTNIIBUI100(%)300电力系统分析332.3.3三绕组变压器的参数计算1.电阻R1、R2、R3为确定三个绕组的等值阻抗，要有三个方程，为此需要三种短路试验的数据，三绕组变压器的短路试验是依次让一个绕组开路，按双绕组变压器来作的。若测得短路损耗分别为：313212)31(323222)32(212212)21(333333kkNNkkkNNkkkNNkPPRIRIPPPRIRIPPPRIRIP式中分别为各绕组的短路损耗。321,,kkkPPP电力系统分析34按三个绕组容量比的不同有三种类型：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，高压外电力系统分析351.电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于100/100/100然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP2233222222111000,1000,1000NNkTNNkTNNkTSUPRSUPRSUPR电力系统分析36对于100/50/100或100/100/50:首先，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。若工厂提供的短路试验值为、且编号1为高压绕组，则:)31()32()21(kkkPPP、、23')31()31(232')32()32(22')21()21()(),min()(NNkkNNNkkNNkkSSPPSSSPPSSPP电力系统分析37例如：对于100/50/100然后，按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电阻。')32(2')32()32(')21(2')21()21(4)2/(4)2/(kNNkkkNNkkPSSPPPSSPP电力系统分析382.电抗根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理：然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的%)%%(21%%)%%(21%%)%%(21%)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUUNNkTNNkTNNkTSUUXSUUXSUUX100%,100%,100%233222211电力系统分析393、导纳GT-jBT及变比k12,k13,k23计算方法与双绕组变压器相同电力系统分析402.4发电机和负荷模型2.4.1发电机电抗和电势图2-24发电机的等值电路(a)以电压源表示；(b)以电流源表示电力系统分析41[例2-5]有一台SFL120000/110型的向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的实验数据为：试计算归算到高压侧的变压参数。8.0%,kW22,5.10%,kW13500IPUPKK电力系统分析42663.0%,135,96.7%,25.28%85.14%kW,5.132,kW5.182kW,60100)32()31()21()32()31()21(IkWPUUUPPPKKKKKK[例2-6]三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL-120000/220，额定容量为120MVA/120MVA/60MVA，额定电压为：220kV/121kV/11kV,求变压器归算到220kV侧的参数,并作出等值电路。电力系统分析431标幺制的概念注意：（1）相对单位制，标幺值没有量纲。（2）所选基准值不同，标幺值不同。位）基准值（与有名值同单）实际有名值（任意单位标幺值2.5电力系统的标幺制电力系统分析44例如：某发电机端电压UG=10.5kV，如果选取基准值UB=10.5kV，UG*=UG/UB=1电力系统分析45若选电压、电流、功率和阻抗的基准值为UB，IB，SB，ZB，相应的标幺值如下：jXRZXjZRZjXRZZZjQPSQjSPSjQPSSSIIIUUUBBBBBBBBBB电力系统分析46①除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。②考虑采用标幺值计算的目的。目的:（a)简化计算。（b)便于对结果进行分析比较。单相电路中：选四个基准值，满足:则在标幺制中,可以得到:IUSZIUPPP,BBPBPBBBPIUSIZUIUSIZUPPP2基准值的选取电力系统分析47结论:只要基准值的选择满足约束条件则在标幺制中,电路中各物理量之间的关系与有名值相同,有关公式可以直接应用。三相电路的处理PPSUISUZIU3333电力系统分析48选基准值，并满足如下要求：则得到标幺制中的计算公式：结论：在标幺制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电压与相电压的标幺值相同，三相功率与单相功率的标幺值相同。BPBBPBBBBPBBBSIUIUSUIZU33333PPSIUSUIZU电力系统分析49三相电路中的习惯做法：只选UB和SB，由下式计算ZB和ⅠB。电流与阻抗的标幺值计算：BBBBBBBBUSISUIUZ332223BBBBBBBBUSjXUSRjXRZjXRZSIUIII电力系统分析50标幺值结果换算成有名值：BBBBBBBSUjXRZSSSUSIIIIUUU2)(3电力系统分析513不同基准值的标幺值间的换算把标幺阻抗还原成有名值：(适用于发电机及变压器)新基准值下的标幺值：电抗器的换算公式：NNNSUXX2*)((＝有名值）22)*(2)(*(BBNNNBBBUSSUXUSXX有名值）＝2)*(2()*()*((33BBNNNRBBRBRNNNRRUSIUXUSXXIUXX