电力系统分析基础

电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis（二）第二章电力网参数及等值电路本章主要内容：2.线路的结构3.线路的参数4.变压器的参数架空线由什么组成为什么要用扩径导线和分裂导线杆塔的形式绝缘子的作用------单位长度查手册短路、空载实验求RT，XT，GT，BT如何求两绕组：RT，XT，GT，BT如何求三绕组：RT，XT，GT，BT6.电力系统的等值电路有名值标幺值变压器的等值归算问题1.输电方式——交流、直流、特·高压、灵活交流5.发电机、电抗器、负荷的参数输电方式经济方便、电压可变化超过100km时会发生稳定问题1、以交流为主国内最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem输电方式不会出现稳定问题，适合长距离输300—400km2、直流输电塔高：+250kv---35m需交---直流变换装置，成本高事故时电流小线路高度低，占地面积小待研究—直流多端供电技术AB换流变换流变整流：AC——DC逆变：DC——ACP整流器逆变器直流输电线路HVDC与HVAC的比较当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；直流输电的功率和能量损耗小；对通信干扰小；线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿；直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；HVDC与HVAC的比较(续）直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。HVDC与HVAC的比较(续）交直流输电的等价距离HVDC与HVAC的比较(续）由于HVDC的线路造价较低，而变电站设备较HVAC昂贵，在某一输电距离下，交、直流两种输电方式的造价费用相等，这一距离成为等价距离。概括的说，从经济性考虑，当输电距离超过等价距离时，采用直流有利；输电距离小于等价距离时，采用交流有利。根据国外经验，架空线路的等价距离大约为500~800km。电缆线路的等价距离大约为30~50km。输电方式3、灵活交流输电FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指装有电力电子型或其他静止型控制器以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。FACTS装置：指FACTS家族中具体的成员，指用于提供一个或多个控制交流输电系统参数的电力电子系统或其他静止设备提高交流输电传输功率的方法（FACTS）UUI静止同步补偿器StaticSynchronousCompensatorUUI静止无功补偿器StaticVarCompensatorAUBUTUAUBUTU移相变压器PhaseShiftingTransformerAUBUTUAUBUTU统一潮流控制器UnifiedPlowFlowControllerX可控串联补偿ControlledSeriesCompensation短路电流限制器ShortCircuitCurrentLimiterXt正常状态故障,增大阻抗故障时刻系统1系统11U12U2XP)sin(1221XUUP输电方式不易发生与雷击和雪害等自然灾害有关故障成本高5、地下输电出故障难找散热差、允许电流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000万KW4、UHV交流输电须解决：电晕噪音、线间绝缘强度、输电线用避雷器、绝缘子耐污塔高：80m---144m用500kv需双回线7回用1000kv需双回线1回UltraHighVoltage电力线路的结构电力线路一.导线架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具电缆线：导线、绝缘层、保护层要求：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—HL电力线路的结构结构多股线绞合—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，电容增大电力线路的结构结构木塔——已不用二.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，导线首末端电力线路的结构电力线路的结构电力线路的结构电力线路的结构电力线路的结构电力线路的结构ABC电力线路的结构电力线路的结构三.绝缘子和金具绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质与玻璃质元件类型：针式（35KV以下），悬式（35KV以上）片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV37131924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：悬重锤电力线路的参数与等值电路一.单位长度电力线路的参数1、电阻r1=ρ/sS截面积mm2单位：Ω•mm2/km一般是查表rt=r20(1+α(t-20))钢线电阻：导磁集肤、磁滞效应交流电阻直流电阻，和电流有关查手册ρ电阻率铜：18.8铝:31.3与温度有关电力线路的参数与等值电路2、电抗物理意义：导线通交流电，产生磁场自感、互感外电抗内电抗r779.0'rDDDD3cabcabm等效半径几何均距对数关系：导线截面和布置无显著影响，一般0.4Ω/km正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D分裂导线：改变磁场，增大了半径，减少了电抗电力线路的参数与等值电路3、电纳物理意义：导线通交流电，产生电场容感对数关系：变化不大，一般2.85Х10-6S/km分裂导线：增大了等效半径，电纳增大，用req替代r计算Dm与r的意义与电抗表达式一致电力线路的参数与等值电路4、电导物理意义绝缘子表面泄露——很小，忽略实测损耗，计算电导，一般忽略110KV—9.6mm空气电离——电晕损耗，临界电压Ucr，好天不产生，坏天可有规定最小直径220KV—21.28mm330KV—32.2mm分裂导线km/S10UPg32g1电缆参数计算复杂，查手册电力线路的参数与等值电路二、电力线路的等值电路r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1一般线路的等值电路（正常运行时忽略g）1、短线路（一字型等值电路）条件：L100km的架空线,忽略g，b线路电压不高电力线路的参数与等值电路2、中等长度线路（π型和T型等值电路）条件：100-300km的架空线或100km的电缆线，近似等值，不能用星—三角变换ZY/2Y/2Z/2Z/2Y3、长线路（分布参数—双曲函数）电力变压器的参数与等值电路电力变压器的参数与等值电路电力变压器的参数与等值电路一、双绕组变压器u1I1n1:n2I2u21、理想变压器I1n1=I2n2I2=kI1u1/n1=u2/n2u2=u1/kk=n1/n2特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流2、实际变压器RTjXT-jBTGT通过短路和开路试验求RT、XT、BT、GT电力变压器的参数与等值电路3、短路试验求RT、XT条件：一侧短路，另一侧加电压使短路绕组电流达到额定值短路损耗：RUSRU3SRIPT2N2NT2T2NkNN33注意单位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）)(SUPR2N2NkT)(S1000UPR2N2NkT如UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）时电力变压器的参数与等值电路短路电压百分比%1003%UZIuNTNkSU%uIU%uZN2NkNkNT100310021001003%%kkNNTTTNNuUuUXRXSIUN（KV）、SN（MVA）电力变压器的参数与等值电路4、开路试验求GT、BT条件：一侧开路，另一侧加额定电压空载损耗：)S(U1000PG2NT0空载电流百分比I0%有功分量Ig无功分量IbBUIITNb03IIIIIIbN0N00100%I100%USIB2NN0T100%电力变压器的参数与等值电路二、三绕组变压器-jBTRT1jXT1GT参数的求法与双绕组相同注意三绕组容量比不同各绕组排列不同导纳的求法与双绕组相同短路试验求RT、XT条件：令一个绕组开路，一个绕组短路，而在余下的一个绕组施加电压，依此得的数据（两两短路试验）电力变压器的参数与等值电路1、由短路损耗求RT1)对于第Ⅰ类（100/100/100）PPRIRIPPPRIRIPPPRIRIP3k2k3T2N2T2N)32(k3k1k3T2N1T2N)31(k2k1k2T2N1T2N)21(k333333PPPPPPPPPPPP)21(k)32(k)31(k3k)31(k)32(k)21(k2k)32(k)31(k)21(k1k212121S1000UPRS1000UPRS1000UPR2N2N3T2N2N2T2N2N1T3k2k1k电力变压器的参数与等值电路对于第Ⅱ类（100/50/100）第Ⅲ类（100/100/50）PI5.0IPPPI5.0IPP')32(k2')32(k)32(k')21(k2')21(k)21(k44NNNN试验时小绕组不过负荷，存在归算问题，归算到SN2)对于（100/50/100）3)对于（100/100/50）PI5.0IPPPI5.0IPP')32(k2')32(k)32(k')31(k2')31(k)31(k44NNNN代入可计算第四节电力变压器的参数与等值电路4)只给出一个最大短路损耗Pkmax时（两个100%绕组间短路）%)100(2%)50(2000%)100(RRSUPRTT2N2NmaxkT2、由短路电压百分比求XT（制造商已归算，直接用）(%)(%)(%)21(%)(%)(%)(%)21(%)(%)(%)(%)21(%)UUUUUUUUUUUU)21(k)32(k)31(k3k)31(k)32(k)21(k2k)32(k)31(k)21(k1kS100U(%)UXS100U(%)UXS100U(%)UXN2N3TN2N2TN2N1T3k2k1k排列不同，阻抗不同，中间绕组最小，甚至为负，一般取0第四节电力变压器的参数与等值电路三、自耦变压器特点：电阻小、损耗小、运行经济、结构紧凑、电抗小、输送容量大、重量轻、便于运输接线：Y0/Y0/Δ，第三绕组容量比额定容量小参数旧标准损耗未归算电压%未归算SSPPSSPP3N3N2')32(k)32(k2')31(k)31(kSSUUSS