第三章电力系统元件参数及等值电路

1第三章电力系统元件参数及等值电路第一节输电线路的电气参数及等值电路第二节变压器参数及等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节标幺制及其应用第五节电力系统等值电路2复功率的符号说明：取滞后功率因数为正，感性无功负荷运行时，所吸取的无功功率超前功率因数为负，容性无功滞后功率因数为正，感性无功发电机运行时，所发出的无功功率超前功率因数为负，容性无功iuUIjQPIUS33~3第一节输电线路的电气参数及等值电路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：导线、绝缘层、保护层等架空线路的导线和避雷线导线：主要由铝、钢、铜等材料制成避雷线：一般用钢线4导线的直流电阻可按下式计算：lRs(3-1)电阻率比导线材料的标准电阻率略大，这是因为：（1）交流电路中，受集肤效应和邻近效应的影响，交流电阻比直流电阻略大；（2）所用电线大多是绞线，每股导线的实际长度要比导线长度长2～3％；（3）制造中，导线的标称截面积比实际截面积略大。电阻输电线路的参数5工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电抗、电纳值列在设计手册中，对于表中所列的电阻值，是指环境温度为20°C时的值，)]20(1[20trrt(2.9)当实际温度异于20°C时应按下式修正：输电线路的参数6单相导线线路电抗：km0157.01445.00rDeqx(3-5)3eqabbccaDDDD当三相导线间的距离分别为、、时，abDbcDcaD输电线路的参数式中：r——导线的半径，mm；——导线材料的相对导磁系数，铜和铝的=1，钢的1；Deq——三相导线间的几何均距,mm。7分裂导线线路电抗kmnrDeqxeq0157.0lg1445.00(3-7)式中：ｎ——每相分裂根数；——分裂导线的等值半径，mm。eqrnniieqdrr21式中:r——分裂导线中每一根导线的半径；——一相分裂导线中第1根与第ｉ根的距离,ｉ＝2，3，……ｎ；id1电抗输电线路的参数8电导电晕现象:就是架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近的空气游离而产生局部放电的现象。架空输电线路的电导是反映泄漏电流和电晕所引起的有功损耗的一种参数在一般的电力系统计算中可以忽略电晕损耗，认为0g输电线路的参数线路实际电压高于临界电压时，电导课实测求得，与电晕相对的电导为：32110UPgg9电纳三相电路经整循环换位后，每相导线单位长度电纳的计算式如下。kmSrDeqbeq/10lg58.7602.分裂导线线路电纳kmSrDeqb/10lg58.7601.单导线线路电纳输电线路的参数10输电线路参数计算的几点说明工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电抗、电纳值列在设计手册中，对于表中所列的电阻值，是指环境温度为20°C时的值，)]20(1[20trrt(2.9)当实际温度异于20°C时应按下式修正：11近似计算时:输电线路参数计算的几点说明单导线线路：kmx/4.00kmsb/108.260分裂导线线路：分裂根数为2——kmx/33.00kmsb/104.360分裂根数为3——kmx/3.00kmsb/108.360分裂根数为4——kmx/28.00kmsb/101.46012钢导线，由于集肤效应及导线内部的导磁系数随导线通过的电流大小而变化，因此，它的电阻和电抗均不恒定，无法用解析法确定，只能用实验测定其特性，根据电流值确定其阻抗。输电线路参数计算的几点说明电缆线路的电气参数计算比架空线路复杂得多，通常采取实测办法，并将其电气参数标明在设计手册中。13例题2.1有一回110kv架空电力线路，长度为60km，导线型号为LGJ－120，导线计算外径15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间距离为4m。试求该电力线路的参数。输电线路参数计算的几点说明14例题2.2有一回220kv架空电力线路，长度为100km，采用每相双分裂导线，次导线采用LGJ－185，每一根导线的计算外径为19mm，三相导线以不等边三角形排列，线间距离＝9m，＝8.5m，＝6.1m，分裂间距d＝400mm。试计算该电力线路的参数。caDbcDabD输电线路参数计算的几点说明15输电线路的等值电路电力系统正常运行状态基本上是三相对称的，因此输电线路的等值电路可用一相的单线图表示。输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，通常将分布参数电路转化成集中参数等值电路以简化计算。16短线路:所谓短线路，指长度不超过100km的架空线路。图3-7短线路的等值电路输电线路的等值电路17中等长度线路:长度在100～300km之间的架空线路长度小于100km的电缆线路。图3-8中等长度线路的等值电路输电线路的等值电路18长线路：长度超过300km的架空线路长度超过100km的电缆线路。长线路的等值电路输电线路的等值电路19两个基本概念在超高压线路中，略去电阻和电导，即相当于线路上没有有功功率损耗时1.波阻抗：特性阻抗。2.自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。11/CLZc输电线路的等值电路20第二节变压器参数及等值电路双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器21双绕组变压器等值电路为型等值电路，图2.7双绕组变压器的等值电路22电阻短路试验：将一侧绕组短接，在另一侧绕组施加电压，使短路绕组的电流达到额定值。双绕组变压器式中：RT—变压器高低压绕组总电阻，Ω；△PK—变压器额定短路损耗，kW；SN—变压器的额定容量，MVA；UN—变压器的额定电压，kV。近似认为短路损耗等于绕组损耗（铜耗）23IPR221000SUP23电抗双绕组变压器式中：XT—变压器高低压绕组总电抗，Ω；UK%—变压器短路电压的百分数；UP%—UK%中的电抗压降百分数，大型变压器UP%≈UK%；SN—变压器的额定容量，MVA；UN—变压器的额定电压，kV。1003%%UXIUUPSUUIUUIUUXP100%3100%3100%224电导空载试验：将一侧绕组开路，在另一侧绕组加额定电压，此时变压器有功损耗即为空载损耗，原边电流即为空载电流。双绕组变压器式中：GT—变压器的电导，S；△P0—变压器额定空载损耗，kW；UN—变压器的额定电压，kV。近似地认为变压器的空载损耗等于铁耗GUP20201000UPG25•电纳变压器空载电流I0包含有功分量和无功分量，近似认为空载电流等于无功分量Ib，于是双绕组变压器式中：BT—变压器的电纳，S；I0%—变压器额定空载电流百分值；SN—变压器的额定容量，MVA；UN—变压器的额定电压，kV。1003100100%00IBUIIIIIb200100%3100%USIUIIB26三绕组变压器•等值电路图2.9三绕组变压器的等值电路27•电阻三绕组变压器三绕组变压器的短路试验，是在两两绕组间进行的，所测得的短路损耗分别为:2112PPP3223PPP1331PPP28•电阻三绕组变压器)(212331121PPPP)(213123122PPPP)(211231233PPPP每个绕组相应的损耗:各绕组电阻:22111000SUPR22221000SUPR22331000SUPR29•电阻实际中三个绕组的额定容量可以制造得不等，有100/100/50和100/50/100二种。变压器铭牌上的额定容量是指容量最大的一个绕组的容量，制造厂提供的短路损耗数据通常是一对绕组中容量较小的一方达到其额定电流（即IN/2）时的值，因此必须先将短路损耗归算为额定电流IN下的值，然后再计算:三绕组变压器'232'2323'122'12124)5.0(4)5.0(PIIPPPIIPP23'3131232'232322'1212)()},min{()(SSPPSSSPPSSPP或：30•电抗手册中查到的是两两绕组的短路电压，先求出每个绕组的短路电压百分数，再计算每个绕组的电抗，即:需要指出，手册和制造厂提供的短路电压值，不论三绕组变压器容量比如何，通常都已折算为与变压器额定容量相对应的值，因此，可以直接用式此计算。三绕组变压器SUUXSUUXSUUX100%100%100%233222211%)%%(21%%)%%(21%%)%%(21%123123331231222331121UUUUUUUUUUUU31三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种结构：升压结构和降压结构，如下图所示。由于绕组的排列方式不同，绕组间的漏抗不同，因而短路电压也不同。三绕组变压器图3-13三绕组变压器的排列方式32导纳三绕组变压器导纳的计算方法与双绕组变压器相同。三绕组变压器33例2.5三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL－12000/220，额定容量为120000/120000/60000KVA,额定电压为220/121/11KV。求该变压器的参数，并作出其等值电路。KWPs5.132)32(,85.14%)21(sU,25.28%)13(sU,601)21(KWPskwPs5.182)13(,96.7%)32(sU,1350KWP663.0%0I三绕组变压器34自耦变压器因为自耦变压器只能用于中性点直接接地的电网中，所以电力系统中广泛应用的自耦变压器都是星形接法。自耦变压器除了自耦联系的高压绕组和中压绕组外，还有一个第三绕组，第三绕组单独接成三角形。如图所示。35•由于自耦变压器第三绕组的容量小，总是小于额定容量，厂家提供的短路试验数据中，不仅短路损耗没有归算，甚至短路电压百分值也是未经归算的数值。归算后再按三绕组公式求取电阻和电抗。归算公式如下：')13(23)13(')32(23)32(')21()21(kNkkNkkkPSSPPSSPPP%%%%%%')13(3)13(')32(3)32(')21()21(kNkkNkkkUSSUUSSUUU36第三节发电机和负荷的参数及等值电路•1、发电机的参数和等值电路发电机是供电的电源，其等值电路有两种，如图所示。37•在电力系统中，一般不计发电机的电阻，因此，发电机参数只有一个电抗。•一般发电机出厂时，厂家提供的参数有发电机额定容量，额定有功功率，额定功率因素，额定电压及电抗百分值，据此可求得发电机电抗。按百分值定义100%NGGXXX而NGNNIUX3GNNNUSI3代入上式可解得：NGNGGSUXX100%238•2、负荷的功率和阻抗这里所指的负荷是系统中母线上所带的负荷。根据工程上对计算要求的精度不同，负荷的表示方法也不同，一般有如下几种表示方法：（1）把负荷表示成恒定功率；（2）把负荷表示成恒定阻抗；（3）用感应电机的机械特性表示负荷；（4）用负荷的静态特性方程表示负荷。39•通常最常用的是前两种，其等值电路如图所示。（a）用恒定功率表示负荷；（b）用恒定阻抗及导纳表示负荷40•负荷以恒定功率表示时，负荷功率可表示为：LLLiuLLLLLIUIUIUS)(~LLLLLLLLQPIUIUjsinjcos•负荷以恒定阻抗表示时，阻抗值与功率、电压的关系如下：LLL