第二章电力系统元

第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析第二章电力系统元件参数和等值电路§2.1电力线路参数和等值电路§2.2变压器、电抗器参数和等值电路§2.3发电机和负荷参数和等值电路§2.4电力网络的等值电路第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析§2.1电力线路参数和等值电路一、电力线路结构简述(1)架空线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等组成。导线：铝、钢、铜避雷线：钢第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析架空线路的标号XXXX-X/X钢线部分额定截面积主要载流部分额定截面积J表示加强型，Q表示轻型J表示多股线表示材料L:铝G:钢T:铜HL:铝合金例LGJ—400/50：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。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析为改善架空线路的性能而采取的措施目的：减少电晕损耗或线路电抗。多股线：中心一股芯线，由内到外，第一层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推。交流电流有集肤效应，截面相同时，多股线比单股线的交流载流量↑。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析扩径导线：把普通的导线做成中空的，里面用多股钢芯线和支撑层做成。目的：增加导线的等效半径。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析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。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析分裂线的作用：(1)提高线路的输电能力；输电线的L↓、C↑，对交流电的波阻抗↓，↑线路的输电能力：2分裂时：增加21％3分裂时：增加33%(2)限制电晕的产生及其带来的相关危害电晕的产生与导线表面的电场强度E的大小有关。分裂导线输电电压U一定导线截面的S↑E↓限制电晕的产生(3)提高超高压输电线路的可靠性多根导线在同一位置都出现缺陷的可能性很小。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析架空线路的绝缘子针式：35KV以下线路悬式：35KV及以上线路针式悬式第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析棒形悬式合成绝缘子第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析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。换位方式滚式换位换位杆塔换位第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(2)电缆第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析二、电力线路参数(1)电阻r1r1=r/SS:导线的标称截面mm2，r:电阻率，Ω·mm2/km铝r=交流：31.5Ω·mm2/km直流：28.5Ω·mm2/km铜r=交流：18.8Ω·mm2/km直流：17.5Ω·mm2/km手册上r1为20°C的值温度校正：rt=r20[1+a(t-20)]铝a=0.036铜a=0.00382(反映发热效应)第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(2)电抗x1①单导线x141105.0lg6.42rmrDfx其中：311/cabcabmmrrDDDDcmmmDHzfcmmmrkmx），或几何均距（）交流电频率（数，对铜、铝，导线材料的相对导磁系）或导线的半径（）导线单位长度的电抗（进一步可得到：0157.0lg1445.01rDxm在近似计算中：x1=0.4Ω/km(反映磁场效应)第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析②分裂导线x1分裂导线改变了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。nrDxeqm0157.0lg1445.01nnmnneqrddddrr)1(11312)(根导线间的距离：某根导线与其余111312ndddn③双回路(同杆架设)x1忽略互感，同单导线x1。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析④钢导线x1钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。rmrDx0157.0lg1445.01⑤电缆线路x1由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(3)电纳b1①单导线b1(S/km)10lg58.761rDbm架空线路的电纳变化不大，一般b1=2.85×10-6S/km②分裂导线b1(S/km)10lg58.761eqmrDb(反映电场效应)第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(4)电导g1电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象。(反映电晕损耗效应)原因：导线表面的电场强度超过了某一临界值。单导线电晕临界电压(一字排列的边导线及△排列的导线))kV(lg)298.01(388.44rDrrmUmcrtp2731094.23空气温度大气压力空气的相对密度，绞线导线光滑系数，单导线相电压的有效值其中：tpmmmUcr,,9.01第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析)kV(lg1)298.01(388.44eqmcrrDdrnrrmU分裂导线电晕临界电压其中：n分裂数，与n有关的参数见P16表2-1，d分裂导线之间的距离，r每根导线的半径。实际上，导线的半径满足晴朗天气不发生电晕的要求,设g=0一字排列的中间相电晕临界电压，比边导线的Ucr低5%。电晕相的单位长度电导为：)(S/km10321-gUPg其中：△Pg实测总的电晕有功损耗，U线路运行线电压。P17例2-1220kV，LGJQ-400导线，导线直径Dm=27.2mm,铝线截面S=392mm2,绝缘子串长2.6m，求r1,x1,b1,Ucr。24750220002750032000352535253525acb解：(1)电阻r1r1=r/S=31.5/400=0.07875(Ω/km(2)电感x10157.0lg1445.01rDxm3cabcabmDDDD几何均距abD(27500-24750)2+(2×3525)2=7567(mm)Dbc=7567(mm)Dca=27500-22000=55007567(mm))(6803mmDm0157.0lg1445.01rDxm)/(406.00157.06.136803lg1445.0km第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(3)电纳b110lg58.761rDbm(S/km)1081.2106.136803lg58.766(4)电晕临界相电压Ucr)kV(lg)298.01(388.44rDrrmUmcr)kV(184.196.136803lg)0.136.1298.01(36.10.19.0388.44crU取m=0.9,=1.0则线路最高相电压：kV88.1393/242Ucr=184.19kV∴晴天不会发生电晕，g1=0第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析三、电力线路的等值电路(三相对称，单相代表三相)(1)短线路条件：l≤100km、UN≤60kV(按集中参数处理，忽略b、g)1U2U1I2IZZ=R+jX=r1l+jx1l1U1I2IZIU22矩阵形式：11IU22IU101Z比较电路中二端口网络：11IU22IUDCBA得：A=1，B=Z，C=0，D=1第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(2)中等长度线路条件：架空线路l：100~300km、电缆线路：l≤100km、UN：110~220kV(按集中参数处理，忽略g)Z=R+jX=r1l+jx1lY=G+jB=jb1l1U2U1I2IZ2Y2Y①π形等值电路1U222)2(UZUYI22)12(IZUYZ1I12222UYUYI22)12()14(IZYUZYY矩阵形式：11IU22IU12)14(12YZZYYZYZ②T形等值电路(略)第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析(2)长线路条件：架空线路l≥300km、电缆线路：l≥100km(考虑分布参数处理)1U2U1IIz1dx2IUy1dxUUdIIddxxlz1=r1+jx1y1=g1+jb1长度为dx的线路，电压降落为：xzIUdd1或1ddzIxU并联导纳支路的电流dI为：xyUIdd1或1ddyUxI22ddxUxIzdd1Uyz1122ddxIxUydd1Iyz11xyzxyzeeU111121CCxyzxyzeyzeyzI1111112111/C/C第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析1U2U1IIz1dx2IUy1dxUUdIIddxxlxyzxyzeeU111121CCxyzxyzeyzeyzI1111112111/C/C令CZyz11/线路的特性阻抗11yz线路的传播常数当x=0时2UU2II可得212CCU)CC(1212CZI)(21C221IZUC)(21C222IZUC代入得xCxCeIZUeIZUU)-(21)(21222222)(21)(21IZeeUeeCxxxx第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析22)(21)(21IZeeUeeUCxxxxxIZxUCsinhcosh22同理xIxZUIcoshsinh22式中),(21sinhxxeex)(21coshxxeex矩阵形式：11IU22IUxZxxZxCCcoshsinhsinhcosh第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析如果仅计算线路l始末端的U、I、P，则可作π形或T形等值电路，将分布参数集中处理：套用中等长度线路的结果1U2U1I2IZ‘Y‘Y‘2211IU22IU12'')14''(''12''ZYYZYZZY比较长线路的结果：11IU22IUlZllZlCCcoshsinhsinhcosh第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析得：lZYcosh12''lZZCsinh'CZlYZsinh14''lZYcosh12''lZZCsinh'llZYCsinh)12(cosh1'在Z‘、Y‘表达式中ZC、都是复数，不方便，作以下变化：lZZCsinh'lyzyz1111sinh/lylzlylz1111sinh/YZYZsinh/YZYZZsinhllZYCsinh)12(cosh1'lyzlyzyz111111sinh)12(cosh/1ZYZYZYYsinh)12(cosh第2章电力系统元件参数和等值电路现代电力系统分析将双曲函数展开为级数：ZYsinhZY!33)ZY(!7!575)ZY()ZY(ZYcoshZY!22)ZY(!6!464)ZY()ZY(对不很长的线路，级数收敛很快，取前3项代入Z‘、