电力系统元.ppt

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,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,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LGJ400/50：,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。,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。,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。,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。,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。,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,棒形悬式合成绝缘子,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,(2)电缆,二、电力线路参数,(1)电阻r1,r1=r/S,S:,导线的标称截面mm2，,r:,电阻率，mm2/km,铝,r=,交流：,31.5mm2/km,直流：,28.5mm2/km,铜,r=,交流：,18.8mm2/km,直流：,17.5mm2/km,手册上r1为20C的值,温度校正：,rt=r201+a(t-20),铝,a=0.036,铜,a=0.00382,(反映发热效应),(2)电抗x1,单导线x1,其中：,进一步可得到：,在近似计算中：,x1=0.4/km,(反映磁场效应),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。,双回路(同杆架设)x1,忽略互感，同单导线x1。,钢导线x1,钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。,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。,(3)电纳b1,单导线b1,架空线路的电纳变化不大，一般,b1=2.8510-6S/km,分裂导线b1,(反映电场效应),(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),分裂导线电晕临界电压,其中：,n分裂数，b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：,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。,解：(1)电阻r1,r1=r/S,=31.5/400,=0.07875(/km,(2)电感x1,几何均距,(27500-24750)2,+(23525)2,=7567(mm),Dbc=7567(mm),Dca=,27500-22000=55007567(mm),(3)电纳b1,(4)电晕临界相电压Ucr,取m=0.9,d=1.0则,线路最高相电压：,RT,ZT=RT+jXTjXT,(2)导纳,电导,(对应涡流损耗，即铁损),由开路试验测得,I2=0,I0,P0,I1=I0,(很小),I2=0,铜损很小,涡流损耗只与U与f有关，与负荷无关。,P0PFe,RT,jXT,GT,-jBT,I0,IG,IB,P0=UN2GT,电纳,(对应磁滞损耗),由开路试验测得,IBIG,I0IB,注意,变压器的电纳符号为“-”（感性）。,二、三绕组变压器的参数和等值电路,(1)等值电路,(2)电阻,由短路试验测得,根据Pk形式，分两种情况：,给出Pk(1-2)，Pk(2-3)，Pk(3-1)：,两个绕组短路，另一绕组开路。,先求每个绕组的Pk：,套用双绕组的RT：,对于三个绕组容量比不为1时，需归算：,例：容量比为：100:50:100%时，给出Pk(3-1)（1-3绕组短路，2绕组开路的损耗），Pk(1-2)，Pk(2-3)（在2绕组(50%绕组)流过它本身的额定电流IN2=0.5IN，或SN2=0.5SN时的短路损耗）。,应将Pk(1-2)，Pk(2-3)归算到对应IN，或SN时的值：,PI2，IS=IU,PS2,归算后：,再套用前面的公式求RT1RT3。,给出最大短路损耗Pkmax：,Pkmax：两个绕组100%绕组通过IN，或SN，而另一绕组开路时的损耗。,假设：1-2绕组为：100%，则：,Pkmax=,3(IN2RTI+IN2RT2),=3IN2(RTI+RT2),变压器绕组截面按电流密度选择：,S截面I，,而RT1/S截面1/I,若SN1=SN2=SN，SN3=0.5SN,则RT1=RT2=RT(100)，,RT3=RT(50）=2RT(100),RT(50）=2RT(100),(3)电抗,由短路试验测得,注意,Uk(1-2)(%)已归算至SN，,Uk(%)不需归算。,(4)导纳,同双绕组变压器。,三、自耦变压器的参数和等值电路,(1)自耦变压器与普通三绕组变压器的等值条件,注意,Pk(1-3)、Pk(2-3)、Uk(1-3)(%)、Uk(2-3)(%)均未归算。,(2)归算,(3)按普通三绕组变压器公式求RT、XT。,P31例2-3。,例2-3,三相三绕组变压器：SN为30000/30000/20000/kVA,UN为110/38.5/11/kV,归算至高压侧的空载I0=3.01A,P0=64.7kW，短路数据见如下表，试求变压器的阻抗、导纳并作出T型等效短路，所有参数归算至高压侧。,解,(1)求阻抗,将PK归算至变压器的SN：,各绕组的PK：,各绕组的RT：,各绕组的UK%：,各绕组的XT：,(2)求导纳,电导,(3)作出T型等效短路,(5.57-j47.4)10-6,2.6+j47.65,3.5-j1.07,4.75+j35.25,四、电抗器的参数和数学模型,给出参数：,电抗百分数XL(%)。,其RL可忽略，其等值电路为纯电抗电路,定义：,XL(%)=,XL,XN,100=,XL,100,2.3发电机和负荷参数和等值电路,复功率,即,电压相量,电流相量共轭值,功率因数角,功率因数,一、发电机的电抗和电动势,(1)电抗,不计电阻。,给出参数：,以SGN为基准的电抗百分数。,定义：,XG(%)=,XG,XN,100,(2)电动势与等值电路,相电动势：,二、负荷的功率、阻抗和导纳,(1)负荷的功率,感性单相复功率,容性单相复功率,(2)负荷的阻抗、导纳,感性负荷阻抗,RL,jXL,感性负荷导纳,GL,-jBL,容性负荷的等值电路,RL,-jXL,GL,jBL,各元件阻抗导纳参数,r1l,x1l,b1l,g1l,2.4电力网络的等值电路,一、变压器的变比,(1)主接头与分接头,分接头在高压侧,低压侧无分接头。,SN6300kVA:,三个,1.05UN,UN,0.95UN,SN8000kVA:,五个,1.05UN,1.025UN,UN,0.975UN,0.95UN,U1N,1.05UN,0.975UN,0.95UN,(2)变比k,实际变比k：,k=,分接头电压(实际),U2N,二、用有名值表示的等值网络,在作等值网络时，必须归算到同一电压等级。,例,RX,归算原则：,功耗相等,即,归算后,其中,经多级变压，则,相应地,例2-4,接线如图，参数见表，作出归算至(按实际变比)220kV侧的等值网络，变压器运行于主分接头，忽略RT、GT、BT、线路电导，及线路l3的导纳。,各元件技术参数,解,(1)变压器参数计算,T1,T2,(2)线路参数计算,l1,Rl1=r1l1,=12(),Xl1=x1l1,=60.9(),0.5Bl1=0.5b1l1,=21.110-5(S),l2,Rl2=r1l2K2TA(1-2),=20.8(),Xl2=x1l2K2TA(1-2),=75.8(),0.5Bl2=0.5b1l2/K2TA(1-2),=2710-6(S),l3,Rl3=r1l3K2T2K2TA(1-2),=372(),Xl3=x1l3K2T2K2TA(1-2),=66(),(3)作等值电路,TA,各绕组的XT：,三、用标幺值表示的等值网络,(1)标幺值,标幺值=,实际有名值,基准值,(相对值),A*=,A,AB,选定基准值UB、IB、SB、ZB,则,U*=,U,UB,I*=,I,IB,S*=,S,SB,Z*=,Z,ZB,(2)基准值的选择,三相物理量之间的关系,基准值一般选UB、SB,求标幺值,/得,(同单相表达式),求标幺值,A*=,A,AB,两种计算：（精度不同）,按变压器实际变比计算：（精确）,用平均电压之比取代实际变比,将参数归算至基本级Uavb，则它们的标幺值为：,Z、Y、U、I为按平均额定电压之比归算至基本级的值。,Z、Y、U、I为未归算的值，即元件