第7章电力系统各元件的序参数和等值电路

1、第七章 电力系统各元件的序参数和等值电路,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,第三节 异步电机的参数和等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,第五节 电力线路的零序阻抗和等值电路,第一节 对称分量法,第六节 电力系统故障运行的等值电路,教学要求,1. 熟悉电力系统正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗的意义,2. 理解对称对称分量法，会进行不对称量的分解,4. 会绘制电力系统原始零序等值网络图,5. 会建立电力系统故障运行的等值网络,3. 熟悉发电机、异步电动机、变压器及电力线路的三序阻 抗及等效电路,一、对称短路和不对称短路,电路短路稳定后，三相短路电流幅值相等，相位互差120,对称短路,可

2、只分析一相，然后根据对称关系可写出其余两相短路电流,第一节 对称分量法,电路中三相对地电压、三相短路电流不对称了,不对称短路,二、对称分量法,在分析不对称短路时，通常是把不对称的电压和电流等不对称量，分解成三组对称分量。在线性网络中，这三序分量是相互独立的，可以分别进行计算，最后再将计算结果按照一定规则组合起来，得到最终的短路电流结果，这种分析方法称为对称分量法,第一节 对称分量法,设 为不对称三相系统的三相电流相量，可以按下列关系分解出三组对称三相系统的电流相量,d) 三序分量的合成,a)正序分量,b) 负序 分量,c) 零序分量,第一节 对称分量法,a)正序分量,b) 负序 分量,c) 零

3、序分量,正序分量,负序分量,零序分量,选择a相作为基准相，并引入旋转相量 后，三序相量有如下关系,第一节 对称分量法,若 已知， 可求出,旋转相量a称为算子，其值为,欧拉公式,不对称量的分解,第一节 对称分量法,可写成矩阵的形式,第一节 对称分量法,或,正序分量,负序分量,零序分量,a相的三序分量求出后，可求出b相和c相的三相分量,先计算a相,第一节 对称分量法,上述对电流的变换同样 适用于电压和电动势,第一节 对称分量法,例1 如 ,求其A、B及C三相的三序分量,解,第一节 对称分量法,即,其它的各序分量为,第一节 对称分量法,例2 某三相发电机由于内部故障，其三相电势分别为 ，求其对称分量

4、,解：以a相为基准相，应用公式可得,第一节 对称分量法,作为对比，正常情况下,第一节 对称分量法,很重要 的公式啰,这是一个节点,本电路无 零序电流,第一节 对称分量法,零序电流须以 中性线为通路,本电路可有 零序电流,第一节 对称分量法,广义节点,本电路中线电流无零序电流,相电流中可有零序电流,第一节 对称分量法,三相系统中三个线电压之和恒为零，所以在线电压中没有零序分量,第一节 对称分量法,一、 短路的形式,三相短路,两相短路,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,单相接地短路,单相短路,两相接地 短路,两相接地 短路,短路的形式说明图(虚线表示短路电流路径,低压系统,第二节 同步发电机

5、的负序电抗和零序电抗,同步发电机稳态短路时，电枢反应为纯去磁作用，电枢反应磁通和漏磁通路径如图,电枢反应磁通直接穿过阻尼绕组和励磁绕组，路径的磁阻很小，短路电流遇到的电抗为数值很大的直轴同步电抗Xd,1.电枢反应磁通的路径和同步电抗,二、同步发电机的同步电抗、次暂态电抗和暂态电抗,稳态短路电流有效值,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,有阻尼绕组的同步发电机三相突然短路时，电枢反应磁通被挤出阻尼绕组和励磁绕组，只能沿着阻尼绕组和励磁绕组漏磁路径闭合,同步发电机此时状态称为次暂态状态，定子电抗称为直轴次暂态同步电抗Xd,2.次暂态电抗,磁路的磁阻变得很大，由于路径的磁阻变大，定子绕组的电抗比

6、稳态短路时的同步电抗大大减小,次暂态短路电流,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,当阻尼绕组中电流衰减完毕后，电枢反应磁通就能够穿过阻尼绕组(或相当于发电机无阻尼绕组状态)，仍需经过励磁绕组的漏磁路径，如图所示,此时发电机状态称为暂态状态，定子电抗称为暂态同步电抗Xd,3.暂态电抗,暂态短路电流,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,当励磁绕组中的感应电流电流也衰减完毕后，发电机进入稳态短路状态,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,三、同步发电机的负序电抗,定义：发电机端点的负序电压的同步频率分量与流入定子绕组负序电流的同步频率分量的比值,不同类型的短路，负序电抗不同,第二节 同步发

7、电机的负序电抗和零序电抗,注意： (1) 若 ，则负序电抗 。 (2) 同步发电机经外电抗 短路时，表中所有 都应以 代替。 (3) 短路电流计算中,四、同步发电机的零序电抗,施加在发电机端的零序电压的同步频率分量与流入定 子绕组的零序电流的同步频率的分量的比值。由定子绕组的漏抗确定,零序电抗的变化范围大致是（0.150.6） R0=R,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,对汽轮发电机及有阻尼的水轮发电机，可采用 对于无阻尼绕组的发电机，可采用 如无电机的确切参数，也可按下表取值,在近似计算中,以额定值为基准的 标幺值,更正教材,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,如果发电机中性点不接

8、地，不能构成零序电流的通路，则其零序等值电抗无穷大，不出现在系统零序等值电路中,即,第二节 同步发电机的负序电抗和零序电抗,第三节 异步电动机的负序电抗和零序电抗,负序阻抗,零序电抗,由于异步电动机的三相绕组通常接成三角形或不接地的星形，无零序电流的通路，因而零序电抗数值为无限大,无需建立异步电动机的零序等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,双绕组 变压器,三绕组 变压器,T型等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,变压器零序与正序、负序等值电路结构相同,变压器零序与正序、负序等值电路结构相同,T型等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,零序 励磁电抗,零序 励磁电抗,当零

9、序励磁电抗很大时，可认为励磁电抗支路开路,双绕组 变压器,三绕组 变压器,第四节 变压器的零序参数和等值电路,当在变压器端点施加零序电压时，其绕组中有无零序电流，以及零序电流的大小与变压器三相绕组的接线方式和变压器的结构密切相关,变压器的零序阻抗及其等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,此处打开,无零序电流。与另一侧绕组的连接方式无关,施加零序 电压,等效电路,一、双绕组变压器的零序参数和等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,此处打开,施加零序电压,无零序电流。与另一侧绕组的连接方式无关,第四节 变压器的零序参数和等值电路,1.YN，d 接线变压器,b,即ab两点相当于短路,第

10、四节 变压器的零序参数和等值电路,1.YN，d 接线变压器,注意折算,第四节 变压器的零序参数和等值电路,正序电抗，下同,哪一侧的中性点经阻抗接地，就把该阻抗乘以3加到该侧漏抗中去,YN侧中性点经阻抗Z n接地的零序网络的正确理解,第四节 变压器的零序参数和等值电路,YN侧中性点经电抗X n接地,注意折算,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2.YN，y接线变压器,侧流过零序电流， 侧感应零序电动势。但侧中性点不接 地，无零序电流，变压器相当于空载,注意折算,注意,第四节 变压器的零序参数和等值电路,若与侧相连的电路中还有另一个接地中性点，则二次绕组中将有零序电流流通,3.YN，y n接线变压

11、器,注意折算,第四节 变压器的零序参数和等值电路,3.YN，yn接线变压器,若二次绕组回路中没有其它接地中性点，则二次绕组中没有零序电流流通，变压器的零序电抗与YN，y接线变压器的相同,第四节 变压器的零序参数和等值电路,双绕组变压器的零序等值电路与外电路的连接,小结,第四节 变压器的零序参数和等值电路,关于零序的励磁电抗,正序及负序的励磁电抗都是很大的。零序的励磁电抗的大小与变压器的结构有关,1) 单相变压器组成的三相变压器,各相磁路独立，零序磁路和正序磁路一样。磁阻小，励磁电抗很大。近似计算中，可认为Xm0,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2) 芯式三相三柱式变压器,零序磁通,磁通只能

12、由油箱壁返回,零序所遇到的磁阻大，零序电抗小,零序励磁电抗比正序励磁电抗小得多：Xm0=0.31.0,第四节 变压器的零序参数和等值电路,3) 芯式三相五柱式变压器,零序磁通可通过没有绕组的铁心部分形成回路，磁阻小，励磁电抗很大。近似计算中，可认为Xm0=,第四节 变压器的零序参数和等值电路,4) 芯式三相四柱式变压器,零序磁通可通过没有绕组的铁心部分形成回路，磁阻小，励磁电抗很大。近似计算中，可认为Xm0=,第四节 变压器的零序参数和等值电路,综上所述，变压器结构对零序电抗的影响： (1) 由三个单相组成的变压器，近似认为Xm0=， X0 =X1 ； (2) 三相五柱式或壳式变压器，也近似认

13、为Xm0 =， X0 =X1 ； (3) 三相三柱式变压器，近似计算时，仍视Xm0为无限大。实例如 验结果表面：对YN，d接线X0（0.750.85）X1,第四节 变压器的零序参数和等值电路,当零序电压加在变压器三角形或不接地星形侧时，变压器的零序电抗X0 =,二、三绕组变压器的零序参数和等值电路,当零序电压加在变压器星形中性点接地一侧时，形成电流回路，其流通情况与各绕组的接线方式有关,第四节 变压器的零序参数和等值电路,由于，一般Xm0较大，所以可不计入Xm0,一般在三绕组变压器中,总会有一个绕组是三角形连接,XT1,XT2,XT3,Xm0,三绕组变压器,第四节 变压器的零序参数和等值电路,

14、1.YN，d，d 接线三绕组变压器,Xm0,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2. YN，d，y 接线三绕组变压器,Xm0,注意,第四节 变压器的零序参数和等值电路,3.YN，d，yn 接线三绕组变压器,Xm0,第四节 变压器的零序参数和等值电路,注意： X、X 、X 是等效电抗，通过短路试验由下式求得,式中，X-、X- 、X-分别由短路试验中两绕组短路电压的百分数求得的等值电抗,第二章 已讲,第四节 变压器的零序参数和等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,变压器中性点经电抗接地时的零序等值电路,第四节 变压器的零序参数和等值电路,哪一侧的中性点经阻抗接地，就把该阻抗乘以3加到该侧漏

15、抗中去,三、自耦变压器的零序参数和等值电路,通常自耦变压器中性点可直接接地，也可经电抗接地，且均认为 Xm0,1.自耦变压器中性点直接接地,1) 双绕组YN，yn接线自耦变压器中性点直接接地,第四节 变压器的零序参数和等值电路,接地零序电流为,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2) 三绕组YN，yn，d 接线自耦变压器中性点直接接地,已折算,第四节 变压器的零序参数和等值电路,1) 双绕组YN，yn接线自耦变压器,2.自耦变压器中性点经电抗接地,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2) 三绕组YN，y n，d 接线自耦变压器,第四节 变压器的零序参数和等值电路,2) 三绕组YN，y n，d

16、接线自耦变压器,变压器的零序等值电抗为,第四节 变压器的零序参数和等值电路,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,一、架空线路的零序阻抗及其等值电路,架空线路的零序电流必须借助大地及架空地线构成通路,零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能等因素有关,由于零序电流在三相线路中是同方向的，互感很大，因而零序电抗要比正序电抗大,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,1. 单回路无避雷器线三相架空线路的零序阻抗,单位长度电阻,土壤的 电阻率,电流的 频率,单位长度等值电路，下同,自阻抗,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,Ds称为三相导线的几何平均半径,Dm为三相导线的

17、几何均距，见第二章,r为每相导线的等值半径，其取值见教材P144,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,2. 双回路无避雷器线三相架空线路的零序阻抗,六根导线间的几何平均距离,更正 教材,自阻抗,自阻抗,互阻抗,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,则双回路单相的零序阻抗为,如果两个回路完全相同，则双回路单相的等值零序阻抗为,则每一回路单相的等值零序阻抗为,双回路,单回路,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,3. 单回路单避雷器线三相架空线路的零序阻抗,避雷线 单位长度 电阻,避雷线 等效半径，见P144,自阻抗,自阻抗,互阻抗,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,Dcw为

18、三相导线和避雷线间的几何平均距离,具有避雷线的单回路单相的零序等值阻抗为,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,4. 单回路双避雷器线三相架空线路的零序阻抗,等效电路如单避雷线的,其中,Dw为两避雷线的距离,Dsw为等值避雷线的几何平均半径,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,4. 单回路双避雷器线三相架空线路的零序阻抗,Dcw为两避雷线与三相导线间的几何平均距离,仍然有,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,5. 双回路有避雷器线三相架空线路的零序阻抗,其中,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,5. 双回路有避雷器线三相架空线路的零序阻抗,双回路单相的零序等效阻抗,第五节

19、 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,如果两个回路完全相同，双回路单相的零序等效阻抗,Z 0(1)为没有避雷线、两回路参数相同时，每一回路的零序 等值阻抗,这时，有避雷线时，每一回路单相零序等值阻抗为,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,6. 近似计算中，架空电力线路的等效电路为,线路长度,单位长度 零序电抗值,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,二、电缆线路的零序阻抗,在近似估算中可取,实用计算时，可按下表取值,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,xn,零序网络为,例1 画出下图的原始零序网络,注意 其意义,注意 其意义,第五节 电力

20、线路的零序等值阻抗和等值电路,例2 画出下图的原始零序网络,零序网,T1,T2,L,注意 其意义,注意 其意义,注意 其意义,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,例3 画出下图的原始零序网络,零序网络为,表示针对a相画出,注意 其意义,第五节 电力线路的零序等值阻抗和等值电路,第六节 电力系统故障运行的等值网络,一、短路故障的等值网络,1. 三相短路的等值网络,由于 对称,综合负荷,N,从短路点往有电源端看，包括异步电动机的反馈电流影响,戴维宁定理,为等值电动势； ：为正序阻抗的等效值,三相短路计算详见下一章,第六节 电力系统故障运行的等值网络,2. 不对称短路时的序网络,故障点处的三相电压出现了不对称，三相电流也不对称,此时发电机三相电势是对称的,第六节 电力系统故障运行的等值网络,不对称电压、电流分解成三组对称分量了,电路的三相 参数对称,1)故障电流、电压的分解,第六节 电力系统故障运行的等值网络,正序网络,负序网络,零序网络,正序阻抗,负序阻抗,零序阻抗,第六节 电力系统故障运行的等值网络,发电机产生 正序电动势,发电机不产生 负序电动势