本校PPT 第七章 电力系统各元件的序

1、第七章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路 目录7-1 7-1 对称分量法在不对称短路中的应用对称分量法在不对称短路中的应用4-3 4-3 各元件的序阻抗各元件的序阻抗4-4 4-4 序网络的构成序网络的构成7-17-1对称分量法对称分量法图7-1(a)、(b)、(c)表示三组对称的三相相量 ) 1 (aF)1(bF)1(cF)2(aF)2(bF)2(cF)0(aF)0(bF)0(cF幅值相等，但相序与正序相反，称为负序；幅值相等，相序相差120度，称为正序；幅值和相位均相同,称零序;(a)(a)(d) (c)在图7-1(d)中三组对称的相量合成得三个不对称相量。 写成数学表达式为：)0()2(

2、)1()0()2()1()0()2()1(ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（71）由于每一组是对称的，故有下列关系：)0()0()0()2(2)2(240)2()2()2(120)2()1()1(120)1()1(2)1(240)1(0000acbaajcaajbaajcaajbFFFFaFeFFaFeFFaFeFFaFeF23210120jeaj232102402jeaj（72） 将式（72）代入（71）可得：)0()2()1(2211111aaacbaFFFaaaaFFF1PSFS F上式说明三组对称相量合成得三个不对称相量。其逆关系为：cbaaaaFFFaaaaaFFF1

3、1113122)0()2()1( （76）或简写为： 正序分量、负序分量和零序分量。 将式（76）的变换关系应用于基频电流（或电压），则有：1120abcFS F上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对称的相量(即对称分量):或写为： cbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(则 )(31)0(cbaaIIII （78）如图所示。零序电流必须以中性线为通路。例：请分解成对称相量。010Ia18010Ib0IccbaaaaIIIaaaaaIII11113122)0()2()1(0018010010313078. 5024018010010313078. 5012

4、01801001031021IIIaaa解：015078. 515078. 50022121IIIIIIabababaa09078. 59078. 50022211IIIIIIacacacaa7-2 对称分量法在不对称故障分析中的应用 首先要说明说明，在一个三相对称的元件中（例如线路、变压器和发电机）， 如果流过三相正序电流,则在元件上的三相电压降也是正序的;负序零序同理. 对于三相对称的元件,各序分量是独立的,即正序电压只与正序电流有关,负序零序也是如此.下面以一回三相对称的线路为例子说明之。设该线路每相的自感阻抗为 sz相间的互感阻抗为 mz三相电压降与三相电流有如下关系：cbasmmms

5、mmmscbaIIIzzzzzzzzzUUU可简写为： abcabcUZI则： 120120S UZSI即 1120120120SCUSZS IZI式中： 10000002smSCsmsmzzZSZSzzzzSCZ 序阻抗矩阵，即为电压降的对称分量和电流的对称分量之间的阻抗矩阵。 即：)0()0()0()0()2()2()2()2()1()1()1()1()2()()(aamsaaamsaaamsaIzIzzUIzIzzUIzIzzU式中 )1(z)2(z)0(z分别称为此线路的正序、负序、零序阻抗。 由此可知：各序电压降与各序电流成线性关系；电压、电流、阻抗是可以分别解耦为正序、负序和零序的

6、。 下面结合下图的简单系统中发生a相短路接地的情况, 介绍用对称分量法 分析其短路电流及短路点电压的方法。故障点f发生的不对称短路: f点的三相对地电压 和由f点流出的三相电流(即短路电流) 均为三相不对称. faUfbUfcUfaIfbIfcI+序网络： 其中零序电压平衡方程不包括发电机的零序阻抗，这是因为发电机侧没有零序电流流过。 (1)(1)(1)(1)(2)(2)(2)(2)(0)(0)(0)()()(3)afafaGLfafaGLfafaLnEUIzzUIzzUIzz通用序网络(1)(1)(1)(2)(2)(2)(0)(0)(0)00eqfffafafffafafffafaEzIUz

7、IUzIU计算不对称故障的基本原则：把故障处的三相阻抗不对称表示为电压和电流相量的不对称，使系统其余部分保持为三相阻抗对称的系统。借助对称分量法，将原系统分成独立的正序、负序和零序网络。 应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先必须确定系统中各元件的各序参数先必须确定系统中各元件的各序参数 元件的序阻抗元件的序阻抗指元件中流过某序电流时元件两端所指元件中流过某序电流时元件两端所产生的序电压降与该序电流的比值产生的序电压降与该序电流的比值 静止元件静止元件无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相与相之间的磁耦合

8、关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零序电抗较为复杂；序电抗较为复杂； 旋转元件旋转元件，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序电抗不相同电抗不相同7-2 各元件的序阻抗v同步发电机各序参数同步发电机各序参数同步发电机定子绕组中流过同步频率的同步发电机定子绕组中流过同步频率的负序电流负序电流时，产生的旋转磁场与转子转向相反，相对转子时，产生的旋转磁场与转子转向相反，相对转子的速度是同步转速的的速度是同步转速的2倍。由电磁感应定律，倍。由电磁感应定律，转子转子的励磁绕组和阻尼绕组中将感应出的励磁绕组和阻尼绕组中

9、将感应出2倍额定频率的倍额定频率的感应电流感应电流。正常运行情况下，同步发电机定子绕组的空载电正常运行情况下，同步发电机定子绕组的空载电势三相对称，产生的交流电流是正序电流，势三相对称，产生的交流电流是正序电流，电枢电枢反应产生的旋转磁场与转子主磁通同速同方向反应产生的旋转磁场与转子主磁通同速同方向。同步发电机同步发电机正序电抗正序电抗1dXX 同步发电机同步发电机负序电抗负序电抗 212dqXXX 同步发电机定子绕组中流过零序电流时，合成磁同步发电机定子绕组中流过零序电流时，合成磁场为零，场为零，只存在定子绕组的漏磁通只存在定子绕组的漏磁通。零序漏磁比。零序漏磁比正序漏磁小，减小的程度视绕组

10、型式而定。正序漏磁小，减小的程度视绕组型式而定。同步同步电机零序电抗的标幺值差别较大电机零序电抗的标幺值差别较大。零序电阻和正。零序电阻和正序电阻相等。序电阻相等。同步发电机零序电抗同步发电机零序电抗0(0.150.6)dXX 汽轮发电机汽轮发电机水轮发电机水轮发电机同步调相机和大型同步调相机和大型同步电动机同步电动机x2 0.1340.180.150.350.24x0 0.0360.080.040.1250.08变压器是静止的磁耦合元件，正、负序参数变压器是静止的磁耦合元件，正、负序参数和等值电路完全相同和等值电路完全相同 变压器通入零序电流时，变压器通入零序电流时，不同变压器结构的不同变压

11、器结构的零序磁通磁路不同零序磁通磁路不同，不同绕组接线的零序电不同绕组接线的零序电流回路不同流回路不同，所以零序参数和等值电路不同，所以零序参数和等值电路不同v三相变压器各序参数和等值电路三相变压器各序参数和等值电路各种接线方式双绕组变压器的零序等值电路各种接线方式双绕组变压器的零序等值电路1x2x0mx1210I 20I 110I 103I 220I 203I 1210I 103I 1x2x0mx1210I 110I 103I 220I 1x2x0mx1210I 20I 3110I 103I 220I 1x3x0mx1310I 20I 22x110I 103I 220I 330I 303I

12、1x3x0mx1310I 20I 22x30I 110I 103I 220I 330I 1x3x0mx1310I 20I 22x30I 各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路三个单相变压器接成的三相变压器组三个单相变压器接成的三相变压器组，各相铁，各相铁芯独立，磁通分布情况与所加电压相序无关，芯独立，磁通分布情况与所加电压相序无关，零序励磁电流很小，可认为激磁电抗无穷大零序励磁电流很小，可认为激磁电抗无穷大。零序漏抗与正序漏抗完全相同。零序漏抗与正序漏抗完全相同。三相三柱式变压器三相三柱式变压器，通入正序或负序电流时，通入正序或负序电流时，各相主磁通均在铁

13、芯内形成回路，所以励磁电各相主磁通均在铁芯内形成回路，所以励磁电流很小，励磁电抗很大；当通入零序电流时，流很小，励磁电抗很大；当通入零序电流时，三相零序主磁通大小相等相位相同，不能在铁三相零序主磁通大小相等相位相同，不能在铁芯中形成回路，只能通过绝缘介质和外壳形成芯中形成回路，只能通过绝缘介质和外壳形成回路，所以零序励磁电流相当大，回路，所以零序励磁电流相当大，零序励磁电零序励磁电抗为有限值抗为有限值。变压器中性点经阻抗接地的零序等值电路变压器中性点经阻抗接地的零序等值电路110I 103I 330I 220I 203I 1nZ2nZ110I 103I 330I 220I 203I 13nZ1

14、3nZ13nZ23nZ23nZ23nZ1x0mx1310I 20I 22x30I 3x13nZ23nZ单回路架空线的正（负）序阻抗单回路架空线的正（负）序阻抗gI abca b c aI bI cI aU bU cU aU bU cU gabcIIII单位长度单位长度aaaaLMMbbbMLMbMMLccccUUUIZZZUUUZZZIZZZUUUI 流入正序电流流入正序电流1LMZZZ v电力线路序参数电力线路序参数22baacaaIaIa IIa IaI 111aaabLcMbcUIIUZ IZZZZUI 单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗gI abca b c aI bI cI

15、 aU bU cU aU bU cU gabcIIII单位长度单位长度aaaaLMMbbbMLMbMMLccccUUUIZZZUUUZZZIZZZUUUI 0abcIIII代入代入 0002aabbccMaLUIIUZ IUZ IZZZ 02LMZZZ 架空导线架空导线假想导线假想导线aeDI I Carson定理定理：计算：计算“导线地导线地”回路自感时，回路自感时，可以用一根与架空导线平行的假想地中导线代可以用一根与架空导线平行的假想地中导线代替大地，地中电流集中在假想导线中流过。替大地，地中电流集中在假想导线中流过。设架空导线电阻设架空导线电阻 假想导线等值电阻假想导线等值电阻 两平行导

16、线间的距离两平行导线间的距离areraeD回路电感回路电感2772210lg210lgH maeesaessesDDLLLMD DD 2660meeaeseDDDf 假想导线的等值深度假想导线的等值深度“导线地导线地”回路的自阻抗回路的自阻抗 0.1445lg/ meLaesDZrrjkDar架空导线电阻架空导线电阻er大地电阻大地电阻0.1445lg/ meMeDZrjkD “导线地导线地”回路的互阻抗回路的互阻抗 302230.1445lg30.4335lg/ meLmaeseqeaesTDZZZrrjD DDrrjkD 单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗 0230.4335lg

17、/ mLmeaesTZZZDrrjkD 单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗00.1445lg/ mLmeqasZZZDrjkD 单回路架空线的正序阻抗单回路架空线的正序阻抗1）三倍零）三倍零序电流通过序电流通过大地返回，大地返回，大地电阻使大地电阻使没每相等值没每相等值电阻增大；电阻增大；2）三相电）三相电流同相位，流同相位，助磁，一相助磁，一相的等值电感的等值电感增大增大输电线的零序阻抗比正序阻抗大。输电线的零序阻抗比正序阻抗大。1111111112222222229IIIa aa ba cb ab bb cc ac bc cDDDDDDDDDD 平行架设的双回输电线路的零序阻抗平

18、行架设的双回输电线路的零序阻抗(0)30.1445lg/ meIIIeIIIDZrjkD 平行架设的双回线路都通过零序电流时，任一回线平行架设的双回线路都通过零序电流时，任一回线路中与一相导线交链的磁通不仅有另外两相零序电路中与一相导线交链的磁通不仅有另外两相零序电流产生的互感磁通，还有另一回路三相零序电流产流产生的互感磁通，还有另一回路三相零序电流产生的互感磁通，并且双回路都以大地作为零序电流生的互感磁通，并且双回路都以大地作为零序电流的返回通路。的返回通路。00(0)IIIZZZ 正序网络与计算三相短路时的等值网络正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。完全相同。 除中性点接地阻抗和空

19、载线路外，电力除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中系统各元件均应包括在正序网络中v正序网络正序网络03(0.1445lg)/eggesgDZrrjkmD 架空地线对输电线路零序阻抗的影响架空地线对输电线路零序阻抗的影响20000/ mgmggZZZkZ 架空地线能使输电线路的等值零序阻抗减小。架空地线能使输电线路的等值零序阻抗减小。良导体架空地线的电阻较小，地线电流与导线电流良导体架空地线的电阻较小，地线电流与导线电流接近于反相，地线电流产生的互感磁通将使导线交接近于反相，地线电流产生的互感磁通将使导线交链的总磁通明显减少，从而减少输电线路的等值零链的总磁通明显减少

20、，从而减少输电线路的等值零序电抗序电抗.03(0.1445lg)/egmeL gDZrjkmD 3/L gagbgcgDD D Dkm 两根架空地线两根架空地线 如何考虑？如何考虑？具有架空地线的平行架设的双回输电线路具有架空地线的平行架设的双回输电线路如何考虑？如何考虑？近似计算近似计算无架空地线的单回线路有钢质架空地线的单回线路有良导体架空地线的单回线路无架空地线的双回线路有钢质架空地线的双回线路有良导体架空地线的双回线路013.5xx013xx012xx015.5xx014.7xx013xx综合负荷的序阻抗综合负荷的序阻抗正序正序：不同的计算任务，不同的处理方法1）计算起始次暂态电流时，

21、综合负荷或者略去不计，或表示成有次暂态电势和次暂态电抗的电势源支路；2）应用计算曲线时，等值网络中的负荷都被忽略。3）除此之外，用恒定阻抗表示(1)1.2zj负序：负序：(2)0.35zj零序：零序：零序电流不能流通，不需要建立零序等值电路。7-7 电力系统各序网络的制订 正序网络与计算三相短路时的等值网正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。络完全相同。 除中性点接地阻抗和空载线路外，电力除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中系统各元件均应包括在正序网络中v正序网络正序网络 发电机不产生负序电势发电机不产生负序电势，故所有电源的负，故所有电源的负序电势为零。序电

22、势为零。 负序网络的组成元件与正序网络完全相同。负序网络的组成元件与正序网络完全相同。 发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗代替，其它静止元件的负序电抗与正序电代替，其它静止元件的负序电抗与正序电抗相同。抗相同。v负序网络负序网络 发电机不产生零序电势发电机不产生零序电势，故所有，故所有电源的零序电势为零。电源的零序电势为零。 零序电流相同相位，只能通过大零序电流相同相位，只能通过大地或与地连接的其他导体才能构地或与地连接的其他导体才能构成通路。成通路。 v零序网络零序网络例例NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImag

23、eNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage正正序序网网络络NoImageNoImageNoImageNoImageNoIm

24、ageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage负负序序网网络络NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoIma