电力系统分析基础第02章电力网参数及等值电路

1、North China Electric Power University电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis （二）（二）第二章 电力网参数及等值电路本章主要内容：本章主要内容：2. 2. 线路的结构线路的结构 3. 3. 线路的参数线路的参数 4. 4. 变压器的参数变压器的参数架空线由什么组成架空线由什么组成为什么要用扩径导线和分裂导线为什么要用扩径导线和分裂导线杆塔的形式杆塔的形式绝缘子的作用绝缘子的作用-单位长度查手册单位长度查手册短路、空载实

2、验求短路、空载实验求RT，XT，GT，BT如何求两绕组：如何求两绕组：RT，XT，GT，BT如何求三绕组：如何求三绕组：RT，XT，GT，BT 6. 6. 电力系统的等值电路电力系统的等值电路有名值有名值标幺值标幺值变压器的等值归算问题变压器的等值归算问题1. 1. 输电方式输电方式交流、直流、特交流、直流、特高压、灵活交流高压、灵活交流 5. 5. 发电机、电抗器、负荷的参数发电机、电抗器、负荷的参数第一节第一节 输电方式输电方式经济方便、电压可变化经济方便、电压可变化超过超过100km时会发生稳定问题时会发生稳定问题1、以交流为主、以交流为主国内最高国内最高750kv，加拿大，加拿大735

3、kv-1200km塔高：塔高：500kv-80m; 220kv-60m; 110kv-45mAC System AC System 第一节第一节 输电方式输电方式不会出现稳定问题，适合长距离输不会出现稳定问题，适合长距离输300400km2、直流输电、直流输电塔高：塔高：+250kv-35m需交需交-直流变换装置，成本高直流变换装置，成本高事故时电流小事故时电流小线路高度低，占地面积小线路高度低，占地面积小待研究待研究直流多端供电技术直流多端供电技术HVDCHVDC与与HVACHVAC的比较的比较当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，

4、线路走廊窄，同绝缘水平的路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；电缆可以运行于较高的电压； 直流输电的功率和能量损耗小；直流输电的功率和能量损耗小； 对通信干扰小；对通信干扰小； 线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降, ,沿线电压分布较平稳沿线电压分布较平稳, ,线路本身无需无功补偿；线路本身无需无功补偿； 直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；统之间的非同步联系； HVDCHV

5、DC与与HVACHVAC的比较的比较( (续）续）直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；定性的限制； 由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；容量不会因互联而显著增大； 直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和直流并列运行，有助于

6、提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。改善整个系统的运行特性。 HVDCHVDC与与HVACHVAC的比较的比较( (续）续）交直流输电的等价距离交直流输电的等价距离HVDCHVDC与与HVACHVAC的比较的比较( (续）续） 由于由于HVDCHVDC的线路造价较低，而变电站设备较的线路造价较低，而变电站设备较HVACHVAC昂贵，在某一输电距离下，交、直流两种输昂贵，在某一输电距离下，交、直流两种输电方式的造价费用相等，这一距离成为等价距离。电方式的造价费用相等，这一距离成为等价距离。 概括的说，从经济性考虑，当输电距离超过概括的说，从经济性考虑，当输电距离超过等价距离时，采用直流

7、有利；输电距离小于等价等价距离时，采用直流有利；输电距离小于等价距离时，采用交流有利。距离时，采用交流有利。 根据国外经验，架空线路的等价距离大约为根据国外经验，架空线路的等价距离大约为500800km500800km。电缆线路的等价距离大约为。电缆线路的等价距离大约为3050km3050km。第一节第一节 输电方式输电方式3、灵活交流输电、灵活交流输电FACTS - FACTS - Flexible AC Transmission SystemsFlexible AC Transmission SystemsFACTS:FACTS:指装有电力电子型或其他静止型控制器以指装有电力电子型或其他静

8、止型控制器以实实现对电力系统电压、参数现对电力系统电压、参数( (如线路阻抗如线路阻抗) )、相位角、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。耗。FACTSFACTS装置：指装置：指FACTSFACTS家族中具体的成员，指用于提家族中具体的成员，指用于提供一个或多个控制交流输电系统参数的电力电子系供一个或多个控制交流输电系统参数的电力电子系统或其他静止设备统或其他静止设备提高交流输电传输功率的方法（提高交流输电传输功率的方法（FACTSFACTS）

9、第一节第一节 输电方式输电方式不易发生与雷击和雪害等自然灾害有关故障不易发生与雷击和雪害等自然灾害有关故障成本高成本高5、地下输电、地下输电出故障难找出故障难找散热差、允许电流受限制散热差、允许电流受限制10001500kv(交流交流)；+600kv以上以上(直流直流)1000万万KW4、UHV交流输电交流输电须解决：电晕噪音、线间绝缘强度、输须解决：电晕噪音、线间绝缘强度、输 电线用避雷器、绝缘子耐污电线用避雷器、绝缘子耐污塔高：塔高：80m-144m用用500kv需双回线需双回线7回回用用1000kv需双回线需双回线1回回Ultra High Voltage第二节 电力线路的结构电力线路一

10、.导线架空线：导线、避雷器、杆塔、绝缘子、金具电缆线：导线、绝缘层、保护层要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强铝L常用，机械强度不够，钢芯铝线材料钢G导电性差，做避雷线铜T最好，但贵铝合金HL第二节 电力线路的结构结构多股线绞合J排列：1、6、12、18普通型：LGJ 铝/钢 比5.66.0加强型：LGJJ 铝/钢 比4.34.4轻 型：LGJQ 铝/钢 比8.08.1LGJ-400/50数字表示截面积扩径导线K扩大直径，不增加截面积LGJK- 300相当于LGJQ-400和普通钢芯相区别，支撑层6股分裂导线每相分成若干根，相互之间保持一 定距离400-500mm,防电晕，减小了电抗，电容增

11、大第二节 电力线路的结构结构木塔已不用二.杆塔钢筋混凝土塔单杆、型杆铁塔用于跨越，超高压输电、耐张、转角、 换位。独根钢管城市供电作用分直线杆塔线路走向直线处，只承受导线自重耐张杆塔承受对导线的拉紧力转向杆塔用于线路转弯处换位杆塔减少三相参数的不平衡跨越杆塔跨越宽度大时，塔高：100200米终端杆塔只承受一侧的耐张力，导线首末端第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构ABC第二节 电力线路的结构第二节 电力线路的结构三.绝缘子和金具绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质与玻璃质元件类型：针式

12、（35KV以下），悬式（ 35KV以上）片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 3 7 13 19 24金具作用：连接导线和绝缘子线夹：悬重、耐张导线接续：接续、联结保护金具：护线条、预绞线、防震锤、阻尼线绝缘保护：悬重锤第三节 电力线路的参数与等值电路一.单位长度电力线路的参数1、电阻r1=/ sS 截面积 mm2单位：mm2/km一般是查表 rt=r20(1+(t-20)钢线电阻：导磁集肤、磁滞效应交流电阻直流电阻，和电流有关查手册电阻率铜：18.8 铝: 31.3与温度有关第三节 电力线路的参数与等值电路2、电抗物理意义：导线通交流电，产生磁场自感、互感rlg14

13、45.00157.0rlg1445.0)5.0rlg6.4(f2DD10Dxmm4rm1 外电抗内电抗r779.0rDDDD3cabcabm 等等效效半半径径几几何何均均距距对数关系：导线截面和布置无显著影响，一般0.4 /km正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D分裂导线：改变磁场，增大了半径，减少了电抗nn2ii1eqeqm1drrDxrn0157.0lg1445.0 第三节 电力线路的参数与等值电路3、电纳物理意义：导线通交流电，产生电场容感km/Srlg58.7fC2bkm/Frlg0241.0C10D10D6m116m1 对数关系：变化不大，一般 2.8510-6 S /km分

14、裂导线：增大了等效半径，电纳增大，用req替代r计算Dm与r的意义与电抗表达式一致第三节 电力线路的参数与等值电路4、电导物理意义绝缘子表面泄露很小，忽略实测损耗，计算电导，一般忽略110KV9.6mm空气电离电晕损耗，临界电压Ucr，好天不产生，坏天可有规定最小直径220KV21.28mm330KV32.2mm 分裂导线km/S10UPg32g1 电缆参数计算复杂，查手册第三节 电力线路的参数与等值电路二、电力线路的等值电路r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1一般线路的等值电路（正常运行时忽略g）1、短线路（一字型等值电路）条件：L100km的架空

15、线,忽略g，b 线路电压不高第三节 电力线路的参数与等值电路2、中等长度线路（型和T型等值电路）条件：100-300km的架空线或100km的电缆线，近似等值，不能用星三角变换ZY/2Y/2Z/2Z/2Y3、长线路（分布参数双曲函数）书上例题 P68第四节 电力变压器的参数与等值电路第四节 电力变压器的参数与等值电路第四节 电力变压器的参数与等值电路一、双绕组变压器u1I1n1:n2I2u21、理想变压器I1n1=I2n2 I2=k I1 u1/n1=u2/n2 u2= u1/kk=n1/n2特征：无铜损、铁损、漏抗、激磁电流2、实际变压器RTjXT-jBTGT通过短路和开路试验求RT、XT、

16、BT、 GT第四节 电力变压器的参数与等值电路3、短路试验求RT、XT条件：一侧短路，另一侧加电压使短路绕组电流达到额定值短路损耗：RUSRU3SRIPT2N2NT2T2NkNN33 注意单位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）)(SUPR2N2NkT )(S1000UPR2N2NkT 如 UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）时第四节 电力变压器的参数与等值电路短路电压百分比%1003%UZIuNTNk SU%uIU%uZN2NkNkNT1003100 SU%uIU%uXRXN2NkNkNTTT1003100 UN（KV）、SN（MVA）第四节 电力变压器的参数与等值电路4、开路试验求

17、GT、BT条件：一侧开路，另一侧加额定电压空载损耗：)S(U1000PG2NT0 空载电流百分比 I0%有功分量Ig无功分量Ib BUIITNb03 IIIIIIbN0N00100%I100% USIB2NN0T100% 第四节 电力变压器的参数与等值电路二、三绕组变压器-jBTRT1jXT1GTRT2jXT2RT3jXT3参数的求法与双绕组相同注意三绕组容量比不同各绕组排列不同导纳的求法与双绕组相同短路试验求RT、XT条件：令一个绕组开路，一个绕组短路，而在余下的一个绕组施加电压，依此得的数据（两两短路试验）第四节 电力变压器的参数与等值电路1、由短路损耗求RT1)对于第类（100/100/

18、100）PPRIRIPPPRIRIPPPRIRIP3k2k3T2N2T2N)32(k3k1k3T2N1T2N)31(k2k1k2T2N1T2N)21(k333333 PPPPPPPPPPPP)21(k)32(k)31(k3k)31(k)32(k)21(k2k)32(k)31(k)21(k1k212121 S1000UPRS1000UPRS1000UPR2N2N3T2N2N2T2N2N1T3k2k1k 第四节 电力变压器的参数与等值电路对于第类（100/50/100）第类（100/100/50）PI5 . 0IPPPI5 . 0IPP)32(k2)32(k)32(k)21(k2)21(k)21(

19、k44NNNN 试验时小绕组不过负荷，存在归算问题，归算到SN2)对于（100/50/100）3)对于（100/100/50）PI5 . 0IPPPI5 . 0IPP)32(k2)32(k)32(k)31(k2)31(k)31(k44NNNN 代入可计算第四节 电力变压器的参数与等值电路4)只给出一个最大短路损耗Pkmax时（两个100%绕组间短路）%)100(2%)50(2000%)100(RRSUPRTT2N2NmaxkT 2、由短路电压百分比求XT（制造商已归算，直接用） (%)(%)(%)21(%)(%)(%)(%)21(%)(%)(%)(%)21(%)UUUUUUUUUUUU)21(

20、k)32(k)31(k3k)31(k)32(k)21(k2k)32(k)31(k)21(k1k S100U(%)UXS100U(%)UXS100U(%)UXN2N3TN2N2TN2N1T3k2k1k 排列不同，阻抗不同，中间绕组最小，甚至为负，一般取0第四节 电力变压器的参数与等值电路三、自耦变压器特点：电阻小、损耗小、运行经济、结构紧凑、电抗小、输送容量大、重量轻、便于运输接线：Y0/Y0/，第三绕组容量比额定容量小参 数旧标准损耗未归算电压%未归算 SSPPSSPP3N3N2)32(k)32(k2)31(k)31(kSSUUSSUUNNkkkk3%3%)32()32()31()31(新标准

21、最大短路损耗归算的电压%例题：P39 例2-2补充：电力变压器的运行1、正常过负荷能力不缩短寿命为前提自然循环30%，强迫循环20%2、事故过负荷能力以牺牲变压器寿命为代价计算过负荷时牺牲的天数3、三绕组变压器容量：100/100/100，100/100/50，100/50/100接线：Y/Y/ ，稳定绕组，改善波形自耦：体积小、损耗小，110KV以上用结构：升压：铁芯中压低压高压降压：铁芯低压中压高压4、并列运行原副边额定电压相等，变比相等接线组别对应一致额定短路电压相等第五节 发电机、电抗器、负荷的参数与等值电路一、发电机电阻：小，忽略电抗：SUI3UZZXXN2NNNNNGG%100%

22、PUXSUXI3UXXNN2NGN2NGNNGGcos100%100%100% 等值电路jXGEG机端P+jQ机端PU机端补充：同步发电机的运行唯一的注入功率元件调负荷原动机转速（汽门、导水翼）调电压励磁1、同步发电机的允许运行范围EqnXdINUNINUNEqnjINXdsindqXUEP 补充：同步发电机的运行受限条件定子绕组： IN为限S园弧转子绕组： 励磁电流为限F园弧原动机出力：额定有功功率BC直线其它约束： 静稳、进相导致漏磁引起温升T弧fedqniXE定子绕组不超过额定电流励磁绕组不超过额定电流受原动机出力限制进相运行时受定子端部发热限制留稳定储备补充：同步发电机的运行2、同步发

23、电机的进相与调相运行进相发有功，吸收无功输电线路长、电容大、轻载时电压升高，需吸收无功 时，发电机从迟相转为进相，If越小， 越大静稳态储备下降、端部严重发热、影响出力cosUEIqf调相只发或吸收无功调压需要水轮机低水位汽轮机处于检修汽轮机的经济技术指标很低补充：同步发电机的运行3、同步发电机的非正常运行a、过负荷运行允许短时运行和时间有关和冷却方式有关b、异步运行c、不对称运行失磁后，进入异步状态，发异步有功，吸收无功汽轮机滑差率小，允许运行1530分钟水轮机滑差率大，不允许运行定子中产生负序电流转子感应2倍频电流引起发热和振动第五节 发电机、电抗器、负荷的参数与等值电路二、电抗器电阻：小

24、，忽略电抗：I3UZZXXNNNNRR%100% I3UXXNNRR100% jXR等值电路：高电压等级可用于低电压等级，不用SN第五节 发电机、电抗器、负荷的参数与等值电路三、负荷以功率表示：SL=PL+jQL以阻抗和导纳表示：RTjXTIL。UL。-jBLGLUL。IL。XRUZUIUQPSLL2LL2LLLLLLjj *)j(jQPSUSSUSUXRLL2L2LL2L2LL2LLL QSUXPSURL2L2LLL2L2LL 第六节 电力系统的等值电路一、多电压等级网络中参数和变量的归算（有名值）电力线、变压器等值电路级联成电力网等值电路注意：多级电压网存在一个不同电压级之间的归算问题1)

25、变压器的参数与UN有关，归算到哪一侧，值不同2)变压器的负载阻抗归算到某一侧时，和变比平方有关3)要级联等值电路，须将不同电压级下的阻抗、导纳、电压、电流归算到同一级基本级（取电网最高电压）)kn2k1k1( II)kn2k1k( UUYYZZ)kn2k1k1()kn2k1k(22 4)归算第六节 电力系统的等值电路5)K的取值分子是向着基本级一侧的电压6)K的计算分母是向着待归算一侧的电压手算实际变比计算机先取线路额定电压比值，然而再修正T3500/121T4242/500T2110/38.5220KV500KV110KV35KV10KVT135/11第六节 电力系统的等值电路例题：电力网接

26、线如图所示，图中各元件的技术数据见表1、表2，试作出归算到110KV侧和6KV侧的电网等值电路T1T2 k210KV110KV6KVk1L1L2符号符号额定容量（额定容量（MVA） 额定电压（额定电压（KV）Uk%Pk(KW)I0%P0(KW)T131.510.5/12110.5190332T220110/6.610.51352.822符号符号导线型号导线型号长度（长度（KmKm）电压电压(KV)(KV)电阻电阻(/km)(/km) 电抗电抗(/km)(/km) 电纳电纳(S/km)(S/km)L1LGJ-1851001100.170.383.1510-6L2LGJ-300560.1050.3

27、83表1:表2:第六节 电力系统的等值电路解: 变压器的电阻、导纳，线路的电导都略去不计1) 归算到110KV侧变压器T1的电抗：)(8 .485 .311005 .10100%121SUUX2N2N1k1T 变压器T2的电抗：)(5 .63201005 .10100%110SUUX2N2N2k2T 线路L1的电阻、电抗和电纳为：)S(575.110015.3212121)(3810038.0)(1710017.01010bBxXR46111111111 第六节 电力系统的等值电路线路L2的电阻、电抗为：)(8.5315383.0)(8.1455105.06.6110 xX6.6110R222

28、22222 j48.8 jxT1RL1jXL117j38j48.8 jxT1RL2jXL217j38jBL1/2j1.57510-4jBL1/2j1.57510-4第六节 电力系统的等值电路j0.1757jxT1RL1jXL10.0612j0.1368j0.228jxT1RL2jXL20.525j1.915jBL1/2jJ4.37610-2jBL1/2j4.37610-22) 归算到6KV侧)(1757. 08 .481106 . 61106 . 6XX221T1T )(228. 05 .631106 . 61106 . 6XX222T2T )S(376. 42121)(1368. 0)(06

29、12. 0106 . 6110BB1106 . 6XX1106 . 6RR221L1L21L1L21L1L )(915.15383.0)(525.05105.0222L222LxXR 第六节 电力系统的等值电路二、标幺值（标么值）1、定义：标幺值=有名值（欧、西、千伏、千安、兆伏安）基准值（与对应有名值的量刚相同）标幺值没有单位的相对值参数三相与单相公式一致结果清晰易于判断结果对否简化计算无量刚，概念不清第六节 电力系统的等值电路2、基准值的选取1)基准值的单位与对应有名值的单位相同2)各种量的基准值之间应符合电路的基本关系YZZIUIUSBBBBBBBB133 3)五个量中任选两个，其余三个

30、派生，一般取SB，UB， SB总功率或某发、变额定功率， UB基本级电压4) 幺值相同幺值相同三相功率和单相功率标三相功率和单相功率标相同相同线电压和相电压标幺值线电压和相电压标幺值IUSZIU* 第六节 电力系统的等值电路3、电力系统的标幺值等值电路的制定多电压等级系统仍存在归算问题，有两种求法1)归算有名值指定基本级，将其它级有名值归算到基本级指定一套基本级下的基准值用标幺值定义求2)归算基准值（就地归算）将基准值归算到各电压级，形成相应基值在基本级下指定一套基准值各电压级参数除以本级下的基值给出元件的额定标幺值，须换算为统一基准值下的标幺值SSUUXUSZXUSZXNjjN2N*2jjjj*2NNNN*XXXX 第六节 电力系统的等值电路三、端部条件完全等值的变压器模型目标：端部条件与实际电路中的值相等（不需归算）的等值电路1、双