第3次课第2章电力系统各元件参数及模型

1、 第二章第二章 电力系统各元件稳态参数及电力系统各元件稳态参数及模型（第模型（第2 2部分）部分）主要教学安排主要教学安排 主讲内容了解变压器参数的物理意义；了解变压器参数的物理意义；根据制造厂提供的短路损耗、短路电压百分数、空载损耗及空载电流百根据制造厂提供的短路损耗、短路电压百分数、空载损耗及空载电流百分数，分数，学会计算双绕组变压器的参数，并绘制学会计算双绕组变压器的参数，并绘制型等值电路型等值电路；了解三绕组变压器的参数计算，注意三绕组容量比不同造成的影响；了解三绕组变压器的参数计算，注意三绕组容量比不同造成的影响；无功补偿设备特性；无功补偿设备特性；电力系统负荷特性。电力系统负荷特性

2、。 教学要求掌握电力系统电力变压器参数及模型、等值电路的转换。掌握电力系统电力变压器参数及模型、等值电路的转换。 重点、难点 电力变压器参数及模型，等值电路的转换。电力变压器参数及模型，等值电路的转换。主要内容主要内容l电力变压器参数及模型 l无功补偿设备l电力系统负荷三三. .电力变压器参数及模型电力变压器参数及模型 变压器及等值电路变压器及等值电路 变压器参数计算变压器参数计算变压器及等值电路变压器及等值电路理想变压器的理想特性：理想变压器的理想特性：1 1）理想变压器不消耗能量，即）理想变压器不消耗能量，即r=0； 2 2）没有任何漏磁通，即）没有任何漏磁通，即1=2=，即耦合系，即耦合

3、系数数3 3）铁芯磁导率）铁芯磁导率为无限大，即各绕组自感与为无限大，即各绕组自感与互感都等于无限大。互感都等于无限大。121LLMK变压器及等值电路变压器及等值电路由理想特性可得 :1122UNUN1221ININ 1 1220U IU I变压器及等值电路变压器及等值电路单相双绕组变压器等值电路单相双绕组变压器等值电路为了简化电力网的计算，双绕组变压器一般采用为了简化电力网的计算，双绕组变压器一般采用型等型等效电路。效电路。RT jXTGT-jBTP0+jQ0RT jXT变压器空载损耗及励磁功率变压器空载损耗及励磁功率对于地方电网及发展规划中的电力系统通常不计对于地方电网及发展规划中的电力系

4、统通常不计变压器的等值导纳。变压器的等值导纳。变压器参数计算变压器参数计算 变压器的几个电气特性参数有：变压器的几个电气特性参数有： 短路短路损耗损耗Pk、阻抗电压百分数、阻抗电压百分数 ，空载损耗，空载损耗P0 、空、空载电流百分数载电流百分数I0%。 短路损耗短路损耗Pk：变压器做短路试验时，一次侧绕组短接，变压器做短路试验时，一次侧绕组短接，另一次侧绕组利用调压变压器加电压，电流达到该侧另一次侧绕组利用调压变压器加电压，电流达到该侧绕组的额定值后，所测得的有功功率即为短路损耗。绕组的额定值后，所测得的有功功率即为短路损耗。 空载损耗空载损耗P0 ：是变压器一次侧开路，在另一次侧加：是变压

5、器一次侧开路，在另一次侧加额定电压时测得的变压器的有功损耗。额定电压时测得的变压器的有功损耗。 阻抗电压百分数阻抗电压百分数 空载电流百分数空载电流百分数I0%:%kU00003% % * 1 0 0* 1 0 0* 1 0 03NbNNNNIUIQIIISUI %kU变压器参数计算变压器参数计算1 1双绕组变压器参数计算：双绕组变压器参数计算：（1 1）电阻计算）电阻计算（2 2）电抗计算）电抗计算（3 3）电导计算）电导计算（4 4）电纳计算）电纳计算2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算3 3自耦变压器参数和等值电路自耦变压器参数和等值电路TTTZRjXTTTYGjB1 1双绕组

6、变压器参数计算双绕组变压器参数计算电阻计算：电阻计算：在变压器短路试验中所测得的短路损耗在变压器短路试验中所测得的短路损耗PK近似等于额定电流流过变压器时三相绕组近似等于额定电流流过变压器时三相绕组中的总铜耗中的总铜耗，即，即cukPP 由铜耗与电阻之间的关系由铜耗与电阻之间的关系 得：得：222233()3NNcuNTTTNNSSPI RRRWUU2222NNTcukNNUURPPSSPK用用kW，SN用用kVA，UN用用kV1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算 PK用用KW，SN用用MVA，UN用用kV，则，则上式可写成：上式可写成：221000kNTNPURS1 1双绕组变压器

7、参数计算双绕组变压器参数计算电抗计算电抗计算在短路试验中，短路电压等于变压器在短路试验中，短路电压等于变压器阻抗在额定电流下产生的压降阻抗在额定电流下产生的压降，即，即33%100100NTNTkNNI ZI XUUU2%1001003kNNKTNNUUUUXSI对于大中型变压器，对于大中型变压器，R RT T可忽略。可忽略。SN用用MVA，UN用用kV。1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算电导计算电导计算变压器空载试验所得变压器空载试验所得变压器空载变压器空载损耗损耗 P0近似等于铁耗近似等于铁耗，因此，电，因此，电导可由空载损耗求得：导可由空载损耗求得：302210feTNNPP

8、GUUPK用用kW，UN用用kV。1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算电纳计算电纳计算变压器的电纳代表变压器的励磁功率。由变压器的电纳代表变压器的励磁功率。由于变压器的空载电流包含有功分量和无功分于变压器的空载电流包含有功分量和无功分量，与量，与励磁功率对应的是无功分量励磁功率对应的是无功分量。由于有由于有功分量很小，无功分量和空载电流在数值上功分量很小，无功分量和空载电流在数值上几乎相等，几乎相等，IBI0，则：，则：00003%*100*100*1003NbNNNNIU IQIIISU I所以：0022%( )100NTNNQISBsUUSN用用MVA，UN用千伏。用千伏。1 1

9、双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算【例例】有一台有一台121/10.5kV、容量为、容量为31.5MVA的的三相双绕组变压器，其短路损耗为三相双绕组变压器，其短路损耗为200kW，空载损耗为空载损耗为47W，短路电压百分数为，短路电压百分数为10.5，空，空载电流百分数为载电流百分数为2.7，试计算变压器等值阻抗，试计算变压器等值阻抗与导纳与导纳。解：计算变压器阻抗解：计算变压器阻抗1 1）串联电阻（归算到）串联电阻（归算到121kV高电压侧）高电压侧）22221212002.951000100031.5kNTNPURS222102222. 25 .315 .101000200低TR低压

10、侧：低压侧：1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算2 2）串联电抗）串联电抗2222121%0.10548.510031.510.5%0.1050.367510031.5kNTNkNTNUUXSUUXS高低1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算3 3）励磁回路（并联）导纳）励磁回路（并联）导纳电导：电导：350223502247*100.32 1012147*100.426 1010.5TNTNPGSUPGSU高低1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算 4022%31.50.0270.58 10100121NTNISBSU高高压侧电纳：高压侧电纳： 低压侧的低压侧的电纳

11、电纳B BT T（低）（低） 302%0.771 10100NTNISBSU低1 1双绕组变压器参数计算双绕组变压器参数计算(2.9548.5)TTTZRjXj参数等效在高压侧参数等效在高压侧参数等效在低压侧参数等效在低压侧54(0.32 100.58 10 )TTTYGjBjS2(2.2222 100.3675)TTTZRjXj53(0.426 100.771 10 )TTTYGjBjS2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算1UTGTjBRjX22RjX33RjX2U3U13:NN23:NN三绕组变压器等值电路三绕组变压器等值电路三绕组变压器短路试验是在两个绕组间进行，三绕组变压器短

12、路试验是在两个绕组间进行，另一绕组为开路另一绕组为开路，按双绕组变压器来做。另外，按双绕组变压器来做。另外，额定容量不同，将受到较小容量绕组的额定电额定容量不同，将受到较小容量绕组的额定电流的限制。流的限制。2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算三绕组变压器三个绕组容量比按国家标准有三绕组变压器三个绕组容量比按国家标准有三种类型：即三种类型：即第第类类：100/100/100100/100/100，三绕组容量都等于变，三绕组容量都等于变压器的额定容量；压器的额定容量；第第II 类类：100/100/50100/100/50，第三绕组容量仅为变，第三绕组容量仅为变压器额定容量的压器额定容

13、量的50%50%；第第III类类：100/50/100100/50/100，第二绕组容量为变压，第二绕组容量为变压器额定容量的器额定容量的50%50%。2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算各绕组额定容量相同时：各绕组额定容量相同时： 若假设三绕组间的短路损耗分别为：若假设三绕组间的短路损耗分别为：Pk1-2，Pk1-3，Pk2-3131332322121kkkkkkkkkPPPPPPPPP213231331322123213211212121kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP各绕组的短路损耗分别为：各绕组的短路损耗分别为：Pk1，Pk2，Pk3。2 2三绕组变压器参数计

14、算三绕组变压器参数计算211222222332100010001000kNTNkNTNkNTNPURSPURSPURS213231331322123213211212121kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP三绕组的等值电阻分别为：三绕组的等值电阻分别为：2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算额定容量不同时额定容量不同时，短路实验时，只能是容量小的绕组短路实验时，只能是容量小的绕组达到它的额定电流值，所测得的短路损耗与按额定容达到它的额定电流值，所测得的短路损耗与按额定容量计算的额定电流流过时的短路损耗有差别，量计算的额定电流流过时的短路损耗有差别，必须对必须对工厂提供的短

15、路试验的数据进行折算，工厂提供的短路试验的数据进行折算，例如对于一台例如对于一台100/50/100100/50/100类型变压器类型变压器 进行折算。短路损耗进行折算。短路损耗 ， 都是在第二绕组中流过变压器额定电流的都是在第二绕组中流过变压器额定电流的1/2时测得时测得的，而的，而Pk(1-3)仍是在流过变压器额定电流时测得的。仍是在流过变压器额定电流时测得的。有：有：(1 2)kP2(1 2)1 22(2 3)2 34/24/2NkkkNNkkkNIPPPIIPPPI 为铭牌数据。为铭牌数据。(2 3)kP(1 2)kP(2 3)kP2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算23ma

16、x(100%)2(100%)(50%)1022NNNKNSNSSPURSRR有时：三绕组变压器只给出一个有时：三绕组变压器只给出一个最大短路损耗最大短路损耗Pkmax，最大最大短路损耗短路损耗是指两个是指两个100%100%容量绕组中流过额定电流，另一个容量绕组中流过额定电流，另一个100%100%或或50%50%容量绕组空载时的损耗。容量绕组空载时的损耗。由由Pkmax可求得两个可求得两个100%100%容量绕组的电阻，另一绕组电阻就容量绕组的电阻，另一绕组电阻就等于这两个绕组之一电阻的两倍。（变压器的设计原则：等于这两个绕组之一电阻的两倍。（变压器的设计原则：按同一电流密度选择各绕组导线截

17、面积按同一电流密度选择各绕组导线截面积）2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算对于短路电压百分数，按国标规定制造对于短路电压百分数，按国标规定制造厂提供的短路电压是已经归算到变压器厂提供的短路电压是已经归算到变压器额定电流时的数值。因此，第额定电流时的数值。因此，第II、III类类变压器对于短路电压不需要再进行归算变压器对于短路电压不需要再进行归算了。了。2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算短路电压百分数短路电压百分数: :(1 2)12(2 3)23(1 3)13%kkkkkkkkkUUUUUUUUU1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(1 3

18、)(2 3)(1 2)1%21%21%2kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算211222233%100%100%100kNTNkNTNkNTNUUxSUUxSUUxS三绕组的等值电抗分别为：三绕组的等值电抗分别为：1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(1 3)(2 3)(1 2)1%21%21%2kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU例，例，对于一台额定容量对于一台额定容量30/30/20MVA的变压器的变压器，额定电压为，额定电压为 110/38.5/11kV，空载损耗为空载损耗为67.4W，空

19、载电流百分数为，空载电流百分数为30.1, ,其短路损耗、短路电压百分数如下，试计算变压器等值阻抗其短路损耗、短路电压百分数如下，试计算变压器等值阻抗与导纳与导纳。2 31 31 2454273243kkkPkWPkWPkW(1 2)(2 3)(1 3)%11.55%20.55%8.47kkkUUU2(1 3)1 332(2 3)2 33574614NkkNkkSPPSSPPS2211222222222233221941102.6110001000302601103.49710001000301103534.747100030kNTNkNTNkNTNPURSPURSPURS2132313313

20、22123213211212121kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP三绕组的等值电阻分别为：三绕组的等值电阻分别为：211222233%47.65100%1.067100%35.23100kNTNkNTNkNTNUUxSUUxSUUxS 三绕组的等值电抗分别为：三绕组的等值电抗分别为：1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(1 3)(2 3)(1 2)1%21%21%2kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU3 3）励磁回路（并联）导纳）励磁回路（并联）导纳电导：电导：3602267.4*105.57 10110TNPGSU高 4022%300

21、.3017.462 10100110NTNISBSU高电纳：电纳： 1UTGTjBRjX22RjX33RjX2U3U13:NN23:NN2 2三绕组变压器参数计算三绕组变压器参数计算三绕组变压器的绕组有两种排列方式：三绕组变压器的绕组有两种排列方式：中低高：中低高：高压、中压绕组间由于漏磁通道较高压、中压绕组间由于漏磁通道较长，阻抗电压较大；高压、低压绕组间以及中长，阻抗电压较大；高压、低压绕组间以及中压、低压绕组间由于漏磁通道较短，阻抗电压压、低压绕组间由于漏磁通道较短，阻抗电压较小。对升压变压器，须将功率自低压绕组经较小。对升压变压器，须将功率自低压绕组经高压、中压绕组输入系统，为减小电压

22、损耗。高压、中压绕组输入系统，为减小电压损耗。对降压变压器，若功率主要自高压侧输向低压对降压变压器，若功率主要自高压侧输向低压侧，为减小损耗也采用此种排列方式。侧，为减小损耗也采用此种排列方式。低中高低中高：如低压侧各断路器的短路容量不足，如低压侧各断路器的短路容量不足，须限制短路电流时，采用此种排列方式，以满须限制短路电流时，采用此种排列方式，以满足运行要求。足运行要求。3 3自耦变压器参数和等值电路自耦变压器参数和等值电路自耦变压器的等值电路及参数求取与普通变压自耦变压器的等值电路及参数求取与普通变压器相同。器相同。计算等值电阻时要对短路试验的数据进行折算。计算等值电阻时要对短路试验的数据

23、进行折算。kNNkkkNNkkPIIPPPIIPP42/42/2)32(322)21(211 31 332 32 33%NkkNNkkNSUUSSUUS短路损耗折算方法如：短路损耗折算方法如：短路电压百分数应按下式折算：短路电压百分数应按下式折算：4.4.变压器的变压器的型等值电路型等值电路前面计算中，将变压器的阻抗折算到高压侧，前面计算中，将变压器的阻抗折算到高压侧，因此通过计算得到的低压侧电压、电流均为折因此通过计算得到的低压侧电压、电流均为折算到高压侧的数值。若在变压器电路中增加只算到高压侧的数值。若在变压器电路中增加只反映变比的理想变压器，则可直接求出低压侧反映变比的理想变压器，则可直

24、接求出低压侧的实际电压、电流数值。的实际电压、电流数值。以双绕组变压器为例：阻抗归算到一次侧。以双绕组变压器为例：阻抗归算到一次侧。4.4.变压器的变压器的型等值电路型等值电路1I1122122/TUI ZUkUIIIk2I2I2UZT/kZT/(1-k)ZT/k(k-1)1U1I2U2I4.4.变压器的变压器的型等值电路型等值电路1U2U1I121112212211221()(1)()TTTTTTUUkkIUUUZZZkUk Ukk kIkIUUUZZZ2IZT/kZT/(1-k)ZT/k(k-1)4.4.变压器的变压器的型等值电路型等值电路11122122(1)()()(1)TTTTIk

25、Y UkY UUIkY UUk kY UU1U2I1I2kYT(1-k) YTk(k-1) YT四四. .无功补偿设备无功补偿设备1.1.并联电容器并联电容器 并联电容器是系统中重要的无功功率电源。并联电容器是系统中重要的无功功率电源。 使用时可将电容器连接成若干组，按需要成组地投入使用时可将电容器连接成若干组，按需要成组地投入或切除。或切除。其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较小，约为额定容量的较小，约为额定容量的0.30.30.50.5。 输出电流输出电流 与无功功率与无功功率2Ij CUQUIjUC 2.2.并联电抗器并联电抗器

26、并联电抗器用于吸收高压电力网中过剩的无功功率和远并联电抗器用于吸收高压电力网中过剩的无功功率和远距离输电线路参数补偿的无功功率。距离输电线路参数补偿的无功功率。3. 3. 静止补偿器静止补偿器 静止补偿器是一种动态无功补偿装置静止补偿器是一种动态无功补偿装置 静止补偿器的全称为静止无功补偿器（静止补偿器的全称为静止无功补偿器（SVCSVC），），有各种不同型式。目前常用的有有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗晶闸管控制电抗器型（器型（TCRTCR型）、型）、晶闸管开关电容器型（晶闸管开关电容器型（TSCTSC）和和饱和电抗器型（饱和电抗器型（SRSR型）。型）。四四. .无功补偿设备无功

27、补偿设备1）TCR-FC型型补偿器（补偿器（晶闸管控制电抗器型）晶闸管控制电抗器型）TCRCCfL2sin121LB四四. .无功补偿设备无功补偿设备2 2）TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组构成型补偿器是用可控硅投切的电容器组构成的的（Thyristor Switched Capacitor）。 TSC 用可控硅开关代用可控硅开关代替机械类开关替机械类开关。四四. .无功补偿设备无功补偿设备3）SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗器器（D.C. Control Saturable Reaction）与固定与固定电容器的并联组合。电容器的并联组合。 CC

28、fLSRSCC四四. .无功补偿设备无功补偿设备五五. .电力系统负荷电力系统负荷发电厂所生产的电能，除了一小部分在传输和分发电厂所生产的电能，除了一小部分在传输和分配过程中损失外，全部供给了用户，而把所有用配过程中损失外，全部供给了用户，而把所有用户所使用的功率叫做电力系统负荷户所使用的功率叫做电力系统负荷。因此，负荷具有综合特性，是指各种用电设备 。电力系统综合负荷可以简单地表示为一个静态（不旋转）负荷与一台等值异步电动机的组合。1静态负荷主要是照明负荷，含有白枳等的照明负荷与频率无关。 其中：0000uupLLLLqLLLLUPPUUQQUuuPPpUUQQqUU额定电压负荷电压负荷电压变化量五五. .电力系统负荷电力系统负荷,PqPFU fQF U f综合负荷的静态模型一般表示为电压和频率的函数：2. 异步电动机为动态负荷五五. .电力系统负荷电力系统负荷, , ,pqd