ch02电气元件的参数和等值电路

电气工程基础第2章电气元件参数和等值电路主讲人：杨峰华中科技大学数字化工程与仿真中心本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.1电力线路的结构本节主要内容架空线路导线杆塔绝缘子金具电缆2.1.1电力线路结构简述电力线路架空线路导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等电缆导线、绝缘层、保护层等2.1.1电力线路结构简述避雷线导线（四分裂）杆塔绝缘子串

典型架空输电线路的照片典型电缆图片2.1.1电力线路结构简述2.1.2架空线路架空线路导线：主要由铝、钢、铜等材料制成避雷线：一般用钢线例如：LGJ—400/50表示载流额定截面积为400mm2、钢线额定截面积为50mm2的普通钢芯铝线。架空线路的标号：2.1.2架空线路导线为增加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其安排的规律为：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，以此类推扩径导线人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用分裂导线将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离特高压6分裂导线500kV四分裂导线220kV双分裂导线2.1.2架空线路杆塔按用途分直线杆塔耐张杆塔终端杆塔转角杆塔换位杆塔按材质分钢筋混凝土杆(水泥杆)铁塔常见塔型直线塔——悬挂导线耐张塔——承担线路横向的拉力终端塔——电站出口第1塔要承担第1跨的拉力跨越塔——跨越江河或高山，比一般塔高转角塔换位塔——线路3相换位2.1.2架空线路架空线路的换位ABCAAABBBCCC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。滚式换位换位方式换位杆塔换位2.1.2架空线路绝缘子针式绝缘子：35kV以下线路悬式绝缘子：35KV及以上线路≥3片60KV≥5片110KV≥7片220KV≥13片330≥19片一般一个绝缘子承担10000V左右的电压，可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级棒式绝缘子：替代整串的悬式绝缘子瓷横担绝缘子：同时起横担和绝缘子的作用各种绝缘子针式绝缘子瓷横担绝缘子悬式绝缘子2.1.2架空线路绝缘子的不同材料钢化玻璃绝缘子瓷绝缘子合成绝缘子2.1.2架空线路电压等级与直线杆塔上悬垂绝缘子串中绝缘数量的关系

2.1.2架空线路系统标称电压（kV）3563110220330500每串绝缘子片数3571317~1925~282.1.2架空线路金具架空线路上使用的所有金属部件悬垂线夹耐张线夹连接金具防震金具2.1.2架空线路金具并沟线夹（接续金具）悬垂线夹耐张线夹联结金具（Z型挂板）金具(保护)防振锤间隔棒2.1.2架空线路2.1.3电缆线路电缆的结构导体绝缘层包护层导体：L或T；单股或多股；单相或三相；圆形或扇形等绝缘材料：橡胶、沥青、聚氯乙烯、棉麻、绸、纸等。目前大多用浸渍纸。主要是相间绝缘、相对地绝缘包护层内护层：铅、铝，聚乙烯等，保护绝缘等外护层：防止锈蚀本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.2架空线路的参数和等值电路本节主要内容架空线路参数电阻电抗电导电纳等值电路2.2.1架空线路的等值参数有哪些参数？电阻：反映线路通过电流产生的有功功率损失效应电抗：反映载流导线周围产生的磁场效应电导：反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流以及导线附近空气游离产生的有功功率损失电纳：反映带电导线周围的电场效应假定每单位长度的电阻为r1(Ω/km)，电抗为x1(Ω/km)，电导为g1(S/km)，电纳为b1(S/km)，则长度为l的架空线路参数为：(Ω)(Ω)(S)(S)2.2.1架空线路的等值参数电阻ρ——导线材料的电阻率(Ω•mm2/km)S——导线的截面积(mm2)铝ρ=31.5(Ω•mm2/km)；铜ρ=18.8(Ω•mm2/km)考虑随温度的变化α——电阻的温度系数，铝0.0036(1/℃)，铜0.00382(1/℃)2.2.1架空线路的等值参数电抗三相线路，每相导线有自感，导线之间有互感。假设三相线路对称排列，或经过完全换位，单位长度的电抗为：Dge——三相导线间的几何均距(mm)r——导线的计算半径(mm)近似计算：x1=0.4Ω/km三相对称排列:Dge=D三相水平排列:Dge=1.26D2.2.1架空线路的等值参数电抗分裂导线：近似计算：2分裂导线x1=0.33Ω/km；3分裂导线x1=0.30Ω/km；4分裂导线x1=0.28Ω/kmreq——分裂导线的等值半径(mm)d1k是第1与第k根子导线间的距离m——分裂根数2.2.1架空线路的等值参数电导电导反映泄漏电流和空气游离产生的有功损耗空气游离产生电晕现象——导线带有高电压情况下，导线表面电场强度超过空气击穿强度时产生的局部放电正常运行时不允许产生电晕，计算中电导总是取0，即g=02.2.1架空线路的等值参数电纳三相导线之间以及相与地之间具有分布电容当线路上有电压时，这些分布电容形成电纳2.2.2等值电路100~300km之间的输电线路采用П型等值电路100km以下线路可忽略线路电纳。300km以上线路用多个П型等值电路串联等值。2.2.2等值电路例2-1：一条输电线路，长100km，额定电压为110kV，采用钢芯铝绞线LGJ-185型导线，导线水平排列，线间距离为4m，求线路等值参数。解：查附表知LGJ-185型导线的计算直径为19.02mm单位长度电阻：导线计算半径：单位长度电抗：2.2.2等值电路单位长度电导：g=0单位长度电纳：R=r1l=0.17×100=17ΩX=x1l=0.409×100=40.9ΩB=b1l=2.78×10-6×100=2.78×10-4S

线路全长等值参数：本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.3变压器的参数和等值电路本节主要内容变压器参数电阻电抗电导电纳等值电路2.3.1变压器的等值参数电力系统中变压器大部分是三相变压器，计算时采用单相等值电路。双绕组变压器采用Г型等值电路表示：电阻表示电流流过变压器原方、副方绕组产生的有功损耗(铜损)，铭牌上通过短路损耗ΔPs(ΔPk)表示;电抗表示变压器自感、绕组互感当电流流过时产生的电压降，铭牌上通过短路电压百分比Us%(uk%)表示;电导表示激磁电流流过变压器铁芯产生的有功损耗(铁损)，铭牌上通过空载损耗ΔP0表示。电纳表示变压器的激磁无功功率，铭牌上通过空载电流值I0%表示。2.3.1变压器的等值参数电阻ΔPS是短路损耗，单位kW；UN是额定电压，单位kV；SN是变压器额定容量，单位kVA。若UN取一次侧额定电压，RT归算到一次侧；若UN取二次侧额定电压，RT归算到二次侧。电抗电导电纳2.3.1变压器的等值参数变比：变比k指原方、副方空载线电压的比值Y/Y型和Δ/Δ型接法的变压器Y/Δ型接法的变压器变压器在高压侧一般有多个分接头：变压器的实际运行变比，是两侧绕组实际工作抽头的空载线电压之比2.3.1变压器的等值参数例2-2：某降压变电所有一台SFL1-20000/110型双绕组变压器，变比为110/11，试验数据为△P0=22kW,I0(%)=0.8,△PS=135kW,US(%)=10.5，试求变压器归算至高压侧的参数。2.3.2三绕组变压器的参数Г型等值电路：2.3.2三绕组变压器的参数电阻铭牌上给定短路损耗:一个绕组开路时，另2个绕组的短路损耗ΔPs1-2，ΔPs2-3，ΔPs3-1每个绕组的电阻：2.3.2三绕组变压器的参数电阻三绕组变压器三个绕组的额定容量可能不等，按规定有100/100/100，100/50/100,100/100/50(高/中/低压)三种。铭牌上的额定容量是高压绕组的容量。后2种情况下，铭牌上的短路损耗还要先进行一次折算。容量比为100/100/50，折算公式：容量比为100/50/100，折算公式：假设高压绕组为编号1，2.3.2三绕组变压器的参数电抗电抗计算过程与电阻相同：计算电抗不需要容量比折算(Us%是相对值，铭牌数据已折算)实际变压器中，排列在铁芯中间的绕组电抗值会比较小，或者是负值。其它参数电导、电纳、变比和双绕组相同2.3.2三绕组变压器的参数例2-3：有一台SFSL1-8000/110型三相三绕组变压器，其铭牌数据为：容量比100/50/100，电压比110kV/38.5kV/11kV，△P0=14.2kW，I0(%)=1.26，US(1-2)%=14.2，US(1-3)%=17.5，US(2-3)%=10.5，试计算以变压器高压侧电压为基准的变压器参数值。容量折算：解：电导：电纳：电阻：电抗：2.3.3自耦变压器的参数自耦变压器的原理图：参数计算和三相变压器完全相同。第三绕组容量总是小于变压器的额定容量，计算电阻和电抗时，ΔPs和Us%都要折算：2.3.4变压器的П型等值电路双绕组变压器实际电力系统计算中，必须同时计入变压器的变比：忽略激磁支路：2.3.4变压器的П型等值电路双绕组变压器阻抗归算到一次侧的等值电路：2.3.4变压器的П型等值电路双绕组变压器如果阻抗归算到二次侧：对应等值电路为:2.3.4变压器的П型等值电路

三绕组变压器本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.4发电机的等值参数发电机采用带有一定内阻抗的电压源表示，等值电路为：本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.5负荷的等值参数恒定功率模型设负荷消耗的有功P和无功Q保持不变，计算中用功率值P和Q表示负荷优点：在功率潮流计算中，注入节点的负荷功率不变恒定阻抗模型根据正常运行方式下负荷点的电压

和功率P+jQ，阻抗值

，并假定该阻抗值不变优点：在节点导纳矩阵中，对节点自导纳影响不变2.5负荷的等值参数非线性负荷模型先不考虑频率变化，负荷消耗的功率与负荷运行点电压的关系(负荷的电压静特性)可用二次多项式表示：UL——负荷点的运行电压(kV)UN——负荷点的额定电压(kV)PN、QN——额定电压负荷消耗的有功和无功功率第一项实际上代表恒阻抗的部分(和电压平方成正比)，第二项代表恒电流部分，第三项代表恒功率部分，要求其中：2.5负荷的等值参数非线性负荷模型当负荷运行点电压和频率偏离额定值变化量很小时，可以进行线性化，负荷的静特性表示为：其中：电科院PSASP中的负荷静特性：本章主要内容2.1电力线路的结构2.2架空线路的参数和等值电路2.3变压器的参数和等值电路2.4发电机的等值参数2.5负荷的等值参数2.6标幺制2.6标幺制本节主要内容标幺制的概念基准值的选择不同基准值下电气量的换算多级电压电网中电气元件标幺值的计算标幺制的优缺点2.6.1标幺制的概念幺就是1，标幺就是以1为基准(perunit)在多级电压的系统中，不同电压等级之间需要折算，用有名值很不方便采用标幺制，每个电压等级下的电气元件都以所在电压等级的额定值作为基准，整个系统都以得到的相对大小进行计算，就可以避免折算的问题，使计算得到很大简化2.6.2基准值的选择选择额定值作为基准值电力系统的电气量：电压、电流、功率、阻抗4个量中只要设置2个基准值推算另外2个基准值按照习惯：选定电压UB和功率的基准值SB这样选择基准值，三相电路中计算功率、阻抗时就不用再考虑的系数2.6.3不同基准值下电气量的换算以变压器为例，变压器的US%实际上就是以变压器额定容量SN和额定电压UN为基准值的电抗标幺值，假设要把该电抗值换算到全网统一的基准电压UB和基准容量SB下，应该如何换算？先算成有名值：(UN单位kV，SN单位MVA)再换算成新基准值下的标幺值2.6.4多级电压电网中电气元件标幺值的计算基准容量全网统一取值，一般是100MVA电压基准值有2个方案准确计算法从第一个变压器开始，根据变压器的变比依次确定每个电压等级的基准电压近似计算法每个电压等级取本等级的平均电压作为基准值按我国规定，平均电压取额定电压的1.05倍，忽略变压器的变比2.6.4多级电压电网中电