电力系统分析基础(第二章)

电力系统分析基础(第二章)第1页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二章电力网参数及等值电路本章主要内容：2.线路的结构

3.线路的参数

4.变压器的参数架空线由什么组成为什么要用扩径导线和分裂导线杆塔的形式绝缘子的作用------单位长度查手册短路、空载实验求RT，XT，GT，BT如何求两绕组：RT，XT，GT，BT如何求三绕组：RT，XT，GT，BT

6.电力系统的等值电路有名值标幺值变压器的等值归算问题1.输电方式——交流、直流、特·高压、灵活交流

5.发电机、电抗器、负荷的参数第2页，共66页，2023年，2月20日，星期二第一节输电方式经济方便、电压可变化超过100km时会发生稳定问题1、以交流为主国内最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem第3页，共66页，2023年，2月20日，星期二第4页，共66页，2023年，2月20日，星期二第一节输电方式不会出现稳定问题，适合长距离输300—400km2、直流输电塔高：+250kv---35m需交---直流变换装置，成本高事故时电流小线路高度低，占地面积小待研究—直流多端供电技术第5页，共66页，2023年，2月20日，星期二第6页，共66页，2023年，2月20日，星期二HVDC与HVAC的比较当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的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；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,沿线电压分布较平稳,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；第7页，共66页，2023年，2月20日，星期二HVDC与HVAC的比较(续）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改善整个系统的运行特性。第8页，共66页，2023年，2月20日，星期二HVDC与HVAC的比较(续）交直流输电的等价距离第9页，共66页，2023年，2月20日，星期二HVDC与HVAC的比较(续）

由于HVDC的线路造价较低，而变电站设备较HVAC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。

概括的说，从经济性考虑，当输电距离超过等价距离时，采用直流有利；输电距离小于等价距离时，采用交流有利。根据国外经验，架空线路的等价距离大约为500~800km。电缆线路的等价距离大约为30~50km。第10页，共66页，2023年，2月20日，星期二第一节输电方式3、灵活交流输电FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指装有电力电子型或其他静止型控制器以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、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，降低输电损耗。FACTS装置：指FACTS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统或其他静止设备第11页，共66页，2023年，2月20日，星期二提高交流输电传输功率的方法（FACTS）第12页，共66页，2023年，2月20日，星期二第一节输电方式不易发生与雷击和雪害等自然灾害有关故障成本高5、地下输电出故障难找散热差、允许电流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000万KW4、UHV交流输电须解决：电晕噪音、线间绝缘强度、输 电线用避雷器、绝缘子耐污塔高：80m---144m用500kv需双回线7回用1000kv需双回线1回UltraHighVoltage第13页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构电力线路一.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14页，共66页，2023年，2月20日，星期二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5.6—6.0加强型：LGJJ铝/钢比4.3—4.4轻型：LGJQ铝/钢比8.0—8.1LGJ-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，电容增大第15页，共66页，2023年，2月20日，星期二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：100—200米终端杆塔—只承受一侧的耐张力，导线首末端第16页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第17页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第18页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第19页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第20页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第21页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构ABC第22页，共66页，2023年，2月20日，星期二第二节电力线路的结构第23页，共66页，2023年，2月20日，星期二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（35KV以下），悬式（35KV以上）片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 37131924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24页，共66页，2023年，2月20日，星期二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=ρ/sS截面积mm2单位：Ω•mm2/km一般是查表rt=r20(1+α(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ρ电阻率铜：18.8铝:31.3与温度有关第25页，共66页，2023年，2月20日，星期二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、互感外电抗内电抗对数关系：导线截面和布置无显著影响，一般0.4Ω/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，减少了电抗第26页，共66页，2023年，2月20日，星期二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，产生电场容感对数关系：变化不大，一般2.85Х10-6S

/km分裂导线：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27页，共66页，2023年，2月20日，星期二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110KV—9.6mm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220KV—21.28mm330KV—32.2mm分裂导线电缆参数计算复杂，查手册第28页，共66页，2023年，2月20日，星期二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：L<100km的架空线,忽略g，b 线路电压不高第29页，共66页，2023年，2月20日，星期二第三节电力线路的参数与等值电路2、中等长度线路（π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30页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路第31页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路第32页，共66页，2023年，2月20日，星期二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

I1u1/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、BT、GT第33页，共66页，2023年，2月20日，星期二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：注意单位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）如UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）时第34页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路短路电压百分比UN（KV）、SN（MVA）第35页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路4、开路试验求GT、BT条件：一侧开路，另一侧加额定电压空载损耗：空载电流百分比I0%有功分量Ig无功分量Ib第36页，共66页，2023年，2月20日，星期二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37页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路1、由短路损耗求RT对于第Ⅰ类（100/100/100）第38页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路对于第Ⅱ类（100/50/100）第Ⅲ类（100/100/50）试验时小绕组不过负荷，存在归算问题，归算到SN对于（100/50/100）对于（100/100/50）代入可计算第39页，共66页，2023年，2月20日，星期二第四节电力变压器的参数与等值电路只给出一个最大短路损耗Pkmax时（两个100%绕组间短路）2、由短路电压百分比求XT（制造商已归算，直接用）排列不同，阻抗不同，中间绕组最小，甚至为负，一般取0第40页，共66页，2023年，2月20日，星期二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/Δ，第三绕组容量比额定容量小参数旧标准损耗未归算电压%未归算新标准最大短路损耗归算的电压%例题：P39例2-2第41页，共66页，2023年，2月20日，星期二补充：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42页，共66页，2023年，2月20日，星期二第五节发电机、电抗器、负荷的参数与等值电路一、发电机电阻：小，忽略电抗：等值电路jXGEG机端P+jQ机端PU机端第43页，共66页，2023年，2月20日，星期二补充：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EqnXdINUNINUNEqnjINXd第44页，共66页，2023年，2月20日，星期二补充：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第45页，共66页，2023年，2月20日，星期二补充：同步发电机的运行2、同步发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第46页，共66页，2023年，2月20日，星期二补充：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15~30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47页，共66页，2023年，2月20日，星期二第五节发电机、电抗器、负荷的参数与等值电路二、电抗器电阻：小，忽略电抗：jXR等值电路：高电压等级可用于低电压等级，不用SN第48页，共66页，2023年，2月20日，星期二第五节发电机、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。**第49页，共66页，2023年，2月20日，星期二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变压器的参数与UN有关，归算到哪一侧，值不同变压器的负载阻抗归算到某一侧时，和变比平方有关要级联等值电路，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）归算第50页，共66页，2023年，2月20日，星期二第六节电力系统的等值电路K的取值分子是向着基本级一侧的电压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51页，共66页，2023年，2月20日，星期二第六节电力系统的等值电路例题：电力网接线如图所示，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T1T2k210KV110KV6KVk1L1L2符号额定容量（MVA）额定电压（KV）Uk%∆Pk(KW)I0%∆P0(KW)T131.510.5/12110.5190332T220110/6.610.51352.822符号导线型号长度（Km）电压(KV)电阻(Ω/km)电抗(Ω/km)电纳(S/km)L1LGJ-1851001100.170.383.15✕10-6L2LGJ-300560.1050.383表1:表2:第52页，共66页，2023年，2月20日，星期二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归算到110KV侧变压器T1的电抗：变压器T2的电抗：线路L1的电阻、电抗和电纳为：第53页，共66页，2023年，2月20日，星期二第六节电力系统的等值电路线路L2的电阻、电抗为：j48.8ΩjxT1RL1jXL117Ωj38Ωj48.8ΩjxT1RL2jXL217Ωj38ΩjBL1/2j1.575Х10-4jBL1/2j1.575Х10-4第54页，共66页，2023年，2月20日，星期二第六节电力系统的等值电路j0.1757ΩjxT1RL1jXL10.0612Ωj0.1368Ωj0.228ΩjxT1RL2jXL20.525Ωj1.915ΩjBL1/2jJ4.376Х10-2jBL1/2j4.376Х10-2归算到6KV侧第55页，共66页，2023年，2月20日，星期二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56页，共66页，2023年，2月20日，星期二第六节电力系统的等值电路2、基准值的选取基准值的单位与对应有名值的单位相同各种量的基准值之间应符合电路的基本关系五个量中任选两个，其余三个派生，一般取SB，UB，SB—总功率或某发、变额定功率，UB—基本级电压

第57页，共66页，2023年，2月20日，星期二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第58页，共66页，2023年，2月20日，星期二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、双绕组理想变压器1:kRTjXT-jBTGT1:k1’2’12推导目的：等值电路中端部条件（，）（，）不变变压器参数受变比影响第59页，共66页，2023年，2月20日，星期二推导过程：从1-1’，2-2’之间等值，将导纳支路拿出去y12y10y20如果双端口网络用π型表示（且YT=1/ZT）ZT1:k1’2’121:kZT第60页，共66页，2023年，2月20日，星期二物理意义：端口条件相同时，等值参数与K有关两并联支路的导纳符号总是相反三支路的阻抗之和恒等于零谐振三角形内产生环流构成谐振三角形在串联阻抗上产生压降—变压谐振电流—变流ZTk:11’2’12试推导：第六节电力系统的等值电路