电力系统知识课件

第二章电力系统各元件的特性和数学模型第二章电力系统各元件的特性和数学模型1一．电力网各元件的参数及等值电路 1.输电线路的参数及等值电路

2.变压器的参数及等值电路二．电力网络的等值电路 重点第二章电力系统的元件参数及等值电路一．电力网各元件的参数及等值电路重点第二章电力系统的元件2第一节电力线路的参数和等值电路一．电力线路的结构简述二．电力线路的阻抗三.电力线路的导纳第一节电力线路的参数和等值电路一．电力线路的结构简述3第一节电力线路的参数和等值电路一.电力线路结构简述

电力线路按结构可分为

架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等

电缆线：导线、绝缘层、保护层等第一节电力线路的参数和等值电路一.电力线路结构简述4导线避雷线杆塔绝缘子金具（一）架空线路（一）架空线路5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—HL1.导线和避雷线要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强铝—L—常用，机械强度6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1.导线和避雷线例如：LGJ—400/50表示载流额定截面积为400、钢线额定截面积为50的普通钢芯铝线。结构多股线绞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ7为了减少电晕损耗或线路电抗，常采用：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。分裂导线又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线路电容。为了减少电晕损耗或线路电抗，常采用：8电性能，机械强度，抗腐蚀能力；主要材料：铝，铜，钢；例：LJTJLGJ电性能，机械强度，抗腐蚀能力；92.架空线路的绝缘子架空线路使用的绝缘子分为针式：35KV以下线路悬式：35KV及以上线路≥3片；60KV≥5片；110KV≥7片；220KV≥13片；330≥19片通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。2.架空线路的绝缘子架空线路使用的绝缘子分为10针式绝缘子针式绝缘子11主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的绝缘子链。悬式绝缘子主要用于35kV及以上系统，根据电压等级的高低组成数目不同的12棒式绝缘子棒式绝缘子13结构木塔——已不用3.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，导线首末端结构木塔——已不用3.杆塔钢筋混凝土塔—单杆、型杆铁塔—用14架空线路的换位问题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ABCBCACAB架空线路的换位问题目的在于减少三相参数不平衡ABCBCACA15(二)电缆线路电缆有三部分组成：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、相与地绝缘。

内护层：铅、铝，聚乙烯等，保护绝缘等包护层

外护层：防止锈蚀(二)电缆线路电缆有三部分组成：导体、绝缘层、包护层16导体绝缘层保护层电缆线电缆线17二电力线路的参数二电力线路的参数18架空输电线路参数有四个（1）电阻r：反映线路通过电流时产生的有功功率损耗效应。（2）电抗x：反映载流导体的磁场效应。二、电力线路的参数单位长线路的一相等值电路

架空输电线路参数有四个二、电力线路的参数单位长线路的19单位长线路的一相等值电路

（3）电导g：线路带电时绝缘介质中产生的泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率损耗。（4）电纳b：带电导体周围的电场效应。输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。单位长线路的一相等值电路（3）电导g：线路带电时绝缘介质20二.电力线路的阻抗1、有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线每相单位长度的电阻：其中：铝的电阻率为31.5铜的电阻率为18.8考虑温度的影响则：均大于直流电阻率二.电力线路的阻抗1、有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线212、有色金属导线三相架空线路的电抗先看单相线路n＝1×ab首先求外部磁链xDdxri磁动势2、有色金属导线三相架空线路的电抗先看单相线路n＝1×ab222、电抗计算公式：其中：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为0.42、电抗计算公式：其中：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为233.分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。可以证明：3.分裂导线三相架空线路的电抗24分裂导线的输电线路分裂导线的输电线路25增加一张分裂导线照片四分裂导线四分裂导线264.钢导线三相架空线路的电抗钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。5.电缆线路的阻抗

电缆线路的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。4.钢导线三相架空线路的电抗5.电缆线路的阻抗27三.电力线路的导纳1.三相架空线路的电纳其电容值为：最常用的电纳计算公式：架空线路的电纳变化不大，一般为三.电力线路的导纳1.三相架空线路的电纳其电容值为：最常用283.架空线路的电导线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕绝缘子串的泄漏：通常很小电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象

导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。2.分裂导线线路的电纳3.架空线路的电导线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕2.29四.电力线路的数学模型电力线路的数学模型就是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。（集中参数电路）

分三种情况讨论：

短线路中等长度线路长线路（分布参数电路或修正集中参数电路）

四.电力线路的数学模型电力线路的数学模型就是以电阻301.短输电线路：电导和电纳忽略不计长度<100km电压60kV以下短的电缆线线路阻抗图2-12短线路的等值电路1.短输电线路：电导和电纳忽略不计图2-12短线路的等值312.中等长度的输电线路110kV～220kV架空线：100km～300km电缆：<100km线路电纳忽略不计参数：可作出π型等值电路和T型等值电路2.中等长度的输电线路32图

中等长度线路的等值电路

(a)π形等值电路；(b)T形等值电路图中等长度线路的等值电路333长线路的等值电路（需要考虑分布参数特性）长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。精确型根据双端口网络理论可得：

3长线路的等值电路（需要考虑分布参数特性）34第二节变压器的参数和等值电路双绕组变压器的参数和等值电路三绕组变压器的参数和等值电路自耦变压器的参数和等值电路第二节变压器的参数和等值电路双绕组变压器的参数和等值电路35一.双绕组变压器的参数和数学模型阻抗（短路实验：在原边加I1N）铭牌参数：SN、UIN／UⅡN、Pk、Uk％、P0、I0％短路实验空载实验RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT一.双绕组变压器的参数和数学模型阻抗（短路实验：在原边加I1361.电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗Pk，其近似等于额定总铜耗PCu。我们通过如下公式来求解变压器电阻：

Pk:KW单位：UN:KVSN:MW1.电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗Pk，其近372.电抗在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：

折算时注意问题：①基本侧②功率不变性2.电抗在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值38导纳（空载实验：在原边加UN）RTjXTUrUxIoU1N....RTjXTIo.U1N.Ig.Ib.BTGT变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可如下求解：电导导纳（空载实验：在原边加UN）RTjXTUrUxIoU1N.39电纳在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等，其求解如下：电纳在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数40二.三绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器的等值电路132ZT3ZT2ZT1YT三绕组变压器电气结线图高中低铭牌参数：SN；UIN／UⅡN／UⅢN；Pk（1－2）、Pk（1－3）、Pk（3－2）；Uk（1－2）％、Uk（1－3）％、Uk（3－2）％；P0、I0％二.三绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器的等值电路132411.电阻按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：100/100/100、100/50/100、100/100/50按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构：

升压结构：中压内，低压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外注意：如何做短路实验?比如：Pk(1－2)、Uk(1－2)％：第3绕组开路，在第1绕组中通以额定电流;其它与此类推。1.电阻按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：按三个绕组排42电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于100/100/100各绕组等值损耗电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于100/43然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻44电阻对于100/50/100或100/100/50由于短路损耗是指容量小的一侧达到额定电流时的数值，因此应将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额定电流下的值。例如：对于100/50/100然后，按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电阻。电阻对于100/50/100或100/100/5045按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关）——指两个100%容量绕组中流过额定电流，另一个100%或50%容量绕组空载时的损耗。根据“按同一电流密度选择各绕组导线截面积”的变压器的设计原则：按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关）462.电抗与短路电阻算法相同，根据两两绕组短路实验数据求出各绕组等值电压损耗2.电抗与短路电阻算法相同，根据两两绕组短路实验数据472.电抗然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电抗一般来说，制造厂所提供的短路电压百分比都是经过归算的，因此短路电压不需要再归算。2.电抗然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电抗一般来说，483.导纳求取三绕组变压器导纳的方法和求取双绕组变压器导纳的方法相同。3.导纳求取三绕组变压器导纳的方法和求取双绕组变压器导纳的方49三.自耦变压器的参数和数学模型就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量，因此需要进行归算。对于旧标准：对于新标准，也是按最大短路损耗和经过归算的短路电压百分比值进行计算。三.自耦变压器的参数和数学模型就端点条件而言，自耦变50第四节负荷、发电机和电抗器数学模型负荷的表示法：

恒功率表示法：

恒阻抗表示法：

感性容性第四节负荷、发电机和电抗器数学模型负荷的表示法：恒功率51发电机模型（稳态时）2.5.1发电机电抗和电势发电机的等值电路(a)以电压源表示；(b)以电流源表示发电机模型（稳态时）2.5.1发电机电抗和电势52由发电机铭牌提供电抗百分值求出发电机电抗XG。发电机铭牌值：由发电机铭牌提供电抗百分值求出发电机电抗XG。发电机铭牌值：53发电机电势发电机电势54由电抗器提供的电抗百分值求电抗器电抗XR。电抗器铭牌值：电抗器模型由电抗器提供的电抗百分值求电抗器电抗XR。电抗器铭牌值：电抗55第五节电力网络的等值电路建立了电力系统各元件的数学模型，就可以根据它们的连接方式，建立电路网的等值电路但在此之前还需解决两个问题：电压级的归算问题标么值的折算描述电力系统的数学模型:以有名值表示用标么值表示第五节电力网络的等值电路建立了电力系统各元件的数学模型，就56标幺值基本概念有名制：在电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。标幺制：在电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。它是相对值。基准值：对于相对值的相对基准。三者之间的关系：标幺值基本概念57标幺制的优点：计算结果清晰、简化计算、便于迅速判断计算结果的正确性。特别有：线电压和相电压的标幺值数值相等；三相功率和单相功率的标幺值数值相等。选择基准值的条件：基准值的单位应与有名值的单位相同阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系注意：

（1）标幺值没有量纲。（2）所选基准值不同，标幺值不同。标幺制的优点：计算结果清晰、简化计算、便于迅速判断计算结果的58五个基准值中只有两个可任意选择，其余派生。一般选功率和电压。功率的基准值：选取某一整数，如：100MVA

电压的基准值：取参数和变量都将向其归算的该级额定电压。如拟将参数归算到220kV侧，则基准电压取220kv五个基准值中只有两个可任意选择，其余派生。59当选定各变量的基准值时，可表示出相应的标么值。如：结论：：线电压和相电压的标幺值数值相等；三相功率和单相功率的标幺值数值相等。当选定各变量的基准值时，可表示出相应的标么值。如：结论：：线60电流与阻抗的标幺值计算：标幺值结果换算成有名值：电流与阻抗的标幺值计算：标幺值结果换算成有名值：61电压级的归算

对于多电压级网络，无论是采用标么制还是有名制，都需将参数或变量归算至同一电压级。才能得到网络的等值电路。以下介绍：

采用有名值时的电压级归算（有名值等值电路）采用标么值时的电压级归算（标么值等值电路）电压级的归算对于多电压级网络，无论是采用标么62采用有名值时的电压级归算选取基本级（一般选最高电压等级）确定变比变压器变比K值的选取变压器实际的变比平均额定变比参数的归算准确归算：采用变压器实际额定变比近似归算：采用平均额定变比采用有名值时的电压级归算选取基本级（一般选最高电压等级）变压63实际额定电压变比k

k=UI/UII

UI、UII:分别为与变压器高、低压绕组相对应的额定电压。平均额定变比：网络的平均额定电压之比平均额定电压：某电压等级线路最高额定电压与最低额定电压的平均值所以平均额定电压比线路额定电压高5℅实际额定电压变比kk=UI/UII平均额定电64UN(kv)361035110220330Up(kv)3.156.310.537115230345额定电压和平均额定电压UN(kv)361035110220330Up(kv)3.651）准确归算：采用变压器实际额定变比把待归算侧的参数归算到基本级1）准确归算：采用变压器实际额定变比把待归算侧的参数归算到基662）近似归算：采用变压器平均额定变比把待归算侧的参数归算到基本级2）近似归算：采用变压器平均额定变比把待归算侧的参数归算到基67举例：220KV10KV35KV110KV500KV500KV242:52535:11110:38.5500:121T-4T-3T-2T-1如需将10KV侧的参数和变量归算至500KV侧，则变压器T-1、T-2、T-3、实际变比：k1、k2、k3应分别取35/11、110/38.5、500/121平均变比：k1p、k2p、k3p应分别取37/10.5、115/37、525/115举例：220KV10KV35KV110KV500KV500K68取10kV为基本级，则110kV级线路l-2阻抗归算如下：例准确近似取10kV为基本级，则110kV级线路l-2阻抗归算如下：例69采用标幺值时的电压级归算根据计算精度要求的不同，求取标么值的方法有两种：准确算法和近似算法。准确算法：参数按变压器的实际变比归算近似算法：参数按平均额定变比归算。归算的方法有两种：方法1：先有名值归算，后求标么值方法2：先基准值归算，后求标么值采用标幺值时的电压级归算根据计算精度要求的不同，求取标么值的70方法1：先有名值归算，后求标么值先选定基本级及其基准值（SB、UB），然后将网络中需要归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。方法1：先有名值归算，后求标么值71方法2：先基准值归算，后求标么值先选定基本级及其基准值（SB、UB），把它们归算到各电压等级，作为各电压等级的基准值（SB、），然后以（SB、）为各电压等级的基准值，求标么值。注意：基准功率不存在归算方法2：先基准值归算，后求标么值注意：基准功率不存在归算721）以上两种归算方法得到的标么值是相等的讨论：1）以上两种归算方法得到的标么值是相等的讨论：732）采用近似计算时，（即变压器变比取平均额定变比）。标么值的计算会大为简化。讨论：原因：采用近似计算时，认为处于同一电压等级的各元件，它们的额定电压都近似等于平均额定电压。当基本级选取平均额定电压为基准值时，其它电压等级的基准电压就是它的平均额定电压。3）把归算后的各元件的标么值连接起来，即可得到多电压等级网络的标么值等值电路

。2）采用近似计算时，（即变压器变比取平均额定变比）。标么值的74基准值改变后标么值的换算

基准值不同时同一物理量标么值是不同的，若给的各元件标么值参数是以不同基准值得出的，那么应把这些元件的标么值参数归算到统一的基准值。如：原来的基准值及其标么值现在的基准值及其标么值基准值改变后标么值的换算基准值不同时同一物理75电力系统知识课件76各元件统一基准值下标么值的计算发电机原：

(SGN,UN),

换算至系统统一基准值下：(SB,UB)准确计算：近似计算：各元件统一基准值下标么值的计算发电机原：(SGN,UN),77变压器换算至系统统一基准值下：(SB,UB)基准值为