第二章电力系统各元件的特性

第二章电力系统各元件的特性第1页，课件共98页，创作于2023年2月本章主要内容电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分的特性和等值电路发电机组变压器*电力线路*负荷电力网络的等值电路第2页，课件共98页，创作于2023年2月复功率的符号说明

滞后功率因数为正，感性无功负荷运行时，所吸取的无功功率超前功率因数为负，容性无功滞后功率因数为正，感性无功发电机运行时，所发出的无功功率超前功率因数为负，容性无功第3页，课件共98页，创作于2023年2月第二节变压器的参数和数学模型双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器等值变压器第4页，课件共98页，创作于2023年2月第5页，课件共98页，创作于2023年2月第6页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器第7页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器第8页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器第9页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器利用空载和短路试验计算变压器参数Pk：短路损耗kW，其近似等于额定总铜耗Uk%：短路电压百分数P0：三相有功空载损耗

kWI0%：空载电流百分数第10页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器电阻第11页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器电抗

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：第12页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器电导

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：第13页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器电纳

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：第14页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器变比kT工作时两侧绕组实际抽头的空载线电压之比。第15页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器等值电路第16页，课件共98页，创作于2023年2月一.双绕组变压器变压器的运行损耗:第17页，课件共98页，创作于2023年2月例题有一台SFL120000/110型的向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：，，，。试计算归算到高压侧和变压器参数。第18页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器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：高压外，低压中，中压内降压结构：高压外，中压中，低压内第19页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器2第20页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器电阻由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做处理：对于100/100/100第21页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻第22页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器对于100/50/100或100/100/50

首先，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。

然后，按照100/100/100

计算电阻的公式计算各 绕组电阻。第23页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器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：第24页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器电抗 根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理：第25页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻：一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的第26页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器等值电路第27页，课件共98页，创作于2023年2月二.三绕组变压器在实际网络计算当中，一个三绕组变压器一般看成3个双绕组变压器。第28页，课件共98页，创作于2023年2月三.自耦变压器

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：第29页，课件共98页，创作于2023年2月四.等值变压器（π型）模型变压器模型第30页，课件共98页，创作于2023年2月四.等值变压器（π型）模型变压器的Г型模型第31页，课件共98页，创作于2023年2月四.等值变压器（π型）模型优点：这种模型可以体现电压变换，在多电压等级网络计算中，可以不必进行参数和变量的归算。第32页，课件共98页，创作于2023年2月推导过程第33页，课件共98页，创作于2023年2月推导过程第34页，课件共98页，创作于2023年2月等值变压器的特点二次输出的电压、电流是实际的电压、电流，可以体现电压变换，在多电压等级网络计算中，可以不必进行参数和变量的归算。π型等值电路之和为0，组成了一个谐振三角形，利用谐振作用实现了二次的变流和变压。π型等值电路阻抗没有实际的物理意义。第35页，课件共98页，创作于2023年2月作业（变压器）求容量为20MVA、变比为121/10.5kV的三相双绕组变压器的参数和等值电路，并在等值图上注明原边和副边。若额定变比改为110/11kV时，参数和等值电路是否发生变化？哪一种用于升压变压器，哪一种用于降压变压器？已知：Pk=163KW，P0=60KW，Uk%=10.5，I0%=3.0三绕组变压器SN=25MVA，110/38.5/11(KV)，容量比为100/100/50，Pkmax=185KW，P0=52.6KW，I0%=3.6，Uk(1-2)%=10.5，Uk(3-1)%=17.5，Uk(3-2)%=6.5，试确定变压器的参数及等值电路。第36页，课件共98页，创作于2023年2月作业（变压器）将如图网络用变压器π型等值电路来表示，图中j0.3是标幺阻抗，要求做出阻抗的形式和导纳形式的π型等值。1:1.1j0.3第37页，课件共98页，创作于2023年2月第三节电力线路的参数和等值电路概述架空线路的参数和等值电路第38页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述电力线路功能简述输电线路配电线路联络线路第39页，课件共98页，创作于2023年2月第40页，课件共98页，创作于2023年2月第41页，课件共98页，创作于2023年2月第42页，课件共98页，创作于2023年2月第43页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述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：导线、绝缘层、保护层等架空线路的导线和避雷线

导线：主要由铝、钢、铜等材料制成避雷线：一般用钢线第44页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述认识架空线路的标号

×××××—×/×

钢线部分额定截面积主要载流部分额定截面积

J表示加强型，Q表示轻型

J表示多股线表示材料，其中：L表示铝、

G表示钢、T表示铜、HL表示铝 合金例如：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。第45页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述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：第46页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述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。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。1.钢芯（钢线19股）2.支撑层（铝线6股）3.内层（铝线18股）4.外层（铝线24股）第47页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述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。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。水平排列三角排列第48页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述架空线路的绝缘子

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。第49页，课件共98页，创作于2023年2月一.概述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AAABBBCCC第50页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数电阻：线路通过电流时产生的有功功率损失效应，由电场产生。电感(电抗)：载流导线产生磁场效应，由磁场产生。电导：线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及附近空气游离而产生的有功功率损失。电容(电纳)：反映带电导线周围电场效应。第51页，课件共98页，创作于2023年2月等值回路

第52页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数电阻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31.5Ωmm²/km

铜的电阻率为18.8Ωmm²/km

考虑温度的影响则：第53页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数电抗有色金属导线三相架空线路的电抗

第54页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数进一步可得到：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为

0.4Ω/km第55页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数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：第56页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数分裂导线三相架空线路的电抗分裂根数每公里电抗（Ω）

20.3330.3040.28第57页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数电纳三相架空线路的电纳架空线路的电纳变化不大，一般为：第58页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数分裂导线线路的电纳第59页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数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。第60页，课件共98页，创作于2023年2月二.电力线路的参数

实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下可设：

g1=0第61页，课件共98页，创作于2023年2月例题2-3（P43）220kV线路使用如图所示的带拉线铁塔；使用LGJ-400/50型导线，直径27.63mm，铝线部分截面积399.73mm2；使用由13片绝缘子组成的绝缘子串，长2.60m，悬挂在横担端部。试求该线路单位长度的电阻、电抗、电纳和电晕临界电压。解：1.电阻，取S=400mm2为导线的截面积。

2.电抗第62页，课件共98页，创作于2023年2月例题2-3（P43）3.电纳4.临界电压第63页，课件共98页，创作于2023年2月例题2-4（P44）部分330kV线路的导线结构为：2*LGJ-300/50分裂导线，每根导线铝线部分截面积为299.54mm2，直径24.26mm，分裂间距400mm，求该线路单位长度的电阻、电抗、电纳。解：1.线路电阻

2.电抗

第64页，课件共98页，创作于2023年2月例题2-4（P44）部分3.电纳第65页，课件共98页，创作于2023年2月三.电力线路的数学模型

电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。一般线路的等值电路短线：长度小于100km的架空线。可以忽略G和B，用串联阻抗来表示。第66页，课件共98页，创作于2023年2月三.电力线路的数学模型一般线路的等值电路一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为300km；对电缆为100km。不考虑线路的分布参数特性，只用将线路参数简单地集中起来的电路表示。第67页，课件共98页，创作于2023年2月三.电力线路的数学模型长线路的等值电路长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。精确型简化型

第68页，课件共98页，创作于2023年2月长线路精确型考虑分布参数可得：第69页，课件共98页，创作于2023年2月长线路精确型第70页，课件共98页，创作于2023年2月长线路精确型如果线路末端接的负荷阻抗没有反射波，也就是说

如果忽略电阻和电导，电压电流在传输过程中幅值不衰减，称为无损线。第71页，课件共98页，创作于2023年2月长线路简化型第72页，课件共98页，创作于2023年2月作业（线路）一回500KV架空输电线路，每相三分裂，根距40CM，导线采用LGJJ-400，计算半径为r=14.5MM，三相导线水平排列，相间距离为12M，晴朗天气下不会发生电晕，线路长度l=300KM。试求（1）不考虑分布参数特性的中长线模型；（2）考虑分布参数特性的简化长线模型。第73页，课件共98页，创作于2023年2月第四节电力系统的负荷负荷的组成和特点负荷分类负荷曲线负荷特性与模型第74页，课件共98页，创作于2023年2月一.负荷的组成电力系统的负荷：系统中千万个用电设备消耗功率的总和。电力系统的发电负荷：负荷再加上发电厂本身消耗的功率－厂用电，就是系统中各发电机应发的功率。第75页，课件共98页，创作于2023年2月一.负荷的组成异步电动机同步电动机电加热电炉整流设备照明设备第76页，课件共98页，创作于2023年2月一.负荷的特点综合性随机性第77页，课件共98页，创作于2023年2月二.负荷分类一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。第78页，课件共98页，创作于2023年2月三.负荷曲线负荷曲线：反映某一段时间内负荷随时间而变化的规律。按负荷种类分：有功功率负荷曲线无功功率负荷曲线第79页，课件共98页，创作于2023年2月三.负荷曲线按时间长短分：日负荷曲线：制订各发电厂发电负荷计划的依据；年最大负荷曲线：常用于制定发电设备的检修计划。年持续负荷曲线：计算负荷全年耗电量。第80页，课件共98页，创作于2023年2月第81页，课件共98页，创作于2023年2月第82页，课件共98页，创作于2023年2月四.负荷特性与模型负荷特性：指负荷随负荷端电压或系统频率变化而变化的规律，因而有电压特性和频率特性之分。静态特性：指电压或频率变化进入稳态时负荷功率与电压或频率的关系动态特性：指电压或频率急剧变化过程中负荷频率与电压或频率的关系。

第83页，课件共98页，创作于2023年2月4.负荷特性与模型（简化模型）有功负荷模型无功负荷模型在电力系统的稳态分析中，负荷的数学模型最简单，就是以给定的有功功率P和无功功率Q表示。只有在对计算精度要求较高时，才需计及负荷的静态特性。第84页，课件共98页，创作于2023年2月4.负荷特性与模型（静态特性）有功负荷模型无功负荷模型常数型、电流型、阻抗型综合型第85页，课件共98页，创作于2023年2月第五节电力系统的等值电路标幺值的折算电压等级的归算第86页，课件共98页，创作于2023年2月标幺值有名制：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基准值：对于相对值的相对基准三者之间的关系：标幺制=有名制/基准值第87页，课件共98页，创作于2023年2月标幺值基本级：将参数和变量归算至同一个电压级一般取网络中最高电压级为基本级平均电压：UN*1.05标幺制的优点：线电压和相电压的标幺值数值