第二章电力系统元件

第二章电力系统元件2023/9/171第1页，课件共78页，创作于2023年2月第二章

电力系统元件模型及参数计算架空输电线路的等值电路及参数计算变压器的等值电路及参数计算发电机和负荷模型电力系统的稳态等值电路(标幺值)第2页，课件共78页，创作于2023年2月2-1基本概念电力系统元件：构成电力系统的各组成部件。元件参数：表征元件特性的参量。数学模型：元件或系统物理模型的数学描述。第3页，课件共78页，创作于2023年2月2-2输电线路的等值电路及参数计算1、架空输电线路导线和避雷线杆塔绝缘子金具2、电缆线路导线绝缘层保护层第4页，课件共78页，创作于2023年2月架空输电线路档距：架空线路相邻杆塔之间的水平距离。弧垂：在档距中，导线的最低点和悬挂点之间的垂直距离。第5页，课件共78页，创作于2023年2月导线和避雷线

导线可分为裸导线和绝缘导线两大类，高压输电线路基本上都采用裸导线．它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝缘导线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。

导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是铝或铝合金导线。钢导线一般用作避雷线，铝绞线的芯线(即钢芯铅绞线)、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。铜导线的导电性能和机械强度都优于铝，但价格昂贵。

要求：导电好、机械强度大、抗腐蚀能力强第6页，课件共78页，创作于2023年2月导线和避雷线

导线可分为裸导线和绝缘导线两大类，高压输电线路基本上都采用裸导线．它的散热性能好。又节省绝缘材料。绝缘导线主要用于低压线路，以利于人身和设备的安全。

导线的材料主要有铝、铜、钢等。目前大量使用的是铝或铝合金导线。钢导线一般用作避雷线，铝绞线的芯线(即钢芯铅绞线)、或水泥杆的斜拉线，以提高其机械强度。铜导线的导电性能和机械强度都优于铝，但价格昂贵。

第7页，课件共78页，创作于2023年2月导线结构多股线绞合—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8页，课件共78页，创作于2023年2月架空线路采用的导线结构主要有单股、多股绞线和钢芯铝绞线。

(a)单金属绞线(b)钢芯铝绞线(c)扩径钢芯铝绞线(d)空心导线(e)钢铝混合绞线

钢芯铝绞线按其强度的大小，可分为普通型、轻型和加强型三种。其区别反映在铝钢截面比上。截面比越小，机械强度越高。对于220kV以上的输电线路，为减少线路的电抗和导线电晕，常用分裂导线。

架空线路导线的型号是用导线的材料和结构以及截面积三部分表示的。如T－铜线；G－钢线；L－铝线；J－多股绞线；HL－铝合金线；LGJ-120表示120mm2的钢芯铝绞线。第9页，课件共78页，创作于2023年2月结构木塔——已不用杆塔钢筋混凝土塔—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10页，课件共78页，创作于2023年2月第11页，课件共78页，创作于2023年2月第12页，课件共78页，创作于2023年2月第13页，课件共78页，创作于2023年2月第14页，课件共78页，创作于2023年2月第15页，课件共78页，创作于2023年2月ABC第16页，课件共78页，创作于2023年2月第17页，课件共78页，创作于2023年2月绝缘子类型：针式（35KV以下），悬式（35KV以上）

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：悬重锤绝缘子：架空线路用的绝缘子用来支持或悬挂导线，并使之与杆塔绝缘。它由瓷、玻璃或硅橡胶等材料制成。

片树：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV绝缘子要求：足够的电气与机械强度、抗腐蚀材料：瓷质、玻璃、硅橡胶第18页，课件共78页，创作于2023年2月电缆线路

电力电缆主要由导体、绝缘层和保护层三部分组成，如图所示。电力电缆的导体通常采用多股铜绞线或铝绞线。根据电缆中导体数目的不同可分为单芯、三芯和四芯电缆。

扇形三芯电缆1-导体2-绝缘层3-铅包层4-黄麻层5-钢带铠甲6-黄麻保护层第19页，课件共78页，创作于2023年2月2-2输电线路的等值电路及参数计算1.架空输电线路的等值电路2.架空输电线路的参数计算第20页，课件共78页，创作于2023年2月1.架空输电线路的等值电路输电线路四个参数:电阻r：反映线路通过电流时产生有功功率损失效应；电感L：反映载流导线周围产生的磁场效应；电导g：反映线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流及导线附近空气游离而产生的有功功率损失；

电容C：反映带电导线周围电场效应。

第21页，课件共78页，创作于2023年2月1.架空输电线路的等值电路短距离输电线路中长距离输电线路长距离输电线路集中参数分布参数第22页，课件共78页，创作于2023年2月短距离输电线路的等值电路长度不超过100km的架空输电线路，线路额定电压为60kV及以下者

图2-12短线路的等值电路

第23页，课件共78页，创作于2023年2月中等长度输电线路的等值电路线路电压为110kV～220kV，架空输电线路长度为100km～300km，电缆线路长度不超过100km的线路

图2-5中等长度线路的等值电路

第24页，课件共78页，创作于2023年2月长距离输电线路的等值电路图2-17长线的等值电路

长度超过100km～300km的架空输电线路和长度超过100km的电缆线路，这种线路，必须考虑其分布参数特性

第25页，课件共78页，创作于2023年2月2.架空输电线路的参数计算架空输电线路每一相的等值串联阻抗

Z=(r+jx)l

架空输电线路每一相的等值并联导纳

Y=(g+jb)l

第26页，课件共78页，创作于2023年2月

Deq是三相导线间的互几何均距

Ds是多股绞线的自几何均距分裂导线时Ds=Dsb(2-8)每相单位长度的等值电阻每相单位长度的等值电抗第27页，课件共78页，创作于2023年2月分裂导线将输电线的每相导线分裂成若干根按一定的规则分散排列，便构成分裂导线输电线。分裂导线的自几何均距相比单导线的大，故电抗小。问题1：分裂数越多越好吗？

问题2：分裂间距越大越好吗？第28页，课件共78页，创作于2023年2月每相单位长度的等值电容每相单位长度的等值电纳Deq是三相导线间的互几何均距r是导线的半径分裂导线时r=req(2-15)(2-14)第29页，课件共78页，创作于2023年2月线路额定电压(kV)60以下110154220330导线外径（mm）

9.613.6821.2833.2表2-1不需计算电晕的导线最小直径（海拔不超过100m）电导:沿绝缘子的泄漏电流产生的有功损耗和电晕损耗第30页，课件共78页，创作于2023年2月例题2-1,2-2(自学)第31页，课件共78页，创作于2023年2月2.3长距离输电线路略去二阶微小量

流入并联导纳中的电流12第32页，课件共78页，创作于2023年2月2.3长距离输电线路距线路末端x处电压电流与线路末端电压电流的关系线路首端电压电流与线路末端电压电流的关系线路的传播常数线路的波阻抗第33页，课件共78页，创作于2023年2月长距离输电线路的等值电路V2Z

Y

/2Y

/2V1简化(2-40)第34页，课件共78页，创作于2023年2月2-4变压器的等值电路和参数计算1.变压器的等值电路2.双绕组变压器的参数计算等值串联阻抗等值并联导纳3.三绕组变压器4.自偶变压器5.变压器的等值电路第35页，课件共78页，创作于2023年2月第36页，课件共78页，创作于2023年2月第37页，课件共78页，创作于2023年2月1.变压器的等值电路双绕组变压器三绕组变压器图2-19第38页，课件共78页，创作于2023年2月2.双绕组变压器的参数计算等值阻抗电阻电抗PsVs%P0I0%RT

XT

GT

BT

(2-42)(2-44)注意:Ps--kw,VN--kVSN--MVA第39页，课件共78页，创作于2023年2月等值并联导纳电导电纳变比(2-45)(2-46)第40页，课件共78页，创作于2023年2月例2-5

有一台SFL120000/110型向10kV网络供电的降压变压器，铭牌给出的试验数据为：ΔPS=135kW，VS%=10.5，ΔP0=22kW，I0%=0.8。试计算归算到高压侧的变压器参数。

已知SN=20000kVA，高压侧额定电压VN=110kV

第41页，课件共78页，创作于2023年2月第42页，课件共78页，创作于2023年2月3.三绕组变压器的参数计算等值阻抗电阻(R1R2R3)(2-47)第43页，课件共78页，创作于2023年2月(2-49)适用于三个绕组额定容量相同的情况第44页，课件共78页，创作于2023年2月短路试验数据的折算(2-50)回自耦变压器第45页，课件共78页，创作于2023年2月电抗(X1X2X3)(2-52)导纳和变比的计算与双绕组相同例2－6第46页，课件共78页，创作于2023年2月4.自偶变压器与普通变压器相同，但短路试验数据都必须经过折算，式（2-50）和（2-53）(2-53)第47页，课件共78页，创作于2023年2月5变压器

型等值电路

前述的变压器等值电路计算所得副方绕组的电流和电压都是它们的折算值，不是实际值。带有变比的等值电路k:1第48页，课件共78页，创作于2023年2月

变压器采用

形等值电路后，电力系统中与变压器相接的各元件就可以直接应用其参数的实际值。

阻抗参数表示导纳参数表示k(k-1)第49页，课件共78页，创作于2023年2月三绕组变压器考虑变比的等值电路第50页，课件共78页，创作于2023年2月选取一个基本级，把其他电压等级的元件参数折算到基本级带变比的变压器等值支路变压器的-型等值电路

(图2-22,图2-23)电力系统分析计算中变压器的三种处理方式第51页，课件共78页，创作于2023年2月补充：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52页，课件共78页，创作于2023年2月2-5发电机和负荷模型1.发电机的电抗和电势第53页，课件共78页，创作于2023年2月电压源或电流源表示的发电机等值电路第54页，课件共78页，创作于2023年2月2．负荷特性和负荷模型负荷特性:负荷功率与电压和频率的关系(动态特性和静态特性)V*电压静态特性f*频率静态特性第55页，课件共78页，创作于2023年2月负荷静态模型1)恒功率负荷模型2)恒定阻抗负荷模型第56页，课件共78页，创作于2023年2月3)用电压静态特性表示的综合负荷模型恒定阻抗消耗功率恒电流负荷消耗功率恒定功率额定电压附近第57页，课件共78页，创作于2023年2月4)用电压及频率静态特性表示的综合负荷模型第58页，课件共78页，创作于2023年2月2-6电力系统的稳态等值电路1.多电压等级网络的参数归算需对元件的阻抗、导纳、电压和电流进行归算k1=10.5／242，k2=220／121基本级第59页，课件共78页，创作于2023年2月2.电力系统的标幺制标幺制的概念基准值的选择和标幺值的特点不同基准值标幺值之间的换算第60页，课件共78页，创作于2023年2月1)标幺制的概念

若选VB=10kV，则VG*=1.05第61页，课件共78页，创作于2023年2月电压、电流、功率和阻抗的基准值分别为VB、IB、SB和ZB时第62页，课件共78页，创作于2023年2月2)基准值的选择和标幺值的特点基准值的单位应与对应的有名值相同全系统只有一套基准值一般取额定值为基准值电压、电流、功率、阻抗的基准值之间满足基本关系：第63页，课件共78页，创作于2023年2月选定VB和SB之后，便有：第64页，课件共78页，创作于2023年2月线电压与相电压的基准值，三相功率与单相功率的基准值之间有以下关系：第65页，课件共78页，创作于2023年2月3)不同基准值标幺值间的换算

额定标幺值X(N)*

有名值统一基准下的标幺值第66页，课件共78页，创作于2023年2月4.标么制的特点优点：易于比较电力系统各元件的特性及参数；简化计算公式；在一定程度上简化计算工作。缺点：没有量纲，因而其物理概念不如有名值明确。第67页，课件共78页，创作于2023年2月3.多电压等级网络的标幺值等值电路1、有名值表示的等值电路（元件标么值换算为有名值）；2、统一基准值下的标么值等值电路；第68页，课件共78页，创作于2023年2月1）有名值表示的等值电路元件（标么值换算为有名值）百分制也是一种相对单位制，对于同一物理量，如果基准值相同，则百分值=100

标幺值，如上式的电抗器。对于变压器，其额定标幺电抗可表示为：第69页，课件共78页，创作于2023年2月2）统一基准值下的标么值等值电路：各电压等级分别选择不同基准电压，基准功率则全段统一第70页，课件共78页，创作于2023年2月例2-7

试计算图2-27(a)输电系统各元件电抗的标幺值。发电机:

SG(N)=30MVA，VG(N)=10.5kV，XG(N)=0.26；变压器T-1: