元件序阻抗和等值電路電力系統(tǒng)湖南大學PPT課件

1、1對稱對稱正序組正序組 -1abc120F= SF2211111aaaa-1S7-1 7-1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應用對稱分量法在不對稱短路計算中的應用一、不對稱三相系統(tǒng)的對稱分量分解與合成一、不對稱三相系統(tǒng)的對稱分量分解與合成合成合成a(1)2b(1)a(1)c(1)a(1)FF= a FF= aF222222a( )b( )a( )c( )a( )FF= aFF= a Fa(0)b(0)c(0)F= F= Fa1202b1202c120F = F +F +FF = a F +aF +FF = aF +a F +F對稱對稱零序組零序組對稱對稱負序組負序組第1頁/共44頁27-1 7

2、-1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應用對稱分量法在不對稱短路計算中的應用一、不對稱三相系統(tǒng)的對稱分量分解與合成一、不對稱三相系統(tǒng)的對稱分量分解與合成注意要點注意要點1 1、正序、負序、零序均為三相對稱組，可以用單相進行分析、正序、負序、零序均為三相對稱組，可以用單相進行分析2 2、對稱分量的分解與合成適應于任何不對稱三相相量、對稱分量的分解與合成適應于任何不對稱三相相量( (系統(tǒng)系統(tǒng))(V)(V、E E、I I、 ) )3 3、通常以、通常以a a相為基準相，為簡便計，略去下標相為基準相，為簡便計，略去下標 “a”4 4、相序變換是一種線性坐標變換，且、相序變換是一種線性坐標變換，且 S S

3、 陣為陣為酉矩陣酉矩陣221aa1S =1aa3111122111S= aa1aa1 T-1*S= S6 6、零序分量、零序分量 與與 零軸分量零軸分量聯(lián)系與區(qū)別聯(lián)系與區(qū)別(1) (1) 均對應于三相不對稱系統(tǒng)，若三相是對稱均對應于三相不對稱系統(tǒng)，若三相是對稱 且且 平衡的，則不存在此一分量！平衡的，則不存在此一分量！(2) (2) 表達形式類似：表達形式類似：(3) (3) 意義不同：時間相序的相量、瞬時值對應的空間位置矢量意義不同：時間相序的相量、瞬時值對應的空間位置矢量 0abc0abc11F =(F +F +F )f =(f +f +f )335 5、1 1、a2、a 構成三相對稱正序

4、組；構成三相對稱正序組； 1 1、a、a2 構成三相對稱負序組。構成三相對稱負序組。第2頁/共44頁3abc abcabcV= ZI aaaaabacbbabbbcbcacbccccVIzzzVzzzIzzzVI7-1 7-1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應用對稱分量法在不對稱短路計算中的應用二、對稱分量的獨立性和元件序阻抗二、對稱分量的獨立性和元件序阻抗1 1、對稱分量的獨立性、對稱分量的獨立性設設 靜止三相電路元件，則靜止三相電路元件，則S S 120sc120V= ZI(1)(2)(0)diag z z zscZ=相序相序 阻抗矩陣阻抗矩陣1(1) 12(2)20(0)0V = z I

5、V = z IV = z I某相序的某相序的I I( (V V) )激勵激勵只產(chǎn)生只產(chǎn)生同相序的同相序的V V( (I I) )響應響應對稱分量獨立性對稱分量獨立性三相阻抗矩陣三相阻抗矩陣第3頁/共44頁4sm(1)-1scabcsm(2)sm(0)z -z00z00Z= SZS=0z -z0=0z000z + 2z00z7-17-1二、對稱分量的獨立性和元件序阻抗二、對稱分量的獨立性和元件序阻抗2 2、元件序阻抗、元件序阻抗正序阻抗正序阻抗負序阻抗負序阻抗零序阻抗零序阻抗定義：元件上施加某相序電壓與其對應的相序電流之比定義：元件上施加某相序電壓與其對應的相序電流之比(1)11z= V / I

6、(2)22z= V / I(0)00z= V / I靜止元件序阻抗：靜止元件序阻抗：20(1)sm( )sm( )smzz -zzz -zzz +2z02( )(1)( )zzz注意注意: : (1)(1) 序阻抗的序阻抗的 解析定義解析定義 具有一般性；但具有一般性；但 “比值比值” 定義不具一般性定義不具一般性(2) (2) 對稱對稱相序分量獨立性的條件相序分量獨立性的條件線性元件，結構參數(shù)完全對稱！線性元件，結構參數(shù)完全對稱！(3) (3) 旋轉元件的正序阻抗與負序阻抗不相等！旋轉元件的正序阻抗與負序阻抗不相等！第4頁/共44頁57-17-1三、對稱分量法三、對稱分量法 在不對稱短路在不

7、對稱短路 計算中的應用計算中的應用1 1、一般原理、一般原理f f 點不對稱三相電壓用點不對稱三相電壓用3 3組組對稱分量組電勢源等值對稱分量組電勢源等值第5頁/共44頁67-17-1三、對稱分量法在不對稱三、對稱分量法在不對稱 短路計算中的應用短路計算中的應用1 1、一般原理、一般原理根據(jù)對稱分量獨立性原理，根據(jù)對稱分量獨立性原理，分解為分解為3 3個獨立系統(tǒng)個獨立系統(tǒng)第6頁/共44頁77-17-1三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應用2 2、相序網(wǎng)絡及其相序電壓平衡方程、相序網(wǎng)絡及其相序電壓平衡方程(1)(1) 相序網(wǎng)絡相序網(wǎng)絡 上述只有某單一相序電源

8、作用的系統(tǒng)，即為相應相序網(wǎng)絡上述只有某單一相序電源作用的系統(tǒng)，即為相應相序網(wǎng)絡 正序網(wǎng)絡：網(wǎng)絡中、正序網(wǎng)絡：網(wǎng)絡中、f f點正序電源作用，各元件阻抗為正序阻抗點正序電源作用，各元件阻抗為正序阻抗 負序網(wǎng)絡：負序網(wǎng)絡：f f點負序電源作用，各元件阻抗為負序阻抗點負序電源作用，各元件阻抗為負序阻抗 零序網(wǎng)絡：零序網(wǎng)絡：f f點零序電源作用，各元件阻抗為零序阻抗點零序電源作用，各元件阻抗為零序阻抗(a) E(a) E 為正序網(wǎng)中為正序網(wǎng)中f f 點點網(wǎng)絡看進去的等值電勢，即網(wǎng)絡看進去的等值電勢，即E =Vfa0Note:(b) Z(b) Z1 1 、 Z2 、 Z0 為序網(wǎng)中為序網(wǎng)中f f 點的輸入

9、點的輸入( (組合組合) )阻抗，即阻抗，即f f 節(jié)點自阻抗節(jié)點自阻抗(c) (c) 中性點中性點Zn 對對1 1、2 2序網(wǎng)無影響，但以序網(wǎng)無影響，但以 3 3Zn出現(xiàn)在出現(xiàn)在0 0序網(wǎng)中序網(wǎng)中(d) (d) 1 1、2 2序網(wǎng)結構相同，但序網(wǎng)結構相同，但2 2序網(wǎng)為無源！序網(wǎng)為無源！0 0序也是無源的序也是無源的(e) (e) 注意各相序網(wǎng)中注意各相序網(wǎng)中f f 點各序電壓、電流的參考方向！點各序電壓、電流的參考方向！第7頁/共44頁87-17-1三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應用2 2、相序網(wǎng)絡及其相序電壓平衡方程、相序網(wǎng)絡及其相序電壓平衡方程

10、(2) (2) 相序相序電壓方程相序相序電壓方程 對對 1 1、2 2、0 0 相序網(wǎng)絡，列出其電壓平衡方程相序網(wǎng)絡，列出其電壓平衡方程相序電壓方程相序電壓方程1(1)(1)2(2)(2)0(0)(0)0 0 fafafafafafaEZ IVZIVZIV注意：注意：(a)(a) 6 6個變量個變量1 1、2 2、0 0 相序網(wǎng)絡中，相序網(wǎng)絡中， f f 點的相序電壓、相序電流點的相序電壓、相序電流 需需補充補充3 3個獨立方程個獨立方程由由f f點點邊界條件邊界條件唯一確定唯一確定(b) (b) E E=Vf0(c) (c) Z Z1 1=Zff(1) 、 Z2=Zff(2) 、 Z0=Zf

11、f(0)第8頁/共44頁97-2 7-2 同步發(fā)電機的負序和零序阻抗同步發(fā)電機的負序和零序阻抗概述：概述：GG的同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗對應于穩(wěn)態(tài)、或的同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗對應于穩(wěn)態(tài)、或 f(3) 暫態(tài)，暫態(tài)， 是三相對稱狀態(tài)，相應三相定子電流為基頻正序電流是三相對稱狀態(tài)，相應三相定子電流為基頻正序電流GG的正序參數(shù)！的正序參數(shù)！ 當三相定子電流為當三相定子電流為 2 or 02 or 0 序電流時，相應電磁感應過程完全不同！序電流時，相應電磁感應過程完全不同！ 1 1、定子負相序電流時的繞組電流成分分析、定子負相序電流時的繞組電流成分分析 定子基頻負序電流的作用定子基頻負序電

12、流的作用注意：注意：當有當有 D-DD-D、Q-Q Q-Q 時，其中的電流成分與時，其中的電流成分與 f-ff-f 相同！相同！第9頁/共44頁107-27-21 1、定子負相序電流時的繞組電流成分分析、定子負相序電流時的繞組電流成分分析 定子非周期（自由直流）電流的作用定子非周期（自由直流）電流的作用結論：結論：不對稱短路時，不對稱短路時，GG內(nèi)部內(nèi)部( (及網(wǎng)絡中及網(wǎng)絡中) )電磁現(xiàn)象十分復雜！電磁現(xiàn)象十分復雜！(a) (a) 定子基頻負序電流對應的空間負序磁場定子基頻負序電流對應的空間負序磁場 轉子：轉子：2, 4, 6, 2, 4, 6, ；定子：；定子：1, ,3, 5, 1, ,3

13、, 5, 進入穩(wěn)態(tài)進入穩(wěn)態(tài) 也一直存在也一直存在 轉子繞組、鐵芯轉子繞組、鐵芯 過負荷、發(fā)熱；過負荷、發(fā)熱； 轉子機械振動轉子機械振動(b) (b) 定子直流自由電流對應的空間靜止磁場定子直流自由電流對應的空間靜止磁場 轉子：轉子：3, 5, 7, 3, 5, 7, ；定子：；定子：2, 4, 6, 2, 4, 6, 進入穩(wěn)態(tài)后，衰減進入穩(wěn)態(tài)后，衰減0(c)(c) If If 轉子轉子d d、q q方向對稱，則不會有高次諧波電流！方向對稱，則不會有高次諧波電流！(d) (d) 為簡化分析，定義：為簡化分析，定義：GG負序電抗為定子基頻負序電壓與對應負序電流之比值負序電抗為定子基頻負序電壓與對應

14、負序電流之比值XG(2)=VG(2)/IG(2)第10頁/共44頁117-2 7-2 同步發(fā)電機的負序和零序阻抗同步發(fā)電機的負序和零序阻抗2 2、同步發(fā)電機的負序電抗、同步發(fā)電機的負序電抗特點：特點：XG(2)=VG(2)/IG(2)周期性變化，且與周期性變化，且與f(n)類型有關類型有關應用：應用：實用計算時，實用計算時，取取d d、q q方向方向 暫態(tài)或次暫態(tài)電抗的算術暫態(tài)或次暫態(tài)電抗的算術 / / 幾何均值幾何均值有阻尼繞組凸極機：有阻尼繞組凸極機：無阻尼繞組凸極機：無阻尼繞組凸極機：d d、q q對稱隱極機：對稱隱極機： xG(2)=xd(2)Gdqxxx(2)2Gdqxxx近似計算時

15、：隱極機近似計算時：隱極機(QF)(QF)、有阻尼繞組凸極機、有阻尼繞組凸極機(SF) (SF) xG(2)=1.22xd無阻尼繞組無阻尼繞組G G xG(2)=1.45xd第11頁/共44頁127-2 7-2 同步發(fā)電機的負序和零序阻抗同步發(fā)電機的負序和零序阻抗3 3、同步發(fā)電機的零序電抗、同步發(fā)電機的零序電抗基頻零序電流基頻零序電流0 0序漏磁通序漏磁通xG(0)為定子繞組漏電抗，其值與繞組結構有為定子繞組漏電抗，其值與繞組結構有關，且關，且 小于小于 正序漏電抗：正序漏電抗：(0)(1)2GsmGsasxxxxG(0) 變化范圍：變化范圍： xG(0)=(0.150.6) xd4 4、

16、G G 負序、零序電抗負序、零序電抗 典型參數(shù)典型參數(shù) 水輪發(fā)電機水輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機調(diào)相機和調(diào)相機和大型同步電動機大型同步電動機有阻尼繞組有阻尼繞組無阻尼繞組無阻尼繞組xG(2)0.150.35(0.25)0.320.55(0.45)0.1340.18(0.16)0.24xG(0)0.040.125(0.07)0.040.125(0.07)0.0360.08(0.06)0.08第12頁/共44頁137-3 7-3 變壓器的零序等值電路及其參數(shù)變壓器的零序等值電路及其參數(shù)T T是靜止元件，三相電流相序不改變每相原是靜止元件，三相電流相序不改變每相原 副邊副邊 繞組電繞組電- -磁耦合

17、關系磁耦合關系11、2 2、0 0序序 等值電路具有相同形式。等值電路具有相同形式。(1) 1(1) 1、2 2序電流的相序不同不影響序電流的相序不同不影響T T的漏磁通及互磁通分布，的漏磁通及互磁通分布，xT(1)= =xT(2)(2) 0(2) 0序電流對應的繞組漏磁通與序電流對應的繞組漏磁通與1 1、2 2序無異序無異 xT(0)=xT(1) = =xT(2)(3) 0(3) 0序電流對應的互磁通路徑的磁導序電流對應的互磁通路徑的磁導從而從而 xTm(0) 與與T T的鐵芯結構有關的鐵芯結構有關(4) 1(4) 1、2 2序電流的流通與繞組接線無關，序電流的流通與繞組接線無關，0 0序電

18、流的流通則與之有關序電流的流通則與之有關(5) (5) 繞組電阻與電流相序無關繞組電阻與電流相序無關TT的的1 1、2 2、0 0電阻相等，且通常忽略不計電阻相等，且通常忽略不計一、普通變壓器的零序等值電路及零序勵磁電抗一、普通變壓器的零序等值電路及零序勵磁電抗1 1、0序等值電路及序等值電路及0序參數(shù)概述序參數(shù)概述第13頁/共44頁14一、普通變壓器的零序等值電路及零序勵磁電抗一、普通變壓器的零序等值電路及零序勵磁電抗2 2、零序勵磁電抗、零序勵磁電抗7-3 7-3 變壓器的零序等值電路及其參數(shù)變壓器的零序等值電路及其參數(shù)每相的主磁通每相的主磁通 0 都經(jīng)鐵芯形成通路并與副邊繞組交鏈，都經(jīng)鐵

19、芯形成通路并與副邊繞組交鏈， 與與1 1、2 2序磁通一樣序磁通一樣xm(0)=xm(1)=xm(2) ；0 對應的磁阻很小對應的磁阻很小勵磁電抗很大，與漏磁通對應的繞組漏電抗比較，勵磁電抗很大，與漏磁通對應的繞組漏電抗比較， 近似認為近似認為 xm(0)(1) (1) 三相變壓器組、三相四芯柱、三相五芯柱變壓器三相變壓器組、三相四芯柱、三相五芯柱變壓器第14頁/共44頁15一、普通變壓器的零序勵磁電抗及零序等值電路一、普通變壓器的零序勵磁電抗及零序等值電路2 2、零序勵磁電抗、零序勵磁電抗(2) (2) 三相三芯柱變壓器三相三芯柱變壓器7-3 7-3 變壓器的零序等值電路及其參數(shù)變壓器的零序

20、等值電路及其參數(shù)每相的主磁通每相的主磁通 0 都受到另兩相都受到另兩相0 的抵制，不能經(jīng)鐵芯柱、只能的抵制，不能經(jīng)鐵芯柱、只能被迫經(jīng)絕緣介質和外殼形成回路被迫經(jīng)絕緣介質和外殼形成回路磁阻很大磁阻很大( (磁導很小磁導很小) )勵磁電抗很小勵磁電抗很小 : : xm(0) 正序電阻正序電阻(2)(2) 若包護層有良好接地，則包護層去磁作用減小，零序電抗最大，可能若包護層有良好接地，則包護層去磁作用減小，零序電抗最大，可能 正序電抗正序電抗(3)(3) 若包護層不接地，則包護層去磁作用最大，零序電抗最小，但若包護層不接地，則包護層去磁作用最大，零序電抗最小，但 正序電抗正序電抗(4)(4) 一般由

21、實驗測定，實用計算中，取值范圍：一般由實驗測定，實用計算中，取值范圍：(0)1(0)110 (3.5 4.6)rrxx第34頁/共44頁357-6 7-6 綜合負荷的序阻抗綜合負荷的序阻抗一、綜合負荷的正序阻抗一、綜合負荷的正序阻抗(1)(1)用正常運行的感應電動機等值用正常運行的感應電動機等值 （T T 型、或型、或型等值電路型等值電路）(6) (6) 應用計算曲線時，一般綜合負荷略去不計應用計算曲線時，一般綜合負荷略去不計0.80.6LDzj1.2LDzj2(cossin)LDLDLDVzjS(4) (4) 用額定運行的恒定阻抗等值：用額定運行的恒定阻抗等值：(5) (5) 用恒定電抗等值：用恒定電抗等值：(3)(3)用故障前穩(wěn)態(tài)負荷對應的恒定阻抗等值：用故障前穩(wěn)態(tài)負荷對應的恒定阻抗等值：(2) (2) 次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗的電勢源支路次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗的電勢源支路第35頁/共44頁36異步電動機三相繞組一般接成三角形，零序電流不能流通異步電動機三相繞組一般接成三角形，零序電流不能流通z(0)= 7-6 7-6 綜合負荷的序阻抗綜合負荷的序阻抗二、綜合負荷的負序阻抗二、綜合負荷的負序阻抗(1)(1)感應電動機等值模型感應電動機等值模型轉差率為轉差率為 2-s 2-s 的的 T T型、或型、或 型等值