第二章電力系統(tǒng)各元件的等值電路和參數(shù)計(jì)算教育研究

1、第第2 2章章電力系統(tǒng)元件模型和參數(shù)計(jì)算電力系統(tǒng)元件模型和參數(shù)計(jì)算1章節(jié)課堂2.1 2.1 系統(tǒng)等值模型的基本概念系統(tǒng)等值模型的基本概念電力系統(tǒng)分析和計(jì)算的一般過程 首先將待求物理系統(tǒng)進(jìn)行分析簡化，抽象出等效電路(物理模型)； 然后確定其數(shù)學(xué)模型，也就是說把待求物理問題變成數(shù)學(xué)問題； 最后用各種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解，并對結(jié)果進(jìn)行分析。22.2.1 2.2.1 輸電線路輸電線路1 1. .架空線架空線 導(dǎo)線導(dǎo)線 避雷線避雷線 桿塔桿塔 絕緣子絕緣子 金具金具2.22.2輸電線路的等值電路和參數(shù)計(jì)算輸電線路的等值電路和參數(shù)計(jì)算3（1 1）導(dǎo)線和避雷線導(dǎo)線和避雷線：電性能，機(jī)械強(qiáng)度，抗腐蝕能力；：電性能

2、，機(jī)械強(qiáng)度，抗腐蝕能力； 主要材料：鋁，銅，鋼；例：主要材料：鋁，銅，鋼；例：lj tj lgjlj tj lgj2.2 2.2 輸電線路的等值電路和參數(shù)計(jì)算輸電線路的等值電路和參數(shù)計(jì)算4（2 2）桿塔）桿塔木塔：較少采用木塔：較少采用鐵塔：主要用于鐵塔：主要用于220kv220kv及以上系統(tǒng)及以上系統(tǒng)鋼筋混凝土桿：應(yīng)用廣泛鋼筋混凝土桿：應(yīng)用廣泛5110kv架空線路67（3 3）絕緣子絕緣子 針式針式：10kv10kv及及以下線路以下線路8針式絕緣子針式絕緣子9 懸式絕緣子懸式絕緣子 主要用于主要用于35kv及以及以上系統(tǒng)，根據(jù)電壓等上系統(tǒng)，根據(jù)電壓等級的高低組成數(shù)目不級的高低組成數(shù)目不同的絕

3、緣子鏈。同的絕緣子鏈。10懸式絕緣子懸式絕緣子11 棒式絕緣子棒式絕緣子 起到絕緣和橫擔(dān)起到絕緣和橫擔(dān)的作用，應(yīng)用于的作用，應(yīng)用于1035kv農(nóng)網(wǎng)。農(nóng)網(wǎng)。12棒式絕緣子棒式絕緣子132.2.電纜線路電纜線路 導(dǎo)體導(dǎo)體 絕緣層絕緣層 保護(hù)層保護(hù)層14架空輸電線路參數(shù)有四個(gè)(圖2-11）（1）電阻r0：反映線路通過電流時(shí)產(chǎn)生的有功功率 損耗效應(yīng)。（2）電感l(wèi)0：反映載流導(dǎo)體的磁場效應(yīng)。圖圖2-11 2-11 單位長線路的一相等值電路單位長線路的一相等值電路 15圖圖2-11 2-11 單位長線路的一相等值電路單位長線路的一相等值電路 （3）電導(dǎo)g0 ：線路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生的泄漏電流及導(dǎo)體附近空

4、氣游離而產(chǎn)生有功功率損耗。（4）電容c0 ：帶電導(dǎo)體周圍的電場效應(yīng)。 輸電線路的以上四個(gè)參數(shù)沿線路均勻分布。161.電阻電阻有色金屬導(dǎo)線單位長度的直流電阻：有色金屬導(dǎo)線單位長度的直流電阻：考慮如下三個(gè)因素：考慮如下三個(gè)因素：（1）交流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。）交流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。（2）絞線的實(shí)際長度比導(dǎo)線長度長）絞線的實(shí)際長度比導(dǎo)線長度長23 。（3）導(dǎo)線的實(shí)際截面比標(biāo)稱截面略小。）導(dǎo)線的實(shí)際截面比標(biāo)稱截面略小。 因此交流電阻率比直流電阻率略為增大因此交流電阻率比直流電阻率略為增大：銅：銅：18.8 鋁：鋁：31.5精確計(jì)算時(shí)進(jìn)行溫度修正：精確計(jì)算時(shí)進(jìn)行溫度修正： 為溫度系數(shù)：為溫度系數(shù)： 銅

5、：銅： 鋁鋁:sr/kmmm /2kmmm /2)20(1 20trrtco/003821. 0 co/00361. 0172.2.電抗電抗三相導(dǎo)線排列對稱三相導(dǎo)線排列對稱( (正三角形正三角形) )，則三相電抗相等。，則三相電抗相等。三相導(dǎo)線排列不對稱，則進(jìn)行整體循環(huán)換位后三三相導(dǎo)線排列不對稱，則進(jìn)行整體循環(huán)換位后三相電抗相等。相電抗相等。181)單導(dǎo)線每相單位長度電感和電抗：式中：deq為三相導(dǎo)線間的互幾何均距， ds為導(dǎo)線的自幾何均距實(shí)際多股絞線的自幾何均距：非鐵磁材料的單股線：ds=0.779r非鐵磁材料的多股線：ds=（0.7240.771)r鋼芯鋁線： ds=（0.770.9)r在

6、工程計(jì)算中，可以取架空線路的電抗為seqaddlln203312312ddddeqkmddlfxseqnlg1445. 0241 redsr為導(dǎo)線的計(jì)算半徑為導(dǎo)線的計(jì)算半徑km/40. 0192）具有分裂導(dǎo)線的輸電線路的等值電感和電抗20 dsb為分裂導(dǎo)線的自幾何均距，隨分裂根數(shù)不同而變化。為分裂導(dǎo)線的自幾何均距，隨分裂根數(shù)不同而變化。 2分裂導(dǎo)線：分裂導(dǎo)線： 3分裂導(dǎo)線：分裂導(dǎo)線： 4分裂導(dǎo)線：分裂導(dǎo)線： 通常，通常，dds，因此，分裂導(dǎo)線自幾何均距，因此，分裂導(dǎo)線自幾何均距dsb比單導(dǎo)比單導(dǎo)線自幾何均距線自幾何均距ds大，大，分裂導(dǎo)線的等值電感小分裂導(dǎo)線的等值電感小。sbeqaddlln2

7、04332dddddddddssbssbssbkmddlfxsbeqnlg1445. 0221四四分分裂裂導(dǎo)導(dǎo)線線22233.輸電線路的電導(dǎo)：用來反映泄漏電流和空氣游離所引起的有功功率損耗。（1）正常情況下，泄漏電流很小，可以忽略，主要考慮電暈現(xiàn)象引起的功率損耗。（2）電暈：局部場強(qiáng)較高，超過空氣的擊穿場強(qiáng)時(shí)，空氣發(fā)生游離，從而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。 )/(10321kmsupgg線電壓電暈損耗有功功率 ugp24）f/km10lg0241. 06eq（rdc）（ kms10lg58. 726eqrdcfbn4 .等值電容和電納(1)單導(dǎo)線：電容 電納25（2）分裂導(dǎo)線）分裂導(dǎo)線 deq各相分裂導(dǎo)

8、線重心間的幾何均距。各相分裂導(dǎo)線重心間的幾何均距。req 一相導(dǎo)線組的等值半徑。一相導(dǎo)線組的等值半徑。對二分裂導(dǎo)線：對二分裂導(dǎo)線：對三分裂導(dǎo)線：對三分裂導(dǎo)線：對四分裂導(dǎo)線：對四分裂導(dǎo)線：kmfrdceqeq/lg0241.0rdreq4309. 1rdreq32rdreqsrdcfbeqeqn610lg58.7226 微元段等值電路微元段等值電路圖圖2-17 長線的等值電路長線的等值電路 27雙繞組雙繞組變壓器變壓器三繞組三繞組變壓器變壓器28 2.3.2 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：短路實(shí)驗(yàn)：短路損耗短路實(shí)驗(yàn)：短路損耗 ，短路電壓的百分?jǐn)?shù)，

9、短路電壓的百分?jǐn)?shù)空載實(shí)驗(yàn)：空載損耗空載實(shí)驗(yàn)：空載損耗 ，空載電流的百分?jǐn)?shù)，空載電流的百分?jǐn)?shù)一、電阻一、電阻 )(1000 )3( 3322222222knnktnnkttnntnntnsuprsuprrusrusrip經(jīng)過單位換算：kp)%(ku0p)%(0i292.3.2 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算 電抗電抗 電導(dǎo)電導(dǎo) nnktsuux2100%)(10320supgnt10031003/(%)ntnntnkuxivziu20ntugp 302.3.2 雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算雙繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算 電納電納 變比：兩側(cè)繞組空載線電壓之比。變比：兩側(cè)繞組空載線電壓之比。 (1

10、)(1)對對y y，y y接法和接法和d ,dd ,d接法的變壓器接法的變壓器 (2)(2)對于對于y,dy,d接法的變壓器接法的變壓器)(100%3100%200susiuiibnnnnt2121/nntuuk2121/3/nntuukntniibui100(%)300312.3.3 三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算1.電阻r1、r2、r3為確定三個(gè)繞組的等值阻抗，要有三個(gè)方程，為此需要三種短路試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，三繞組變壓器的短路試驗(yàn)是依次讓一個(gè)繞組開路，按雙繞組變壓器來作的。若測得短路損耗分別為：313212)31(323222)32(212212)21(333333kknnkkkn

11、nkkknnkppriripppriripppririp式中 分別為各繞組的短路損耗。321,kkkppp322.3.3 三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算三繞組變壓器的參數(shù)計(jì)算按三個(gè)繞組容量比的不同有三種不同的類型： 100/100/100、100/50/100、100/100/50按三個(gè)繞組排列方式的不同有兩種不同的結(jié)構(gòu)： 升壓結(jié)構(gòu)：中壓內(nèi)，低壓中，高壓外 降壓結(jié)構(gòu)：低壓內(nèi)，中壓中，高壓外331. 電阻 由于容量的不同，對所提供的短路損耗要做些處理 對于100/100/100 然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32(

12、)31()21(1kkkkkkkkkkkkpppppppppppp2233222222111000 ,1000 ,1000nnktnnktnnktsuprsuprsupr34對于100/50/100或100/100/50:首先，將含有不同容量繞組的短路損耗數(shù)據(jù)歸算為額定電流下的值。若工廠提供的短路試驗(yàn)值為 、且編號1為高壓繞組，則:)31()32()21(kkkppp、23)31()31(232)32()32(22)21()21()(),min()(nnkknnnkknnkkssppsssppsspp35例如：對于100/50/100 然后，按照100/100/100計(jì)算電阻的公式計(jì)算各繞組電

13、阻。 )32(2)32()32()21(2)21()21(4)2/(4)2/(knnkkknnkkpsspppsspp362. 電抗 根據(jù)變壓器排列不同，對所提供的短路電壓做些處理： 然后按雙繞組變壓器相似的公式計(jì)算各繞組電阻 一般來說，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過歸算的%)%(21%)%(21%)%(21%)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkuuuuuuuuuuuunnktnnktnnktsuuxsuuxsuux100% ,100% ,100%233222211373、導(dǎo)納gt-jbt及變比k12,k13,k23 計(jì)算方法與

14、雙繞組變壓器相同382.4 2.4 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷模型發(fā)電機(jī)和負(fù)荷模型2.4.1 2.4.1 發(fā)電機(jī)電抗和電勢發(fā)電機(jī)電抗和電勢 圖圖 2-24 2-24 發(fā)電機(jī)的等值電路發(fā)電機(jī)的等值電路(a) (a) 以電壓源表示；以電壓源表示；(b)(b)以電流源表示以電流源表示391 1 標(biāo)幺制的概念標(biāo)幺制的概念 注意：注意：（1 1）相對單位制，標(biāo)幺值沒有量綱。）相對單位制，標(biāo)幺值沒有量綱。 （2 2）所選基準(zhǔn)值不同，標(biāo)幺值不同。）所選基準(zhǔn)值不同，標(biāo)幺值不同。 位）基準(zhǔn)值（與有名值同單）實(shí)際有名值（任意單位標(biāo)幺值 2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制40例如：某發(fā)電機(jī)端電壓ug=10.5kv，

15、如果選取基準(zhǔn)值ub=10.5kv，ug*=ug/ub=12.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制41 若選電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值為若選電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值為u ub b，i ib b，s sb b，z zb b，相應(yīng)的標(biāo)幺值如下：相應(yīng)的標(biāo)幺值如下：jxrzxjzrzjxrzzzjqpsqjspsjqpsssiiiuuubbbbbbbbbb2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制422 2 基準(zhǔn)值的選取基準(zhǔn)值的選取 除了要求和有名值同單位外，原則上可以是任意值。除了要求和有名值同單位外，原則上可以是任意值。 考慮采用標(biāo)幺值計(jì)算的目的。考慮采用標(biāo)幺值計(jì)算的目的。

16、目的目的: : （a)a)簡化計(jì)算。簡化計(jì)算。 （b)b)便于對結(jié)果進(jìn)行分析比較。便于對結(jié)果進(jìn)行分析比較。 單相電路中：單相電路中： 選四個(gè)基準(zhǔn)值，滿足選四個(gè)基準(zhǔn)值，滿足: : 則在標(biāo)幺制中則在標(biāo)幺制中, ,可以得到可以得到: :iusziuppp,bbpbpbbbpiusizu2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制iusizuppp43結(jié)論結(jié)論: :只要基準(zhǔn)值的選擇滿足約束條件則在只要基準(zhǔn)值的選擇滿足約束條件則在標(biāo)幺制中標(biāo)幺制中, ,電路中各物理量之間的關(guān)系與有電路中各物理量之間的關(guān)系與有名值相同名值相同, ,有關(guān)公式可以直接應(yīng)用。有關(guān)公式可以直接應(yīng)用。三相電路的處理三相電路的處理

17、 ppsuisuziu33332.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制44選基準(zhǔn)值，并滿足如下要求：選基準(zhǔn)值，并滿足如下要求：則得到標(biāo)幺制中的計(jì)算公式：則得到標(biāo)幺制中的計(jì)算公式：結(jié)論：結(jié)論：在標(biāo)幺制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算在標(biāo)幺制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同，線電壓與相電壓的標(biāo)幺值相同，三相功率公式完全相同，線電壓與相電壓的標(biāo)幺值相同，三相功率與單相功率的標(biāo)幺值相同。與單相功率的標(biāo)幺值相同。bpbbpbbbbpbbbsiuiusuizu33333ppsiusuizu2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制45三相電路中的習(xí)慣做法：只選三相電路

18、中的習(xí)慣做法：只選ub和和sb，由下式計(jì)算，由下式計(jì)算zb和和b。電流與阻抗的標(biāo)幺值計(jì)算：電流與阻抗的標(biāo)幺值計(jì)算：bbbbbbbbusisuiuz3 32223bbbbbbbbusjxusrjxrzjxrzsiuiii2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制46標(biāo)幺值結(jié)果換算成有名值標(biāo)幺值結(jié)果換算成有名值：bbbbbbbsujxrzsssusiiiiuuu2)(32.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制473 3 不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值間的換算不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值間的換算 把標(biāo)幺阻抗還原成有名值：把標(biāo)幺阻抗還原成有名值： ( (適用于發(fā)電機(jī)及變壓器適用于發(fā)電機(jī)及變壓器) ) 新基準(zhǔn)值

19、下的標(biāo)幺值：新基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值： 電抗器的換算公式：電抗器的換算公式：nnnsuxx2*)(有名值）22)*(2)(*(bbnnnbbbussuxusxx有名值）2)*(2()*()*(33bbnnnrbbrbrnnnrrusiuxusxxiuxx有名值）有名值）2.5 2.5 電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制電力系統(tǒng)的標(biāo)幺制482.62.6多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路路491 1 精確等值電路，含理想變壓器精確等值電路，含理想變壓器 各段分別取基準(zhǔn)電壓各段分別取基準(zhǔn)電壓ub(i)、ub(ii)、ub(iii)，各段的基準(zhǔn)，各段的基準(zhǔn)功率都選功率都選sb。 有名值計(jì)算：有名值計(jì)算

20、： ）（）（）（ngngnggsuxx2*）（）（）（）（，ntnttntntnttuuksuxx1 11)12 1*11 2.6 2.6 多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路50 有名值計(jì)算有名值計(jì)算：2.6 多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路）（）（）（）（）（，ntnttntntnttuuksuxx222222*22 ）（）（nrnrrriuxx3100%的實(shí)際電抗值為架空線路和電纜線路和幺電抗常用下式計(jì)算：對于變壓器，其額定標(biāo)）（clkntxxux100%*百分制也是一種相對單位制：百分值百分制也是一種相對單位制：百分值= =標(biāo)幺值標(biāo)幺值100100512*2*22

21、*22*21*12* ）（）（）（）（）（）（，bbccbbrrbbttbbllbbttbbggusxxusxxusxxusxxusxxusxx）（）（）（）（）（bbntntbttuuuukkk/111*1）（）（）（）（）（bbntntbttuuuukkk/ 2 22*2n指定基準(zhǔn)值下標(biāo)幺值的計(jì)算：指定基準(zhǔn)值下標(biāo)幺值的計(jì)算：變比也要用標(biāo)幺值表示：變比也要用標(biāo)幺值表示：522 精確等值電路，不含理想變壓器精確等值電路，不含理想變壓器 選擇基準(zhǔn)電壓之比等于變壓器的變比，因此，只選一段的基準(zhǔn)電選擇基準(zhǔn)電壓之比等于變壓器的變比，因此，只選一段的基準(zhǔn)電壓，其余段可由基準(zhǔn)邊比確定。壓，其余段可由基準(zhǔn)邊

22、比確定。例例2 27 7 缺點(diǎn)缺點(diǎn)： （1）標(biāo)幺制的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值降低。標(biāo)幺制的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值降低。 （2）環(huán)網(wǎng)（圖）環(huán)網(wǎng)（圖217）情況下基準(zhǔn)值難以選取。）情況下基準(zhǔn)值難以選取。2.6.32.6.3 多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路533 3 近似計(jì)算，不含理想變壓器近似計(jì)算，不含理想變壓器 選各段平均額定電壓作為基準(zhǔn)電壓，選各段平均額定電壓作為基準(zhǔn)電壓，假定變假定變壓器變比等于其兩側(cè)的平均額定電壓之比壓器變比等于其兩側(cè)的平均額定電壓之比，則變，則變壓器變比的標(biāo)幺值等于壓器變比的標(biāo)幺值等于1 1。為簡化計(jì)算，除電抗。為簡化計(jì)算，除電抗器外，器外，假定各元件的額定電壓均

23、等于平均額定電假定各元件的額定電壓均等于平均額定電壓壓 平均額定電壓：平均額定電壓：3.15,6.3,10.5,37,115,230,345,525(kv)3.15,6.3,10.5,37,115,230,345,525(kv) 優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算與電路都簡單。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算與電路都簡單。 缺點(diǎn)：近似計(jì)算。缺點(diǎn)：近似計(jì)算。 該方法應(yīng)用最廣泛。該方法應(yīng)用最廣泛。例例2 27 7 2.6 多電壓等級網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)幺值等值電路54優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 1）易于比較電力系元件特性與參數(shù)。 2）簡化計(jì)算公式。 3）簡化計(jì)算工作。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 1）沒有量綱，物理概念不明確。2.6.4 2.6.4 標(biāo)幺制的特點(diǎn)標(biāo)幺制的特點(diǎn)55作業(yè)：1.1.有一臺有一臺sflsfl