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1、电力系统分析电力系统分析 第第7章章 电力系统各元件的电力系统各元件的 序参数和等值电路序参数和等值电路 孙丽华孙丽华 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院2 第第7章章 电力系统各元件的电力系统各元件的 序参数和等值电路序参数和等值电路 7 1 对称分量法对称分量法 7 3 异步电动机的参数和等值电路异步电动机的参数和等值电路 7 2 同步发电机的各序电抗同步发电机的各序电抗 7 4 变压器的零序参数和等值电路变压器的零序参数和等值电路 7 5 电力电力线线路的零路的零序参数和等值电路序参数和等值电路 7 6 电力系统故障运行的等值电路电力系统故障运行的等值电路 河北科技大学电气
2、信息学院河北科技大学电气信息学院3 7 1对称分量法对称分量法 电力系统的故障类型电力系统的故障类型 断相故障断相故障 两相断开两相断开 一相断开一相断开 单相接地短路单相接地短路k 1 两相接地短路两相接地短路k 1 1 短路故障短路故障 对称短路对称短路 三相短路三相短路k 3 两相短路两相短路k 2 不对称短路不对称短路 对称分量法的基本原理对称分量法的基本原理 任何一个不对称三相系统的相量都可分解成正序任何一个不对称三相系统的相量都可分解成正序 负序和零序三个对称的三相系统分量负序和零序三个对称的三相系统分量 如如图图7 1所示所示 横向故障横向故障 纵向故障纵向故障 河北科技大学电气
3、信息学院河北科技大学电气信息学院4 正序分量正序分量 顺序分量顺序分量 大小相等大小相等 相位互差相位互差120 顺时针排列顺时针排列 负序相量负序相量 逆序分量逆序分量 大小相等大小相等 相位互差相位互差120 逆时针排列逆时针排列 零序分量零序分量 大小相等大小相等 方向相同方向相同 三相相量与其对称分量之间的关系可表示为三相相量与其对称分量之间的关系可表示为 02 2 1021 021 2 021 021 aaacccc aaabbbb aaaa IIaIaIIII IIaIaIIII IIII 2 3 2 1 120 jea j 2 3 2 1 2402 jea j 1 3 a 01
4、2 aa 式中式中 且有且有 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院5 或或 3 1 3 1 3 1 2 2 2 1 0 cbaa cbaa cbaa IaIaII IaIaII IIII 用矩阵表示为用矩阵表示为 0 2 1 2 2 1 1 111 a a a c b a I I I aa aa I I I c b a a a a I I I aa aa I I I 111 1 1 3 1 2 2 0 2 1 或或 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院6 图图7 1 对称分量法对称分量法 a 正序分量正序分量 b 负序分量负序分量 c 零序分量零序分量 d 三序分量的合
5、成三序分量的合成 0 3 aN II 说明说明 三相对称系统中不存在零序分量三相对称系统中不存在零序分量 在三角形接在三角形接 法法或没有中线的或没有中线的 星形接法中星形接法中 线线 电流中不存在零电流中不存在零 序分量序分量 在有中在有中 性线的星形接法性线的星形接法 中中 通过中线的通过中线的 电流等于一相零电流等于一相零 序电流的序电流的3倍倍 即即 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院7 7 2 同步发电机的各序电抗同步发电机的各序电抗 同步发电机的负序电抗是指负序端电压的基频分量同步发电机的负序电抗是指负序端电压的基频分量 与流入定子绕组的负序电流的基频分量之比与流入定
6、子绕组的负序电流的基频分量之比 同步发电机的正序电抗同步发电机的正序电抗 同步发电机正常对称运行时同步发电机正常对称运行时 只有正序电流存在只有正序电流存在 相应的电机参数就是正序参数相应的电机参数就是正序参数 发电机的正序电抗有发电机的正序电抗有 稳态时稳态时 同步电抗同步电抗Xd Xq qd XX qd XX 暂态时暂态时 暂态电抗暂态电抗和次暂态电抗和次暂态电抗 同步发电机的负序电抗同步发电机的负序电抗 发电机的负序电抗与短路种类有关发电机的负序电抗与短路种类有关 见表见表7 1 发电机的负序阻抗是和暂态时的正序阻抗相对应的发电机的负序阻抗是和暂态时的正序阻抗相对应的 河北科技大学电气信
7、息学院河北科技大学电气信息学院8 当定子绕组中通入一组负序电流时当定子绕组中通入一组负序电流时 负序电流产生负序电流产生 的旋转磁场对定子的相对速度为的旋转磁场对定子的相对速度为2n1 该磁场不断被转该磁场不断被转 子绕组所切割子绕组所切割 从定子方面看进去从定子方面看进去 同步电机的等值电同步电机的等值电 路与变压器副方绕组短路时的等值电路相似路与变压器副方绕组短路时的等值电路相似 因此因此 当当 负序磁场轴线和负序磁场轴线和d轴重合时轴重合时 负序电抗相当于负序电抗相当于d轴次暂态轴次暂态 电抗电抗 对有阻尼绕组电机对有阻尼绕组电机 或或d轴暂态电抗轴暂态电抗 对无对无 阻尼绕组电机阻尼绕
8、组电机 当负序磁场轴线和当负序磁场轴线和q轴重合时轴重合时 负序负序 电抗相当于电抗相当于q轴次暂态电抗轴次暂态电抗 对有阻尼绕组电机对有阻尼绕组电机 或或 q轴同步电抗轴同步电抗Xq 对无阻尼绕组电机对无阻尼绕组电机 d X d X q X 也叫也叫纵轴纵轴 指指 磁极中性线磁极中性线 也叫也叫横轴横轴 指指 极间中性线极间中性线 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院9 对无阻尼绕组的发电机对无阻尼绕组的发电机 取取和和的几何平均值的几何平均值 即即 d X q X qd XXX 2 对有阻尼绕组的发电机对有阻尼绕组的发电机 取取和和的算术平均值的算术平均值 即即 d X q X
9、 2 1 2qd XXX 实用计算时实用计算时 对汽轮发电机或有阻尼绕组的水轮发对汽轮发电机或有阻尼绕组的水轮发 电机电机 通常取通常取 d XX 22 1 2 对无阻尼绕组的水轮发电机对无阻尼绕组的水轮发电机 通常取通常取 d XX 45 1 2 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院10 同步发电机的零序电抗同步发电机的零序电抗 零序电流通过三相绕组时零序电流通过三相绕组时 由于三相电流同相位由于三相电流同相位 而而 定子三相绕组在空间相差定子三相绕组在空间相差电角度电角度 因此零序电流产因此零序电流产 生的合成磁场为零生的合成磁场为零 故零序电抗主要由定子绕组的零序故零序电抗主
10、要由定子绕组的零序 漏磁通决定漏磁通决定 120 零序电抗和绕组的结构型式有关零序电抗和绕组的结构型式有关 且具有较大的变动范且具有较大的变动范 围围 通常取通常取 d XX 6 0 15 0 0 同步发电机的零序电抗是指零序端电压的基频分量同步发电机的零序电抗是指零序端电压的基频分量 与流入定子绕组的零序电流的基频分量之比与流入定子绕组的零序电流的基频分量之比 不同类型同步发电机的负序和零序电抗见表不同类型同步发电机的负序和零序电抗见表7 2 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院11 7 3 异步电动机的参数和等值电路异步电动机的参数和等值电路 异步电动机的次暂态参数和等值电路异
11、步电动机的次暂态参数和等值电路 异步电动机的等值异步电动机的等值 电路如图电路如图7 2所示所示 异步电动机的次暂异步电动机的次暂 态电抗是转子绕组短态电抗是转子绕组短 路路 并忽略所有绕组并忽略所有绕组 的电阻时的电阻时 由定子侧由定子侧 所得到的等值电抗所得到的等值电抗 如图如图7 3所示所示 它与电它与电 动机动机刚启动时刚启动时的等值的等值 电路相同电路相同 因刚启动时转子尚因刚启动时转子尚 未转动未转动 鼠笼绕组鼠笼绕组 又是个短路绕组又是个短路绕组 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院12 异步电动机的次暂态电势异步电动机的次暂态电势 XI jUE 0 0 0 对应的相
12、量图如图对应的相量图如图7 4所示所示 2 0 0 2 0 0 0 0 cos sin UXIUE 因此因此 异步电机的次暂态电抗与刚启动时的电抗相等异步电机的次暂态电抗与刚启动时的电抗相等 即即 2 0 st XX 图图7 4 异步电动机正常异步电动机正常 运行时的相量图运行时的相量图 0 0 0 sin XIU 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院13 当在定子绕组中通入负序电流时当在定子绕组中通入负序电流时 转子对负序磁场的转子对负序磁场的 转差率为转差率为 s n nnn n nn 2 2 1 11 1 1 异步电动机的负序和零序参数异步电动机的负序和零序参数 因此因此 异
13、步电动机的负序参数可按转差异步电动机的负序参数可按转差2 s来确定来确定 图图7 8为异步电动为异步电动 机的负序等值电路机的负序等值电路 图图7 8 异步电动机的负序等值电路异步电动机的负序等值电路 以转差率以转差率2 s代替代替 正序等值电路中的正序等值电路中的s 负号说明机械功率负号说明机械功率 转矩是制动转矩转矩是制动转矩 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院14 当系统发生不对称短路时当系统发生不对称短路时 正序电压低于正常值正序电压低于正常值 使使 驱动转矩减小驱动转矩减小 负序电压产生制动转矩负序电压产生制动转矩 使电动机的转使电动机的转 速下降速下降 甚至停转甚至停
14、转 转速下降时转速下降时 s增大增大 停转时停转时s 1 通常取负序电抗通常取负序电抗 2 0 2 XX 异步电动机的三相绕组通常接成三角形或不接地星异步电动机的三相绕组通常接成三角形或不接地星 形形 因此因此 异步电动机的零序电抗异步电动机的零序电抗 0 X 因此因此 异步电动机的负序参数可用异步电动机的负序参数可用s 1即转子制动或即转子制动或 短路情况下的参数来代替短路情况下的参数来代替 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院15 7 4 变压器的零序参数和等值电路变压器的零序参数和等值电路 由于变压器三相是对称的由于变压器三相是对称的 而绕组是静止的而绕组是静止的 因因 此变
15、压器负序电抗与正序电抗相等此变压器负序电抗与正序电抗相等 变压器的零序电抗与变压器的铁心结构及三相绕变压器的零序电抗与变压器的铁心结构及三相绕 组的接线方式等因素有关组的接线方式等因素有关 变压器零序电抗与铁心结构的关系变压器零序电抗与铁心结构的关系 对于由三个单相变压器组成的变压器组及三相五对于由三个单相变压器组成的变压器组及三相五 柱式或壳式变压器柱式或壳式变压器 零序主磁通以铁心为回路零序主磁通以铁心为回路 因因 磁导大磁导大 零序励磁电流很小零序励磁电流很小 故零序励磁电抗的数故零序励磁电抗的数 值很大值很大 在短路计算中可当作在短路计算中可当作 Xm0 河北科技大学电气信息学院河北科
16、技大学电气信息学院16 对于三相三柱式变压器对于三相三柱式变压器 零序主磁通通过充油空零序主磁通通过充油空 间及油箱壁形成闭合回路间及油箱壁形成闭合回路 因磁导小因磁导小 励磁电流很励磁电流很 大大 所以零序励磁电抗要比正序励磁电抗小得多所以零序励磁电抗要比正序励磁电抗小得多 在短路计算中在短路计算中 应视为有限值应视为有限值 通常取通常取Xm0 0 3 1 变压器零序电抗与三相绕组接线方式的关系变压器零序电抗与三相绕组接线方式的关系 Y接线接线 零序电流流不通零序电流流不通 从等效电路看从等效电路看 相当于相当于 变压器绕组开路变压器绕组开路 YN接线接线 零序电流能流通零序电流能流通 从等效电路看从等效电路看 相当相当 于变压器绕组短路于变压器绕组短路 d接线接线 零序电流只能在三角形绕组内流通零序电流只能在三角形绕组内流通 不能不能 流到外电路流到外电路 从外部看从外部看 相当于变压器绕组短路相当于变压器绕组短路 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院17 一一 双绕组变压器的零序参数和等值电路双绕组变压器的零序参数和等值电路 1 YN d接线变压器接线变压器 图图7
