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1、考点考点 2 2：电力系统各元件特性，数学模型：电力系统各元件特性，数学模型1 1、变压器的参数和数学模型、变压器的参数和数学模型1.11.1、双绕组变压器的参数和数学模型、双绕组变压器的参数和数学模型变压器做短路实验和空载实验测得短路损耗、短路电压、空载损耗、空载电流可以用来求变压器参数。1电阻由于短路试验时，一次侧外加的电压是很低的，只是在变压器漏阻抗上的压降，所以铁芯中的主磁通也十分小，完全可以忽略励磁电流，铁芯中的损耗也可以忽略，由于变压器短路损耗近似等于额定电流流过变压器时高低压绕组中的总铜耗，即3电导变电器电导反映与变压器励磁支路有功损耗相应的等值电导，通过空载试验数据求得。变压器
2、空载试验接线图如图 211 所示。进行空载试验时，二次开路，一次加上额定电压，在一次测得空载损耗和空载电流。变压器励磁支路以导纳表示时，其中电导对应的是铁芯损耗，而空载损耗包括铁芯损耗和空载电流引起的绕组中的铜损耗。由于空载试验的电流很小，变压器二次处于开路，所以此时的绕组铜损耗很小，可认为空载损耗主要损耗在上了，因此，铁芯损耗近似等于空载损耗。P0=GTUN2 GT = P0/UN2 变换单位后为式中 GT变压器的电导（）P0变压器的空载损耗（）UN变压器的额定电压（）4电纳变压器电纳反映与变压器主磁通的等值参数(励磁电抗)相应的电纳，也是通过空载试验数据求得。变压器空载试验时，流经励磁支路
3、的空载电流分解为有功电流(流过)和无功电流(流过)，且有功分量较无功分量小得多(如图 2-12 所示)，所以在数值上，即空载电流近似等于无功电流。 又由 得让式、相等，解得BT变压器的电纳（）I0%变压器的空载电流百分值1.21.2、三绕组变压器的参数和数学模型、三绕组变压器的参数和数学模型计算三绕组变压器各绕组的阻抗及励磁支路的导纳的方法与计算双绕组变压器时没有本质的区别，也是根据厂家提供的一些短路实验数据和空载实验数据求取。但由于三绕组变压器三绕组的容量比有不同的组合，且各绕组在铁芯上的排列又有不同方式，所以存在一些归算问题。三绕组变压器的容量比有三种（标准）：100/100/100；10
4、0/50/100；100/100/50 例：90000/90000/45000MVA非标准：100/66.7/100；100/100/66.7( (一一) ) 容量比容量比 100/100/100100/100/100三绕组变压器出厂时，厂家提供三个绕组两两间做短路试验时测得的短路损耗 Pk(12)、Pk(23)、Pk(13)和两两间的短路电压百分值 U k(12)、U k(23)、Uk(13)；空载试验数据仍提供空载损耗P0、空载电流百分值Io。根据这些数据求得变压器各绕组的阻抗及其励磁支路的导纳。1. 电阻短路损耗、由铭牌给出则按与双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻2电抗由各绕组两两之间
5、的短路电压Uk（12）、Uk（23）、Uk（31）求出各绕组的短路电压再按与双绕组相似的计算公式求各绕组的电抗导纳的计算与双绕组相同。导纳的计算与双绕组相同。（二）、容量比（二）、容量比 100/100/50100/100/50短路损耗数据为容量较小的绕组达到额定电流，即 IN/2 时的值。这时，应将各绕组的短路损耗数据归算为额定电流下的值，再运用上列公式求各绕组的短路损耗和电阻。Pk(1-3)= Pk(1-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(1-3)Pk(2-3)= Pk(2-3) (IN/ IN/2)2=4 Pk(2-3)有时，电压也未归算，则：Uk(1-3)%= Uk(1-3) %
6、(IN/ IN/2)=2 Uk(1-3) %Uk(2-3)%= Uk(2-3) % (IN/ IN/2)=2 Uk(2-3)2.12.1、电力线路的结构、电力线路的结构电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路。架空线路是将导线架设在杆塔上；电缆线路一般是敷设在地下或水底下。架空线路之所以广泛使用，是因为它较电缆线路有一些显著的优点，如建造费用低、施工期短、技术要求不高、维护和检修方便，节省有色金属等。架空线路是由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具构成。它们的作用分别是：(1)导线用来传导电流、输送电能；(2)避雷线用来将雷电流引入大地，以保护电力线路免受雷击；(3)杆塔用来支撑导线和避雷线，使导线
7、与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离；(4)绝缘子用来使导线和杆塔之间保持绝缘；(5)金具用来连接导线或避雷线，将导线固定在绝缘子上，以及将绝缘子固定在杆塔上。1导线和避雷线架空线路的导线和避雷线都是架设在空中，在露天条件下运行，它们不仅要承受自重、风力、冰雪荷载等机械力的作用，而且还会受到空气中有害气体的化学侵蚀，并且受到剧烈的温度变化的影响。因此，导线和避雷线除了要求有良好的导电性能导电性能外，还必须具有较高的机械强度机械强度和耐化学腐蚀耐化学腐蚀的能力。目前常用的导线材料有铝、铜、钢、铝合金导线材料有铝、铜、钢、铝合金。避雷线一般用钢导线，在特殊情况下也有用铝包钢线的。导线和避雷线的
8、材料标号以不同的拉丁字母表示，如铝表示为 L，钢表示为 G，铜表示为 T，铝合金表示为 HL。由于多股线优于单股线，架空线路多半采用绞合的多股导线，称多股绞线，多股绞线的标号为 J，其结构见图 1-20，多股绞线股数的安排规律是：除中心一股芯线外，由内向外，第一层 6 股，第二层 12 股，第三层 18 股，余类推。由于铝线的机械强度较低，采用铝导线时，线路的档距不能太大，这样就增加了杆塔的数目，从而抬高了线路的造价。所以电压在 10kV 以上的输电线路广泛采用着由钢导线和铝导线制成的钢芯铝绞线钢芯铝绞线，见图 1-20(b)。钢芯铝绞线按照其铝线和钢线截面比的不同有不同的机械强度，一般分为三
9、类：LGJ 型普通钢芯铝绞线，它的铝线截面 SL和钢线截面 SG的比值为；LGJQ 型轻型钢芯铝绞线，它的；LGJJ 型加强型钢芯铝绞线，它的。导线型号后边的数字总是代表主要载流部分额定截面积的平方毫米数。例如 LGJQ300 型表示轻型钢芯铝绞线，主要载流部分的额定截面积为。为了减小电晕损耗或线路电抗，对电压在 220kV 以上的输电线还常常采用分裂导线分裂导线或扩径导线扩径导线。分裂导线分裂导线就是将每相导线分裂成若干根，这时，线路的每相中不只具有一根导线，而是具有总截面与单根导线截面相当的几根导线，相互间保持一定距离。导线的这种分裂使导线周围的电磁场发生很大变化，减小电晕和线路电抗。扩径
10、导线扩径导线是人为地扩大导线直径，但又不增大载流部分的导线截面，扩径导线的型号为 LGJK。扩径导线和普通钢芯铝绞线的区别在于支撑层并不为铝线所填满。2杆塔杆塔的类型：按受力的特点分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和直线转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔及跨越杆直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和直线转角杆塔、终端杆塔、换位杆塔及跨越杆塔塔等；按使用的材料分为钢筋水泥杆、木杆、铁塔；按结构形式、导线排列方式等分成各种类型。随着杆塔形式的不同，也就有不同的导线排列方式。单回路杆塔上导线的排列有三角形和水平排列等，对两回路铁塔有伞形、鼓形和双三角形等。架空线路的三相导线的换位：架空线路的三相导线的换位：由于三相
11、导线在杆塔上的排列不对称，如图 1-24 所示，无论哪一种排列方式，三相之间和每相对地之间的互感总是不完全相同的，从而引起了三相导线上电抗的不对称，故架空线路的三相导线应该进行换故架空线路的三相导线应该进行换位位(换位杆塔是用来进行导线换位的)。架空线路的换位是为了减小三相参数的不平衡。图 1-25 所示为线路的一次整换位循环，所谓整换位循环，指在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，完成一次完整的换位循环。3绝缘子绝缘子是用来支持和悬挂导线并使之与杆塔绝缘的。它是一种瓷质或玻璃质元件，应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学杂物的侵蚀具有足够的抵抗能力，并能适应周围大气条
12、件的变化，如温度和湿度变化对它本身的影响等。架空线路上所用的绝缘子主要有针式和悬式两种，在个别情况下也有用瓷横担绝缘子等型式。针式绝缘子使用在电压不超过 35kV 的线路上。悬式绝缘子是成串使用的，用于电压为 35kV 及以上的线路上，型号为 X，X 后的数字表示可以承受的荷重(单位：t)。线路电压不同，每串绝缘子的片数也不同。规程规定：使用 X4.5 型时，35kV 不少于 3 片；110kV 不少于 7 片；220kV 不少于 13 片；330kV 不少于 19 片；500kV 不少于 28 片。因此，通常也可根据绝缘子串上绝缘子的片数判断线路的电压等级。瓷横担绝缘子是两端为金属，中间为瓷
13、质，即起绝缘子的绝缘作用，又起横担的支持作用的元件。采用这种绝缘子可节省木材、钢材，有效地降低杆塔高度。4金具架空线路的金具有悬垂线夹、耐张线夹、接续金具、联结金具、保护金具等几大类。(1)悬垂线夹。悬垂线夹的主要作用是将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子串上，或将避雷线固定在直线杆塔上。(2)耐张线夹。耐张线夹的主要作用是将导线固定在非直线杆塔的耐张绝缘子串上，或将避雷线固定在非直线杆塔上。(3)接续金具。接续金具用于导线或避雷线两个终端的连接处压接管、钳接管等。(4)联结金具。运用联结金具将绝缘子组装成串或将线夹、绝缘子串、杆塔横担相互联结。(5)保护金具。保护金具包括防振保护金具和绝缘保护金
14、具。防振保护金具用于防止导线或避雷线因风引起的周期性振动而造成导线、避雷线、绝缘子串乃至杆塔的损坏。这类金具有护线条、预绞丝、防振锤、阻尼线等。其中，护线条和预绞丝的作用在于减小导线振动时所受的机械应力，是加强导线抗振能力的金具；防振锤和阻尼线则在导线振动时产生与振动方向相反的阻尼力，因而是削弱导线振动的金具。绝缘保护金具悬重锤可以减小悬垂绝缘子串的偏移，防止其过分靠近杆塔。2.2、电力线路的阻抗电力线路的电气参数包括导线的电阻、电导电阻、电导，电感和电容电感和电容四个参数。线路的电感以电抗的形式计算，而线路的电容则以电纳的形式计算。电力线路是均匀分布参数的电路，也就是说，它的电阻、电抗、电导
15、和电纳都是沿线路长度均匀分布的。1电阻直流电路中导体的电阻可按下式计算式中 导线材料的电阻率，；导线的额定截面积，；导线的长度，km。在交流电路中，式(2-1)仍然适用，但由于集肤效应和近距作用的影响，交流电阻与直流电阻不同。在同一种材料的导体上，其单位长度的电阻是相同的，只要知道，再乘以它的长度就可以求出导体的电阻。而单位长度的电阻为(2-2)在电力系统计算中，导线材料的电阻率可以查表，见表 21，表中的数据，不是各种导体材料原有的电阻率，而是修正以后的电阻率，应考虑到下面三个因素：(1)绞线中线股的实际长度要比导线的长度长绞线中线股的实际长度要比导线的长度长 2-3。(2)导线和电缆的实际
16、截面比额定截面要小导线和电缆的实际截面比额定截面要小。（3 3）集肤效应。）集肤效应。电阻一般查表。查表所得为 20C 的数值，而线路的实际工作环境温度异于 20时，可按下式修正(2-3)式中 20时的电阻，；实际温度时的电阻，；电阻的温度系数，对于铝，对于铜，。2线路的电抗三相导线对称排列或虽不对称排列但经整循环换位时，每相导线单位长度的电抗由电工原理已知，可按下式计算其中 为三相导线的几何平均距离，简称几何均距(cm 或 mm)，其单位应与 r 单位相同；式中 导线单位长度的电抗，；导线的半径，cm 或 mm；导线材料的相对导磁系数，对铝、铜等，取；交流电的频率，Hz；如将=50，代人式(2-4)，可得上式又可改写为常称导线的几何平均半径， =0779。由于电抗与几何均距、导线半径之间为对数关系，导线在杆塔上的布置和导线截面积的大小对线路的电抗没有显著影响，架空线路的电抗一般都在
