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1、电力系统分析电力系统分析电力系统的额定电压发电机变压器电力网（与电气设备相等）电力系统的接线方式按可靠性分（有备用、无备用）按电能取得方向分（开式网、闭式网）电压等级的选择按照输送距离和容量电力线路的结构（组成、作用）架空线路电缆线路电力系统分析电力系统分析 第第2章章 电力网各元件的参数电力网各元件的参数 和等值电路和等值电路2.1 输电线路的参数输电线路的参数2.2 输电线路的等值电路输电线路的等值电路2.3 变压器的等值电路及参数变压器的等值电路及参数2.4 标么制标么制 电力系统分析电力系统分析2.1 输电线路的参数输电线路的参数2.1.1 2.1.1 电阻电阻2.1.2 2.1.2
2、电抗电抗2.1.3 2.1.3 电导电导2.1.4 2.1.4 电纳电纳2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明 电力系统分析电力系统分析导线的直流电阻可按下式计算：导线的直流电阻可按下式计算：(2-1) 这些值比导线材料的标准电阻率略大，这是因为：这些值比导线材料的标准电阻率略大，这是因为：（1）交流电路中，受集肤效应和邻近效应的影响，交）交流电路中，受集肤效应和邻近效应的影响，交流电阻比直流电阻略大；流电阻比直流电阻略大； 2.1.1 电阻电阻（2）所用电线大多是绞线，每股导线的实际长度要比）所用电线大多是绞线，每股导线的实际长度要比 导线长度长导线长度
3、长23；（3）制造中，导线的标称截面积比实际截面积略大。）制造中，导线的标称截面积比实际截面积略大。电力系统分析电力系统分析2.1.2 电抗电抗u自感与互感的定义自感 交流电流通过导线时，在导线中及周围空间产生交变的磁场，若磁路的导磁系数为常数，与导体交链的磁链就同电流呈线性关系，即导体的自感为电力系统分析电力系统分析2.1.2 电抗电抗互感 若导体a和导体b相邻，导体b中的电流 产生与导体a相交链的磁链 ，则导体间的互感 当输电线通过三相交流电流时，与a相导线相交链的磁链含本相电流产生的自感磁链和与两相电流产生的互感磁链电力系统分析电力系统分析单相导线线路电抗：单相导线线路电抗：当三相当三相
4、导线间的距离分的距离分别为 、 、 时， 2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 电抗电抗式式中中：r r导线的的半半径径，m mm m； 导线材材料料的的相相对导磁磁系系数数，铜和和铝的的= =1 1，钢的的 1 1； D De eq q三三相相导线间的的几几何何均均距距, ,m mm m。式中：式中：rr导线的半径，的半径，mmmm； 导线材料的相材料的相对导磁系数，磁系数，铜和和铝的的 =1=1， 钢的的 11； DeqDeq三相三相导线间的几何均距的几何均距,mm,mm。电力系统分析电力系统分析 分裂导线线路电抗分裂导线线路电抗(2-3) 式中：式中：每相分裂根数；每相分裂根数
5、； 分裂分裂导线的等的等值半径，半径，mmmm。式中式中: r : r 分裂分裂导线中每一根中每一根导线的半径；的半径； 一相分裂一相分裂导线中第中第1 1根与第根的距离根与第根的距离, , 2 2，3 3，；2.1.2 2.1.2 电抗电抗电力系统分析电力系统分析2.1.3 电导电导 电晕现象电晕现象: 就是架空线路带有高电压的情况下，当就是架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近的空气游离而产生局部放电的现象。的空气游离而产生局部放电的现象。 架空输电线路的电导是反映泄漏电流和电晕所引起的有功损耗的一种参
6、数 在一般的电力系统计算中可以忽略电晕损耗，认为在一般的电力系统计算中可以忽略电晕损耗，认为 发生电晕的临界相电压的经验公式为：发生电晕的临界相电压的经验公式为：电力系统分析电力系统分析2.1.4 电纳电纳 三相电路经整循环换位后，每相导线单位长三相电路经整循环换位后，每相导线单位长度电纳的计算式如下。度电纳的计算式如下。2.2.分裂导线线路电纳分裂导线线路电纳 1.1.单相导线线路电纳单相导线线路电纳电力系统分析电力系统分析2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电抗、电纳值列在设计手册中，
7、对于表中所列的抗、电纳值列在设计手册中，对于表中所列的电阻值，是指环境温度为电阻值，是指环境温度为2020C C时的值，时的值， (2.9)当实际温度异于当实际温度异于2020C C时应按下式修正：时应按下式修正：电力系统分析电力系统分析 近似计算时:2.1.5 2.1.5 2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明对 单相线路：每公里的电抗为0.4 ，毎公里电纳对于分裂导线：每公里的电抗0.33 ，毎公里 电纳 当分裂根数为4根时，每公里的电抗为0.28 左右，每公里的电纳为 当分裂根数为3根时，每公里的电
8、抗为0.3 左右，每公里的电纳为电力系统分析电力系统分析钢导线，由于集肤效应及导线内部的导磁系数钢导线，由于集肤效应及导线内部的导磁系数随导线通过的电流大小而变化，因此，它的电随导线通过的电流大小而变化，因此，它的电阻和电抗均不恒定，无法用解析法确定，只能阻和电抗均不恒定，无法用解析法确定，只能用实验测定其特性，根据电流值确定其阻抗。用实验测定其特性，根据电流值确定其阻抗。2.1.5 2.1.5 2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明电缆线路的电气参数计算比架空线路复杂得多，电缆线路的电气参数计算比架空线
9、路复杂得多，通常采取实测办法，并将其电气参数标明在设计通常采取实测办法，并将其电气参数标明在设计手册中。手册中。电力系统分析电力系统分析 例题例题2.1 2.1 有一回有一回110kv110kv架空电力线路，长度为架空电力线路，长度为60km60km，导线型号为导线型号为LGJLGJ120120，导线计算外径导线计算外径15.2mm15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间距三相导线水平排列，两相邻导线之间距离为离为4m4m。试求该电力线路的参数。试求该电力线路的参数。2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几
10、点说明电力系统分析电力系统分析 例题例题2.2 2.2 有一回有一回220kv220kv架空电力线路，长度为架空电力线路，长度为100km100km，采用每相双分裂导线，此导线采用采用每相双分裂导线，此导线采用LGJLGJ185185，每一根导线的计算外径为每一根导线的计算外径为19 mm19 mm，三相导线三相导线以不等边三角形排列，线间距离以不等边三角形排列，线间距离 9m9m， 8.5m8.5m， 6.1m6.1m，分裂间距分裂间距d d400mm400mm。试试计算该电力线路的参数。计算该电力线路的参数。2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明输电线
11、路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明电力系统分析电力系统分析2.2.1 一般线路的等值电路一般线路的等值电路2.2.2 长线路的等值电路长线路的等值电路2.2 输电线路的等值电路输电线路的等值电路电力系统分析电力系统分析2.2.1 一般线路的等值电路一般线路的等值电路电力系统正常运行状态基本上是三相对称的，电力系统正常运行状态基本上是三相对称的，因此输电线路的等值电路可用一相的单线图表示。因此输电线路的等值电路可用一相的单线图表示。输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，通常将分布参数电路转化成集中参数等值电路以通常将分布参数电路转化成集中
12、参数等值电路以简化计算。简化计算。电力系统分析电力系统分析短线路短线路: : 所谓短线路所谓短线路，指长度不超过，指长度不超过100km的架空线路。的架空线路。图图2.3 短线路的等值电路短线路的等值电路2.2.1 2.2.1 一般线路的等值电路一般线路的等值电路一般线路的等值电路一般线路的等值电路电力系统分析电力系统分析 中等长度线路中等长度线路: : 长度在长度在100100300km300km之间的架空线路和长度小于之间的架空线路和长度小于100km100km的的电缆线路。电缆线路。 图图 2.4 2.4 中等长度线路的等值电路中等长度线路的等值电路2.2.1 2.2.1 一般线路的等值
13、电路一般线路的等值电路一般线路的等值电路一般线路的等值电路电力系统分析电力系统分析2.2.2 长线路的等值电路长线路的等值电路长线路：长线路： 指长度超过指长度超过300km300km的架空线路和长度超过的架空线路和长度超过100km100km的的电缆线路。电缆线路。图图2.5 长线路的等值电路长线路的等值电路电力系统分析电力系统分析2.3 变压器的等值电路及参数变压器的等值电路及参数2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器2.3.2 自耦变压器自耦变压器电力系统分析电力系统分析2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器等值电路等值电路为为 型等值电路，型等值电路，
14、图图2.7 双绕组变压器的等值电路双绕组变压器的等值电路电力系统分析电力系统分析 电阻电阻式中，式中， 的单位为的单位为kwkw， S SN N 的单位为的单位为kv.Akv.A， U UN N 的单位为的单位为kvkv。近似地认为短路损耗等近似地认为短路损耗等于绕组损耗（铜耗）于绕组损耗（铜耗） 短路试验：将一侧绕组短路试验：将一侧绕组短接，在另一侧绕组施短接，在另一侧绕组施加电压，使短路绕组的加电压，使短路绕组的电流达到额定值。电流达到额定值。2.3.1 2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器电力系统分析电力系统分析 电抗电抗 2.3.1 2.3.1 双绕组变压器双绕
15、组变压器双绕组变压器双绕组变压器电力系统分析电力系统分析 电导电导 近似地认为变压器近似地认为变压器的空载损耗等于铁的空载损耗等于铁耗，即耗，即空载试验：将一侧绕组开空载试验：将一侧绕组开路，在另一侧绕组加额定路，在另一侧绕组加额定电压，此时变压器有功损电压，此时变压器有功损耗即为空载损耗，原边电耗即为空载损耗，原边电流即为空载电流。流即为空载电流。2.3.1 2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器电力系统分析电力系统分析 电纳电纳 变压器空载电流变压器空载电流 I0 包含有功分量和无功分量，近似认包含有功分量和无功分量，近似认为空载电流等于无功分量为空载电流等于无功分量
16、Ib，于是于是2.3.1 2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器电力系统分析电力系统分析2.3.1 2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器双绕组变压器例2.3 三相双绕组升压变压器的型号为SFL-40500/110额定容量为40500KVA，额定电压为121/10.5KV， ， ， ， 试求该变压器归算到高压侧的参数，并做其等值电路电力系统分析电力系统分析例2.4 某降压变电所有一台SFL-20000/110型双绕组变压器，变比为110/11， ， ， ， 试求变压器归算到高压侧和低压侧的参数电力系统分析电力系统分析2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器等值电路等
17、值电路 图图2.9 三绕组变压器的等值电路三绕组变压器的等值电路电力系统分析电力系统分析实际上，变压器的高压侧绕组常设置一定数量的分接头（三绕组变压器的中压侧绕组上也有）以便根据实际需要加以选用，但必须注意，变压器的额定电压总是指其主接头上的空载电压，所以实际运行时的参数可能会有所改变按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构升压结构：中压内，低压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外电力系统分析电力系统分析我国的三绕组变压器额定容量有如下三种类型第一类：额定容量比为100/100/100，这类变压器三侧绕组的额定容量都等于变压器的额定容量第二类：额定容量比为100/100/50，第三侧绕组
18、的导线截面减少一半，其额定电流也相应地减少一半，额定容量为变压器额定容量的50%第三类：额定容量比为100/50/100，第二侧绕组的导线截面减少一半，其额定电流也相应地减少一半，额定容量为变压器额定容量的50%2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器电力系统分析电力系统分析电阻电阻 三绕组变压器的短路试三绕组变压器的短路试验，是在两两绕组间进验，是在两两绕组间进行的，所测得的短路损行的，所测得的短路损耗分别为耗分别为: 2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器对于第一类三绕组变压器，通过三次短路试验获得参数电力系统分析电力系统分
19、析电阻电阻 每个绕组相应的损耗每个绕组相应的损耗: 2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器电力系统分析电力系统分析电阻电阻 对于对于100/100/50100/100/50和和100/50/100100/50/100，通常给出的变压器铭牌上的额，通常给出的变压器铭牌上的额定容量是指容量最大的一个绕组的容量，制造厂提供的短路损耗定容量是指容量最大的一个绕组的容量，制造厂提供的短路损耗数据通常是一对绕组中容量较小的一方达到其额定电流时的值，数据通常是一对绕组中容量较小的一方达到其额定电流时的值，这时容量较大的绕组达到这时容量较大的绕组达到I IN N/2/2，因此
20、必须先将短路损耗数据归算为，因此必须先将短路损耗数据归算为额定电流额定电流I IN N下的值，然后再计算。下的值，然后再计算。 2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器如变压器为100/50/100电力系统分析电力系统分析2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器（2.252.25）电力系统分析电力系统分析（2.29） 电抗电抗 手册中查到的是两两绕组的短路电压手册中查到的是两两绕组的短路电压 ，先求出每个绕，先求出每个绕组的短路电压百分数，再计算每个绕组的电抗，即组的短路电压百分数，再计算每个绕组的电抗，即: : 需要指出，手册和
21、制造厂提需要指出，手册和制造厂提供的短路电压值，不论三绕组变供的短路电压值，不论三绕组变压器容量比如何，压器容量比如何， 通常都已折算通常都已折算为与变压器额定容量相对应的值，为与变压器额定容量相对应的值，因此，可以直接用式（因此，可以直接用式（2.29）、）、（2.30）计算。）计算。2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器（2.30） 电力系统分析电力系统分析导纳导纳三绕组变压器导纳的计算方法与双绕组变压器相三绕组变压器导纳的计算方法与双绕组变压器相同。同。电力系统分析电力系统分析特别需要注意三绕组变压器在同一铁芯上具有三个绕组，它们除了同时匝链三个绕组的磁
22、通和只匝链一个绕组的漏磁通以外，还存在匝链两个绕组的局部互磁通等值电路实际上是将变压器用一个只有漏磁通而没有局部互磁通的变压器来等值，当某一绕组与其它两个绕组局部互磁通的影响较大时，它的等值漏抗接近于零或甚至为负数一般来说，放置在最外层的绕组其等值电抗最大，靠近铁芯的绕组次之，而放置在中间的绕组等值电抗为负。注意，不要把这一负电抗理解为容抗，因为其本质还是电感性的电力系统分析电力系统分析 例例2.5 2.5 三相三绕组降压变压器的型号为三相三绕组降压变压器的型号为SFPSLSFPSL120000/220120000/220，额定容量为额定容量为120000/120000/60000KVA,12
23、0000/120000/60000KVA,额定电压为额定电压为220/121/11KV220/121/11KV。 求该变压器的参数，并作出其等值电路。求该变压器的参数，并作出其等值电路。2.3.2 2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器三绕组变压器（2.29） （2.30） 电力系统分析电力系统分析2.3.3 自耦变压器自耦变压器 一般制造厂提供的短路试验数据，不仅短路损耗未经归一般制造厂提供的短路试验数据，不仅短路损耗未经归算，短路电压百分数也是未经归算的值，算，短路电压百分数也是未经归算的值， 归算公式如下：归算公式如下：（2.312.31） 电力系统分析电力系统分析10.5/1
24、21110kv110/11电力系统分析电力系统分析 2.4 2.4 标么制标么制2.4.1 2.4.1 有名制和标么制有名制和标么制2.4.2 2.4.2 基准值的选择基准值的选择2.4.3 2.4.3 不同基准值的标么值间的换算不同基准值的标么值间的换算2.4.4 2.4.4 多电压级网络标么值的归算多电压级网络标么值的归算电力系统分析电力系统分析2.4.1有名制和标么制有名制和标么制有名制有名制：用有单位的值表示物理量的方法称为有名制。：用有单位的值表示物理量的方法称为有名制。 显然，对于同一个实际有名值，当所选的基准值不同时，显然，对于同一个实际有名值，当所选的基准值不同时，其标幺值也就
25、不同。当说一个量的标幺值时，必须同时说其标幺值也就不同。当说一个量的标幺值时，必须同时说明它的基准值，否则仅有一个标幺值意义是不明确的。明它的基准值，否则仅有一个标幺值意义是不明确的。标幺制标幺制：用没有单位的相对值表示物理量的方法称为：用没有单位的相对值表示物理量的方法称为 标幺制。标幺制。 有名值（任意单位）有名值（任意单位） 标么值标么值= 基准值（与用名值同单位）基准值（与用名值同单位）电力系统分析电力系统分析2.4.2基准值的选择基准值的选择 基准值的选择，在满足基准值与有名值同单位，符合电基准值的选择，在满足基准值与有名值同单位，符合电路基本关系的前提下，原则上可以是任意的。路基本
26、关系的前提下，原则上可以是任意的。一般选三相功率一般选三相功率S SB B 和线电压和线电压U UB B，则可推导出则可推导出标幺制的标幺制的优点优点： 线电压和相电压的标幺值相等；三相功率和单相功率的线电压和相电压的标幺值相等；三相功率和单相功率的标幺值相等；能在一定程度上简化计算工作；计算结果清晰，标幺值相等；能在一定程度上简化计算工作；计算结果清晰，易于比较电力系统各元件的特性和参数等。易于比较电力系统各元件的特性和参数等。电力系统分析电力系统分析X XR(R(有名有名值) )电抗器换算到统一基准下的标么电抗：电抗器换算到统一基准下的标么电抗：式中：式中： X X（N N）* *额定标么
27、电抗额定标么电抗 2.4.3不同基准值的标么值间的换算不同基准值的标么值间的换算 在电力系统的计算中，各元件的参数必须按统一在电力系统的计算中，各元件的参数必须按统一的基准值进行归算。的基准值进行归算。 X X( (有名有名值) )设统一选定的基准电功率和基准电压分别为设统一选定的基准电功率和基准电压分别为 和和 发电机、变压器换算到统一基准下的标么电抗：发电机、变压器换算到统一基准下的标么电抗：电力系统分析电力系统分析2.4.4多电压级网络标么值的归算多电压级网络标么值的归算方法二：在基本级选定基准电压方法二：在基本级选定基准电压 和基准功率和基准功率 将基准电压归算到各电压级，然后在各电压
28、级将有将基准电压归算到各电压级，然后在各电压级将有有名值换算成标么值。有名值换算成标么值。近似近似计算计算法法工程计算中常采用此法，即将各个电压级都以其平工程计算中常采用此法，即将各个电压级都以其平均额定电压均额定电压 作为基准电压，然后在各个电压级将作为基准电压，然后在各个电压级将有名值换算成标幺值。各级平均额定电压规定为：有名值换算成标幺值。各级平均额定电压规定为： 3.15，6.3，10.5，37，115，230，345，525 方法一：将各电压级参数的有名值归算到基本级，在方法一：将各电压级参数的有名值归算到基本级，在基本级按选取的统一基准电压基本级按选取的统一基准电压 和基准功率和基
29、准功率 换算换算成标么值。成标么值。精确计算法精确计算法电力系统分析电力系统分析 例题2.6 有一个三级电压的简单电力系统，其接线和元件参数如图2.12所示。不计元件电阻和导纳时，试求下列三种情况的各元件电抗标幺值。 (1)精确计算：将各电压级参数的有名值归算到基本级； (2)精确计算：将基本级选定的基准功率和基准电压归算 到其它级； (3)近似计算。2.4.42.4.4多电压级网络标么值的归算多电压级网络标么值的归算多电压级网络标么值的归算多电压级网络标么值的归算 图图2.12 2.12 例例2.62.6的等值电路的等值电路电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示:l输电线路参数的计算方法；输电线路参数的计算方法；l输电线路的输电线路的型等值电路；型等值电路；l变压器参数的计算方法；变压器参数的计算方法；l变压器的变压器的型等值电路；型等值电路；l标幺制。标幺制。第第第第2 2 2 2章章章章 电力网各元件的参数和等值电路电力网各元件的参数和等值电路电力网各元件的参数和等值电路电力网各元件的参数和等值电路
