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1、第一节电力线路的参数和等值电路第二节变压器、电抗器的参数和等值电路第三节发电机和负荷的参数及等值电路第四节电力网络的等值网络第二章第二章电力系统元件的电力系统元件的参数和等值电路参数和等值电路从本章开始将转入电力系统的定量分析和计算。这一章阐述两个问题：电力系统中生产、变换、输送、消耗电能的四大部分发电机组、变压器、电力线路、负荷的特性和等值电路等值电路；由变压器和电力线路构成的电力网络等值电路等值电路。等值电路等值参数M等值网络，网络方程1 1。观察和分析电气元件稳态的物理现象。观察和分析电气元件稳态的物理现象稳态建模的总体思路稳态建模的总体思路2 2。元件的建模。元件的建模3 3。系统建模
2、。系统建模4 4。各种解法。各种解法一、电力线路结构简述一、电力线路结构简述架空线路由杆塔、导线、避雷线、绝缘子和金具等构成作用分别为：(1)杆塔。支持导线和避雷线(2)导线。传输电能(3)避雷线。将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击。(4)绝缘子。使导线和杆塔间保持绝缘。(5)金具。支持、接续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。电力线路按结构可分架空线路和电缆线路第一节电力线路的参数和等值电路电缆线路由导线、绝缘层、包护层等构成作用分别为：(1)导线。传输电能。(2)绝缘层。使导线与导线、导线与包护层互相隔绝。(3)包护层。保护绝缘层，并有防止绝缘油外溢的作用二者区别？电缆线路价格较架空
3、线路高，维修费时，但是不需要架设杆塔，供电可靠，不易受外力破坏，较安全，不影响环境美观。架空线路的导线和避雷线导线材料：要求：要求：架空线路的导线和避雷线的材料应有相当高的机械强度和抗化学腐蚀能力，而且导线还应有良好的导电性能材料：材料：导线主要由铝、钢、铜等材料制成，在特殊条件下也使用铝合金。避雷线则一般用钢线表示：表示：导线和避雷线的材料标号以不同的字母表示，如铝表示为L、钢表示为G、铜表示为T、铝合金表示为HL导线形式：由于多股线优于单股线，架空线路多半采用绞合的多段导线。多股导线的标号为J,由内向外，第一层6股，第二层12股，第三层18股，余类推。由于多股铝线的机械性能差，往往将铝和钢
4、组合起来制成钢芯铝线。它是将铝线绕在单股或多股钢线外层作主要载流部分，机械荷载由钢线和铝线共同承担的导线。无论单股或多股、由一种或两种金属制成的导线，也无论旧标准或新标准，其标号后的数字总是代表主要载流部分(并非整根导线)额定截面积的数值(mm2)。例如，LGJ400表示铝线部分额定截面积为400mm2钢芯铝线中，因铝线部分与钢线部分截面积比值的不同，机械强度也不同，过去曾将其分成三类：扩径扩径导线或分裂分裂导线。扩径导线人为地扩大导线的直径，但是又不增大载流部分面积的导线。支撑层2的作用主要起支撑作用。分裂导线（复导线），将每相导线分成若干根，相互间保持一定距离。返回作用：作用：可使导线周围
5、的电、磁场发生很大变化，减小电可使导线周围的电、磁场发生很大变化，减小电晕和线路电抗。晕和线路电抗。架空线路的绝缘子线路电压不同，每串绝缘子的片数也不同。规程规定：对35kv线路，不得少于3片；60kv不得少于5片；110kV不得少于7片，154kv不得少于10片；220kV不得少于13片，330kv不得少于19片，500kV不得少于25片。因此，通常可根据绝缘于串上绝缘子的片数来判断线路的电压等级。金具：关于架空线路的换位问题换位的目的：减少三相参数的不平衡换位的方式：滚式换位和换位杆塔换位按规定，在中性点直接接地的电力系统中，长度超过100km的架空线路都应换位。但随着电压级的升高，换位所
6、遇到困难也愈益增多，以致对某些超高压线路，如500kv电压级线路，不得不采取不换位的架设方案。1.有色金属导线架空线路的电阻电阻二、电力线路的参数二、电力线路的参数sr1铝kmmm /.5 .312铜kmmm /.8 .1822有色金属导线架空线路的电抗电抗1 1）单导线每相单位长度的电抗）单导线每相单位长度的电抗)/(0157. 0lg1445. 01kmrDxmr r：导线的半径导线的半径( (单位单位 cmcm或或mm)mm)Dm:Dm:三相导线的几何平均距离三相导线的几何平均距离 单位同单位同r r3cabcabmDDDD分别为导线分别为导线ABAB，BCBC、CACA相导线之间的距离
7、相导线之间的距离cabcabDDD、工程计算中对于高压架空电力线路的电抗可近似工程计算中对于高压架空电力线路的电抗可近似X1X10.40.4km/是由于导线中通过交流电时，在导线周围产是由于导线中通过交流电时，在导线周围产生交变磁场而形成的生交变磁场而形成的2 2）分裂分裂导线单位长度的电抗导线单位长度的电抗)/(/0157. 0lg1445. 01kmnrDxeqmn n：分裂导线的分裂根数分裂导线的分裂根数reqreq：分裂导线的等值半径分裂导线的等值半径二分裂导线二分裂导线rdreq四分裂导线四分裂导线三分裂导线三分裂导线32rdreq432drreq1 1）单导线每相单位长度的）单导线
8、每相单位长度的电纳电纳)/(10*lg58. 761kmsrDbm3架空线路的电纳电纳Y YG+jBG+jBr r：导线的半径导线的半径( (单位单位 cmcm或或mm)mm)Dm:Dm:三相导线的几何平均距离三相导线的几何平均距离 单位同单位同r r一般一般b1b1在在2.852.8510106 6 s/kms/km1 1）分裂分裂导线每相单位长度的导线每相单位长度的电纳电纳)/(10*lg58. 761kmsrDbeqmreqreq：分裂导线的等值半径分裂导线的等值半径电导电导主要由沿绝缘子的泄漏现象和导线的电晕主要由沿绝缘子的泄漏现象和导线的电晕现象所决定的。现象所决定的。4架空线路的电
9、导电导电晕现象：导线在强电场作用下，其周围空气的电晕现象：导线在强电场作用下，其周围空气的电离现象。电晕现象将消耗有功功率电离现象。电晕现象将消耗有功功率沿绝缘子的泄漏很小，可不计。那么电导主要沿绝缘子的泄漏很小，可不计。那么电导主要由导线电晕的有功功率损耗决定由导线电晕的有功功率损耗决定为单位为相电压的有效值，以KVUrDrmmrDrEUcrmmcrcrlg3 .49ln21电晕临界电压电晕临界电压UcrUcr的计算的计算1 1 对于三角排列和一字排列的边导线按上述公式计算对于三角排列和一字排列的边导线按上述公式计算3 3 晴天运行相电压等于晴天运行相电压等于UcrUcr时，电力线路不会出现
10、时，电力线路不会出现电晕现象电晕现象2 2 一字排列的中间导线一字排列的中间导线UcrUcr较上式低较上式低5%5%5 5 对于对于6060kvkv及以下的电力线路，不必验算及以下的电力线路，不必验算UcrUcr4 4 电力线路运行相电压小于电力线路运行相电压小于UcrUcr时，时，g1g10 0z zr+jxr+jxY YG+jBG+jB电力线路全长的参数：Rr1l ( ) Xx1l ( )Gg1l ( s ) Bb1l( s )电缆线路的参数一般是查手册电缆线路的参数一般是查手册例题：在电力系统中的电力线路数学模型就是以电阻、电抗、电纳、电导表示它们的等值电路。电力系统是三相对称的，三相参
11、数完全相同，可以用单相等值电路代表三相电力线路参数是均匀分布的，但对于中等长度的电力线路可按集中参数来考虑，对于长线路要考虑分布参数的特性。三、电力线路的等值电路三、电力线路的等值电路所谓短线路短线路，是指长度不超过100km的架空线路，线路额定电压为60kv及以下者，这种线路电纳B的影响一般不大，可略去。从而，这种线路的等值电路最简单，只有一串联的总电抗ZR十jX，如图所示。1短电力线路短电力线路21221IIZIUU中等长度线路，是线路电压为110220kv，长度在100300km之间的架空线路和不超过100km的电缆线路。这种线路的电纳B一般不能略去。这种线路的等值电路有二形等值电路和T
12、形等值电路，如图所示。其中，常用的是形等值电路。2中等长度的中等长度的电力线路电力线路注意：这两种电路都是近似的等值电路、而且，相互间并不注意：这两种电路都是近似的等值电路、而且，相互间并不等值，即它们不能用等值，即它们不能用Y Y变换公式相互变换。变换公式相互变换。3长线路的长线路的等值电路等值电路长线路指长度超过300km的架空线路和超过100km的电缆线路。对这种线路，不能不考虑它们的分布参数特性。长线路均匀分布参数电路返回第二节变压器、电抗器的参数和等值电路一、双绕组变压器的参数和数学模型一、双绕组变压器的参数和数学模型z zr+jxr+jxY YG+jBG+jB1 1 电阻电阻变压器
13、的短路损耗Pk近似等于额定电流流过时，高低压绕组总电阻的三相有功损耗Pr。kTNNTNNTNrPRUSRUSRIP2222)3(3323210NNkTSUPR2 2 电抗电抗变压器的电抗数值近似等于其阻抗的模值。NNkTSUUX100(%)2同上同上导纳导纳Y YG+jBG+jB3 3 电导电导变压器的电导对应的是变压器中的铁损Pfe，与变压器空载损耗Po近似相等。23010NTUPGGT：变压器的一相电导（S）Po：变压器的空载损耗（kw）UN：变压器的额定电压（kv）4 4 电纳电纳20100(%)NNTUSIBBT：变压器的一相电纳（S）Io：变压器的空载电流的百分数UN：变压器的额定电
14、压（kv）SN：变压器的额定容量（MVA）二、三绕组变压器的参数和数学模型二、三绕组变压器的参数和数学模型1 1 电阻电阻23210NNkTSUPR(1)按各对绕组间的短路损耗计算三绕组变压器按三个绕组容量比的不同有三种不同类型。第1种为100/100/100即三个绕组容量都等于变压器额定容量；第2种为100/100/50，即第三绕组的容量仅为变压器额定容量的50，第3种为100/50/100，即第二绕组的容量仅为变压器额定容量的50。容量比为100/100/100时变压器出厂时给出的各对绕组间的短路损耗23210NNkTSUPR)13()32()21(kkkppp、2322210NNkTSU
15、PR2323310NNkTSUPR2321110NNkTSUPR)(21)32() 13()21 (1kkkkpppp)(21) 13()32()21 (2kkkkpppp)(21)21 () 13()32(3kkkkpppp为3绕组开路，12绕组作短路试验时的额定损耗（KW）)21( kp容量比为100/50/100时变压器出厂时给出的各对绕组间的短路损耗)13()32()21(kkkppp、为在2绕组（50）流过它本身的额定电流一半时的短路损耗（KW）)32()21(kkpp、)21 (2)21 (22)21 ()21 (4)5 . 0()(kNNkNNkkpSSpSSpp) 32(2)
16、32() 32(4)5 . 0(kNNkkpSSpp容量比为100/100/50时) 32() 32(4kkpp) 31 () 31 (4kkpp(2)按变压器最大短路损耗计算三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种不同结构：升压结构和降压结构绕组排列方式不同，绕组间漏抗从而短路电压也就不同2 2 电抗电抗低中高降压变压器中低高升压变压器高中之间漏抗大Uk（12）最大高低之间漏抗大Uk（13）最大已知的各对绕组间短路电压的百分数%)13()32()21(kkkUUU、%)%(21%) 32() 13() 21 (1kkkkUUUU%)%(21%) 13 () 32() 21 (2kkkkU
17、UUU%)%(21%)21 () 13() 32(3kkkkUUUUNNkTSUUX100(%)211NNkTSUUX100(%)222NNkTSUUX100(%)233注意：短路电压的百分数已归算到变压器的额定容量注意：短路电压的百分数已归算到变压器的额定容量求取三绕组变压器导纳的方法和求取双绕组变压器导纳的方法相同。导纳导纳Y YG+jBG+jB自耦变压器参数和等值电抗的确定也和普通变压器的无异。需要说明的只是三绕组自耦变压器的容量归算问题 ；Pk ，Uk（）都未归算。三绕组自耦变压器第三绕组的额定容量总是小于变压器的额定容量三三、自耦变压器的参数和数学模型、自耦变压器的参数和数学模型23
18、) 31 () 31 ()(NNkkSSpp23) 32() 32()(NNkkSSpp3)31 ()31 (%NNkkSSUU3)32()32(%NNkkSSUU返回四四、电抗器的参数和数学模型、电抗器的参数和数学模型NNLLIUXX3100(%)等值电路为纯电抗电抗器的电阻可忽略，）：电抗器的额定电流（）：电抗器的额定电压（：电抗器电抗的百分数其中KAKv(%)NNLIUX第三节发电机和负荷的参数和等值电路一一发电机的电抗和电动势发电机的电抗和电动势发电机定子绕组的电阻相对较小，可忽略不计，只计其电抗NNGGXXPcosU100(%)N2PN：发电机的额定有功功率（kw）UN：发电机的额定
19、电压（kv）SN：发电机的额定视在功率（MVA）：发电机额定功率因数Ncos1 1 发电机的电抗发电机的电抗2 2 发电机的电动势和等值电路发电机的电动势和等值电路）（为发电机定子的相电流）为发电机的相电压（），为发电机的相电动势（KAKVKVGGGGGGGIUEXIjUEGIGUGEGjXGIGUGGjXEGjX二二负荷的阻抗和导纳（自学）负荷的阻抗和导纳（自学）返回有名制：进行电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等进行运算。标么制：采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等的相对值进行运算。第四节电力网络的等值网络问题：标么值的折算和电压级的归算问题：标么值的折算和电
20、压级的归算1有名制和标么制2以有名制表示的等值网络sr1)/(0157. 0lg1445. 01kmrDxm)/(10*lg58. 761kmsrDbm23210NNkTSUPRNNkTSUUX100(%)223010NTUPG20100(%)NNTUSIB将10KV的归算至500kv,T-1,T-2,T-3的变比分别取：35/11,110/38.5,500/121,即k的分子为基本级一侧的电压，分母为待归算一侧的电压。归算同一电压等级 （基本级）3以标么值表示的等值网络例题：p37标么制中，上列各量既都以相对值出现，必然要有所相对的基准，即所谓基准值。标么制优点：标么制优点：1 1）线电压与
21、相电压的标么值相同）线电压与相电压的标么值相同2 2）三相功率与单相功率的标么值相同）三相功率与单相功率的标么值相同3 3）计算结果清晰、便于迅速判断结果的正确性、）计算结果清晰、便于迅速判断结果的正确性、可大量简化计算可大量简化计算基准值的单位应与有名值的单位相同是选择基准值的一个限制条件。选择基准值的另一个限制条件是阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系。基准值的选择对三相对称系统，基准值之间应有如下关系：对三相对称系统，基准值之间应有如下关系：五个基准值中只五个基准值中只有两个可以任意选择，有两个可以任意选择，其余三个必须根据上其余三个必须根据上列关系派生。列关系
22、派生。S SB B往往取系统中某一发电厂的总容量或系统的总容量，也可取某发电机或变压器的额定容量，较多的选定为100、1000MVA。U UB B往往选取基本级的额定电压。多电压级网络中，标么值的电压级归算有两条不同途径：一是一是将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到同一电压级基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压、电流基准值，即：标么值的电压级归算1 按变压器的实际变比计算2 按平均额定电压之比计算1 按变压器的实际变比计算一是将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流基推值，即这两
23、种方法殊途同归，所得各量的标么值毫无差别这两种方法殊途同归，所得各量的标么值毫无差别2G*22*2*12*(%)100(%)100(%)100GNBNBkNBTNBBlBNLBLNBXUSXSUXUSXSUSXxlUUXIXIU2 按平均额定电压之比计算用Uav.n（基本级的平均额定电压）替代式中的UB一是一是二是二是用Uav.n（基本级的平均额定电压）替代式中的UBav. ,av. ,N. ,G*12.*2.(%)S100(%)S100(%)1003BnBnnGBNkBTNBlav nNLBLav nNUUUUUXXSXXSSXxlUUXSXUI由于且各元件的额定电压等于元件所在电压级的平均
24、额定电压，所以公式简化为：系统如图系统如图2 2所示所示。输电线路单位长电阻输电线路单位长电阻r r1 1= =0 0. .0303 /km/km，电抗电抗x x1 1= =0 0. .4 4 /km/km，电纳电纳b b1 1= =2 2. .84841010- -6 6S/kmS/km，。变压器参变压器参数 为 ：数 为 ： T T1 1：P Pk k230230kWkW，U Uk k% %= =1010. .5 5，P P0 04040. .3 3kWkW，I I0 00 0. .7 7，T T2 2：P Pk k183183kWkW，U Uk k% %= =1010. .5 5，P P
25、0 03131. .0505kWkW，I I0 00 0. .7 7，T T3 3：P Pk k160160kWkW，U Uk k% %= =1010. .5 5，P P0 02525. .6 6kWkW，I I0 00 0. .7 7，试作出有名值和标么值等效电路试作出有名值和标么值等效电路。2*22*2*12*B(%)U100UU(%)100UUU(%)100UGNBGNBNKBTNBBlBNLBLNBXSXSXSXSSXx lXIXI（1）按照 的实际变比计算*12*2UU(%)100(%)100U(%)100U3BavNGBGNKBTNBlavNLBLavNUXSXSXSXSSXx lUXSXI（2）按照平均额定电压之比计算由于*12*2(%)100(%)100U(%)100U3GBGNKBTNBlavNLBLavNXSXSXSXSSXx lUXSXI按照平均额定电压之比计算
