第3章-电力系统元件参数及等值电路.课件.ppt
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- 电力系统 元件 参数 等值 电路 课件
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1、电力系统基础电力系统基础(第二版)(第二版)教学内容教学内容第一章 电力系统基础第二章 电力系统的接线第三章第三章 电力系统元件参数及等值电路电力系统元件参数及等值电路第四章 电力系统潮流计算第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整第六章 电力系统无功功率平衡及电压调整第七章 短路电流的计算与分析第八章 电力系统的稳定性第三章第三章 电力系统元件参数电力系统元件参数及等值电路及等值电路 第一节第一节 输电线路的电气参数及等值电路输电线路的电气参数及等值电路 第二节第二节 变压器参数及等值电路变压器参数及等值电路 第三节第三节 发电机和负荷的参数及等值电路发电机和负荷的参数及等值电路 第四节第四节
2、 标幺值及其应用标幺值及其应用 第五节第五节 电力系统等值电流电力系统等值电流 电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分-发电机、变压器、电力线路、负荷的特性和数学模型;由变压器和电力线路构成的电力网数学模型。 所涉及的电气量有,功率是三相功率三相功率,电压是线电压线电压,电流是线电流线电流,阻抗是单相阻抗单相阻抗,导纳是单相导纳单相导纳。jQPIU3S复功率为UI3)(UI3IU3Siu)sinj(cosSSjQPUIsin3jUIcos3一、输电线路的电气参数一、输电线路的电气参数第一节第一节 输电线路的电气参数及等值电路输电线路的电气参数及等值电路 表示输电线路和变压器特性的电气参
3、数有:输电线路的阻抗和导纳,变压器的阻抗和导纳。 输电线路电缆线路架空线路导线、避雷线绝缘子、金具、杆塔导体、绝缘层保护包皮输电线路的电气参数有,(a)电阻电阻:线路通过电流时产生有功功率损失;(b)电抗电抗:载流导体周围的磁场效应;(c)电导电导:线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流 及导线附近空气游离而产生的有功功 率损失;(d)电纳电纳:带电导线周围的电场效应; 讨论输电线路的电气参数时,都假设三相电气参数是相同的。只有架空线路的空间位置选用使三相参数平衡的方法,三相参数才相同。三相参数平衡的方法有,(a)三相导线布置在等边三角形的顶点上时,三三相导线布置在等边三角形的顶点上时,三项参数是相
4、同的。项参数是相同的。(b)当三相导线不是布置在等边三角形的顶点上当三相导线不是布置在等边三角形的顶点上时,采用架空线换位的方法以减少三相参数不时,采用架空线换位的方法以减少三相参数不平衡。平衡。( (一一) )、电阻、电阻SlR 在交流电路中,由于集肤效应和临近效应的影在交流电路中,由于集肤效应和临近效应的影响,交流电阻比直流电阻要大;响,交流电阻比直流电阻要大; 此外,由于所用电线和电缆芯线大多是绞线,此外,由于所用电线和电缆芯线大多是绞线,其中每股导线的实际长度要比电线本身的长度大其中每股导线的实际长度要比电线本身的长度大2%-3%2%-3%。 铜导线的电阻率为铜导线的电阻率为kmm/1
5、088.128 铝导线的电阻率为铝导线的电阻率为kmm/1015.328 工程上各类导线在工程上各类导线在2020时的单位长度有效电阻时的单位长度有效电阻计算值计算值r r2020列在列在电力工程电气设计手册电力工程电气设计手册中,可直中,可直接查阅,任意温度接查阅,任意温度t t时的电阻值时的电阻值r ri i可按下式计算可按下式计算)/()20(1 20kmtrri( (二二) )、电抗、电抗1 1、三相导线线路电抗、三相导线线路电抗 线路电抗是由于交流电流通过导线时,在导线线路电抗是由于交流电流通过导线时,在导线周围及导线内产生周围及导线内产生交变磁场交变磁场而引起的。而引起的。 若线路
6、的三相电抗相同,则每相导线单位长度若线路的三相电抗相同,则每相导线单位长度的等值电抗为的等值电抗为4110)5 . 0lg6 . 4(2rDfxm其中,几何均距与导线的具体布置方式有关。其中,几何均距与导线的具体布置方式有关。3cabcabmDDDD DDmDDDm26. 1233ABCDcaDbcDabABCDDDABCDD2D 将将f=50Hzf=50Hz,=1=1代入式代入式(3-3)(3-3),可得每相导线,可得每相导线单位长度电抗的计算公式为单位长度电抗的计算公式为0157. 0lg1445. 0rDxmi2 2、分裂导线线路电抗、分裂导线线路电抗 目的目的:对于高压及超高压远距离输
7、电线路,为:对于高压及超高压远距离输电线路,为减少线路的电晕损耗及线路电抗,以增加输电线路减少线路的电晕损耗及线路电抗,以增加输电线路的输送能力。的输送能力。 每一相由每一相由2-62-6根导线组成,每根间距根导线组成,每根间距400-500mm400-500mm将均匀布置在半径为将均匀布置在半径为R R的圆周上。其的圆周上。其R R比一根导线的比一根导线的外径大得多,可有效地减小线路电抗和电晕损耗,外径大得多,可有效地减小线路电抗和电晕损耗,同时增大线路电容。同时增大线路电容。 分裂导线的等值半径分裂导线的等值半径r reqeq来代替,式来代替,式(3-5)(3-5)中的中的导线外径导线外径
8、r r,其,其r reqeq可由下式算出。可由下式算出。nnmeqrdr1因此,具有分裂导线的线路每相电抗为因此,具有分裂导线的线路每相电抗为nrDxeqm0157.0lg1445.01 分裂导线的线路电抗较采用单根导线的线路电分裂导线的线路电抗较采用单根导线的线路电抗减少约抗减少约20%20%以上,视每相的分裂数及结构决定。以上,视每相的分裂数及结构决定。(表(表3-13-1) 对于同杆架设的双回线路,每一相线路电抗不对于同杆架设的双回线路,每一相线路电抗不仅取决于该线路本身电流所产生的磁通,而且和另仅取决于该线路本身电流所产生的磁通,而且和另一回线路电流产生的磁通相关。一回线路电流产生的磁
9、通相关。额定电压(kV)导线分裂根数电抗近似值220-33020.3-0.37500340.30.29750460.290.28 表表3-1 3-1 分裂导线线路电抗分裂导线线路电抗【例例3-13-1】某三相单回输电线路,采用某三相单回输电线路,采用LGJ-300LGJ-300型导型导线,已知导线的相间距离为线,已知导线的相间距离为D=6mD=6m,求:,求: (1)(1)三相导线水平配置,且完全换位时,每千米线三相导线水平配置,且完全换位时,每千米线路的电抗值。路的电抗值。 (2)(2)三相导线按等边三角形配置时,每千米线路的三相导线按等边三角形配置时,每千米线路的电抗。电抗。【解解】【例例
10、3-23-2】某回某回220kV220kV双分裂架空输电线路,已知每双分裂架空输电线路,已知每根导线的计算半径为根导线的计算半径为13.84mm13.84mm,各导体间相距,各导体间相距dm=400mmdm=400mm,相间距离,相间距离D=5mD=5m,三相导线水平排列,并,三相导线水平排列,并经完全换位。求该线路每公里的电抗值。经完全换位。求该线路每公里的电抗值。【解解】( (三三) )、电纳、电纳( (容纳容纳) ) 电力线路运行时,各相间及相对地间都存在着电力线路运行时,各相间及相对地间都存在着电位差,因而导线间以及导线与大地间必有电容存电位差,因而导线间以及导线与大地间必有电容存在,
11、也即存在着容性电纳。在,也即存在着容性电纳。 若三相线路参数相同时,每相导线的等值电容若三相线路参数相同时,每相导线的等值电容为为)(kmrDm/F10lg0241. 0c61 电纳电纳( (容纳容纳) )的大小与的大小与相间的距离相间的距离、导线截面导线截面、杆塔结构杆塔结构等因素有关。等因素有关。当频率当频率f=50Hzf=50Hz时,单位长度的电纳为时,单位长度的电纳为)(kmSrDfm/10lg58. 7c2cb6111对于对于架空线路架空线路的电纳一般为的电纳一般为2.852.851010-6-6S/kmS/km左右。左右。对于对于分裂导线的线路分裂导线的线路,仍可按上式计算其电纳,
12、其,仍可按上式计算其电纳,其半径应是等值半径半径应是等值半径r reqeq。对于对于同杆并架双回线路同杆并架双回线路,仍可按上式计算。,仍可按上式计算。【例例3-33-3】一回一回220kV220kV输电线路,导线在杆塔上位三输电线路,导线在杆塔上位三角形布置角形布置( (如图如图3-63-6所示所示) ),使用,使用LGJQ-400LGJQ-400型导线。型导线。求该线路单位长度的电阻、电抗和电纳。求该线路单位长度的电阻、电抗和电纳。【解解】( (四四) )、电导、电导 在高压线路上,由于强电场作用,导线周围可在高压线路上,由于强电场作用,导线周围可能产生空气的电离现象,称之为能产生空气的电
13、离现象,称之为电晕电晕。电晕产生的。电晕产生的有功功率损耗称为有功功率损耗称为电晕损耗电晕损耗。 电晕损耗是当线路电压达到某一值时产生的,电晕损耗是当线路电压达到某一值时产生的,这一电压值称为这一电压值称为电晕临界电压电晕临界电压UcrUcr。当线路正常工。当线路正常工作电压高于作电压高于UcrUcr时,电晕损耗将大大增加而不可忽时,电晕损耗将大大增加而不可忽略。略。 电晕产生的条件与导线上施加的电晕产生的条件与导线上施加的电压大小电压大小、导导线半径线半径、导线结构导线结构及及导线周围的空气情况导线周围的空气情况有关。有关。 除电晕损耗、电阻引起有功功率损耗外,还有除电晕损耗、电阻引起有功功
14、率损耗外,还有由于沿线路绝缘子表面的泄露电流产生的有功功率由于沿线路绝缘子表面的泄露电流产生的有功功率损耗。损耗。 电导电导代表导线的泄露损耗及电晕损耗的电气现代表导线的泄露损耗及电晕损耗的电气现象。象。式中,式中,g1-g1-导线单位长度的电导,导线单位长度的电导,S/kmS/km; Pg-Pg-实测三相电晕损耗的总功率,实测三相电晕损耗的总功率,kW/kmkW/km; U-U-线路电压,线路电压,kVkV。 当线路实际电压高于电晕临界电压时,可通过当线路实际电压高于电晕临界电压时,可通过实测的方法求取电导,与电晕相对应的电导为实测的方法求取电导,与电晕相对应的电导为32110gUPg二、输
15、电线路的等值电路二、输电线路的等值电路 电力线路的等值电路是以电力线路的等值电路是以电阻电阻、电抗电抗、电导电导、电电纳纳四个参数来表示。四个参数来表示。 实际中,输电线路的等值电路是参数均匀分布实际中,输电线路的等值电路是参数均匀分布的电路,分布参数电路的计算是较复杂的,一般将的电路,分布参数电路的计算是较复杂的,一般将分布参数等值电路分布参数等值电路转化成转化成集中参数等值电路集中参数等值电路以简化以简化计算。计算。 当线路长度为当线路长度为l l时,全线路每相得总电阻、总时,全线路每相得总电阻、总电抗、总电导、总电纳表示为电抗、总电导、总电纳表示为)()(11lxXl rR)()(11l
16、bBlgG输电线路的阻抗和导纳的复数表达式为输电线路的阻抗和导纳的复数表达式为)(jXRZ阻抗:)(SjBGY导纳:1 1、一字形等值电路、一字形等值电路 对于线路长度不超过对于线路长度不超过100km100km的架空线路,线路的架空线路,线路电压不高时,线路电纳的影响不大,可令电压不高时,线路电纳的影响不大,可令b1=0b1=0。 因天气晴朗时不发生电晕,绝缘子泄露又很小,因天气晴朗时不发生电晕,绝缘子泄露又很小,可令可令g1=0g1=0。 输电线路中只剩下输电线路中只剩下r1r1、x1x1两个参数。两个参数。图图3-7 一字形等值电路一字形等值电路1U1IRX2U2I2 2、 形等值电路和
17、形等值电路和T T形等值电路形等值电路 对于线路长度为对于线路长度为100-300km100-300km的中等长度架空线的中等长度架空线路,或长度不超过路,或长度不超过100km100km的电缆线路,电容的影响的电缆线路,电容的影响不可忽略。不可忽略。图图3-8 中等长度线路的等值电路中等长度线路的等值电路1U1IZ2U2I221U1IZ/22U2IZ/2一、双绕组变压器一、双绕组变压器第二节第二节 变压器参数及等值电路变压器参数及等值电路图图3-11 双绕组变压器等值电路双绕组变压器等值电路RTjXTGT-jBTRTjXT(a)(b) 反映励磁支路的导纳一般接在变压器的电源侧,反映励磁支路的
18、导纳一般接在变压器的电源侧,但有时为了计算时与线路的电纳合并,励磁电路放但有时为了计算时与线路的电纳合并,励磁电路放在线路一侧。在线路一侧。由于YT=1 / Z0,而Z0为一感性激磁阻抗。 变压器的变压器的4 4个参数可由变压器的个参数可由变压器的空载空载和和短路短路试验试验结果来求出。结果来求出。 变压器的短路损耗变压器的短路损耗P Pk k 变压器的短路电压百分数变压器的短路电压百分数U Uk k% %电阻电阻R RT T、电抗、电抗X XT T 变压器的空载损耗变压器的空载损耗P P0 0 变压器的空载电流百分数变压器的空载电流百分数I I0 0% %电导电导G GT T、电纳、电纳B
19、BT T(一)、电阻(一)、电阻R RT T 变压器的电阻计算公式为变压器的电阻计算公式为221000NNkTSUPR 式中,式中,TRkPNSNU-变压器高低压绕组的总电阻,变压器高低压绕组的总电阻,-变压器额定短路损耗,变压器额定短路损耗,kWkW-变压器的额定容量,变压器的额定容量,MVAMVA-变压器的额定电压,变压器的额定电压,kVkV(二)、电抗(二)、电抗X XT T 变压器的电抗计算公式为变压器的电抗计算公式为NNkNNpTSUUSUUX100%100%22 式中,式中,TX%kUNSNU-变压器高低压绕组的总电抗,变压器高低压绕组的总电抗,-变压器短路电压的百分数变压器短路电
20、压的百分数-变压器的额定容量,变压器的额定容量,MVAMVA-变压器的额定电压,变压器的额定电压,kVkV%pU-U Uk k% %中的电抗压降百分数中的电抗压降百分数(三)、电导(三)、电导G GT T 变压器的电导计算公式为变压器的电导计算公式为 式中,式中,TG0PNU-变压器的电导,变压器的电导,S S-变压器额定空载损耗,变压器额定空载损耗,kWkW-变压器的额定电压,变压器的额定电压,kVkV201000NTUPG(四)、励磁电纳(四)、励磁电纳B BT T 变压器的电纳计算公式为变压器的电纳计算公式为20100%NNTUSIB 式中,式中,TB%0INSNU-变压器的电纳,变压器
21、的电纳,S S-变压器额定空载电流的百分值变压器额定空载电流的百分值-变压器的额定容量,变压器的额定容量,MVAMVA-变压器的额定电压,变压器的额定电压,kVkV二、三绕组变压器二、三绕组变压器 三绕组变压器的等值电路为三绕组变压器的等值电路为图图3-12 三绕组变压器等值电路三绕组变压器等值电路RT1jXT1GT-jBTRT2jXT2RT3jXT31I0I3I2I(一)、电阻(一)、电阻 三绕组变压器其绕组容量比有三种类型:三绕组变压器其绕组容量比有三种类型: (1)100/100/100(1)100/100/100,即,即3 3个绕组的容量都等于变压个绕组的容量都等于变压器额定容量;器额
22、定容量; (2)100/100/50(2)100/100/50,即第,即第3 3绕组容量仅为变压器额绕组容量仅为变压器额定容量的定容量的50%50%; (3)100/50/100(3)100/50/100,即第,即第2 2绕组容量为变压器额定绕组容量为变压器额定容量的容量的50%50%。 对于第对于第1 1类变压器,通过类变压器,通过短路试验短路试验可得到可得到任两个任两个绕组绕组的短路损耗的短路损耗P Pk12k12、 P Pk23k23、 P Pk31k31,由此算出,由此算出每个绕组的短路损耗每个绕组的短路损耗P Pk1k1、 P Pk2k2、 P Pk3k3。)(212331121kk
23、kkPPPP)(213123122kkkkPPPP)(211231233kkkkPPPP求出各绕组的短路损耗后,用和双绕组变压器相似求出各绕组的短路损耗后,用和双绕组变压器相似的公式计算出各绕组的电阻为的公式计算出各绕组的电阻为 对于其余三个绕组容量比不等的变压器,短路对于其余三个绕组容量比不等的变压器,短路试验给出的功率损耗值是一对绕组中容量较小的一试验给出的功率损耗值是一对绕组中容量较小的一方达到它本身额定容量时的值。方达到它本身额定容量时的值。 这时,应首先将各绕组间的短路损耗归算为额这时,应首先将各绕组间的短路损耗归算为额定电流下的值,再运用上列公式求取各绕组的短路定电流下的值,再运用
24、上列公式求取各绕组的短路损耗和电阻。损耗和电阻。22111000NNkTSUPR22221000NNkTSUPR22331000NNkTSUPR 例如,对例如,对100/50/100100/50/100类型的变压器,短路损耗类型的变压器,短路损耗P Pk12k12和和P Pk23k23是在第是在第2 2个绕组中流过额定电流个绕组中流过额定电流( (即为即为变压器额定容量电流的一半变压器额定容量电流的一半) )时所测得的数据。时所测得的数据。 因此,首先把它们归算到对应于变压器额定容因此,首先把它们归算到对应于变压器额定容量电流的值,计算式为量电流的值,计算式为12212124)5 . 0(kN
25、NkkPIIPP23223234)5 . 0(kNNkkPIIPP然后按式然后按式(3-21)(3-21)、式、式(3-22)(3-22)进行计算。进行计算。(二)、电抗(二)、电抗 三绕组变压器按其三绕组变压器按其3 3个绕组排列方式的不同分为个绕组排列方式的不同分为图图3-13 三绕组变压器的绕组排列方式三绕组变压器的绕组排列方式低低中中高高中中低低高高(a) 降压结构降压结构(b) 升压结构升压结构 通常变压器铭牌上给出各绕组间的短路电压通常变压器铭牌上给出各绕组间的短路电压U Uk12k12% %、U Uk23k23% %和和U Uk31k31% %,可求出各绕组的短路电压为,可求出各
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