第四講 電力系統(tǒng)各元件的序阻抗和等值電路

1、第四講第四講 電力系統(tǒng)各元件的序阻抗和等值電路電力系統(tǒng)各元件的序阻抗和等值電路4-4 變壓器的零序等值電路及其參數(shù)變壓器的零序等值電路及其參數(shù)4-1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用4-2 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗4-5 架空線路的零序電抗及其等值電路架空線路的零序電抗及其等值電路4-6 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的制訂電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)的制訂4-3 異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗1、對稱分量法及其在電力系統(tǒng)不對稱故障分析中的對稱分量法及其在電力系統(tǒng)不對稱故障分析中的應(yīng)用；應(yīng)用；2、發(fā)電機(jī)及異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗；發(fā)

2、電機(jī)及異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗；3、變壓器、輸電線及電纜的零序電抗；變壓器、輸電線及電纜的零序電抗；重點重點4、電力系統(tǒng)序網(wǎng)絡(luò)的繪制方法。電力系統(tǒng)序網(wǎng)絡(luò)的繪制方法。4-1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用一一 對稱分量法對稱分量法 就是將一組就是將一組不對稱的三相相不對稱的三相相量分解為三組對量分解為三組對稱的三相相量，稱的三相相量，或者將三組對稱或者將三組對稱的三相相量合成的三相相量合成為一組不對稱的為一組不對稱的三相相量的方法。三相相量的方法。1cI1bI1aI2cI2bI2aI0aI0bI0cI1cI1aI1bI2bI2aI2cI0aI0bIbIcI

3、aI0cI1、圖中相量圖中相量 幅值相等，相位彼此互差幅值相等，相位彼此互差1200，且，且a超前超前b，b超前超前c，稱為正序分量；稱為正序分量；0aI0bI0cI1cI1aI1bI2cI2aI2bI111cbaIII、2、圖中相量圖中相量 幅值相等，相位關(guān)系與正幅值相等，相位關(guān)系與正序相反，稱為負(fù)序分量；序相反，稱為負(fù)序分量；222cbaIII、3、圖中相量圖中相量 幅值和相位均相同，稱為幅值和相位均相同，稱為零序分量零序分量。 222cbaIII、若旋轉(zhuǎn)因子若旋轉(zhuǎn)因子 ，則，則 。那么那么)0()2(2) 1 ()0()2() 1 (2)0()2() 1 (IIIIIIIIIIIIcba

4、23210120jej232102402jej)0()2()1(2211111IIIIIIcbaspTII 從而有從而有psITI1cbaIIIIII111113122)0()2()1(注意 對稱分量法的實質(zhì)是疊加原理對稱分量法的實質(zhì)是疊加原理在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用；在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用； 只適用于線性系統(tǒng)的分析。只適用于線性系統(tǒng)的分析。二二 對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用對于三相對稱的元件，各序分量是獨立的。對于三相對稱的元件，各序分量是獨立的。設(shè)輸電線路末端發(fā)生了不對稱短路。設(shè)輸電線路末端發(fā)生了不對稱短路。線路上流過三線路上流過三相不對稱的電相不對稱的電流，

5、則三相電流，則三相電壓降也是不對壓降也是不對稱的。稱的。1、應(yīng)用對稱分量法將故障處電壓分解為正序、負(fù)序、應(yīng)用對稱分量法將故障處電壓分解為正序、負(fù)序、零序三組對稱分量。零序三組對稱分量。 故障網(wǎng)絡(luò)故障網(wǎng)絡(luò)分解為三個獨分解為三個獨立的序網(wǎng)：立的序網(wǎng)： 正序網(wǎng)正序網(wǎng) 負(fù)序網(wǎng)負(fù)序網(wǎng) 零序網(wǎng)零序網(wǎng)正序網(wǎng)：正序網(wǎng)：包含發(fā)電機(jī)的正序電源電勢和故障點正序電包含發(fā)電機(jī)的正序電源電勢和故障點正序電壓分量，網(wǎng)絡(luò)中通過正序電流，對應(yīng)的各元件阻抗皆壓分量，網(wǎng)絡(luò)中通過正序電流，對應(yīng)的各元件阻抗皆為正序阻抗；為正序阻抗；負(fù)序網(wǎng)：負(fù)序網(wǎng)：只有故障點電壓的負(fù)序電勢，網(wǎng)絡(luò)中通過負(fù)只有故障點電壓的負(fù)序電勢，網(wǎng)絡(luò)中通過負(fù)序電流，對應(yīng)

6、的各元件阻抗為負(fù)序阻抗。序電流，對應(yīng)的各元件阻抗為負(fù)序阻抗。零序網(wǎng)：零序網(wǎng)：只有故障點電壓的零序電勢，網(wǎng)絡(luò)中通過零只有故障點電壓的零序電勢，網(wǎng)絡(luò)中通過零序電流，對應(yīng)的各元件阻抗為零序阻抗。序電流，對應(yīng)的各元件阻抗為零序阻抗。中性線電流中性線電流為三倍零序為三倍零序電流，故在電流，故在單相零序網(wǎng)單相零序網(wǎng)中接入中接入3Zn的接地阻抗的接地阻抗建立系統(tǒng)的電路模型時，一般可以：建立系統(tǒng)的電路模型時，一般可以： 忽略線路對地電容和變壓器的勵磁回路忽略線路對地電容和變壓器的勵磁回路; ; 高壓電網(wǎng)可以忽略線路電阻高壓電網(wǎng)可以忽略線路電阻; ; 標(biāo)幺值計算不考慮變壓器的實際變比，標(biāo)幺值計算不考慮變壓器的實

7、際變比，認(rèn)為變壓器的變比認(rèn)為變壓器的變比 均為平均額定電壓之比。均為平均額定電壓之比。三三 負(fù)荷對短路電流的影響負(fù)荷對短路電流的影響1、如果正常情況下的負(fù)荷電流遠(yuǎn)小于短路電如果正常情況下的負(fù)荷電流遠(yuǎn)小于短路電流，可以在計算用的等值網(wǎng)絡(luò)中忽略負(fù)荷。若需要流，可以在計算用的等值網(wǎng)絡(luò)中忽略負(fù)荷。若需要計及，則計及，則4-2 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗一一 同步發(fā)電機(jī)各序磁場同步發(fā)電機(jī)各序磁場1、正序：與三相對稱短路情形相同正序：與三相對稱短路情形相同; ;2、零序：在三相繞組中產(chǎn)生大小相同的脈零序：在三相繞組中產(chǎn)生大小相同的脈動磁場，不能在轉(zhuǎn)子空間形成旋轉(zhuǎn)磁場，而只動磁場，

8、不能在轉(zhuǎn)子空間形成旋轉(zhuǎn)磁場，而只形成各相繞組的漏磁場，從而對轉(zhuǎn)子沒有影響形成各相繞組的漏磁場，從而對轉(zhuǎn)子沒有影響; ;3、負(fù)序：在氣隙中產(chǎn)生以同步速與轉(zhuǎn)子旋負(fù)序：在氣隙中產(chǎn)生以同步速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子的相對速度轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子的相對速度為兩倍同步頻速，并在轉(zhuǎn)子繞組中感生兩倍頻為兩倍同步頻速，并在轉(zhuǎn)子繞組中感生兩倍頻交流電流，進(jìn)而產(chǎn)生兩倍基頻脈動磁場，可以交流電流，進(jìn)而產(chǎn)生兩倍基頻脈動磁場，可以分解為兩個按不同方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。分解為兩個按不同方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。無阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：無阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)及有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)及有

9、阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：二二 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗1、同步發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗同步發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗 如果發(fā)電機(jī)中性點不接地，不能構(gòu)成零序電流的通路，此時其零序電抗為無限大。dqdGGxxxIUx )22. 11 ()(21)2()2()2(dqdGGxxxIUx45. 1)2()2()2(2、同步發(fā)電機(jī)零序電抗同步發(fā)電機(jī)零序電抗dGGxIUx )6 . 015. 0()0()0()2(4-3 異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗異步電動機(jī)的負(fù)序和零序電抗1 1、負(fù)序阻抗、負(fù)序阻抗 xx )2(2 2、零序阻抗、零序阻抗 由于異步電動機(jī)的三相繞組通常接成三角形或不由于異步電動機(jī)的三相

10、繞組通常接成三角形或不接地的星形，無零序電流的通路，因而零序電抗數(shù)值接地的星形，無零序電流的通路，因而零序電抗數(shù)值為無限大。為無限大。)0(x4-4 變壓器的零序等值電路及其參數(shù)變壓器的零序等值電路及其參數(shù)1 1、正序電抗：即穩(wěn)態(tài)運行時變壓器的等值電抗；、正序電抗：即穩(wěn)態(tài)運行時變壓器的等值電抗；2 2、負(fù)序電抗：其值與正序電抗相等。、負(fù)序電抗：其值與正序電抗相等。 對于靜止元件，對于靜止元件，二者總是相等的。二者總是相等的。一一 雙繞組變壓器雙繞組變壓器 不計繞組電阻和鐵芯損耗，雙繞組變壓器的零不計繞組電阻和鐵芯損耗，雙繞組變壓器的零序等值電路如圖所示。序等值電路如圖所示。 其中其中x、 x分

11、別為分別為兩側(cè)繞組漏抗，兩側(cè)繞組漏抗， 為零為零序勵磁電抗。序勵磁電抗。1、零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側(cè)或不接地星零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側(cè)或不接地星形側(cè)：形側(cè)：)0(x 圖圖4-1 YN4-1 YN，d d接線變壓器零序等值電路接線變壓器零序等值電路 2 2、YNYN，d d 接線變壓器接線變壓器00)0(mmxxxxxx3 3、YNYN，y y 接線變壓器接線變壓器0)0(mxxx 圖圖4-2 YN4-2 YN，y y接線變壓器零序等值電路接線變壓器零序等值電路4 4、YNYN，ynyn 接線變壓器接線變壓器圖圖4-3 YN，yn接線變壓器零序等值電路接線變壓器零序等值電路

12、如果二次側(cè)除接地的中性點外，沒有其它接地點，如果二次側(cè)除接地的中性點外，沒有其它接地點，此時零序電抗的計算與此時零序電抗的計算與YN，y 相同相同； 如果二次側(cè)另外有一個接地點。如果二次側(cè)另外有一個接地點。xxxxxxxxmm00)0()(xm0 的數(shù)值主要決定于變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)的數(shù)值主要決定于變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu) 三個單相變壓器組成的三相變壓器，三三個單相變壓器組成的三相變壓器，三相四柱式或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓相四柱式或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓器器, ,可以近似認(rèn)為：可以近似認(rèn)為： 對于三相三柱式變壓器，磁通路徑磁阻對于三相三柱式變壓器，磁通路徑磁阻大，零序電抗較小，一般需經(jīng)試驗

13、方法求得零大，零序電抗較小，一般需經(jīng)試驗方法求得零序勵磁電抗。序勵磁電抗。0mx二二 三繞組變壓器三繞組變壓器 可以忽略其零可以忽略其零序勵磁電抗序勵磁電抗xm01 1、YNYN，d,yd,y 接線變壓器接線變壓器xxxx)0( 如沒有另一接地點，變壓器的零序電抗與如沒有另一接地點，變壓器的零序電抗與YNYN，d,yd,y 相同；相同； 如如側(cè)另有一對地電抗為側(cè)另有一對地電抗為x x的接地點的接地點。2 2、YNYN，d,ynd,yn 接線變壓器接線變壓器xxxxxxxx)()0(3 3、YNYN，d,dd,d 接線變壓器接線變壓器xxxxxx)0(三三 自耦變壓器自耦變壓器a a、自耦變壓器

14、中兩個有直接電氣聯(lián)系的自耦繞組，、自耦變壓器中兩個有直接電氣聯(lián)系的自耦繞組，一般用來聯(lián)系兩個直接接地系統(tǒng)；一般用來聯(lián)系兩個直接接地系統(tǒng)；b b、兩個自耦繞組共用一個中性點和接地線，如果有、兩個自耦繞組共用一個中性點和接地線，如果有第三繞組，一般接成三角形。第三繞組，一般接成三角形。 中性點直接接地的中性點直接接地的YNYN，a a 和和YNYN，a,da,d 接線自耦變壓器接線自耦變壓器零序電抗的求解與普通的變壓器相同。零序電抗的求解與普通的變壓器相同。 當(dāng)自耦變壓器的中性點經(jīng)電抗接地時，兩個繞當(dāng)自耦變壓器的中性點經(jīng)電抗接地時，兩個繞組的零序電流要影響中性點電位，其值為組的零序電流要影響中性點

15、電位，其值為: : 中性點經(jīng)電抗接地的中性點經(jīng)電抗接地的YN,a 和和YN,a,d 接線自耦變壓器接線自耦變壓器)(300IIxUnn1 1、YNYN，a a 接線的自耦變壓器接線的自耦變壓器 折算到一次側(cè)的等值零序電抗折算到一次側(cè)的等值零序電抗0/ )(IUUUUxNNnn 如果中性點經(jīng)電抗接地，折算到一次側(cè)的零序等如果中性點經(jīng)電抗接地，折算到一次側(cè)的零序等值電抗為：值電抗為：2)1 (3NNnUUxxx2 2、YNYN，a a，d d 接線的自耦變壓器接線的自耦變壓器星形零序等值電路中折算至一次側(cè)的各電抗為：星形零序等值電路中折算至一次側(cè)的各電抗為：)(3)(21)(3)(211 (3)(

16、212NNnNNNNnNNnUUxxxxxxUUUUxxxxxxUUxxxxxx）從變壓器從變壓器I I側(cè)觀察到的零序等值電抗的有名值為：側(cè)觀察到的零序等值電抗的有名值為：xxxxxxxx)()0(4-5 架空線路的零序電抗及其等值電路架空線路的零序電抗及其等值電路輸電線的正、負(fù)序阻抗及等值電路完全相同。輸電線的正、負(fù)序阻抗及等值電路完全相同。研究零序阻抗，必須考慮大地（或架空地線）的影響。研究零序阻抗，必須考慮大地（或架空地線）的影響。一一 “導(dǎo)線大地導(dǎo)線大地”回路的自阻抗與互阻抗回路的自阻抗與互阻抗1 1、“單導(dǎo)線大地單導(dǎo)線大地”回路回路單導(dǎo)線大地回路單位長度的自阻抗為：單導(dǎo)線大地回路單位

17、長度的自阻抗為：seeaSDDjrrZlg1445. 0aeDeekmre/05. 02、“雙導(dǎo)線大地雙導(dǎo)線大地”回路回路 雙回路間單位長度的互阻抗為：雙回路間單位長度的互阻抗為：abeemDDjrZlg1445. 0aeDeebeDee零序電抗為：零序電抗為：sTeeamDDjrrZlg1445. 03 兩回路間的距離愈小，回路間的互感抗愈大，兩回路間的距離愈小，回路間的互感抗愈大，使每回輸電線的零序等值電抗愈大。使每回輸電線的零序等值電抗愈大。0eI 由于架空地線中的零序電流與輸電線的零序電由于架空地線中的零序電流與輸電線的零序電流相反，相當(dāng)于導(dǎo)線旁邊的一個短路線圈，其互感流相反，相當(dāng)于導(dǎo)

18、線旁邊的一個短路線圈，其互感為去磁作用，減小了輸電線的等值零序阻抗。為去磁作用，減小了輸電線的等值零序阻抗。因此，零序阻抗與因此，零序阻抗與架空地線的材質(zhì)、架空架空地線的材質(zhì)、架空地線與輸電線間的距離地線與輸電線間的距離有關(guān)。有關(guān)。 對已建成的線路一對已建成的線路一般都通過實測確定其零般都通過實測確定其零序阻抗。序阻抗。電纜線路的零序阻抗可能介于以下兩種情況之間：電纜線路的零序阻抗可能介于以下兩種情況之間： 鉛（鋁）包護(hù)層各處都有良好的接地，大地和鉛（鋁）包護(hù)層各處都有良好的接地，大地和護(hù)層中都有零序電流流通。在這種情況下，地中電流護(hù)層中都有零序電流流通。在這種情況下，地中電流達(dá)到最大值，而護(hù)層中電流達(dá)到最小值。護(hù)層中電流達(dá)到最大值，而護(hù)層中電流達(dá)到最小值。護(hù)層中電流的去磁作用最小，零序電抗達(dá)到最大值。的去磁作用最小，零序電抗達(dá)到最大值。 鉛（鋁）包護(hù)層在各處都經(jīng)相當(dāng)大的阻抗接地，鉛（鋁）包護(hù)層在各處都經(jīng)相當(dāng)大的阻抗接地，從而可以認(rèn)為零序電流只通過護(hù)層返回，零序電抗達(dá)從而可以認(rèn)為零序電流只通過護(hù)層返回，零序電抗達(dá)到最小值。到最小值。電纜線路的零序阻抗一般也是通過實測確定。電纜線路的零序阻抗一般也是通過實測確定。在近似計算中可取在近似計算中可取101