電力系統(tǒng)分析孟祥萍PPT課件第2章

1、電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析本章提示本章提示2.1 輸電線路的參數(shù)輸電線路的參數(shù)2.2 輸電線路的等值電路輸電線路的等值電路2.3 變壓器的等值電路及參數(shù)變壓器的等值電路及參數(shù)2.4 標么制標么制 小結小結電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析本章提示本章提示:l輸電線路參數(shù)的計算方法；輸電線路參數(shù)的計算方法；l輸電線路的輸電線路的型等值電路；型等值電路；l變壓器參數(shù)的計算方法；變壓器參數(shù)的計算方法；l變壓器的變壓器的型等值電路。型等值電路。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析2.1.1 2.1.1 電阻電阻2.1.2 2.1.2 電抗電抗2.1.3 2.1.3 電導電導2.1.4 2.1.4 電納電納2.1.5 2.1.

2、5 輸電線路參數(shù)計算的幾點說明輸電線路參數(shù)計算的幾點說明 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 參數(shù)參數(shù):電阻、電抗、電導、電納電阻、電抗、電導、電納0 x輸電線路架空線路電纜線路0r0g0b單位長度的參數(shù)：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析反映線路通過電流時產生的有功功率損耗效應。lRSlS電阻率導線長度導線載流部分的標稱截面2/mmkm 2mmkm銅：銅：18.8鋁：鋁：31.5 導線的直流電阻可按下式計算：導線的直流電阻可按下式計算：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析1、單相導線線路電抗：、單相導線線路電抗：km 0157. 01445. 00 rDeqx(2-2)(2-2) 3eqabbccaDD D D當三相導線間

3、的距離分別為當三相導線間的距離分別為 、 、 時，時，abDbcDcaD式中：式中：r r導線的半徑，導線的半徑，mmmm； 導線材料的相對導磁系數(shù)，銅和鋁的導線材料的相對導磁系數(shù)，銅和鋁的 =1=1， 鋼的鋼的 11； DeqDeq三相導線間的幾何均距三相導線間的幾何均距,mm,mm。由相應的電感產生，反映載流導體的磁場效應。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 2、分裂導線線路電抗、分裂導線線路電抗km nrDeqxeq0157.0lg1445.00 (2.3)(2.3) 式中：式中：每相分裂根數(shù)；每相分裂根數(shù)； 分裂導線的等值半徑，分裂導線的等值半徑，mmmm。eqrnniieqdrr21式中式中:

4、 r : r 分裂導線中每一根導線的半徑；分裂導線中每一根導線的半徑； 一相分裂導線中第一相分裂導線中第1 1根與第根的距離根與第根的距離, , 2 2，3 3，；id1電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 架空輸電線路的電導是反映泄漏電流和電暈所引起的有功損耗的一種參數(shù)。 正常情況下，線路絕緣良好，泄漏電流很小，可以忽略； 架空線路的電導主要取決于電暈現(xiàn)象引起的有功功率損耗。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 危害：增加網(wǎng)損干擾附近的無線電通信使導線表面產生電腐蝕 電暈：架空線路帶有高電壓時，導線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度，導線附近的空氣發(fā)生游離而產生局部放電的現(xiàn)象。 現(xiàn)象：咝咝聲、臭氧氣味、紫色暈光電力系

5、統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 電暈臨界電壓：電暈臨界電壓： 線路開始出現(xiàn)電暈的電壓。1249.3lgeqcrDUm mrkVr等邊三角形排列時的經驗公式：1m2m導線表面狀況系數(shù)天氣狀況系數(shù)空氣相對密=3.92p/(273+t) 大氣壓力 大氣溫度在一般的電力系統(tǒng)計算中可以忽略電暈損耗，認為在一般的電力系統(tǒng)計算中可以忽略電暈損耗，認為0g 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析每相導線單位長度電納的計算式如下每相導線單位長度電納的計算式如下kmSrDeqbeq/10lg58. 760 2.2.分裂導線線路電納分裂導線線路電納kmSrDeqb/10lg58. 760 1. 1.單相導線線路電納單相導線線路電納反映帶電導

6、體周圍的電場效應。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析工程上已將各種型號導線單位長度的電阻、工程上已將各種型號導線單位長度的電阻、電抗、電納值列在設計手冊中，對于表中所列電抗、電納值列在設計手冊中，對于表中所列的電阻值，是指環(huán)境溫度為的電阻值，是指環(huán)境溫度為2020C C時的值，時的值， )20(120trrt(2.9)當實際溫度異于當實際溫度異于2020C C時應按下式修正：時應按下式修正：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 近似計算時:kmx4 . 00kmsb60108 . 2 單導線線路單導線線路： ， 。s610當分裂根數(shù)為3根時，每公里的電抗為0.30 左右，每公里的電納分別為3.8 。 對于分裂導線線

7、路：對于分裂導線線路： 當分裂根數(shù)為2時，每公里的電抗為0.33 ，每公里的電 納為3.4 。s610當分裂根數(shù)為4根時，每公里的電抗為0.28 左右，每公里的電納為4.1 。s610電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析鋼導線，由于集膚效應及導線內部的導磁系數(shù)鋼導線，由于集膚效應及導線內部的導磁系數(shù)隨導線通過的電流大小而變化，因此，它的電隨導線通過的電流大小而變化，因此，它的電阻和電抗均不恒定，無法用解析法確定，只能阻和電抗均不恒定，無法用解析法確定，只能用實驗測定其特性，根據(jù)電流值確定其阻抗。用實驗測定其特性，根據(jù)電流值確定其阻抗。電纜線路的電氣參數(shù)計算比架空線路復雜得多，電纜線路的電氣參數(shù)計算比架空線

8、路復雜得多，通常采取實測辦法，并將其電氣參數(shù)標明在設通常采取實測辦法，并將其電氣參數(shù)標明在設計手冊中。計手冊中。對于特高壓輸電線路，電阻主要影響線路的功對于特高壓輸電線路，電阻主要影響線路的功率損耗。電導代表絕緣子泄露損耗和電暈損失，率損耗。電導代表絕緣子泄露損耗和電暈損失，也影響功率損失；但與電阻功率損耗相比可忽也影響功率損失；但與電阻功率損耗相比可忽略。略。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 例題例題2.1 2.1 有一回有一回110kv110kv架空電力線路，長度為架空電力線路，長度為60km60km，導線型號為，導線型號為LGJLGJ120120，導線計算外徑，導線計算外徑15.2mm15.2m

9、m，三相導線水平排列，兩相鄰導線之間距，三相導線水平排列，兩相鄰導線之間距離為離為4m4m。試求該電力線路的參數(shù)。試求該電力線路的參數(shù)。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 例題例題2.2 2.2 有一回有一回220kv220kv架空電力線路，長度為架空電力線路，長度為100km100km，采用每相雙分裂導線，次導線采用，采用每相雙分裂導線，次導線采用LGJLGJ185185，每一根導線的計算外徑為，每一根導線的計算外徑為19 mm19 mm，三相，三相導線以不等邊三角形排列，線間距離導線以不等邊三角形排列，線間距離 9m9m， 8.5m8.5m， 6.1m6.1m，分裂間距，分裂間距d d400mm40

10、0mm。試計算該電力線路的參數(shù)。試計算該電力線路的參數(shù)。caDbcDabD電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析2.2.1 一般線路的等值電路一般線路的等值電路2.2.2 長線路的等值電路長線路的等值電路電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)基本上是三相對稱的，電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)基本上是三相對稱的，因此輸電線路的等值電路可用一相的單線圖表因此輸電線路的等值電路可用一相的單線圖表示。示。輸電線路的等值電路是一均勻分布參數(shù)的電路，輸電線路的等值電路是一均勻分布參數(shù)的電路，通常將分布參數(shù)電路轉化成集中參數(shù)等值電路通常將分布參數(shù)電路轉化成集中參數(shù)等值電路以簡化計算。以簡化計算。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析0Rr

11、 l 線路長度為線路長度為l時，全線路每相的參數(shù)分別為：時，全線路每相的參數(shù)分別為：不考慮分布參數(shù)特性，用集中參數(shù)等值電路表示。0Bb l0Xx l0Gg l總電阻：總電阻：總電抗：總電抗：總電導：總電導：總電納：總電納：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析短線路短線路: : 所謂短線路所謂短線路，指長度不超過，指長度不超過100km的架空線路。的架空線路。圖圖2.3 短線路的等值電路短線路的等值電路電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 中等長度線路中等長度線路: : 長度在長度在100100300km300km之間的架空線路和長度小于之間的架空線路和長度小于100km100km的的電纜線路。電纜線路。 圖圖 2.4

12、 2.4 中等長度線路的等值電路中等長度線路的等值電路常用 形等值電路；相互間不等值，不能相互轉換。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析長線路：長線路： 指長度超過指長度超過300km300km的架空線路和長度超過的架空線路和長度超過100km100km的的電纜線路。電纜線路。圖圖2.5 長線路的等值電路長線路的等值電路電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析2.3.1 雙繞組變壓器雙繞組變壓器2.3.2 三繞組變壓器三繞組變壓器2.3.3 自耦變壓器自耦變壓器電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析等值電路等值電路為為 型等值電路，型等值電路， 圖圖2.7 雙繞組變壓器的等值電路雙繞組變壓器的等值電路電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 電阻電阻

13、式中，式中， 的單位為的單位為kWkW， S SN N 的單位為的單位為kV.AkV.A， U UN N 的單位為的單位為kVkV。SP23NSTIPR32210NNSTSUPR近似地認為短路損耗等近似地認為短路損耗等于繞組損耗（銅耗）于繞組損耗（銅耗） 短路試驗：將一側繞組短路試驗：將一側繞組短接，在另一側繞組施短接，在另一側繞組施加電壓，使短路繞組的加電壓，使短路繞組的電流達到額定值。電流達到額定值。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 電抗電抗 3%100NTSNI XUU23%101001003SNSNTNNUUUUXSI變壓器繞組的電阻比電抗小得多，短路試驗時，變壓變壓器繞組的電阻比電抗小得多，

14、短路試驗時，變壓器阻抗上的電壓降近似為電抗上的電壓降，即器阻抗上的電壓降近似為電抗上的電壓降，即電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 電導電導 TNGUP2032010NTUPG近似地認為變壓器近似地認為變壓器的空載損耗等于鐵的空載損耗等于鐵耗，即耗，即空載試驗：將一側繞組開空載試驗：將一側繞組開路，在另一側繞組加額定路，在另一側繞組加額定電壓，此時變壓器有功損電壓，此時變壓器有功損耗即為空載損耗，原邊電耗即為空載損耗，原邊電流即為空載電流。流即為空載電流。電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 電納電納 變壓器空載電流變壓器空載電流 I0 包含有功分量和無功分量，近似認包含有功分量和無功分量，近似認為空載電流等于無功

15、分量為空載電流等于無功分量Ib，于是，于是1003100100%00NTNNbNIBUIIIII320010100%3100%NNNNTUSIUIIB電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 等值電路等值電路 圖圖2.9 三繞組變壓器的等值電路三繞組變壓器的等值電路電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析參數(shù)的獲得參數(shù)的獲得短路試驗：短路試驗：一側加低電壓，使電流達額定，一側加低電壓，使電流達額定，另兩側中，一側短路、一側開路。另兩側中，一側短路、一側開路。 %U%U%UPPP1)S(33)S(22)S(11)S(3)3S(22)S(1、開路試驗開路試驗:（空載試驗）（空載試驗） 一側加一側加UnUn，另兩側開路。，另兩側開

16、路。 GT、BT求法與雙繞組相同求法與雙繞組相同電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析求求R1、R2、R3 三繞組變壓器三個繞組容量不一定相等，繞組三繞組變壓器三個繞組容量不一定相等，繞組額定容量比有額定容量比有 100/100/100、100/100/50、100/50/100 （1） 容量比為容量比為 時時: 設各繞組對應的短路損耗為設各繞組對應的短路損耗為321100/100/1003S2S1SPPP、電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 則：整理得：1S3S)13(S3S2S)32(S2S1S)21(SPPPPPPPPP)21(S)32(S)13(S3S)13(S)21(S)32(S2S)32(S)12(S)2

17、1(S1SPPP21PPPP21PPPP21P322333222232211101010NNSNNSNNSSUPRSUPRSUPRkVUkVASkWPNNs:電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析容量比不相等時，如容量比不相等時，如 應該注意以下幾點應該注意以下幾點參數(shù)是對應變壓器額定容量下的參數(shù)。參數(shù)是對應變壓器額定容量下的參數(shù)。50%變壓器容量的繞組參與短路試驗，只變壓器容量的繞組參與短路試驗，只能做到能做到1/2的變壓器容量所允許的電流。的變壓器容量所允許的電流。在折合后的變壓器中，繞組間的容量比也在折合后的變壓器中，繞組間的容量比也就是電流比，而損耗與電流的平方成正比，就是電流比，而損耗與電流的平方

18、成正比，因此必須將因此必須將50%容量的繞組對應的短路試容量的繞組對應的短路試驗數(shù)據(jù)歸算至變壓器容量。驗數(shù)據(jù)歸算至變壓器容量。321100/50/100電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 22)21(/)21()(NNSSSSPP232)32(/)32()min(NNNSSSSSPP23)13(/)13()(NNSSSSPP電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析求求X1、X2、X3 設各繞組對應的短路電壓設各繞組對應的短路電壓US1%,US2%,US3%則：1(1 2)(3 1)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(2 3)(3 1)(1 2)% 1 2(%)% 1 2(%)% 1 2(%)SSSSSSSSS

19、SSSUUUUUUUUUUUU 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 32333222321110100%10100%10100%NNSNNSNNSSUUXSUUXSUUXkVUkVASNN:電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 三繞組變壓器按其三個繞組排列方式的不同有兩種結構：三繞組變壓器按其三個繞組排列方式的不同有兩種結構：升壓結構和降壓結構，如圖升壓結構和降壓結構，如圖2.102.10所示。所示。 由于繞組的排列方式不同，繞組間的漏抗不同，因而短由于繞組的排列方式不同，繞組間的漏抗不同，因而短路電壓也不同。路電壓也不同。 圖圖2.10 2.10 三繞組變壓器的排列方式三繞組變壓器的排列方式 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)

20、分析 例例2.5 2.5 三相三繞組降壓變壓器的型號為三相三繞組降壓變壓器的型號為SFPSLSFPSL120000/220120000/220，額定容量為，額定容量為120000/120000/60000kVA,120000/120000/60000kVA,額定電壓為額定電壓為220/121/11kV220/121/11kV。 求該變壓器的參數(shù)，并作出其等值電路。求該變壓器的參數(shù)，并作出其等值電路。KWPs5 .132)32( ,85.14%)21( sU,25.28%)13( sU,601)21(KWPs kwPs5 .182)13( ,96. 7%)32( sU,1350KWP 663.

21、0%0 I電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 一般制造廠提供的短路試驗數(shù)據(jù)，不僅短路損耗未經一般制造廠提供的短路試驗數(shù)據(jù)，不僅短路損耗未經歸算，短路電壓百分數(shù)也是未經歸算的值，歸算，短路電壓百分數(shù)也是未經歸算的值， 歸算公式如下：歸算公式如下：)%(%3)32(/)32(NNSSSSUU )%(%3)13(/)13(NNSSSSUU （2.312.31） 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析2.4.1 2.4.1 有名制和標么制有名制和標么制2.4.2 2.4.2 基準值的選擇基準值的選擇2.4.3 2.4.3 不同基準值的標么值間的換算不同基準值的標么值間的換算2.4.4 2.4.4 多電

22、壓級網(wǎng)絡標么值的歸算多電壓級網(wǎng)絡標么值的歸算電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析對于如下網(wǎng)絡：對于如下網(wǎng)絡：電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析問題的提出問題的提出多電壓等級下，各個參數(shù)有名值如何折算？多電壓等級下，各個參數(shù)有名值如何折算？在電力系統(tǒng)中標么值是怎樣定義的？在電力系統(tǒng)中標么值是怎樣定義的？在多電壓等級的情況下，標么值如何計算在多電壓等級的情況下，標么值如何計算?電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析有名制有名制：用有單位的值表示物理量的方法稱為有名制。：用有單位的值表示物理量的方法稱為有名制。 標么制標么制：用沒有單位的相對值表示物理量的方法稱為：用沒有單位的相對值表示物理量的方法稱為 標么制。標么制。 有名值（任意

23、單位）有名值（任意單位） 標么值標么值= = 基準值（與有名值同單位）基準值（與有名值同單位）任何物理量均可用標么值表示任何物理量均可用標么值表示.標么值無單位標么值無單位,無量綱！無量綱！電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析 當選定電壓、電流、阻抗和功率的基準值分別為當選定電壓、電流、阻抗和功率的基準值分別為U UB B、I IB B、Z ZB B 和和S SB B 時，相應的標幺值如下時，相應的標幺值如下 BUUU BIII jXRZXjZRZjXRZZZBBBBjQPSQjSPSjQPSSSBBBB (2.32)(2.32)電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析基準值的選取有一定的基準值的選取有一定的隨意性隨意性

24、BBBIUS BBBIUS3BBBIZUBBBIZU3一般選定電壓和功率的基準值，則可推導出一般選定電壓和功率的基準值，則可推導出BBBVSI3 2BBBUSY BBBSUZ2 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析BBBZIIZUU標么值表示標么值表示BBBZIIZUU33BBBIUUISSBBBIUUISS33*ZIU *ZIU *IUS *IUS 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析標么制的優(yōu)點：標么制的優(yōu)點： 線電壓和相電壓的標么值相等；線電壓和相電壓的標么值相等； 三相功率和單相功率的標么值相等；三相功率和單相功率的標么值相等； 一定程度上簡化計算工作；一定程度上簡化計算工作； 計算結果清晰，易于比較電力系統(tǒng)

25、各元計算結果清晰，易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性和參數(shù)等。件的特性和參數(shù)等。標么制的缺點標么制的缺點: : 物理概念不清楚物理概念不清楚 電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析2)(23BBNNNRBBUSIUXUS )(RXX XR(R(有名值有名值) ) 電抗器換算到統(tǒng)一基準下的標么電抗：電抗器換算到統(tǒng)一基準下的標么電抗：式中：式中： X X（N N）* *額定標么電抗額定標么電抗 在電力系統(tǒng)的計算中，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一在電力系統(tǒng)的計算中，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一的基準值進行歸算。的基準值進行歸算。 XX X( (有名值有名值) )22)(2BBNNNBBUSSUXUS 設統(tǒng)一選定的基準電功率和基準電壓分別為設統(tǒng)一選定的基準電功率和基準電壓分別為 和和 發(fā)電機、變壓器換算到統(tǒng)一基準下的標么電抗：發(fā)電機、變壓器換算到統(tǒng)一基準下的標么電抗：BUBS電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析方法二：在基本級選定基準電壓方法二：在基本級選定基準電壓 和基準功率和基準功率 將基準電壓歸算到各電壓級，然后在各電壓級將有將基準電壓歸算到各電壓級，然后在各電壓級將有有名值換算成標么值。（此法用的較多）有名值換算成標么值。（此法用的較多）BSBU近似近似計算計算法法工