電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)(第二章)n.ppt

1、,North China Electric Power University,電力工程系,Department of Electrical Engineering,任 建 文,電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ) Power System Analysis Basis （二）,第二章 電力網(wǎng)參數(shù)及等值電路,本章主要內(nèi)容：,2. 線路的結(jié)構(gòu),3. 線路的參數(shù),4. 變壓器的參數(shù),架空線由什么組成,為什么要用擴(kuò)徑導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線,桿塔的形式,絕緣子的作用,-單位長度查手冊,短路、空載實驗求RT，XT，GT，BT,如何求兩繞組：RT，XT，GT，BT,如何求三繞組：RT，XT，GT，BT,6. 電力系統(tǒng)的等值電路,有名值

2、,標(biāo)幺值,變壓器的等值歸算問題,1. 輸電方式交流、直流、特高壓、靈活交流,5. 發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù),第一節(jié) 輸電方式,經(jīng)濟(jì)方便、電壓可變化,超過100km時會發(fā)生穩(wěn)定問題,1、以交流為主,國內(nèi)最高750kv，加拿大735kv-1200km,塔高：500kv-80m; 220kv-60m; 110kv-45m,第一節(jié) 輸電方式,不會出現(xiàn)穩(wěn)定問題，適合長距離輸300400km,2、直流輸電,塔高：+250kv-35m,需交-直流變換裝置，成本高,事故時電流小,線路高度低，占地面積小,待研究直流多端供電技術(shù),HVDC與HVAC的比較,當(dāng)輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡單

3、，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運(yùn)行于較高的電壓；,直流輸電的功率和能量損耗??；,對通信干擾??；,線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩(wěn),線路本身無需無功補(bǔ)償；,直流輸電線聯(lián)系的兩端交流系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行，因此可用以實現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系；,HVDC與HVAC的比較(續(xù)）,直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩(wěn)定問題，輸送距離和功率也不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制；,由直流輸電線互相聯(lián)系的交流系統(tǒng)各自的短路容量不會因互聯(lián)而顯著增大；,直流輸電線的功率和電流的調(diào)節(jié)控制比較容易并且迅速，可以實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)、控制。如果交、直流并列運(yùn)行，有助于提高交流系統(tǒng)

4、的穩(wěn)定性和改善整個系統(tǒng)的運(yùn)行特性。,HVDC與HVAC的比較(續(xù)）,交直流輸電的等價距離,HVDC與HVAC的比較(續(xù)）,由于HVDC的線路造價較低，而變電站設(shè)備較HVAC昂貴，在某一輸電距離下，交、直流兩種輸電方式的造價費用相等，這一距離成為等價距離。,概括的說，從經(jīng)濟(jì)性考慮，當(dāng)輸電距離超過等價距離時，采用直流有利；輸電距離小于等價距離時，采用交流有利。 根據(jù)國外經(jīng)驗，架空線路的等價距離大約為500800km。電纜線路的等價距離大約為3050km。,第一節(jié) 輸電方式,3、靈活交流輸電,FACTS - Flexible AC Transmission Systems FACTS:指裝有電力電子

5、型或其他靜止型控制器以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。 FACTS裝置：指FACTS家族中具體的成員，指用于提供一個或多個控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)的電力電子系統(tǒng)或其他靜止設(shè)備,提高交流輸電傳輸功率的方法（FACTS）,第一節(jié) 輸電方式,不易發(fā)生與雷擊和雪害等自然災(zāi)害有關(guān)故障,成本高,5、地下輸電,出故障難找,散熱差、允許電流受限制,10001500kv(交流)；+600kv以上(直流),1000萬KW,4、UHV交流輸電,須解決：電暈噪音、線間絕緣強(qiáng)度、輸 電線用避雷器、絕緣子耐污,塔高：8

6、0m-144m,用500kv需雙回線7回,用1000kv需雙回線1回,Ultra High Voltage,第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),電力線路,一.導(dǎo)線,架空線：導(dǎo)線、避雷器、桿塔、絕緣子、金具,電纜線：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層,要求：導(dǎo)電好、機(jī)械強(qiáng)度大、抗腐蝕能力強(qiáng),鋁L常用，機(jī)械強(qiáng)度不夠，鋼芯鋁線,材料,鋼G導(dǎo)電性差，做避雷線,銅T最好，但貴,鋁合金HL,第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu),多股線絞合J,排列：1、6、12、18,普通型：LGJ 鋁/鋼 比5.66.0,加強(qiáng)型：LGJJ 鋁/鋼 比4.34.4,輕 型：LGJQ 鋁/鋼 比8.08.1,LGJ-400/50數(shù)字表示截面積,擴(kuò)徑導(dǎo)線K,擴(kuò)

7、大直徑，不增加截面積LGJK- 300相當(dāng)于LGJQ-400,和普通鋼芯相區(qū)別，支撐層6股,分裂導(dǎo)線每相分成若干根，相互之間保持一 定距離400-500mm,防電暈，減小了電抗，電容增大,第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu),木塔已不用,二.桿塔,鋼筋混凝土塔單桿、型桿,鐵塔用于跨越，超高壓輸電、耐張、轉(zhuǎn)角、 換位。獨根鋼管城市供電,作用分,直線桿塔線路走向直線處，只承受導(dǎo)線自重,耐張桿塔承受對導(dǎo)線的拉緊力,轉(zhuǎn)向桿塔用于線路轉(zhuǎn)彎處,換位桿塔減少三相參數(shù)的不平衡,跨越桿塔跨越寬度大時，塔高：100200米,終端桿塔只承受一側(cè)的耐張力，導(dǎo)線首末端,第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電

8、力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),A,B,C,第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),第二節(jié) 電力線路的結(jié)構(gòu),三.絕緣子和金具,絕緣子,要求：足夠的電氣與機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕,材料：瓷質(zhì)與玻璃質(zhì)元件,類型：針式（35KV以下），懸式（ 35KV以上）,片樹：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV,3 7 13 19 24,金具,作用：連接導(dǎo)線和絕緣子,線夾：懸重、耐張,導(dǎo)線接續(xù)：接續(xù)、聯(lián)結(jié),保護(hù)金具：護(hù)線條、預(yù)絞線、防震錘、阻尼線,絕緣保護(hù)：懸重錘,第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,一.單位長度電力線路的參數(shù),1、電阻,r1=/ s,S 截面積

9、 mm2,單位：mm2/km,一般是查表 rt=r20(1+(t-20),鋼線電阻：導(dǎo)磁集膚、磁滯效應(yīng)交流電阻直流電阻，和電流有關(guān)查手冊,電阻率,銅：18.8 鋁: 31.3,與溫度有關(guān),第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,2、電抗,物理意義：導(dǎo)線通交流電，產(chǎn)生磁場自感、互感,外電抗,內(nèi)電抗,對數(shù)關(guān)系：導(dǎo)線截面和布置無顯著影響，一般0.4 /km,正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D,分裂導(dǎo)線：改變磁場，增大了半徑，減少了電抗,第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,3、電納,物理意義：導(dǎo)線通交流電，產(chǎn)生電場容感,對數(shù)關(guān)系：變化不大，一般 2.8510-6 S /km,分裂導(dǎo)線：增大了等效半徑

10、，電納增大，用req替代r計算,Dm與r的意義與電抗表達(dá)式一致,第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,4、電導(dǎo),物理意義,絕緣子表面泄露很小，忽略,實測損耗，計算電導(dǎo)，一般忽略,110KV9.6mm,空氣電離電暈損耗，臨界電壓Ucr，好天不產(chǎn)生，壞天可有,規(guī)定最小直徑,220KV21.28mm,330KV32.2mm 分裂導(dǎo)線,電纜參數(shù)計算復(fù)雜，查手冊,第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,二、電力線路的等值電路,一般線路的等值電路（正常運(yùn)行時忽略g）,1、短線路（一字型等值電路）,條件：L100km的架空線,忽略g，b線路電壓不高,第三節(jié) 電力線路的參數(shù)與等值電路,2、中等長度線路（型和T型等值電路

11、）,條件：100-300km的架空線或100km的電纜線，近似等值，不能用星三角變換,3、長線路（分布參數(shù)雙曲函數(shù)）,書上例題 P68,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,一、雙繞組變壓器,1、理想變壓器,I1n1=I2n2 I2=k I1,u1/n1=u2/n2 u2= u1/k,k=n1/n2,特征：無銅損、鐵損、漏抗、激磁電流,2、實際變壓器,通過短路和開路試驗求RT、XT、BT、 GT,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,3、短路試驗求RT、XT,條件：一側(cè)短路，另一側(cè)加電壓使短路繞組電流達(dá)到額定值,短路損耗：,注

12、意單位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）,如 UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）時,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,短路電壓百分比,UN（KV）、SN（MVA）,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,4、開路試驗求GT、BT,條件：一側(cè)開路，另一側(cè)加額定電壓,空載損耗：,空載電流百分比 I0%,有功分量Ig,無功分量Ib,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,二、三繞組變壓器,參數(shù)的求法與雙繞組相同,注 意,三繞組容量比不同,各繞組排列不同,導(dǎo)納的求法與雙繞組相同,短路試驗求RT、XT,條件：令一個繞組開路，一個繞組短路，而在余下的一個繞組施加電壓，依此得的數(shù)據(jù)（兩兩短路試驗）,第

13、四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,1、由短路損耗求RT,對于第類（100/100/100）,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,對于第類（100/50/100）第類（100/100/50）,試驗時小繞組不過負(fù)荷，存在歸算問題，歸算到SN,對于（100/50/100）,對于（100/100/50）,代入可計算,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,只給出一個最大短路損耗Pkmax時（兩個100%繞組間短路）,2、由短路電壓百分比求XT（制造商已歸算，直接用）,排列不同，阻抗不同，中間繞組最小，甚至為負(fù)，一般取0,第四節(jié) 電力變壓器的參數(shù)與等值電路,三、自耦變壓器,特點：電阻小、損耗小、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、結(jié)

14、構(gòu)緊湊、電抗小、輸送容量大、重量輕、便于運(yùn)輸,接線：Y0/Y0/，第三繞組容量比額定容量小,參 數(shù),舊標(biāo)準(zhǔn),損耗未歸算,電壓%未歸算,新標(biāo)準(zhǔn),最大短路損耗,歸算的電壓%,例題：P39 例2-2,補(bǔ)充：電力變壓器的運(yùn)行,1、正常過負(fù)荷能力,不縮短壽命為前提 自然循環(huán)30%，強(qiáng)迫循環(huán)20%,2、事故過負(fù)荷能力,以犧牲變壓器壽命為代價 計算過負(fù)荷時犧牲的天數(shù),3、三繞組變壓器,容量：100/100/100，100/100/50，100/50/100 接線：Y/Y/ ，穩(wěn)定繞組，改善波形 自耦：體積小、損耗小，110KV以上用,結(jié)構(gòu)：,升壓：鐵芯中壓低壓高壓 降壓：鐵芯低壓中壓高壓,4、并列運(yùn)行,原副

15、邊額定電壓相等，變比相等 接線組別對應(yīng)一致 額定短路電壓相等,第五節(jié) 發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路,一、發(fā)電機(jī),電阻：小，忽略,電抗：,等值電路,補(bǔ)充：同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行,唯一的注入功率元件,調(diào)負(fù)荷原動機(jī)轉(zhuǎn)速（汽門、導(dǎo)水翼） 調(diào)電壓勵磁,1、同步發(fā)電機(jī)的允許運(yùn)行范圍,Eqn,Xd,IN,UN,IN,UN,Eqn,jINXd,補(bǔ)充：同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行,受限條件,定子繞組： IN為限S園弧 轉(zhuǎn)子繞組： 勵磁電流為限F園弧 原動機(jī)出力：額定有功功率BC直線 其它約束： 靜穩(wěn)、進(jìn)相導(dǎo)致漏磁引起溫升T弧,定子繞組不超過額定電流,勵磁繞組不超過額定電流,受原動機(jī)出力限制,進(jìn)相運(yùn)行時受定子端部發(fā)熱限制,

16、留穩(wěn)定儲備,補(bǔ)充：同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行,2、同步發(fā)電機(jī)的進(jìn)相與調(diào)相運(yùn)行,進(jìn)相,發(fā)有功，吸收無功 輸電線路長、電容大、輕載時電壓升高，需吸收無功 時，發(fā)電機(jī)從遲相轉(zhuǎn)為進(jìn)相，If越小， 越大 靜穩(wěn)態(tài)儲備下降、端部嚴(yán)重發(fā)熱、影響出力,調(diào)相,只發(fā)或吸收無功,調(diào)壓需要,水輪機(jī)低水位 汽輪機(jī)處于檢修 汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)很低,補(bǔ)充：同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行,3、同步發(fā)電機(jī)的非正常運(yùn)行,a、過負(fù)荷運(yùn)行,允許短時運(yùn)行 和時間有關(guān) 和冷卻方式有關(guān),b、異步運(yùn)行,c、不對稱運(yùn)行,失磁后，進(jìn)入異步狀態(tài)，發(fā)異步有功，吸收無功 汽輪機(jī)滑差率小，允許運(yùn)行1530分鐘 水輪機(jī)滑差率大，不允許運(yùn)行,定子中產(chǎn)生負(fù)序電流 轉(zhuǎn)子感應(yīng)2倍頻電流

17、 引起發(fā)熱和振動,第五節(jié) 發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路,二、電抗器,電阻：小，忽略,電抗：,等值電路：,高電壓等級可用于低電壓等級，不用SN,第五節(jié) 發(fā)電機(jī)、電抗器、負(fù)荷的參數(shù)與等值電路,三、負(fù)荷,以功率表示：,以阻抗和導(dǎo)納表示：,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,一、多電壓等級網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)和變量的歸算（有名值）,電力線、變壓器等值電路級聯(lián)成電力網(wǎng)等值電路,注意：多級電壓網(wǎng)存在一個不同電壓級之間的歸算問題,變壓器的參數(shù)與UN有關(guān)，歸算到哪一側(cè)，值不同,變壓器的負(fù)載阻抗歸算到某一側(cè)時，和變比平方有關(guān),要級聯(lián)等值電路，須將不同電壓級下的阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流歸算到同一級基本級（取電網(wǎng)最高電壓）,歸

18、算,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,K的取值,分子是向著基本級一側(cè)的電壓,K的計算,分母是向著待歸算一側(cè)的電壓,手算實際變比,計算機(jī)先取線路額定電壓比值，然而再修正,220KV,500KV,110KV,35KV,10KV,T1,35/11,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,例題：電力網(wǎng)接線如圖所示，圖中各元件的技術(shù)數(shù)據(jù)見表1、表2，試作出歸算到110KV側(cè)和6KV側(cè)的電網(wǎng)等值電路,表1:,表2:,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,解: 變壓器的電阻、導(dǎo)納，線路的電導(dǎo)都略去不計,歸算到110KV側(cè),變壓器T1的電抗：,變壓器T2的電抗：,線路L1的電阻、電抗和電納為：,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,線路L2的電阻

19、、電抗為：,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,歸算到6KV側(cè),第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,二、標(biāo)幺值（標(biāo)么值）,1、定義：標(biāo)幺值=,有名值（歐、西、千伏、千安、兆伏安）,基準(zhǔn)值（與對應(yīng)有名值的量剛相同）,標(biāo)幺值沒有單位的相對值參數(shù),三相與單相公式一致,結(jié)果清晰,易于判斷結(jié)果對否,簡化計算,無量剛，概念不清,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,2、基準(zhǔn)值的選取,基準(zhǔn)值的單位與對應(yīng)有名值的單位相同,各種量的基準(zhǔn)值之間應(yīng)符合電路的基本關(guān)系,五個量中任選兩個，其余三個派生，一般取SB，UB， SB總功率或某發(fā)、變額定功率， UB基本級電壓,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,3、電力系統(tǒng)的標(biāo)幺值等值電路的制定,多電壓等級系

20、統(tǒng)仍存在歸算問題，有兩種求法,歸算有名值,指定基本級，將其它級有名值歸算到基本級,指定一套基本級下的基準(zhǔn)值,用標(biāo)幺值定義求,歸算基準(zhǔn)值（就地歸算）,將基準(zhǔn)值歸算到各電壓級，形成相應(yīng)基值,在基本級下指定一套基準(zhǔn)值,各電壓級參數(shù)除以本級下的基值,給出元件的額定標(biāo)幺值，須換算為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,三、端部條件完全等值的變壓器模型,目標(biāo)：端部條件與實際電路中的值相等（不需歸算）的等值電路,1、雙繞組,理想變壓器,1:k,推導(dǎo)目的：等值電路中端部條件（ ， ） （ ， ）不變變壓器參數(shù)受變比影響,推導(dǎo)過程：從1-1，2-2之間等值，將導(dǎo)納支路拿出去,如果雙端口網(wǎng)絡(luò)用型表示（且YT=1/ZT）,物理意義：,端口條件相同時，等值參數(shù)與K有關(guān),兩并聯(lián)支路的導(dǎo)納符號總是相反,三支路的阻抗之和恒等于零,諧振三角形內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流,構(gòu)成諧振三角形,在串聯(lián)阻抗上產(chǎn)生壓降變壓,諧振電流變流,試推導(dǎo)：,第六節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路,2、三繞組變壓器的等值模型,三繞組可用二繞組方法推出,第