第二章電力系統(tǒng)各元件的特性

1、IPSO第二章第二章 電力系統(tǒng)各電力系統(tǒng)各元件的特性和等值電元件的特性和等值電路路主講主講 李濱李濱2 2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容v電力系統(tǒng)中生產(chǎn)、變換、輸送、消費電能的四大部分的特性和等值電路 發(fā)電機組 變壓器* 電力線路* 負荷v電力網(wǎng)絡的等值電路3 3復功率的符號說明復功率的符號說明 滯后功率因數(shù) 為正，感性無功負荷 運行時，所吸取吸取的無功功率 超前功率因數(shù) 為負，容性無功 滯后功率因數(shù) 為正，感性無功發(fā)電機 運行時，所發(fā)出發(fā)出的無功功率 超前功率因數(shù) 為負，容性無功PjQPjQ4 4第二節(jié)第二節(jié) 變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型變壓器的參數(shù)和數(shù)學模型雙繞組變壓器三繞組變壓器自耦變壓器等值變壓器

2、7 7一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器12UkU8 8一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器112129 9一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器1212121010一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v利用空載和短路試驗計算變壓器參數(shù) Pk：短路損耗 kW，其近似等于額定總銅耗 Uk%：短路電壓百分數(shù) P0：三相有功空載損耗 kW I0%：空載電流百分數(shù)1111一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v 電阻222233()3NNCuNTTTNNSSPI RRRUU22 NkTNSPRU22kNTNPURS22 1000kNTNPURS經(jīng)過單位換算：(),(),(),( )kNNTP kW UkVSMWR

3、 其中：1212一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v電抗 在電力系統(tǒng)計算中認為，大容量變壓器的電抗和阻抗在數(shù)值上接近相等，可近似如下求解：3%100 NTkNIXUU2%1001003NkkNTNNUUUUXSI1313一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v 電導 變壓器電導對應的是變壓器的鐵耗，近似等于變壓器的空載損耗，因此變壓器的電導可如下求解：021000TNPGU1414一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v 電納 在變壓器中，流經(jīng)電納的電流和空載電流在數(shù)值上接近相等，其求解如下：02%100NTNISBU1515一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v變比kT工作時兩側(cè)繞組實際抽頭的空載線電

4、壓之比。12NNUkU1616一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v等值電路1717一一. .雙繞組變壓器雙繞組變壓器v變壓器的運行損耗:220220310001000%310001000sTNTNTsTNTNTNPPPU GI RIUQU BI XS20222010001000%310001000sTNsTNTNTNNPPSPSIUSQU BI XSSS1818變壓器的型號和符號含義變壓器的型號和符號含義v變壓器繞組數(shù)+相數(shù)+冷卻方式+調(diào)壓方式+v+繞組線芯材料+設(shè)計序號+“-”+容量+v高壓側(cè)額定電壓組成。vD-單相 S-三相 J-油浸自冷 L-繞組為鋁線vZ-有載調(diào)壓 SC-三相環(huán)氧樹脂澆

5、注vFP-強迫油循環(huán)風冷 SP-強迫油循環(huán)水冷vF-油浸風冷vSFL1 20000/1101919例題例題v有一臺 SFL1 20000/110型的向10kV網(wǎng)絡供電的降壓變壓器，銘牌給出的試驗數(shù)據(jù)為： ， ， ， 。試計算歸算到高壓側(cè)和變壓器參數(shù)。022PkW135SPkW0%0.8I%10.5SU223322223323602233602212135 11010104.0820000%10.5 110101063.53100100 2000022101.82 101000110%0.820000101013.2 101001001101101011kNTNkNTNTNNTNNTNPURSU

6、UXSPGSUISBUUkU2020二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v按三個繞組容量比的不同有三種不同的類型： 100/100/100、100/50/100、100/100/50v按三個繞組排列方式的不同有兩種不同的結(jié)構(gòu)： 升壓結(jié)構(gòu)：高壓外，低壓中，中壓內(nèi) 降壓結(jié)構(gòu)：高壓外，中壓中，低壓內(nèi)2121二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器22222二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v電阻由于容量的不同，對所提供的短路損耗要做處理：對于100/100/1001(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(1 3)(2 3)(1 2)1()21()21()2kkkkkkkkkk

7、kkPPPPPPPPPPPP2323二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻211222222332100010001000kNTNkNTNkNTNP URSP URSP URS2424二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v 對于100/50/100或100/100/50 首先，將含有不同容量繞組的短路損耗數(shù)據(jù)歸算為額 定電流下的值。 然后，按照100/100/100 計算電阻的公式計算各 繞組電阻。2(1 2)(1 2)22(2 3)(2 3)232(3 1)(3 1)3()()min,()NkkNNkkNNNkkNSPPSSPPSSSPPS2525二二

8、. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v按最大短路損耗求解（與變壓器容量比無關(guān)） ：指兩個100%容量繞組中流過額定電流，另一個100%或50%容量繞組空載時的損耗。 根據(jù)“按同一電流密度選擇各繞組導線截面積”的變壓器的設(shè)計原則：2.max(100%)2(50%)(100%)20002sNTNTTPURSRR.maxSP2626二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v電抗根據(jù)變壓器排列不同，對所提供的短路電壓做些處理：1(1 2)(1 3)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(1 3)(2 3)(1 2)1%(%)21%(%)21%(%)2kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUU272

9、7二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器然后按雙繞組變壓器相似的公式計算各繞組電阻：一般來說，所提供的短路電壓百分比都是經(jīng)過歸算的211222233% 100% 100% 100kNTNkNTNkNTNUUXSUUXSUUXS2828二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v等值電路2929二二. . 三繞組變壓器三繞組變壓器v在實際網(wǎng)絡計算當中，一個三繞組變壓器一般看成3個雙繞組變壓器。 3030三三. .自耦變壓器自耦變壓器 就端點條件而言，自耦變壓器可完全等值于普通變壓器，但由于三繞組自耦變壓器第三繞組的容量總小于變壓器的額定容量，因此需要進行歸算。v對于舊標準：22(1 3)(1 3)(2

10、3)(2 3)33(1 3)(1 3)(2 3)(2 3)33,%,%NNkkkkNNkkkkSSPPPPSSSSUUUUSS3131四四. .等值變壓器（等值變壓器（型）模型型）模型v變壓器模型3232四四. .等值變壓器（等值變壓器（型）模型型）模型v變壓器的型模型3333四四. .等值變壓器（等值變壓器（型）模型型）模型v優(yōu)點：這種模型可以體現(xiàn)電壓變換，在多電壓等級網(wǎng)絡計算中，可以不必進行參數(shù)和變量的歸算。3434推導過程推導過程11212121112212212212211221101020,/1()(1)(), 1(1), 1(1)(1), TTTTTTTTTTTTTTTTTUI Z

11、kUIIkUkUkkIUUUZZZZkUk Ukk kIUUUZZZZZkyykYzzZkZkyk YzZkk kyk kYZ根據(jù)雙端口原理：20 (1)TZzk k3535推導過程推導過程1221122110102020, 1(1), 1(1)(1), (1)TTTTTTTTTZkyykYzzZkZkyk YzZkZk kyk kYzZk k3636等值變壓器的特點等值變壓器的特點v二次輸出的電壓、電流是實際的電壓、電流，可以體現(xiàn)電壓變換，在多電壓等級網(wǎng)絡計算中，可以不必進行參數(shù)和變量的歸算。v型等值電路之和為0，組成了一個諧振三角形，利用諧振作用實現(xiàn)了二次的變流和變壓。v型等值電路阻抗沒有

12、實際的物理意義。3737作業(yè)（變壓器）作業(yè)（變壓器）v三相雙繞組升壓變壓器的型號為SFL-40500/110，額定容量為40500kVA，額定電壓為121/10.5kV，Pk=234.4kW，Uk(%)=11,P0=93.6kW，I0(%)=2.315，求該變壓器的參數(shù)，并做出等值電路。v三相三繞組降壓變壓器的型號為SFPSL-120000/220，額定容量為120000/120000/60000/kVA，額定電壓為220/121/11kV，Pk(1-2)=601kW，Pk(1-3)=182.5kW，Pk(2-3)=132.5kW，Uk(1-2)(%)=14.85, Uk(1-3)(%)=28

13、.25, Uk(2-3)(%)=7.96,P0=135kW，I0(%)=0.663，求該變壓器的參數(shù)，并做出等值電路。 3838作業(yè)（變壓器）作業(yè)（變壓器）v 將如圖網(wǎng)絡用變壓器型等值電路來表示，圖中j0.3是標幺阻抗，要求做出阻抗的形式和導納形式的型等值。 1:1.1j0.3IPSO第三節(jié)第三節(jié) 電力線路的參數(shù)和電力線路的參數(shù)和等值電路等值電路v 概述概述v 架空線路的參數(shù)和等值電路架空線路的參數(shù)和等值電路4040一一. .概述概述v電力線路功能簡述 輸電線路 配電線路 聯(lián)絡線路4545一一. .概述概述v電力線路結(jié)構(gòu)簡述電力線路按結(jié)構(gòu)可分為架空線：導線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等 電 纜

14、：導線、絕緣層、保護層等架空線路的導線和避雷線 導 線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成 避雷線：一般用鋼線4646一一. .概述概述v 認識架空線路的標號 / 鋼線部分額定截面積 主要載流部分額定截面積 J 表示加強型，Q表示輕型 J 表示多股線 表示材料，其中：L表示鋁、 G表示鋼、T表示銅、HL表示鋁合金 例如：LGJ400/50表示載流額定截面積為400、鋼線額定截面積 為50的普通鋼芯鋁線。4747一一. .概述概述v為增加架空線路的性能而采取的措施 目的：減少電暈損耗或線路電抗。 多股線：其安排的規(guī)律為：中心一股芯線，由內(nèi)到外，第一層為6股，第二層為12股，第三層為18股，以此類推：23

15、31nxx4848一一. .概述概述v為增加架空線路的性能而采取的措施 目的：減少電暈損耗或線路電抗。 擴徑導線：人為擴大導線直徑，但不增加載流部分截面積。不同之處在于支撐層僅有6股，起支撐作用。1.鋼芯（鋼線19股）2.支撐層（鋁線6股）3.內(nèi)層（鋁線18股）4.外層（鋁線24股）4949一一. .概述概述v為增加架空線路的性能而采取的措施 目的：減少電暈損耗或線路電抗。 分裂導線：又稱復導線，其將每相導線分成若干根，相互間保持一定的距離。但會增加線路電容。水平排列三角排列5050一一. .概述概述v架空線路的絕緣子 架空線路使用的絕緣子分為 針式：35KV以下線路 懸式：35KV及以上線路

16、 通?？筛鶕?jù)絕緣子串上絕緣子的片數(shù)來判斷線路電壓等級，一般一個絕緣子承擔1萬V左右的電壓。5151一一. .概述概述v架空線路的換位問題 目的：在于減少三相參數(shù)不平衡 整換位循環(huán)：指一定長度內(nèi)有兩次換位而三相導線都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環(huán)。 滾式換位 換位方式 換位桿塔換位AAABBBCCC5252二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v電阻：線路通過電流時產(chǎn)生的有功功率損失效應，由電場產(chǎn)生。v電感(電抗)：載流導線產(chǎn)生磁場效應，由磁場產(chǎn)生。v電導：線路帶電時絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及附近空氣游離而產(chǎn)生的有功功率損失。v電容(電納)：反映帶電導線周圍電場效應。5353等值回路 5

17、454二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v電阻v有色金屬導線架空線路的電阻 有色金屬導線指鋁線、鋼芯鋁線和銅線 每相單位長度的電阻： 其中： 鋁的電阻率為31.5 mm/km 銅的電阻率為18.8 mm/km 考慮溫度的影響則：1/(/)rskm201(20)(/)trrtkm5555二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v 電抗v 有色金屬導線三相架空線路的電抗 4124.6lg0.5100.0628lnmmreDDxfrR131/4/ 1 =,rrmmabbccaeexkmrmmcmfHzDmmcmDD D DRmmcmRrer導線單位長度的電抗（）導線的半徑（或）導線材料的相對導磁系

18、數(shù)，對銅、鋁，交流電頻率（）三相導線之間的幾何均距（或），多股線的自幾何均距（或），0.815656二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)進一步可得到：在近似計算中，可以取架空線路的電抗為 0.4 /km10.1445lg0.01570.1445lgeqmeDDxrR5757二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v分裂導線三相架空線路的電抗 分裂導線采用了改變導線周圍的磁場分布，等效地增加了導線半徑，從而減少了導線電抗。 可以證明：1(1)12131121310.01570.1445lg0.0628ln()1mmeqennneqnmnDDxrnRrr d ddrdd ddn：某根導線與其余根導

19、線間的距離5858二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v分裂導線三相架空線路的電抗 分裂根數(shù) 每公里電抗（ ） 2 0.33 3 0.30 4 0.28 5959二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v電納v三相架空線路的電納 架空線路的電納變化不大，一般為：610.024110 lgmCDr617.5810 (S/km)lgmbDr62.85 10/S km6060二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v分裂導線線路的電納617.5810 (S/km)lgmeqbDr6161二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù)v電導 線路的電導取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈 絕緣子串的泄漏：通常很小 電暈

20、：強電場作用下導線周圍空氣的電離現(xiàn)象 導線周圍空氣電離的原因：是由于導線表面的電場強度超過了某一臨界值，以致空氣中原有的離子具備了足夠的動能，使其他不帶電分子離子化，導致空氣部分導電。6262二二. .電力線路的參數(shù)電力線路的參數(shù) 實際上，在設(shè)計線路時，已檢驗了所選導線的半徑是否能滿足晴朗天氣不發(fā)生電暈的要求，一般情況下可設(shè)： g1=031210 /:ggPgS kmPU（） 電暈損耗6363例題例題2-32-3（P43P43）v 220kV線路使用如圖所示的帶拉線鐵塔；使用LGJ-400/50型導線，直徑27.63mm，鋁線部分截面積399.73mm2；使用由13片絕緣子組成的絕緣子串，長2

21、.60m，懸掛在橫擔端部。試求該線路單位長度的電阻、電抗、電納和電暈臨界電壓。解： 1.電阻，取S=400mm2為導線的截面積。 2.電抗131.50.07875 (/km)400rS22323127500247502 35257567 ()7567 (),5500756755006803 ()68030.1445lg0.01570.1445lg0.01570.405/13.8abbcabcamabbccamDmmDDmmDmmDD D DmmDxkmr6464例題例題2-32-3（P43P43）3.電納4.臨界電壓66617.587.5810102.815 10/6803lglg13.8mb

22、S kmDr12120.9,1.0,1.049.3lg162.5mcrmmDUm mrkVr6565例題例題2-42-4（P44P44）部分）部分v 330kV線路的導線結(jié)構(gòu)為：2*LGJ-300/50分裂導線，每根導線鋁線部分截面積為299.54mm2，直徑24.26mm，分裂間距400mm，求該線路單位長度的電阻、電抗、電納。解：1.線路電阻 2.電抗 32312 12180002 800010080 ()r12.13 40069.66()0.0157100800.01570.1445lg0.1445lg0.320/269.662mabbccannrqmmDD D DmmrdmmDxkmr

23、 131.50.0525 (/km)2 300rS6666例題例題2-42-4（P44P44）部分）部分3.電納66617.587.5810103.51 10/10080lglg69.66mbS kmDr6767三三. .電力線路的數(shù)學模型電力線路的數(shù)學模型 電力線路的數(shù)學模型是以電阻、電抗、電納和電導來表示線路的等值電路。v一般線路的等值電路v短線：長度小于100km的架空線。 可以忽略G和B，用串聯(lián)阻抗來表示。11Zrljx l6868三三. .電力線路的數(shù)學模型電力線路的數(shù)學模型v一般線路的等值電路v一般線路：中等及中等以下長度線路，對架空線為300km；對電纜為100km。 不考慮線路

24、的分布參數(shù)特性，只用將線路參數(shù)簡單地集中起來的電路表示。1111 RrlXx lGg lBb l6969三三. .電力線路的數(shù)學模型電力線路的數(shù)學模型v長線路的等值電路 長線路：長度超過300km的架空線和超過100km的電纜。v 精確型v 簡化型 7070長線路精確型長線路精確型考慮分布參數(shù)可得：2222222222222211122xxcccxxccccccUz IUz IUeeU ch xz I sh xUz IUz IIeeU ch xz I sh xzzz7171長線路精確型長線路精確型1111sinh2 cosh11sinhsinh/ cccZZrlrlYrlZrlZzyrz y其

25、中：稱線路特性阻抗波阻抗稱線路傳播特性傳播常數(shù) Z Y/2 Y/2 7272長線路精確型長線路精確型v如果線路末端接的負荷阻抗 沒有反射波，也就是說 如果忽略電阻和電導，電壓電流在傳輸過程中幅值不衰減，稱為無損線。2/nNcPUr22/xU UIIe22xxUe UIe I2211/cUIUIUIz7373長線路簡化型長線路簡化型31 122111 1121 11316112rxblkxbr blkxbxlkxb krR+jkxX jkbB/2 jkbB/2 7474作業(yè)（線路）作業(yè)（線路）v 有一回220kV架空電力線路，采用型號為LGJ-2185的雙分裂導線，每一根導線的計算外徑為19mm

26、，三相導線以不等邊三角形排列，線間距離D12=9m，D23=8.5m，D13=6.1m。分裂導線的分裂數(shù)n=2，分裂間距為d=400mm，試求該電力線路的參數(shù)，并做出等值電路。 7575第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)的負荷電力系統(tǒng)的負荷v負荷的組成和特點v負荷分類v負荷曲線v負荷特性與模型7676一一. .負荷的組成負荷的組成v電力系統(tǒng)的負荷：系統(tǒng)中千萬個用電設(shè)備消耗功率的總和。v電力系統(tǒng)的發(fā)電負荷：負荷再加上發(fā)電廠本身消耗的功率廠用電，就是系統(tǒng)中各發(fā)電機應發(fā)的功率。7777一一. .負荷的組成負荷的組成v異步電動機v同步電動機v電加熱電爐v整流設(shè)備v照明設(shè)備7878一一. .負荷的特點負荷的特點v綜

27、合性v隨機性7979二二. .負荷分類負荷分類v一級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟嚴重損失，人民生活發(fā)生混亂。v二級負荷：對這一級負荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。v三級負荷：所有不屬于一、二級的負荷。8080三三. .負荷曲線負荷曲線v負荷曲線：反映某一段時間內(nèi)負荷隨時間而變化的規(guī)律。v按負荷種類分： 有功功率負荷曲線 無功功率負荷曲線8181三三. .負荷曲線負荷曲線v按時間長短分： 日負荷曲線：制訂各發(fā)電廠發(fā)電負荷計劃的依據(jù)； 年最大負荷曲線：常用于制定發(fā)電設(shè)備的檢修計劃。 年持續(xù)負荷曲線：計算負荷全年耗電量。828283838484四四. .負荷特性與模型

28、負荷特性與模型v負荷特性：指負荷隨負荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，因而有電壓特性和頻率特性之分。 靜態(tài)特性：指電壓或頻率變化進入穩(wěn)態(tài)時負荷功率與電壓或頻率的關(guān)系 動態(tài)特性：指電壓或頻率急劇變化過程中負荷頻率與電壓或頻率的關(guān)系。 85854.4.負荷特性與模型（簡化模型）負荷特性與模型（簡化模型）v有功負荷模型v無功負荷模型 在電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析中，負荷的數(shù)學模型最簡單，就是以給定的有功功率P和無功功率Q表示。只有在對計算精度要求較高時，才需計及負荷的靜態(tài)特性。DPPDQQ86864.4.負荷特性與模型（靜態(tài)特性）負荷特性與模型（靜態(tài)特性）v有功負荷模型v無功負荷模型 常數(shù)型、電流型、阻抗

29、型 綜合型 2DiPiiPiiPiPa Ub Uc2DiQiiQiiQiQa Ub UcIPSO第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)的等值電路電力系統(tǒng)的等值電路v標幺值的折算標幺值的折算v電壓等級的歸算電壓等級的歸算8888標幺值標幺值v有名制：在電力系統(tǒng)計算時，采用有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算v標幺制：在電力系統(tǒng)計算時，采用沒有單位的阻抗、導納、電壓、電流和功率等進行計算v基準值：對于相對值的相對基準三者之間的關(guān)系：標幺制 = 有名制 / 基準值8989標幺值標幺值v基本級：將參數(shù)和變量歸算至同一個電壓級 一般取網(wǎng)絡中最高電壓級為基本級v平均電壓：UN*1.05v標幺制的優(yōu)點：線電壓和相

30、電壓的標幺值數(shù)值相等，三相功率和單相功率的標幺值數(shù)值相等9090標幺值標幺值v選擇基準值的條件： 基準值的單位應與有名值的單位相同 阻抗、導納、電壓、電流、功率的基準值之間也應符合電路的基本關(guān)系331/BBBBBBBBSU IUI ZZY22/3BBBBBBBBBZUSYSUISU9191標幺值標幺值一般而言：v功率的基準值 = 100MVAv電壓的基準值 = 參數(shù)和變量歸算的額定電壓（平均電壓）9292不同基準值的標幺值間的換算不同基準值的標幺值間的換算v把額定標幺值還原為有名值v有名值 / 基準值如：2()*()()*()2NNNBBBUXXSSXXU有名值有名值93933.3.實際電力系統(tǒng)標幺制等值電路實際電力系統(tǒng)標幺制等值電路v選基準值：取v計算標幺值v計算v還原100,BiBiavNSMVAUU22*()*222%100NBNBBNiBNiBNiBU SU SSZZZZ