电力网的参数计算及等值电路.pptx

2.1 概述 电力网是由各种不同电压等级的输电线路和升降压变压器组成的，它们的参数计算及等值电路是电力系统分析计算的基础。 本章主要介绍输电线路的结构、架空线路各参数的物理意义及参数计算；各种变压器参数的物理意义、计算及其等值电路，包括双绕组变压器的型等值电路。第1页/共120页2.2 输电线路的结构从结构来分架空线路：电缆线路：导线和避雷线架设在露天的杆塔上。一般直接埋设在地下， 也可敷设在沟道中。 架空线路、电缆线路的优缺点 架空线路：建设费用比电力电缆线路要低得多，且施工、维护和检修方便。 电缆线路：当受环境限制不能采用架空线路时才考虑用电缆线路。第2页/共120页架空输电线路 避雷线导线（四分裂）杆塔绝缘子串典型架空输电线路的照片第3页/共120页 架空线路由导线、避雷线、绝缘子、金具和杆塔主要部件组成。 导线导线：传导电流，担任传送电能的任务。 避雷线避雷线：用来将雷电流引入大地，保护线路免遭雷击的破坏。 杆塔杆塔：支撑导线与避雷线，使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离。 绝缘子绝缘子：使导线与杆塔之间保持一定的安全距离。 金具金具：是用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属器件的总称。.1第4页/共120页 良好的导电性能；必要的机械强度和抗蚀性能；柔软有韧性易弯折；制造安装工艺简单；质轻价廉；资源丰富等。 主要材料：铝，铜，钢；主要材料：铝，铜，钢； 类型表示用汉语拼音字母表示，并后缀以用mm2表示的载流截面积： 铝绞线（LJ-50LJ-50） 钢芯铝绞线（LGJ400/50LGJ400/50）（1）导线和避雷线第5页/共120页 为增加架空线路的性能而采取的措施为增加架空线路的性能而采取的措施 目的：减少电晕损耗及线路电抗。目的：减少电晕损耗及线路电抗。 多股线多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一层为第一层为6 6股，第二层为股，第二层为1212股，第三层为股，第三层为1818股，股，以此类推以此类推 扩径导线扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加导线载流部分截人为扩大导线直径，但不增加导线载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有面积。不同之处在于支撑层仅有6 6股，起支撑作股，起支撑作用用。第6页/共120页 分裂导线分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。互间保持一定的距离。作用等效地增大导线半径减小线路的等值电抗减小电晕但会增大线路的等值电容 六分裂导线电晕就是高压设备附近气体受到强电场作用产生电离的自放电现象，产生电晕的气体部分可视为导体。电晕产生热效应和臭氧、氦的氧化物，使路局部温度升高，进而使股线绝缘老化。 第7页/共120页（2）避雷线 n作用：将雷电流引入大地，对线路进行直击雷的保护n要求：有采用良导体的趋势，但超高压架空线路中的避雷线不用良导体；且机械强度要高n工作方式： 正常时通过间隙对地绝缘，雷击时间隙击穿，将雷电流引入大地 第8页/共120页（3）杆塔 作用：支撑导线和避雷线，并使导线与导线之间、导线与接地体之间保持必要的安全距离 按材质分：木杆、水泥杆(预应力水泥杆广泛用于220kV及以下架空线路中)、铁塔(只用作线路的耐张、转角、换位、跨越等特殊地方杆塔以及500kV及以上的特高压输电线路的杆塔) 类型（功能）：直线塔、耐张塔、换位塔、转角塔、跨越杆塔、终端杆塔等第9页/共120页第10页/共120页直线杆塔也 称 中 间 杆塔 。 主 要 用来悬挂导线，其 数 量 约 占杆 塔 总 数 的80%左右。第11页/共120页500kV换位塔用在110kV及以上的送电线路中，为使三相导线在空间进行换位所使用的特种杆塔。消除三相的线间距离和对地距离不相等引起的三相电流不对称单换位循环双换位循环第12页/共120页跨越塔位于线路跨越河流、山谷、铁路、公路、居民区等地方，其高度较一般杆塔为高第13页/共120页同杆双回塔两条线路可以传输电力.正常运行的时候是一条线路正常运行.另一条线备用线路,是不运行的. 第14页/共120页耐张转角塔位于线路转角处，承受侧向拉力。第15页/共120页（4）绝缘子 作用：使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态 按材料分：玻璃绝缘子 瓷绝缘子 合成绝缘子 按形式分：针式、悬式、棒式、横担第16页/共120页绝缘子种类钢化玻璃绝缘子 瓷绝缘子 合成绝缘子 高分子材料复合结构取代过去用的陶瓷和钢化玻璃第17页/共120页绝缘子形式针式绝缘子主要用于电压不超过35kV、导线拉力不大的直线杆塔和小转角杆塔上。第18页/共120页悬式绝缘子主要用于35kV及以上的线路上。悬式绝缘子在直线型杆塔上组合成悬垂绝缘子串(简称悬垂串)；在耐张杆塔上组合成耐张绝缘子串(简称耐张串)。第19页/共120页电压等级与直线杆塔上悬垂绝缘子串中绝缘子数量的关系 系统标称电压（kV）3563110220330500每串绝缘子片数3571317192830耐张串中绝缘子的片数比同级电压线路悬垂串一般多12片第20页/共120页棒式绝缘子瓷横担绝缘子代替整串悬式绝缘子瓷横担绝缘子是棒式绝缘子的另一种形式，它是一种同时起到绝缘子和横担双重作用的新型绝缘子。故能大量节约木材和钢材，有效地降低杆塔的高度 。 我 国 目 前 在110kV及以下的线路上 已 广 泛 采 用 ， 在220kV线路上也已开始部分地采用。第21页/共120页（5）金具 固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属部件 第22页/共120页常用金具种类并沟线夹（接续金具）用于导线或避雷线两个终端的连接处悬垂线夹（将导线、避雷线固定在绝缘子上）耐张线夹连接金具（Z型挂板）：将绝缘子组装成绝缘子串或用于绝缘子串、线夹、杆塔和横担等的相互连接。第23页/共120页金具种类（保护）防振锤防振锤和阻尼线吸收或消耗架空线的振动能量，以防止振动时在悬挂点处的反复拗折，造成断股甚至断线的事故。间隔棒限制子导线之间的相对运动（在间隔棒活动关节处利用橡胶作阻尼材料来消耗导线的振动能量，对导线振动产生阻尼作用）及在正常运行情况下保持分裂导线的几何形状 。第24页/共120页电缆线路 结构导体绝缘层保护层特点：1. 由于其造价高，故障后检测故障点位置和修理较费事，因而使用范围远不如架空线路。2. 占用土地面积少，供电可靠，极少受外力破坏，对人身也较安全，可使城市环境美观。应用范围：发电厂和变电所的进出线、穿越江河的输电线、城市供电及军事基地 第25页/共120页电缆分类及结构 导体通常采用多股铜绞线或铝绞线制成，根据电缆中导体的数目多少，电缆可分为单芯、三芯和四芯等种类。单芯电缆的导体截面为圆形，三芯、四芯电缆的导体除了圆形外，还有扇形和腰圆形。 电缆的绝缘层用来使导体与导体间及导体与包皮之间相互绝缘。一般电缆的绝缘层包括芯绝缘与带绝缘两部分，芯绝缘层包裹着导体芯；带绝缘层包裹着全部导体，空隙处填以充填物。电缆所用的绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚氯乙烯等。 电缆的保护层用来保护绝缘物及芯线，分为内保护层和外保护层。内保护层由铅或铝制成筒形，它增加电缆绝缘的耐压作用，并且防水防潮、防止绝缘油外渗。外保护层由衬垫层(油浸纸、麻绳、麻布等)、铠装层(钢带、钢丝)及外被层(浸沥青的黄麻)组成，其作用是防止电缆在运输、敷设和检修过程中免受机械损伤。第26页/共120页电缆结构铜（铝）导体 聚氯乙烯绝缘 填充 包带 聚氯乙烯内垫层 钢带铠装层 保护导体 聚氯乙烯外护层 第27页/共120页电缆分类及结构 电缆除按芯数和导体截面形状分类外，还可按内保护层的结构分为统包型、屏蔽型和分相铅包型等。按绝缘材料的不同，又可分为油浸纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、聚氯乙烯电缆、交联聚氯乙烯电缆及充油、充气电缆等。 统包型电缆的三相芯线绝缘层外有一共同的铅包皮，这种电缆内部电场分布不均匀，不能充分利用绝缘强度，只用于10kV及以下的线路中。第28页/共120页2.3 架空线路参数计算 有几个参数可以反映输电线的电磁现象? ? 各个参数受哪些因素影响? ? 如何用等值电路表示输电线路? ? 第29页/共120页 输电线路的电气参数输电线路的电气参数 输电线路的电气参数有： 电阻R反映线路通过电流时产生有功功率损失 电抗（电感）X反映载流导体周围的磁场效应 感应电势(自感、互感)抵抗电流 电导G线路带电时绝缘介质中产生泄漏电流，导线附近空气游离而产生的有功功率损失 电纳（电容）B带电导线周围的电场效应第30页/共120页 在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。 使三相参数平衡的方法有： 三相导线布置在等边三角形的顶点上 排列不是等边三角形时，采用架空线三相循环换位以减小三相参数不平衡ABCAAABBBCCC完整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。第31页/共120页 1 1、电阻（r r，/km/km） 导线的直流电阻可按下式计算（查表） ： 在交流电路中，由于集肤效应和邻近效应的影响，交流电阻比直流电阻要大，而且导线的长度与截面积也有出入，导线材料的电阻率要选用略为增大的计算 值 。 铝 的 电 阻 率 增 大 为 3 1 . 5 3 1 . 5 m m m m2 2 / k m ; / k m ; 铜 的 电 阻 率 增 大 为18.8mm18.8mm2 2/km/km 在考虑温度的影响时，lrSlR1)20(120trrt-导线材料的电阻率, mm2/km S -为导线的截面积，mm2 t（）时的电阻 率 20（）时的电阻 率 电阻的温度系数 ，1/ 电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。频率越高，趋肤效用越显著。 第32页/共120页 2 2、电抗（x x，/km/km） 三相导线每相都有自感和互感，当线路中流过三相对称的交流电流时，这些电感将形成相应的电抗。 三相导线单位长度的电抗：41105 . 0lg6 . 42rgerDfx311 /cabcabgegerrDDDDcmmmDHzfcmmmrkmx），或几何均距（）交流电频率（数，对铜、铝，导线材料的相对导磁系）或导线的半径（）导线单位长度的电抗（第33页/共120页abc2DDDDDDabc第34页/共120页 将f=50Hz,r=1代入式中，可得每相导线单位长度电抗的计算公式为：单导线： rDxge1lg1445. 0+0.0157，/km 分裂导线： r单导线的等值半径，mm req分裂导线的等值半径，mm Dge导线的几何均距，mm ;三相导线水平排列：=1.26D; 等边三角形排列=Deqge1lg1445. 0rDx m0157. 0+ ，/kmm分裂导线的分裂数 第35页/共120页 分裂导线三相架空线路的电抗mmkkeqeqgedrrmrDx211 , 0157. 0lg1445. 0一般x1:单根导线： 0.4/km左右2根分裂导线： 0.33/km左右3根分裂导线： 0.3/km左右4根分裂导线： 0.28/km左右q分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。根子导线之间的距离。根与第分裂导线一相中第k11kd第36页/共120页 3 3、电导（g g，S(S(西门子 )/km)/km） 导线的电导：电力线路上沿绝缘子泄漏电流产生的有功功率损耗及电晕有功功率损耗等值为线路的电导。 绝缘子串的泄漏：通常很小 电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象 导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。n电晕现象 声响 蓝色晕光 O3气味电晕损耗第37页/共120页 实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下可设 g g1 1=0=0。 当线路实际电压高于电晕临界电压时，可以通过实测的方法求取电导，）（kmSUPgg/ 10321 三相电晕损耗总功率，kW/km 线电压值，kV 第38页/共120页 4 4、电钠（b b，S/kmS/km） 三相导线的相与相及相与地之间有分布电容，当线路上具有三相对称的交流电压时，这些电容形成相应的电钠。 三相导线的每相电容值为： 当频率f f为50Hz50Hz时，单位长度的电纳为 10lg0241.061rDcge(S/km) 10lg58.726111rDfccbge第39页/共120页 架空线路的电纳变化不大，一般为 分裂导线的电钠要比同样截面积的单导线的电钠大。分裂导线线路的电纳kmS/1085. 26 (S/km) 10lg58.761eqgerDb第40页/共120页5. 5. 输电线路的等值电路 在电力系统稳态分析中，电力线路的数学模型就是用电阻、电抗、电钠和电导表示的电力线路的等值电路。 一般用单相等值电路代表三相电力线路，一方面是由于正常运行的电力系统三相对称；另一方面因架空线路都已经过整循环换位 ( (三相参数基本相等) )。 电力线路的参数实际上是沿线路均匀分布的，用下图的链形电路表示。第41页/共120页 为了计算的方便，当线路长度在100km100km以内时，可用集中参数表示的等值电路来近似代替分布参数等值电路。只是对长度超过300km的远距离输电线路，才有必要考虑分布参数特性的影响。n一字型等值电路（短线路）第42页/共120页 对于线路长度在100km-300km之间的中等长度的架空线路和小于100km的电缆线路，可用型和T型两种等值电路。 工程上一般用型等值电路。 长线路用分布参数等值电路第43页/共120页例2.1一条110kV架空线路LGJ-150, 长100km，导线为水平排列，导线间距为 4m。计算线路每公里参数及线路全长参数，画出等值电路图 。解：1）单位长度线路参数： 线路电阻：)km/(21. 01505 .311sr线路电抗：)/(417. 00157. 036. 85040lg1445. 00157. 0lg1445. 01kmrDxge导线的直径为16.72mm（查表）， Dge=1.26D=1.26*4000=5040(mm) 第44页/共120页线路电纳： 线路等值电路如图所示：)/(1073. 21036. 85040lg58. 710lg58. 76661kmSrDbge0.21 10021R 0.416 10041.6X ， 642.74 101002.74 10Bs第45页/共120页例 2 . 2 有 一 11 0 k V 的 双 回 架 空 线 路 ， 长 度 为100km，导线型号为LGJ-185，线间几何均距为5m，试计算线路参数并作出其型等值电路。解：1）单位长度线路参数： 线路电阻：)km/(7031 . 01855 .311sr线路电抗：)/(4089. 00157. 05 . 95000lg1445. 00157. 0lg1445. 01kmrDxge第46页/共120页线路电纳： 线路等值电路如图所示：)/(107855. 2105 . 95000lg58. 710lg58. 76661kmSrDbge11641110.1703 1008.515( )22110.4089 10020.445( )2211122 2.7855 101002.7855 10( )222RrlXxlBblS 第47页/共120页2.4 变压器的电气参数及等值电路变压器的电气参数及等值电路 双绕组 三绕组 自耦 按每相绕组的结构分类第48页/共120页2.4 变压器的电气参数及等值电路变压器的电气参数及等值电路 双绕组变压器 在电力系统计算中，双绕组变压器常用型等值电路来表示。（注意：导纳支路一般接在变压器的电源侧；电纳参数为负值） 励磁支路以励磁导纳的形式出现，变压器原、副方绕组的阻抗合并。第49页/共120页 变压器额定容量SN 变压器额定电压UN 短路损耗Ps 阻抗电压百分数Us% 空载损耗P0 空载电流百分数I0%等值电路计算所用铭牌参数 双绕组变压器型等值电路 短路试验空载试验第50页/共120页说明关于参数: SN、UN、 Ps 、Us、P0、I0v变压器容量为三相的总容量v变压器铭牌上的电气参数：损耗是三相总损耗、百分数是相对于额定相电压（电流）的百分比v计算所得变压器等值电路中的参数指的是每一相的参数等值电路重点为型仅讨论 三相对称运行的情况第51页/共120页电阻计算 试验条件：一侧短路，另一侧加压直到其电流达到 额定值试验结果：外施电压（阻抗压降）Us (很小) 输入功率（即短路损耗） Ps 短路试验接线示意图第52页/共120页电阻的计算公式 IN为变压器的额定电流，A UN为变压器的额定电压，kV SN为变压器的额定容量，kVA RT为变压器的短路电阻， (kW)1010)3( 31033T2N2N323T2NNSRUSRUSRIPPTNN12)-(2)(1032N2NSTSUPR通过变压器的短路损耗，其近似等于额定有功损耗:第53页/共120页电抗计算 IN为变压器的额定电流，A UN为变压器的额定电压，kV SN为变压器的额定容量，kVA XT为变压器的短路电抗， 10010100103%2N3TNN3TNxUXSUXIUUS%XSUU)142()(10%N2NSTSUUX在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等（XTRT），可近似如下求解：第54页/共120页注意： 短路电阻、电抗都是指归算到某一侧额定电压的两侧绕组的总电阻、总电抗，表征绕组的特性 短路试验等值电路第55页/共120页电导计算 试验条件：一侧开路，在另一侧加额定电压 试验结果： 有功损耗（即空载损耗）PO（kW） 空载电流百分数IO% 空载试验接线图 第56页/共120页空载试验等值电路 等值电路 计算电路第57页/共120页电导的计算公式 POPFe)(103T2N0kWGUP)152()S(1032N0TUPGn空载损耗包括铁芯损耗和空载电流引起的绕组中的铜损耗。由于空载试验的电流很小，变压器二次处于开路，所以此时的绕组铜损耗很小，可认为空载损耗主要损耗在电导对应的铁芯损耗上了.第58页/共120页电纳计算 空载试验等值电路 I0IB 空载电流相量图流经励磁支路的空载电流分解为有功电流和无功电流，且有功分量较无功分量小得多，所以在数值上空载电流计算约等于无功电流。第59页/共120页电纳计算公式 电纳和电导是反应铁心（激磁）特性的参数52000101003310033100%NTNNNBNNNNNSBUIUIUIUIUIIITNBBUI3)162()(10%520SUSIBNNT第60页/共120页 进行计算时应注意的问题 各参数的单位 等值电路中各参数的物理意义n额定电流IN ，An额定电压UN ，kVn额定容量SN ，kVA n损耗，kWn电阻、电抗， n电导、电纳，S第61页/共120页 变比kT（重要参数） 两侧绕组空载线电压比值 求得2电量后，还要利用kT，折合到2侧，得到实际电压等级下的电量数值。 多电压等级：麻烦！21NNTUUk 第62页/共120页 例2.3 有一台SFL1-31500/110型双绕组降压变压器，其 铭 牌 数 据 为 ： PS= 1 9 0 k W ， US% = 1 0 . 5 ，P0=31.05kW，I0%=0.7，试求变压器的等值参数并作出等值电路。【解】变压器的电阻为变压器的电抗为变压器的电导为变压器的电纳为）（2.3210315001101901032232N2NSTSUPR)(33.4010315001105 .1010%2N2NSTSUUX)S(1057. 21011005.311063232N0TUPG)(1082. 110110315007 . 010%552520SUSIBNNT第63页/共120页变压器导纳中的功率损耗为变压器的等值电路如图所示。 )(5 .22005.31100%0000kVAjSIjPQjPN第64页/共120页lrSlR1rDxge1lg1445. 0+0.0157，/km eqge1lg1445. 0rDx m0157. 0+ ，/km）（kmSUPgg/ 100321(S/km) 10lg58.761rDbge复习 输电线路第65页/共120页12)-(2)(1032N2NSTSUPR)142()(10%N2NSTSUUX)152()S(1032N0TUPG)162()(10%520SUSIBNNT复习 双绕组变压器第66页/共120页三绕组变压器参数计算 作用：用于连接三个不同电压等级的电网。 优点：代替两台双绕组变压器，降低设备成本，提高供电的可靠性与灵活性。 等值电路: :由于三相对称，三绕组变压器的等值电路常用一相等值电路表示。将同相的三个绕组的阻抗归算到一个基准电压下接成星形，励磁支路代表励磁支路在基准电压下的等值导纳，励磁导纳仍接在电源侧。三绕组变压器的等值电路第67页/共120页n导纳支路参数GT、BT的计算公式同双绕组变压器完全相同，阻抗支路参数RT、XT的计算与双绕组变压器没有本质上的差别，但由于三绕组变压器各绕组的容量有不同的组合，因而其阻抗的计算方法有所不同，分别讨论。第68页/共120页额定容量各电压等级的容量配置可以不同 国家标准规定的容量比有三种类型：100（高）/100（中）/100（低）:三个绕组的容量都等于变压器的额定容量；100（高）/100（中）/50（低）:第三绕组的容量仅为变压器额定容量的50%；100（高）/50（中）/100（低）:第二绕组容量为变压器额定容量的50% 三绕组变压器的额定容量：三个绕组中容量最大的一个绕组的容量 第69页/共120页电阻计算短路试验时，可以通过分别在两绕组间进行，另一绕组开路。 三绕组变压器的短路试验 假设测得的短路损耗为PS1-2、PS1-3、PS2-3 ，而各绕组的短路损耗分别为PS1、PS2、PS3，则 在第1绕组中 通 以 额定 电 流 。其 它 与 此类推。第70页/共120页(a) 对100/100/100型三绕组变压器3S2S32S3S1S31S2S1S21SPPPPPPPPP)(21)(21)(2121S32S31S3S31S32S21S2S32S31S21S1SPPPPPPPPPPPP各个绕组的电阻为23S1NT12N23S2NT22N23S3NT32N101010P URSP URSP URS（2-19） 第71页/共120页(b) 对于100/50/100和100/100/50型三绕组变压器 3S13S13S223S222NN3S232S21S221S22NN21S21S4)50100()(4)50100()(PPPPSSPPPPSSPPu制造厂提供的的短路损耗数据是一对绕组中容量较小的一方达到它本身的额定电流时两绕组的短路损耗。u在求各绕组的短路损耗之前，首先将绕组间的短路损耗数据归算为额定电流下的值。50的额定电流是变压器额定电流的一半，因此先要作以下归算：SN2为绕组2的额定容量；PS1-2 、PS2-3 为未折算的绕组间的短路损耗；PS1-2 、PS2-3 为折算到100%绕组额定容量下绕组间的短路损耗； PS1-3 不用折算。第72页/共120页电抗 国标规定，短路电压百分数已经折算到额定电流时的值。 各绕组之间的短路电压百分数分别为： %3S2S32S3S1S31S2S1S21SUUUUUUUUU%)%(21%)%(21%)%(21%21S32S31S3S31S32S21S2S32S31S21S1SUUUUUUUUUUUU令各绕组的短路电压百分数分别为US1%、US2%、US3% 可解得各个绕组的短路电压百分数 第73页/共120页可求得各个绕组的电抗为 2S1NT1N2S2NT2N2S3NT3N%10%10%10UUXSUUXSUUXS（2-23） 第74页/共120页电导和电纳 三绕组变压器的电导和电纳的计算方法与双绕组变压器完全一样三绕组变压器的空载试验)242()S(1032N0TUPG)252()S(10%52NN0TUSIB第75页/共120页1-高压绕组；2-中压绕组；3-低压绕组绕组布置三绕组变压器的绕组布置示意图（a）升压布置 （b）降压布置第76页/共120页对升压，高-中压绕组间由于漏磁通道较长，阻抗电压较大。高-低压绕组间以及中-低压绕组间由于漏磁通道较短，阻抗电压较小。对升压变压器，需将功率自低压绕组经高压、中压绕组输入系统，为减小低-高压间及低-中压间的电压损耗，一般采用(a)排列方式。对降压，若功率主要自高压侧输向低压侧，应采用(a)排列方式，以减小高压、低压间的电压损耗；如低压侧各断路器的断路容量不足，需限制短路电流时，则应采用第二种排列方式，以满足安全运行的要求。第77页/共120页【例2.4】某变电所装有一台型号为SFSL1-20000/110，容量比为100/100/50的三绕组变压器。PS1-2=152.8kW，PS1-3=52kW，PS2-3=47kW，US1-2%=10.5，US2-3%=6.5，US1-3%=18，P0=50.2kW，I0=4.1，试求变压器的参数并作出等值电路。第78页/共120页第79页/共120页第80页/共120页等效电路只是数学模型，而不是物理模型 ；出现负值不意味着电抗是容性的，实际计算中=0 第81页/共120页自耦变压器 两侧绕组间不仅有磁的耦合，而且还有电的直接联系 节省材料，缩小体积，减轻重量，降低成本，损耗小 高压大容量的电力系统中，当电压变比不大时常采用自耦变压器 自耦变压器的特点第82页/共120页自耦变压器的连接方式和容量关系 三绕组自耦变压器U1-高压，U2-中压，U3低压 就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量，因此需要进行归算。第83页/共120页自耦变压器的优缺点 计算容量小于额定容量 阻抗较小，故电压变化率较小，但短路电流较大 原边遭受过电压时会引起副边的过电压 当自耦变压器电压变比不大时，其经济性才较显著 第84页/共120页参数计算及等值电路 短路试验数据是未经折算的数值: : 3323233131%NNSSNNSSSSUUSSUU如容量比为100/100/50的自耦变压器，短路电压百分数的折算：短路损耗的折算同前第85页/共120页例2.5 OSFPSL-90000/220型自耦变压器，容量比为100/100/50，P0=104kW， I0%=0.65, PS 1 -2=325kW, PS1-3=345kW, PS2-3=270kW, US1-2%=10, US1-3%=18.6, US2-3%=12.1, 试计算变压器的等值参数，并画出其等值电路。 解: (1) 将与第三绕组有关的短路损耗和短路电压折算到变压器的额定容量 短路损耗的折算PS1-3=4PS1-3 =3454=1380(kW)PS2-3=2704=1080(kW) 短路电压百分数的折算US1-3%=2US1-3%=18.62=37.2US2-3%=12.12=24.2 第86页/共120页(2) 计算各绕组的短路损耗及电阻 计算各绕组的短路损耗PS1=（PS1-2+PS1-3PS2-3)/2=1/2 (325+1380-1080)=312.5(kW)PS2=(PS1-2+PS2-3 PS1-3)/2=1/2 (325+1080-1380)=12.5(kW)PS3(PS1-3+PS2-3 PS1-2) /2=1/2 (1380+1080-325)=1067.5(kW) 计算各绕组的电阻）（87. 110900002205 .3121032232N2NS1T1SUPR）（）（38. 610900002205 .1067,075. 010900002205 .12322T3322T2RR第87页/共120页(3) 计算各绕组的短路电压百分数及电抗 各绕组的短路电压百分数为7 .25%)%(21%05 . 1%)%(21%5 .11)2 .242 .3710(21%)%(21%21S32S31S3S31S32S21S2S32S31S21S1SUUUUUUUUUUUU第88页/共120页等值电路如图2.35所示。)(21.13810% )(010%)(84.6110900002205 .1110%N2NS3T3N2NS2T22N2NS1T1SUUXSUUXSUUX)S(1015. 210632N0TUPG)S(1009.1210%652NN0TUSIB 计算各绕组的电抗(4) 计算变压器导纳中的GT、BT及功率损耗第89页/共120页发电机的参数及等值电路 由于发电机定子绕组的电阻相对较小，通常可以略去。发电机在运行时主要表现参数为其电抗。 制造厂一般给出以发电机额定阻抗为基准的发电机电抗百分比 所以%100(%)NGGZXXNNNGNNGNGGPUXIUXZXXcos100(%)3100(%)100(%)22.5 发电机和负荷的参数及等值电路第90页/共120页 发电机的等值电路 当发电机的d d、q q轴电抗相等时，发电机的等值电路可表示如图。 在稳态运行时，发电机一般可以用两个变量来表示： 有功功率P P和无功功率Q Q 有功功率P P和两端电压U U（往往还有无功功率的限额）jXGEGP+jQUP第91页/共120页负荷的参数及等值电路 以功率表示 在电力系统稳态分析（正常运行分析）中，负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。 写成复功率形式，接在相应的负荷节点上即可。 负荷为感性时，Q0；负荷为容性时，Q0。jQPSD第92页/共120页 以阻抗或导纳表示 假设已知复功率)(22*2222*2*jQPSUSSUSUjXRjXRUZUIUjQPSDNDDNDNDDDDNDNNDNQSUXPSURDNDDND2222第93页/共120页 电力系统实际计算存在的问题2.6 标么制及其应用电力系统是一个多电压级的复杂网络, 各个电气参数在各电压级下呈现出不同的数值, 不能直接拿来进行计算。故在具体的计算前, 均需进行归算。第94页/共120页 电力系统实际计算存在的问题 可比性差：压级不同、容量不同，同一类设备参数差异大 三相：麻烦！2.6 标么制及其应用第95页/共120页电力系统标么（幺）制定义 有名值：有具体物理单位的量值。 标么值：无具体物理单位的相对值。 基准值：对于相对值的相对基准。（量纲要相同） 三者的关系： 基本级：将参数和变量归算至同一个电压级。一般取网络中最高电压级为基本级。 标幺制：在电力系统计算时参数都用标幺值来表示并参加运算，这样的运算制式称为标幺制。同单位）基准值（与实际有名值）实际有名值（任何单位标幺值 第96页/共120页 只要选取合适的基准值，标幺值计算中三相电路的计算公式将和单相电路的计算公式相同；线电压的标幺值将和相电压的标幺值相等。怎样选取合适的基准值？第97页/共120页 标么基值（基准值）选取规律 理论上可以任选，但为简化计算，须遵循规律。 选择基准值的条件： 基准值的单位应与有名值的单位相同 阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系（对三相） 功率的基准值= =100MVA100MVA 电压的基准值= =参数和变量归算的额定电压BBBBBBBBYZZIUIUS133BBBBBBBBBUSIUSYSUZ322第98页/共120页！四个基准值之间有依存关系，一般只需确定基准功率SB和基准电压UB两个即可。 SB多选择为100MVA、1000MVA 或系统总容量或某个发电厂机组容量之和；说明： UB多选为平均额定电压或额定电压。第99页/共120页三相电路中各物理量的标幺值计算公式为: :BSSS BUUU BBB3UIIIISBB22BBB(j)jSSZZZRXRXZUU 在运算过程结束后，标幺值通常要还原为有名值。 注意！第100页/共120页 不同基准值的标么值之间的变换 电气设备的铭牌参数都以设备的额定值为基准的标么值或百分数给出。 设备已知标么值：以各自额定值为基值，不统一！ 同一电路中，基值应统一 基值变化时，标么值换算原则：有名值不变原则。v换算方法及步骤：以电抗的换算为例将以额定参数为基值的标幺值还原为有名值；将还原的有名值换算为同一基准值下的标幺值。第101页/共120页（1）（2） *(N)XX2N*(N)N*(N)NUXXZXS额定电压额定容量X*(B)X第102页/共120页2NNB*(B)*(N)*(N)BBNB()ZUSXXXXZZSU统一的基准值 上面公式为标幺值的准确算法。实际中通常采用标幺值的近似算法。 说明：第103页/共120页多电压等级电力系统的标么制多电压等级电力系统的标么制 标么制使用中的问题： 各元件以其额定值做为基准值，与系统不一致？ 电力变压器的使用，使电力系统具有多个电压等级，在其两侧的电压基准如何选择？ 处理方法有如下几种：第104页/共120页1、逐级归算法（精确） 1）按变比将阻抗折合至同一电压等级； 2）选择统一的SB、UB，计算； 3）分析标么电路； 4）返算有名值，2侧的计算结果折合回去。 电压等级多：很麻烦！一般不这么做。第105页/共120页2.2.标幺值的近似算法u除电抗器外，假定同一电压等级中各元件的额定电压等于网络的平均额定电压； * a.电抗器的作用是限流，它的电抗通常要比其他元件的电抗大得多； b.高电压等级的电抗器有时还可能用在较低电压的装置中（例如10kV电抗器可用在6kV的装置中）。u变压器的实际变比等于其两侧的平均额定电压之比；u基准电压取为网络的平均额定电压。 第106页/共120页 v平均额定电压：同一电压等级的各元件最高额定电压与最低额定电压的平均值，即av1.11.052NNNUUUU举例如下：第107页/共120页110kV升变降变121kV110kV10kV10.5kVav121 110115()2UkV第108页/共120页我国常用的电力网额定电压与平均额定电压 U 3 61035110 220 330 500Uav3.15 6.3 10.537115 230 345 525单位：kV第109页/共120页 当各元件的额定电压、变压器的额定变比以及基准电压均取值平均额定电压时，则有：2NNB*(B)*(N)*(N)BBNB()XUSXXXXZZSU1第110页/共120页各元件电抗标幺值的近似计算公式: : GNB(N)G(B)GSSXXSBT (B)TN%100USXS(1)(1)发电机(2)变压器2NNB*(B)*(N)*(N)BBNB()XUSXXXXZZSU第111页/共120页(4)线路B(B)12avSXxlU(3)(3)电抗器222)(*3100%100% 33100%BBLNLNLLNBLBBBLNLNLNLBLUSIUXIIXUIUUIUXX第112页/共120页 标幺值等值电路图的绘制。每个元件参数一般用下面的形式表示，如 125. 02元件编号元件标幺值参数第113页/共120页例： 电力网络接线如图所示，计算网络各元件参数标幺值，并画出网络等值电路。解：采用近似计算。 选取SB=100MVA, UB选取各段的平均电压.10.51156.3BIBIIBIIIUkVUkVUkV1122231005.533 10.51000.533 1151009.2336.3BBBBBBBBBSIkAUSIkAUSIkAU第114页/共120页1发电机 87. 03010026. 0*NBNGSSXX2变压器T-1 33. 05 .31100105. 0100%1NBsTSSUX1221000.40.4 800.24115BLBSXLU7 . 015100105. 0100%2NBsTSSUX3架空线路L-1 4变压器T-2 则各元件的电抗标幺值为：第11