第10章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路.ppt

《第10章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第10章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路.ppt（75页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电力系统分析电气工程及其自动化专业2013年9月第第10章章 电力系统各元件的序阻抗电力系统各元件的序阻抗和等值电路和等值电路 10.1 对称分量法对称分量法 10.2 对称分量法在不对称故障分析中的应用对称分量法在不对称故障分析中的应用 10.3 同步发电机的负序和零序电抗同步发电机的负序和零序电抗 10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗异步电动机的负序电抗和零序电抗 10.5 变压器的零序电抗变压器的零序电抗 10.6 架空输电线的零序阻抗架空输电线的零序阻抗 10.7 电缆线路的零序阻抗电缆线路的零序阻抗 10.8 电力系统的序网络电力系统的序网络 本章提示本章提示l对称分量法介绍；对

2、称分量法介绍；l对称分量法在电力系统不对称故障中的应用；对称分量法在电力系统不对称故障中的应用；l发电机及异步电动机的负序和零序电抗；发电机及异步电动机的负序和零序电抗；l常见变压器、输电线及电缆的零序电抗；常见变压器、输电线及电缆的零序电抗；l以各元件的序阻抗为基础，提出电力系统序网以各元件的序阻抗为基础，提出电力系统序网络的绘制方法。络的绘制方法。10.1 10.1 对称分量法对称分量法对称分量法：对称分量法：将一将一组不对称的三相相组不对称的三相相量分解为三组对称量分解为三组对称的三相相量，或者的三相相量，或者将三组对称的三相将三组对称的三相相量合成为一组不相量合成为一组不对称的三相相量

3、的对称的三相相量的方法。方法。图中相量图中相量 、幅值相等，相位彼此互差幅值相等，相位彼此互差 了了 ，且，且a a超前超前b b，b b超前超前c c，称为，称为正序分量正序分量图图中相量中相量 、幅幅值值和相位均相同，称和相位均相同，称为为零零序分量序分量 图中相量图中相量 、幅值相等，相位关系与正序幅值相等，相位关系与正序相反，称为相反，称为负序分量负序分量（10.1）将三将三组对组对称的各序称的各序相量相量进进行合成，行合成，得到得到一组不对称的相量一组不对称的相量式中：式中：将一组不对称相量用将一组不对称相量用a a相的各序分量表示相的各序分量表示：简写为：简写为：简写为简写为：其逆

4、关系为其逆关系为 ：对称分量法的实质是对称分量法的实质是叠加原理在电力系统叠加原理在电力系统中的应用中的应用只适用于线性系统的只适用于线性系统的分析。分析。对于三相对称的元件，各序分量是独立的对于三相对称的元件，各序分量是独立的设输电线路末端发生了不对称短路设输电线路末端发生了不对称短路线路上流过三线路上流过三相不对称的电相不对称的电流，则三相电流，则三相电压降也是不对压降也是不对称的。称的。10.2 10.2 对称分量法在对称分量法在不对称故障分析中的应用不对称故障分析中的应用 元元件件序序阻阻抗抗，即即该该元元件件通通过过某某序序电电流流时时，产生相应的序电压与该序电流的比值。产生相应的序

5、电压与该序电流的比值。静静止止元元件件，如如线线路路、变变压压器器等等，正正序序和和负负序阻抗相等；序阻抗相等；对对于于旋旋转转设设备备，各各序序电电流流会会引引起起不不同同的的电电磁过程，三序阻抗总是不相等的。磁过程，三序阻抗总是不相等的。10.2 10.2 对称分量法在对称分量法在 不对称故障分析中的应用不对称故障分析中的应用 用对称分量法将故障处电压分解为正序、负序零用对称分量法将故障处电压分解为正序、负序零序三组对称分量。序三组对称分量。故障网络分解为故障网络分解为三个独立序网：三个独立序网：正序网正序网负序网负序网零序网零序网 10.2 10.2 对称分量法在对称分量法在不对称故障分

6、析中的应用不对称故障分析中的应用 正序网正序网：包含发电机的正序电源电势和故障点正序电压分量，：包含发电机的正序电源电势和故障点正序电压分量，网络中通过正序电流，对应的各元件阻抗皆为正序阻抗；网络中通过正序电流，对应的各元件阻抗皆为正序阻抗；负负序序网网：只只有有故故障障点点电电压压的的负负序序电电势势，网网络络中中通通过过负负序序电电流流，对应的各元件阻抗为负序阻抗。对应的各元件阻抗为负序阻抗。零零序序网网：只只有有故故障障点点电电压压的的零零序序电电势势，网网络络中中通通过过零零序序电电流流，对应的各元件阻抗为零序阻抗。对应的各元件阻抗为零序阻抗。中性线电中性线电流为三倍流为三倍零序电流，

7、零序电流，故在单相故在单相零序网中零序网中接入接入 的接的接地阻抗地阻抗10.3 10.3 同步发电机的负序和零序电抗同步发电机的负序和零序电抗在工程计算中，同步发电机零序电抗的变化范围为：在工程计算中，同步发电机零序电抗的变化范围为：(10.5)(10.5)如如果果发发电电机机中中性性点点不不接接地地，不不能能构构成成零零序序电电流流的的通通路路，此此时时其零序电抗为无限大。其零序电抗为无限大。同步发电机的负序电抗一般由制造厂提供，也可按下式估算同步发电机的负序电抗一般由制造厂提供，也可按下式估算无阻尼绕组的水轮发电机：无阻尼绕组的水轮发电机：（10.710.7）（10.610.6）汽轮发电

8、机及有阻尼绕组的水轮发电机：汽轮发电机及有阻尼绕组的水轮发电机：10.4 10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗异步电动机的负序电抗和零序电抗 负序阻抗：负序阻抗：（10.810.8）零序电抗：零序电抗：由由于于异异步步电电动动机机的的三三相相绕绕组组通通常常接接成成三三角角形形或或不不接接地地的的星星形形，无无零零序序电电流流的的通通路路，因因而而零序电抗数值为无限大。零序电抗数值为无限大。10.5 10.5 变压器的零序电抗变压器的零序电抗 10.5.1 10.5.1 双绕组变压器双绕组变压器 10.5.2 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗三绕组变压器的零序电抗 10.5.3 10.

9、5.3 自耦变压器的零序电抗自耦变压器的零序电抗 正序电抗：即稳态运行时变压器的等值电抗正序电抗：即稳态运行时变压器的等值电抗负序电抗：其值与正序电抗相等。负序电抗：其值与正序电抗相等。对于静止元对于静止元件，二者总件，二者总是相等的是相等的10.5.1 10.5.1 双绕组变压器双绕组变压器 不不计计绕绕组组电电阻阻和和铁铁芯芯损损耗耗，双双绕绕组组变变压压器器零零序序等等值值电路如图电路如图：其中其中 、分别为两侧绕组漏抗，分别为两侧绕组漏抗，为零序励磁电抗为零序励磁电抗零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧：零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧：图图10.5 YN1

10、0.5 YN，d d接接线变压线变压器零序等器零序等值电值电路路 1.接线变压器接线变压器（10.910.9）2.2.接线变压器接线变压器（10.1010.10）图图10.6 YN10.6 YN，y y接接线变压线变压器零序等器零序等值电值电路路 3.3.，接线变压器接线变压器 如如果果二二次次侧侧除除接接地地的的中中性性点点外外，没没有有其其它它接接地地点点，此此时时零零序电抗的计算与序电抗的计算与 相同。相同。其中：其中：x为外电路接地电抗。为外电路接地电抗。如果二次侧另外有一个接地点如果二次侧另外有一个接地点 图图10.7 YN10.7 YN，ynyn接线变压器零序等值电路接线变压器零序

11、等值电路 的数值主要决定于变压器的铁芯结构。的数值主要决定于变压器的铁芯结构。三三个个单单相相变变压压器器组组成成的的三三相相变变压压器器，三三相相四四柱柱式式或或（五五柱柱式式）变变压压器器以以及及铁铁壳壳式式变变压压器器,可可以以近近似似认认为：为：对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。10.5.2 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗三绕组变压器的零序电抗 1.1.接线变压器接线变压器 （10.1210.12）可以忽略其零可以忽略其零序励磁电抗序励磁电抗1

12、0.5.2 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗三绕组变压器的零序电抗 2.2.接线变压器接线变压器 如没有另一接地点，变压器的零序电抗与如没有另一接地点，变压器的零序电抗与 相同相同 （10.1310.13）如如侧侧另另有有一一对对地地电电抗抗为为 x x的的 接接 地地 点点，如如 图图10.810.8（b b）所所示示,零零序序电电抗为：抗为：图图10.8 10.8 三绕组变压器零序等值电路三绕组变压器零序等值电路 3.3.接线变压器接线变压器 （10.1410.14）10.5.3 10.5.3 自耦变压器的零序电抗自耦变压器的零序电抗 自自耦耦变变压压器器中中两两个个有有直直接接电电气

13、气联联系系的的自自耦耦绕绕组组，一般用来联系两个直接接地系统一般用来联系两个直接接地系统两两个个自自耦耦绕绕组组共共用用一一个个中中性性点点和和接接地地线线，如如果果有有第三绕组，一般接成三角形。第三绕组，一般接成三角形。（1 1）中中性性点点直直接接接接地地的的 和和 接接线线自自耦变压器耦变压器 零序零序电电抗的求解与普通的抗的求解与普通的变压变压器相同。器相同。(2)(2)中中性性点点经经电电抗抗接接地地的的 和和 接接线线自自耦耦变变压压器器当自耦变压器的中性点经电抗接地时，两个绕组的零序电流当自耦变压器的中性点经电抗接地时，两个绕组的零序电流要影响中性点电位，其值为要影响中性点电位，

14、其值为 接线的自耦变压器接线的自耦变压器折算到一次侧的等值零序电抗折算到一次侧的等值零序电抗如果中性点经电抗接地，折算到一次侧的零序等值电抗为如果中性点经电抗接地，折算到一次侧的零序等值电抗为：中性点经电抗接地的中性点经电抗接地的 自耦变压器自耦变压器星形零序等值电路中折算至一次侧的各电抗为：星形零序等值电路中折算至一次侧的各电抗为：（10.1610.16）从变压器从变压器I I侧观察到的零序等值电抗的有名值为：侧观察到的零序等值电抗的有名值为：（10.1710.17）图图10.10 10.10 中性点经电抗接地的自耦变压器零序等值电路中性点经电抗接地的自耦变压器零序等值电路10.6 10.6

15、 架空输电线的零序阻抗架空输电线的零序阻抗 10.6.1 “导线大地导线大地”回路的自阻抗与互阻抗回路的自阻抗与互阻抗 10.6.2 单回路架空输电线的零序阻抗单回路架空输电线的零序阻抗 10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗双回路架空输电线的零序阻抗 10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗有架空地线时输电线的零序阻抗 10.610.6 架空输电线的零序阻抗架空输电线的零序阻抗输输电电线线(静静止止元元件件)的的正正、负负序序阻阻抗抗及及等等值值电电路路完完全全相同相同研究零序阻抗必须考虑大地（或架空地线）影响研究零序阻抗必须考虑大地（或架空地线）影响1.1.“单单导线导线大地大地”回路

16、的自阻抗回路的自阻抗“单导线单导线大地大地”回路如图回路如图a a。可用。可用“卡松线路卡松线路”来模拟等值电路如图来模拟等值电路如图b b。用虚拟导线。用虚拟导线gg(gg(距架空线距架空线距离为距离为Dag)Dag)代替大地。代替大地。1.1.“单单导线导线大地大地”回路的自阻抗回路的自阻抗 据卡松电磁场与电磁波理论：据卡松电磁场与电磁波理论：其中其中 为导线的等值半径，为导线的等值半径，为等值深为等值深度，且度，且 一般可一般可取取1.1.“单单导线导线大地大地”回路的自阻抗回路的自阻抗 由此可得单导线由此可得单导线-大地的自阻抗为：大地的自阻抗为：双回路间单位长度的互阻抗为：双回路间单

17、位长度的互阻抗为：2.2.“双双导线导线大地大地”回路的互阻抗回路的互阻抗在实际的三相线路中，经过完在实际的三相线路中，经过完全换位可得线路间单位长度的全换位可得线路间单位长度的互阻抗为：互阻抗为：2.2.“双双导线导线大地大地”回路的互阻抗回路的互阻抗其中，其中，10.6.2 单回路架空输电线的正序和负序单回路架空输电线的正序和负序阻抗阻抗 线路自阻抗为线路自阻抗为Zs，互阻抗为，互阻抗为Zm，正、负序电流以三，正、负序电流以三相线路互为回路，则正负序阻抗为相线路互为回路，则正负序阻抗为10.6.2 单回路架空输电线的单回路架空输电线的零序阻抗零序阻抗 零序阻抗零序阻抗：零序以大地和架空地线

18、为回路，如图零序以大地和架空地线为回路，如图10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗双回路架空输电线的零序阻抗 零序以大地或架空地线为回路零序以大地或架空地线为回路当当两两回回三三相相线线路路中中流流过过零零序序电电流流时时，不不仅仅第第一一回回路路的的任任意意两两相相对对第第三三相相的的互互感感产产生生助助磁磁作作用用，第第二二回回路路的的所所有有三三相相也也对对第第一一回回路路的的第第三三相相的的互互感感产产生生助助磁作用。磁作用。两回路间的距离愈小，回路间的互感抗愈大。两回路间的距离愈小，回路间的互感抗愈大。10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗双回路架空输电线的零序阻抗 经过完全换位

19、后，第二回路对第一回路经过完全换位后，第二回路对第一回路a a相的互阻抗为：相的互阻抗为：第二回路（第二回路（a、b、c）对第一回路中）对第一回路中a相的互阻抗为：相的互阻抗为：10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗双回路架空输电线的零序阻抗 10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗有架空地线时输电线的零序阻抗 图图 有架空地线的单回线路有架空地线的单回线路流经大地和架空地线的流经大地和架空地线的电流分别如右图则：电流分别如右图则：10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗有架空地线时输电线的零序阻抗 架空地架空地线线中的零序中的零序电电流与流与输电线输电线的零序的零序电电流相反相流相反相

20、当于当于导线导线旁旁边边的一个短路的一个短路线线圈其互感圈其互感为为去磁作用，去磁作用，减小减小输电线输电线的等的等值值零序阻抗。零序阻抗。零序阻抗与架空地零序阻抗与架空地线线的材的材质质架空地架空地线线与与输电线间输电线间的的距离有关。距离有关。已建成的已建成的线线路一般通路一般通过实测过实测确定其零序阻抗。确定其零序阻抗。10.7 电缆线路的零序阻抗电缆线路的零序阻抗 电缆线路的零序阻抗可能介于以下两种情况之间：电缆线路的零序阻抗可能介于以下两种情况之间：（1 1）铅铅（铝铝）包包护护层层各各处处都都有有良良好好的的接接地地，大大地地和和护护层层中中都都有有零零序序电电流流流流通通。在在这

21、这种种情情况况下下，地地中中电电流流达达到到最最大大值值，而而护护层层中中电电流流达达到到最最小小值值。护护层层中中电电流流的的去磁作用最小，零序电抗达到最大值。去磁作用最小，零序电抗达到最大值。（2 2）铅（铝）包护层在各处都经相当大的阻抗接地，）铅（铝）包护层在各处都经相当大的阻抗接地，从而可以认为零序电流只通过护层返回，零序电抗达到从而可以认为零序电流只通过护层返回，零序电抗达到最小值。流过大地的电流最小值。流过大地的电流 。10.7 电缆线路的零序阻抗电缆线路的零序阻抗电缆线路的零序阻抗一般也是通过实测确定。电缆线路的零序阻抗一般也是通过实测确定。在近似计算中可取在近似计算中可取表表1

22、0.1给给出出了了工工程程计计算算中中常常用用元元件件的的各各序序电电抗抗，可可以在计算中选取。以在计算中选取。表表10.1 10.1 各类元件的电抗平均值各类元件的电抗平均值 续表续表续表续表10.8 电力系统的序网络电力系统的序网络 1、正序网络正序网络 2、负序网络负序网络 3、零序网络零序网络 序网络序网络：凡属由同一序的相应的电动势和阻抗根据电：凡属由同一序的相应的电动势和阻抗根据电力系统的接线所构成的单相等值电路。力系统的接线所构成的单相等值电路。电力系统不对称故障：三个对称系统，即正序、负序电力系统不对称故障：三个对称系统，即正序、负序和零序系统。和零序系统。表示各序对称三相系统

23、的网络，分别称为正序网络、表示各序对称三相系统的网络，分别称为正序网络、负序网络和零序网络。负序网络和零序网络。各序网络对称，可以用单线图表示。各序网络对称，可以用单线图表示。序网络序网络1.正序网络正序网络首先在短路点首先在短路点f f加入短路点电压的正序分量加入短路点电压的正序分量 正正序序分分量量电电流流流流经经的的元元件件，用用相相应应的的正正序序阻阻抗抗表表示示，其其中中发发电电机机电电抗抗用用次次暂暂态态电电抗抗 表表示示，发发电电机机的的电电势用次暂态电势势用次暂态电势 表示。表示。中性点阻抗不计入正序网络。中性点阻抗不计入正序网络。正序电动势是发电机的电动势。正序电动势是发电机

24、的电动势。流过正序电流的全部元件的阻抗流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。均用正序阻抗表示。不包括中性点接地阻抗、空不包括中性点接地阻抗、空载线载线路、空路、空载变压载变压器。器。短路点短路点处处加上短路点正序分量，加上短路点正序分量，短路点短路点计为计为f f1 1，零，零电电位点位点计为计为0 01 1电电源、源、负负荷中性点荷中性点电电位位为为0 0。正序正序网络特点：网络特点：在短路点在短路点f f处加入短路点电压的负序分量处加入短路点电压的负序分量 各元件的电抗用负序电抗表示各元件的电抗用负序电抗表示 发电机没有负序电势发电机没有负序电势 中性点阻抗不计入负序网络中性点阻抗

25、不计入负序网络2.负序负序网络网络电源电势等于零。电源电势等于零。流过负序电流的全部元件的阻抗均用负流过负序电流的全部元件的阻抗均用负序阻抗表示。旋转元件序阻抗表示。旋转元件x x1 1xx2 2；静止元；静止元件件x x1 1x x2 2。不包括中性点接地阻抗、空不包括中性点接地阻抗、空载线载线路、空路、空载变压载变压器。器。短路点处要加上短路点负序分量，短路短路点处要加上短路点负序分量，短路点计为点计为f f2 2，零电位点计为，零电位点计为o o2 2。电电源、源、负负荷中性点荷中性点电电位位为为0 0。负序网络特点：负序网络特点：3.零序网络零序网络 在短路点在短路点f f处加入短路电

26、压的零序分量处加入短路电压的零序分量 流经各元件的电抗均用零序电抗表示流经各元件的电抗均用零序电抗表示发电机无零序电势发电机无零序电势发电机、电动机均无零序电流流过发电机、电动机均无零序电流流过中性点电抗有三倍的零序电流通过中性点电抗有三倍的零序电流通过在短路点在短路点f f处加入短路电压的零序分量处加入短路电压的零序分量 流经各元件的电抗均用零序电抗表示流经各元件的电抗均用零序电抗表示发电机无零序电势发电机无零序电势发电机、电动机均无零序电流流过发电机、电动机均无零序电流流过中性点电抗有三倍的零序电流通过中性点电抗有三倍的零序电流通过 图图10.5 YN10.5 YN，d d接接线变压线变压

27、器零序等器零序等值电值电路路 1.接线变压器接线变压器（10.910.9）2.2.接线变压器接线变压器（10.1010.10）图图10.6 YN10.6 YN，y y接接线变压线变压器零序等器零序等值电值电路路 3.3.，接线变压器接线变压器 如如果果二二次次侧侧除除接接地地的的中中性性点点外外，没没有有其其它它接接地地点点，此此时时零零序电抗的计算与序电抗的计算与 相同。相同。其中：其中：x为外电路接地电抗。为外电路接地电抗。如果二次侧另外有一个接地点如果二次侧另外有一个接地点 图图10.7 YN10.7 YN，ynyn接线变压器零序等值电路接线变压器零序等值电路 零序网络的特点零序网络的特

28、点发电机无零序电势。发电机无零序电势。在不对称故障点加等值零序电压源，提供零在不对称故障点加等值零序电压源，提供零序电流。序电流。零序电流不流过电动机等负荷，不需要建立零序电流不流过电动机等负荷，不需要建立零序电路。零序电路。零序电流经过的元件才在零序网络中计入零零序电流经过的元件才在零序网络中计入零序电抗（注意变压器中性点的工作方式）。序电抗（注意变压器中性点的工作方式）。正确处理中性点接地电抗正确处理中性点接地电抗x xn n，单相零序网中，单相零序网中，应接应接3x3xn n，然后将变压器中等值电路中，零电，然后将变压器中等值电路中，零电位点和位点和0 00 0连接起来。连接起来。例：正

29、序网络正序网络负序网络负序网络零序流通零序流通零序网络零序网络练习：三相四柱式正正序序网网络络零零序序网网络络小小 结结 对称分量法是分析电力系统不对称故障的实用方法对称分量法是分析电力系统不对称故障的实用方法静止元件的正序电抗和负序电抗相等。静止元件的正序电抗和负序电抗相等。对对于于旋旋转转设设备备，各各序序电电流流会会引引起起不不同同的的电电磁磁过过程程，三序阻抗不相等。三序阻抗不相等。变变压压器器零零序序电电抗抗的的大大小小，则则决决定定于于变变压压器器三三相相绕绕组组的结线方式和变压器的铁芯结构。的结线方式和变压器的铁芯结构。小小 结结 由由于于相相间间互互感感的的助助增增作作用用，架

30、架空空输输电电线线的的零零序序电电抗抗大大于于正正序序电电抗抗，架架空空地地线线的的存存在在使使输输电电线线的的零零序序电电抗抗有有所所减减小小。电缆线路零序电抗的数值，则与电缆的包护层有关。电缆线路零序电抗的数值，则与电缆的包护层有关。制订序网时，某序网应该包含该序电流通过的所有元件，制订序网时，某序网应该包含该序电流通过的所有元件，负序网络结构与正序网络相同，但是为无源网络。制订零负序网络结构与正序网络相同，但是为无源网络。制订零序网络，应从故障点开始，依次考察零序电流流通情况。序网络，应从故障点开始，依次考察零序电流流通情况。在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示，在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示，并且也为无源网络。并且也为无源网络。