電力系統分析基礎(第二章)第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二章電力網參數及等值電路本章主要內容：2.線路的結構

3.線路的參數

4.變壓器的參數架空線由什么組成為什么要用擴徑導線和分裂導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.電力系統的等值電路有名值標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.發電機、電抗器、負荷的參數第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第一節輸電方式經濟方便、電壓可變化超過100km時會發生穩定問題1、以交流為主國內最高750kv，加拿大735kv----1200km塔高：500kv---80m;220kv---60m;110kv---45mACSystemACSystem第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第一節輸電方式不會出現穩定問題，適合長距離輸300—400km2、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—直流多端供電技術第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二HVDC與HVAC的比較當輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結構較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運行于較高的電壓；直流輸電的功率和能量損耗??；對通信干擾?。痪€路穩態運行時沒有電容電流，沒有電抗壓降,沿線電壓分布較平穩,線路本身無需無功補償；直流輸電線聯系的兩端交流系統不需要同步運行，因此可用以實現不同頻率或相同頻率交流系統之間的非同步聯系；第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二HVDC與HVAC的比較(續）直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩定問題，輸送距離和功率也不受電力系統同步運行穩定性的限制；由直流輸電線互相聯系的交流系統各自的短路容量不會因互聯而顯著增大；直流輸電線的功率和電流的調節控制比較容易并且迅速，可以實現各種調節、控制。如果交、直流并列運行，有助于提高交流系統的穩定性和改善整個系統的運行特性。第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二HVDC與HVAC的比較(續）交直流輸電的等價距離第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二HVDC與HVAC的比較(續）

由于HVDC的線路造價較低，而變電站設備較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，從經濟性考慮，當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。根據國外經驗，架空線路的等價距離大約為500~800km。電纜線路的等價距離大約為30~50km。第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第一節輸電方式3、靈活交流輸電FACTS-FlexibleACTransmissionSystemsFACTS:指裝有電力電子型或其他靜止型控制器以實現對電力系統電壓、參數(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續調節控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平，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參數的電力電子系統或其他靜止設備第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二提高交流輸電傳輸功率的方法（FACTS）第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第一節輸電方式不易發生與雷擊和雪害等自然災害有關故障成本高5、地下輸電出故障難找散熱差、允許電流受限制1000~1500kv(交流)；+600kv以上(直流)1000萬KW4、UHV交流輸電須解決：電暈噪音、線間絕緣強度、輸 電線用避雷器、絕緣子耐污塔高：80m---144m用500kv需雙回線7回用1000kv需雙回線1回UltraHighVoltage第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構電力線路一.導線架空線：導線、避雷器、桿塔、絕緣子、金具電纜線：導線、絕緣層、保護層要求：導電好、機械強度大、抗腐蝕能力強鋁—L—常用，機械強度不夠，鋼芯鋁線材料鋼—G—導電性差，做避雷線銅—T—最好，但貴鋁合金—HL第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構結構多股線絞合—J排列：1、6、12、18普通型：LGJ鋁/鋼比5.6—6.0加強型：LGJJ鋁/鋼比4.3—4.4輕型：LGJQ鋁/鋼比8.0—8.1LGJ-400/50—數字表示截面積擴徑導線—K擴大直徑，不增加截面積LGJK-300相當于LGJQ-400和普通鋼芯相區別，支撐層6股分裂導線——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15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構結構木塔——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，只承受導線自重耐張桿塔—承受對導線的拉緊力轉向桿塔—用于線路轉彎處換位桿塔—減少三相參數的不平衡跨越桿塔—跨越寬度大時，塔高：100—200米終端桿塔—只承受一側的耐張力，導線首末端第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構ABC第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第二節電力線路的結構三.絕緣子和金具絕緣子要求：足夠的電氣與機械強度、抗腐蝕材料：瓷質與玻璃質元件類型：針式（35KV以下），懸式（35KV以上）片樹：35KV，110KV，220KV，330KV，500KV 37131924金具作用：連接導線和絕緣子線夾：懸重、耐張導線接續：接續、聯結保護金具：護線條、預絞線、防震錘、阻尼線絕緣保護：懸重錘第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路一.單位長度電力線路的參數1、電阻r1=ρ/sS截面積mm2單位：Ω?mm2/km一般是查表rt=r20(1+α(t-20))鋼線電阻：導磁集膚、磁滯效應交流電阻> 直流電阻，和電流有關查手冊ρ電阻率銅：18.8鋁:31.3與溫度有關第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路2、電抗物理意義：導線通交流電，產生磁場自感、互感外電抗內電抗對數關系：導線截面和布置無顯著影響，一般0.4Ω/km正三角布置Dm=D；水平布置Dm=1.26D分裂導線：改變磁場，增大了半徑，減少了電抗第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路3、電納物理意義：導線通交流電，產生電場容感對數關系：變化不大，一般2.85Х10-6S

/km分裂導線：增大了等效半徑，電納增大，用req替代r計算Dm與r的意義與電抗表達式一致第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路4、電導物理意義絕緣子表面泄露——很小，忽略實測損耗，計算電導，一般忽略110KV—9.6mm空氣電離——電暈損耗，臨界電壓Ucr， 好天不產生，壞天可有規定最小直徑220KV—21.28mm330KV—32.2mm分裂導線電纜參數計算復雜，查手冊第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路二、電力線路的等值電路r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1r1jx1g1jb1一般線路的等值電路（正常運行時忽略g）1、短線路（一字型等值電路）條件：L<100km的架空線,忽略g，b 線路電壓不高第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第三節電力線路的參數與等值電路2、中等長度線路（π型和T型等值電路）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ZY/2Y/2Z/2Z/2Y3、長線路（分布參數—雙曲函數）書上例題P68第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路一、雙繞組變壓器u1I1n1:n2I2u21、理想變壓器I1n1=I2n2

I2=k

I1u1/n1=u2/n2

u2=

u1/kk=n1/n2特征：無銅損、鐵損、漏抗、激磁電流2、實際變壓器RTjXT-jBTGT通過短路和開路試驗求RT、XT、BT、GT第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路3、短路試驗求RT、XT條件：一側短路，另一側加電壓使短路繞組電流達到額定值短路損耗：注意單位：UN（V）、SN（VA）、Pk（W）如UN（KV）、SN（MVA）、Pk（KW）時第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路短路電壓百分比UN（KV）、SN（MVA）第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路4、開路試驗求GT、BT條件：一側開路，另一側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36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路二、三繞組變壓器-jBTRT1jXT1GTRT2jXT2RT3jXT3參數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，依此得的數據（兩兩短路試驗）第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路1、由短路損耗求RT對于第Ⅰ類（100/100/100）第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路對于第Ⅱ類（100/50/100）第Ⅲ類（100/100/50）試驗時小繞組不過負荷，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39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數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，一般取0第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第四節電力變壓器的參數與等值電路三、自耦變壓器特點：電阻小、損耗小、運行經濟、結構緊湊、電抗小、 輸送容量大、重量輕、便于運輸接線：Y0/Y0/Δ，第三繞組容量比額定容量小參數舊標準損耗未歸算電壓%未歸算新標準最大短路損耗歸算的電壓%例題：P39例2-2第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二補充：電力變壓器的運行1、正常過負荷能力不縮短壽命為前提自然循環30%，強迫循環20%2、事故過負荷能力以犧牲變壓器壽命為代價計算過負荷時犧牲的天數3、三繞組變壓器容量：100/100/100，100/100/50，100/50/100接線：Y/Y/，穩定繞組，改善波形自耦：體積小、損耗小，110KV以上用結構：升壓：鐵芯—中壓—低壓—高壓降壓：鐵芯—低壓—中壓—高壓4、并列運行原副邊額定電壓相等，變比相等接線組別對應一致額定短路電壓相等第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第五節發電機、電抗器、負荷的參數與等值電路一、發電機電阻：小，忽略電抗：等值電路jXGEG機端P+jQ機端PU機端第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二補充：同步發電機的運行唯一的注入功率元件調負荷——原動機轉速（汽門、導水翼）調電壓——勵磁1、同步發電機的允許運行范圍EqnXdINUNINUNEqnjINXd第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二補充：同步發電機的運行受限條件定子繞組：IN為限—S園弧轉子繞組：勵磁電流為限—F園弧原動機出力：額定有功功率—BC直線其它約束：靜穩、進相導致漏磁引起溫升—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出力限制進相運行時受定子端部發熱限制留穩定儲備第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二補充：同步發電機的運行2、同步發電機的進相與調相運行進相發有功，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，發電機從遲相轉為進相，If越小，越大靜穩態儲備下降、端部嚴重發熱、影響出力調相只發或吸收無功調壓需要水輪機低水位汽輪機處于檢修汽輪機的經濟技術指標很低第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二補充：同步發電機的運行3、同步發電機的非正常運行a、過負荷運行允許短時運行和時間有關和冷卻方式有關b、異步運行c、不對稱運行失磁后，進入異步狀態，發異步有功，吸收無功汽輪機—滑差率小，允許運行15~30分鐘水輪機—滑差率大，不允許運行定子中產生負序電流轉子感應2倍頻電流引起發熱和振動第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第五節發電機、電抗器、負荷的參數與等值電路二、電抗器電阻：小，忽略電抗：jXR等值電路：高電壓等級可用于低電壓等級，不用SN第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第五節發電機、電抗器、負荷的參數與等值電路三、負荷以功率表示：SL=PL+jQL~以阻抗和導納表示：RTjXTIL。UL。-jBLGLUL。IL。**第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路一、多電壓等級網絡中參數和變量的歸算（有名值）電力線、變壓器等值電路級聯成電力網等值電路注意：多級電壓網存在一個不同電壓級之間的歸算問題變壓器的參數與UN有關，歸算到哪一側，值不同變壓器的負載阻抗歸算到某一側時，和變比平方有關要級聯等值電路，須將不同電壓級下的阻抗、導納、電壓、電流歸算到同一級—基本級（取電網最高電壓）歸算第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路K的取值分子是向著基本級一側的電壓K的計算分母是向著待歸算一側的電壓手算—實際變比計算機—先取線路額定電壓比值，然而再修正T3500/121T4242/500T2110/38.5220KV500KV110KV35KV10KVT135/11第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路例題：電力網接線如圖所示，圖中各元件的技術數據見表1、表2，試作出歸算到110KV側和6KV側的電網等值電路T1T2k210KV110KV6KVk1L1L2符號額定容量（MVA）額定電壓（KV）Uk%?Pk(KW)I0%?P0(KW)T131.510.5/12110.5190332T220110/6.610.51352.822符號導線型號長度（Km）電壓(KV)電阻(Ω/km)電抗(Ω/km)電納(S/km)L1LGJ-1851001100.170.383.15?10-6L2LGJ-300560.1050.383表1:表2:第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路解:變壓器的電阻、導納，線路的電導都略去不計歸算到110KV側變壓器T1的電抗：變壓器T2的電抗：線路L1的電阻、電抗和電納為：第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路線路L2的電阻、電抗為：j48.8ΩjxT1RL1jXL117Ωj38Ωj48.8ΩjxT1RL2jXL217Ωj38ΩjBL1/2j1.575Х10-4jBL1/2j1.575Х10-4第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路j0.1757ΩjxT1RL1jXL10.0612Ωj0.1368Ωj0.228ΩjxT1RL2jXL20.525Ωj1.915ΩjBL1/2jJ4.376Х10-2jBL1/2j4.376Х10-2歸算到6KV側第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路二、標幺值（標么值）1、定義：標幺值=有名值（歐、西、千伏、千安、兆伏安）基準值（與對應有名值的量剛相同）標幺值—沒有單位的相對值參數三相與單相公式一致結果清晰易于判斷結果對否簡化計算無量剛，概念不清第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路2、基準值的選取基準值的單位與對應有名值的單位相同各種量的基準值之間應符合電路的基本關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、變額定功率，UB—基本級電壓

第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路3、電力系統的標幺值等值電路的制定多電壓等級系統仍存在歸算問題，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值用標幺值定義求歸算基準值（就地歸算）將基準值歸算到各電壓級，形成相應基值在基本級下指定一套基準值各電壓級參數除以本級下的基值給出元件的額定標幺值，須換算為統一基準值下的標幺值第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二第六節電力系統的等值電路三、端部條件完全等值的變壓器模型目標：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:kRTjXT-jBTGT1:k1’2’12推導目的：等值電路中端部條件（，）（，）不變變壓器參數受變比影響第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二推導過程：從1-1’，2-2’之間等值，將導納支路拿出去y12y10y20如果雙端口網絡用π型表示（且YT=1/ZT）ZT1:k1’2’121:kZT第60頁，共66頁，2023年，2月20日，星期二物理意義：端口條件相同時，等值參數與K有關兩并聯支路的導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產生環流構成諧振三角形在串聯阻抗上產生壓降—變壓諧振電流—變流ZTk:11’2’12試推導：第六節電力系統的等值電路