第二章電力系統(tǒng)元件及其參數(shù)

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第二章 電力系統(tǒng)元件及其參數(shù),信電學(xué)院電氣系,2005-3-19,2.1概述,電力系統(tǒng)元件,一次設(shè)備,二次設(shè)備及控制元件,元件參數(shù),電阻、電容、電感、電導(dǎo)、電納、變比、時(shí)間常數(shù)等,靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù),元件的建模,由物理模型到數(shù)學(xué)模型,代數(shù)方程、微分方程、線性方程、非線性方

2、程,工程問(wèn)題的抽象與化簡(jiǎn),系統(tǒng)模型及其求解,電路理論建立方程,數(shù)學(xué)方法求解,舉例說(shuō)明,:,同一電路的幾種模型。,2.1概述,重點(diǎn)在于理解電力元件各種參數(shù)的含義。,區(qū)別穩(wěn)態(tài)參數(shù)和暫態(tài)參數(shù)。,區(qū)別正序參數(shù)、負(fù)序參數(shù)和零序參數(shù)。,什么是序參數(shù)？,序參數(shù)的含義、意義？,重點(diǎn)掌握發(fā)電機(jī)的模型和參數(shù)。,理解標(biāo)幺值的含義。,2.2輸電線路,輸電線路有,4,個(gè)參數(shù)：,電阻：,反映線路通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生有功功率損失效應(yīng)。串聯(lián)參數(shù)。,電感：,反映載流導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)效應(yīng)。串聯(lián)參數(shù)。,電導(dǎo)：,反映線路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流及導(dǎo)線附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損耗。并聯(lián)參數(shù)。,電容（電納）：,反映帶電導(dǎo)線周?chē)碾妶?chǎng)效應(yīng)

3、。并聯(lián)參數(shù)。,2.2.1單位長(zhǎng)度電阻,一般從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中查得。必要的時(shí)候做溫度修正。,實(shí)測(cè)的依據(jù)：,理解直流電阻和交流電阻。,理解實(shí)際使用的電阻率。,2.2.2單位長(zhǎng)度電抗,單位長(zhǎng)度電抗,X=,L=2,f L,；,設(shè)與導(dǎo)線交鏈的磁鏈,，則電感,L=,/i,；,磁鏈,可能包括自感磁鏈和互感磁鏈。,三相電路經(jīng)過(guò)整循環(huán)換位后得到各相單位長(zhǎng)度的等效電抗如式（,2-21,）（,2-22,）。,理解式（,2-21,）（,2-22,）的各個(gè)參數(shù)。,導(dǎo)線半徑、導(dǎo)線間幾何均距、磁導(dǎo)率,2.2.2單位長(zhǎng)度電抗,理解式（,2-22,）的含義：,導(dǎo)線材料的影響，相對(duì)磁導(dǎo)率；,電抗值與幾何均距、導(dǎo)線半徑為對(duì)數(shù)關(guān)系，

4、故單導(dǎo)線架空線的布置和截面積對(duì)其電抗值影響不大，一般為,0.4,/km,左右。,分裂導(dǎo)線由于增大了導(dǎo)線的等效半徑，所以能有效減小導(dǎo)線電抗。,電纜線路的電抗值要遠(yuǎn)小于架空線路。通常查手冊(cè)獲得參數(shù)。,雙回或多回線路的各回路間存在互感，在三相電流值和為零時(shí)，電抗計(jì)算仍可用式（,2-22,、,2-23,）。,2.2.3輸電線路的并聯(lián)電導(dǎo),電導(dǎo)：,是用來(lái)反映,泄漏電流,和,空氣游離所引起的有功功率,損耗的一種參數(shù)。,一般線路絕緣良好，泄漏電流很小，可以將它忽略，主要是考慮電暈現(xiàn)象引起的功率損耗。,電暈現(xiàn)象,：,就是架空線路帶有高壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)體附近的空氣游離而產(chǎn)

5、生局部放電的現(xiàn)象。這時(shí)會(huì)發(fā)出咝咝聲，并產(chǎn)生臭氧，夜間還可看到紫色的暈光。,出現(xiàn)電暈的條件,：,當(dāng)線路的運(yùn)行電壓超過(guò)（每相）導(dǎo)線的臨界電暈電壓，超過(guò)越多電暈損耗越大。,2.2.3輸電線路的并聯(lián)電導(dǎo),如何減少電暈？,電暈臨界電壓,Vcr,：,m1,：導(dǎo)線表面系數(shù),(,多股絞,),m1=0.830.87,r,：計(jì)算半徑,D,：相間距離,：空氣相對(duì)密度，當(dāng),t=25C,，一個(gè)大氣壓時(shí),=1,電暈一般不會(huì)發(fā)生，所以常取電導(dǎo),g=0.,2.2.4輸電線路的并聯(lián)電容-電納,輸電線路的電容是用來(lái)反映導(dǎo)線帶電時(shí)在其周?chē)橘|(zhì)中產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)。,每相導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度,正序電容為,：（,2-30,）,電納：（,2-31

6、,）,對(duì)電納的幾點(diǎn)理解。,分裂導(dǎo)線、避雷線、多回線的影響,電纜線路電容大,一般取,b=2.8*10,-6,s/km,2.2.5,輸電線路的等效電路及數(shù)學(xué)模型,精確模型為分布參數(shù)；,300km以內(nèi)可用集中參數(shù)近似。,jb,jb,g,g,g,2.2.5輸電線路的集中參數(shù),小于,100,公里，線路電壓不高時(shí)，忽略,b,、,g,二端口網(wǎng)絡(luò)方程,r,0,jx,0,2.2.5輸電線路的集中參數(shù),中等長(zhǎng)度線路：,100300km,常忽略電導(dǎo),g=0,，采用,型電路：,Z,j,j,2.2.5輸電線路的集中參數(shù),2.2.5輸電線路的分布參數(shù),長(zhǎng)線路（超過(guò),300km,）的等值電路,:,要考慮分布參數(shù)的特性,任一

7、處無(wú)限長(zhǎng)小長(zhǎng)度,dx,都有,Z,1,dx,和,Y,1,dx,見(jiàn)圖,2-7,兩個(gè)概念：線路傳播系數(shù),和波阻抗,Z,c,精確分布參數(shù)計(jì)算公式：,式（,2-48,）,相當(dāng)于給集中參數(shù)乘上系數(shù)后變成分布參數(shù)。,系數(shù)算式包含雙曲函數(shù)，計(jì)算較復(fù)雜。,2.2.5輸電線路的分布參數(shù),近似分布參數(shù)計(jì)算公式,考慮雙曲函數(shù)計(jì)算復(fù)雜，展開(kāi)化簡(jiǎn),得到近似計(jì)算公式（,2-50,）,K,r,R+jK,x,X,B,B,U,1,I,2,U,2,2.2.5輸電線路的分布參數(shù),近似分布參數(shù)計(jì)算公式,化簡(jiǎn)后的三個(gè)系數(shù)（,2-50,）：,2.2.5輸電線路的參數(shù),例,2-2,計(jì)算步驟；,結(jié)果分析,page62,2.2.6輸電線路的不對(duì)

8、稱運(yùn)行參數(shù),正序和負(fù)序參數(shù)相同,零序參數(shù)的特點(diǎn)：,相間助磁作用使零序感抗大于正負(fù)序感抗；,導(dǎo)線,-,地 回路的大地電阻增大了零序電阻；,單導(dǎo)線,大地回路的零序阻抗（,2-53,）,單回路三相電路的零序阻抗（,2-55,）,分析原因,(,列出計(jì)算式,),正負(fù)序阻抗（互感去磁：,Z,1,=Z,2,=Z,L,-Z,m,）,零序阻抗（互感助磁：,Z,0,=Z,L,+2Z,m,）,2.2.6輸電線路的不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù),平行雙回線架空線路的零序阻抗,（,2-56,）圖,2-13,（,2-57,）圖,2-13,，雙回參數(shù)相同時(shí),互感消去法,有架空地線的架空線路的零序阻抗,架空地線使零序阻抗減小,去磁作用；,與

9、大地電阻并聯(lián)減小了回路電阻,2.2.6輸電線路的不對(duì)稱運(yùn)行參數(shù),架空線的零序電納,零序無(wú)相間電容，只有對(duì)地電容,對(duì)地電容計(jì)算式（,2-59,、,60,）,電纜線路的零序參數(shù),零序參數(shù)受接地電阻的影響大，甚至受敷設(shè)方式的影響；,一般通過(guò)測(cè)試獲得。,2.3電力變壓器,正序與負(fù)序參數(shù)相同,等值電路,參數(shù)獲?。ǘ搪穼?shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)）,雙繞組,三繞組,自耦變壓器,零序參數(shù)取決于鐵芯的結(jié)構(gòu)（參閱其它參考書(shū)）,等值電路,參數(shù)理解,雙繞組,三繞組,自耦變壓器,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),負(fù)序等值電路與正序完全相同,原因：,變壓器的等值線路表明了原、副方繞組間的電磁關(guān)系。電磁關(guān)系有結(jié)構(gòu)決定，所以正、零序等

10、值電路具有相同形狀。,各序等效電阻相同。,漏抗反映了原副邊繞組間的磁耦合程度，漏磁路徑與電流序別無(wú)關(guān)，故各序漏抗也相同。,正負(fù)序的主磁通路徑相同，故勵(lì)磁電抗也相同。,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),雙繞組變壓器的,T,型等值電路,N,1,：,N,2,I,1,I,2,R,1,x,1,R,m,X,m,E,1,E,2,x,2,R,2,I,1,R,1,R,m,x,m,E,1,x,1,R,2,x,2,V,2,u,2,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),雙繞組變壓器的,型等值電路,R,T,R,m,jx,m,jx,T,u,2,u,1,jx,T,R,T,u,2,u,1,注意：變壓器電納的符號(hào)有負(fù)號(hào)，而線路

11、為正，因?yàn)榍罢邽楦行裕笳邽槿菪浴?G,T,-jB,T,對(duì)一臺(tái)變壓器，一次繞組的漏阻抗壓降僅占額定電壓的百分之幾，激磁電流亦僅為額定電流的百分之幾。因此把,T,型電路的激磁分支移到漏抗的前面，這樣做對(duì)變壓器的運(yùn)行計(jì)算不會(huì)帶來(lái)很大的誤差。,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),變壓器的阻抗變換作用,將二次繞組歸算至一次側(cè)：,R,2,=k,2,R,2,變換的原則是保證變壓器功率分布不變,可得到移除了理想變壓器的變壓器等值電路,如圖,2-15,。,無(wú)理想變壓器模型 的意義。,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),變壓器參數(shù)獲取,短路試驗(yàn),試驗(yàn)方法及內(nèi)涵,測(cè)量結(jié)果：短路損耗,P,s,和短路電壓百分比,u

12、,s,%;,計(jì)算可知：,R(=r,1,+r,2,),、,X(=x,1,+x,2,),空載試驗(yàn),試驗(yàn)方法及內(nèi)涵,測(cè)量結(jié)果：空載損耗,P,0,和空載電流百分比,I,0,%;,計(jì)算可知：,G,m,(r,m,),、,B,m,(x,m,),例,2-3,2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),三繞組變壓器的繞組結(jié)構(gòu),升壓變：功率由低,高,用第一種方式,降壓變：高,中為主,用第二種方式,高,低為主,用第一種方式,考慮中壓繞組,:,阻抗最小,當(dāng)互感大于自感時(shí)，低壓電抗顯現(xiàn)負(fù)值。,高,鐵,芯,鐵芯,中,低,低,高,中,2.3.1雙繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),容量比,我國(guó)目前生產(chǎn)的變壓器有三種容量：,100/100/10

13、0,；,100/100/50,；,100/50/100,。,早期生產(chǎn)有,100/100/66.7,；,100/66.7/66.7,；,100/66.7/100,。,試驗(yàn)應(yīng)按最小容量進(jìn)行。,2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),三繞組變壓器的等值電路,x,1,R,1,R,2,x,2,x,3,R,3,G,T,-jB,T,u,1,u,2,u,3,w,1,w,2,w,3,2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),三繞組變壓器的參數(shù)獲取,三繞組變壓器的空載試驗(yàn),與雙繞組變壓器的試驗(yàn)完全相同，為什么？,只在一側(cè)加額定電壓，另兩側(cè)開(kāi)路，得到空載損耗,P,0,和空載電流百分比,I,0,%;,套用公式（,2-65,，,

14、2-66,）,三繞組變壓器的短路試驗(yàn),為求得三側(cè)參數(shù)要做三次試驗(yàn)，試驗(yàn)以最小繞組容量來(lái)限定試驗(yàn)電流，所以大容量繞組沒(méi)有達(dá)到額定。,比如三次側(cè)開(kāi)路，一二兩側(cè)短路試驗(yàn)，得到,P,s1-2,，,u,s1-2,%,。,套用公式（,2-71,，,2-72,），（,2-73,，,2-74,）,2.3.2三繞組變壓器的正負(fù)序參數(shù),理解三繞組變壓器的銘牌參數(shù),銘牌提供空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)數(shù)據(jù),要注意短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能沒(méi)有容量折算（,2-73,）,有可能只給出最大短路損耗（,2-75,）,仔細(xì)學(xué)習(xí)例,2-4,注意思路。,為什么出現(xiàn)負(fù)阻抗？,2.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù),自耦變壓器是一種特殊的變壓器，它與普通變壓

15、器的最大區(qū)別是不僅有磁的耦合，還有電的直接聯(lián)系。,自耦變壓器原理圖,*,2.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù),自耦變壓器的額定功率為,繞組功率,和,直接傳導(dǎo)功率,之和，更具經(jīng)濟(jì)性。理解！,因?yàn)樽择钭儔浩骷扔写诺穆?lián)系又有電的聯(lián)系，從一次側(cè)向二次側(cè)傳遞的功率，一部分是直接傳導(dǎo)功率，另一部分方為繞組間的電磁感應(yīng)功率。,2.3.3自耦變壓器的正負(fù)序參數(shù),自耦變壓器的參數(shù)由空載和短路試驗(yàn)獲得。,自耦變壓器與普通變壓器的等值電路和參數(shù)計(jì)算的原理相同。,計(jì)算仍使用三繞組的計(jì)算公式，使用額定容量而不是繞組容量。,要注意繞組容量的折算，往往,短路電壓也要折算,。請(qǐng)參閱其它參考書(shū)。,2.3.4變壓器的零序參數(shù),零序等

16、值電路與正負(fù)序相同。,零序勵(lì)磁電抗與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)。,三個(gè)單相的組式變壓器,X,m0,=X,m1=,X,m2,，磁阻很小可以認(rèn)為,X,m0,=,;,三相四柱式,X,m0,X,m1,但，但也很大,;,三相三柱式,X,m0,=0.31.0,，應(yīng)視為有限,.,2.3.4變壓器的零序參數(shù),變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接,原邊：只有,Y,0,接法才能提供原邊零序通路,;,副邊：,副邊,Y,0,：只有中性點(diǎn)接地的,Y,0,接法才能與外電路接通，至于能否在外電路產(chǎn)生零序電流，取決于外電路是否提供零序通路。,副邊,：,繞組中的零序電勢(shì)不能流道外電路，但能在三相繞組中形成零序環(huán)流。零序電勢(shì)降為零，相當(dāng)于零序被短接到地。,2.3.4變壓器的零序參數(shù),中性點(diǎn)有接地阻抗時(shí)變壓器的零序等值電路,在單相零序等值電路中，應(yīng)將中性點(diǎn)的阻抗增大為三倍，并同它所接入的該側(cè)繞組的漏抗相串聯(lián)。,等效電路圖。,2.3.4變壓器的零序參數(shù),中性點(diǎn)直接接地的自耦變壓器,零序參數(shù)及等值電路，等值電路與外電路的聯(lián)接情況，短路計(jì)算中勵(lì)磁電抗的處理，均與普通變壓器相同。,中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地時(shí)：,其中,K,12,=V,1N,/V,2N,X,