1、第二章 電力系統元件及其參數信電學院電氣系2005-3-192.1概述l電力系統元件l一次設備l二次設備及控制元件l元件參數l電阻、電容、電感、電導、電納、變比、時間常數等l靜態參數、動態參數l元件的建模l由物理模型到數學模型l代數方程、微分方程、線性方程、非線性方程l工程問題的抽象與化簡l系統模型及其求解l電路理論建立方程l數學方法求解舉例說明:同一電路的幾種模型。2.1概述l重點在于理解電力元件各種參數的含義。l區別穩態參數和暫態參數。l區別正序參數、負序參數和零序參數。l什么是序參數？l序參數的含義、意義？l重點掌握發電機的模型和參數。l理解標幺值的含義。2.2輸電線路l輸電線路有輸電線

2、路有4個參數：個參數：l電阻：l反映線路通過電流時產生有功功率損失效應。串聯參數。l電感：l反映載流導線周圍產生磁場效應。串聯參數。l電導：l反映線路帶電時絕緣介質中產生泄漏電流及導線附近空氣游離而產生有功功率損耗。并聯參數。l電容（電納）：l反映帶電導線周圍的電場效應。并聯參數。2.2.1單位長度電阻l一般從產品目錄或手冊中查得。必要的時候做溫度修正。l實測的依據：l理解直流電阻和交流電阻。l理解實際使用的電阻率。公里）/( sr)( .lrR2.2.2單位長度電抗w單位長度電抗X=L=2f L；w設與導線交鏈的磁鏈，則電感L=/i；l磁鏈可能包括自感磁鏈和互感磁鏈。l三相電路經過整循環換位

3、后得到各相單位長度的等效電抗如式（2-21）（2-22）。l理解式（2-21）（2-22）的各個參數。l導線半徑、導線間幾何均距、磁導率2.2.2單位長度電抗l理解式（2-22）的含義：l導線材料的影響，相對磁導率；l電抗值與幾何均距、導線半徑為對數關系，故單導線架空線的布置和截面積對其電抗值影響不大，一般為0.4/km左右。l分裂導線由于增大了導線的等效半徑，所以能有效減小導線電抗。l電纜線路的電抗值要遠小于架空線路。通常查手冊獲得參數。l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，電抗計算仍可用式（2-22、2-23）。2.2.3輸電線路的并聯電導l電導：電導：l是用來反映泄漏

4、電流和空氣游離所引起的有功功率損耗的一種參數 。l一般線路絕緣良好，泄漏電流很小，可以將它忽略，主要是考慮電暈現象引起的功率損耗。 l電暈現象電暈現象：l就是架空線路帶有高壓的情況下，當導線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導體附近的空氣游離而產生局部放電的現象。這時會發出咝咝聲，并產生臭氧，夜間還可看到紫色的暈光。l出現電暈的條件出現電暈的條件：當線路的運行電壓超過（每相）導線的臨界電暈電壓，超過越多電暈損耗越大。暈損失：三相線路每公里的電：線電壓公里西gL2P V /LgVPg2.2.3輸電線路的并聯電導l如何減少電暈？l電暈臨界電壓Vcr：m1：導線表面系數(多股絞)m1=0.830.

5、87 r：計算半徑D：相間距離 ：空氣相對密度 ，當t=25C， 一個大氣壓時=1l電暈一般不會發生，所以常取電導g=0.rDrmmVcrlg 842118 .0122mm雨天干燥晴天2.2.4輸電線路的并聯電容-電納l輸電線路的電容是用來反映導線帶電時在其周圍介質中產生的電場效應。l每相導線的單位長度l正序電容為：（2-30）l電納：（2-31）l對電納的幾點理解。l分裂導線、避雷線、多回線的影響l電纜線路電容大l一般取b=2.8*10-6s/km公里法/10lg0241. 06rDCeqVQC公里西 /10lg58.72c 6eqeqrDcfb公里法/10lg024. 06eqeqrDC2

6、.2.5輸電線路的等效電路及數學模型l精確模型為分布參數；l300km以內可用集中參數近似。jbjb g g g2.2.5輸電線路的集中參數w小于100公里，線路電壓不高時，忽略b、g二端口網絡方程r0jx022221122121D CB 1 0z 1IuAIuIuZIuuII2.2.5輸電線路的集中參數w中等長度線路：中等長度線路：100300km w常忽略電導常忽略電導g=0，采用，采用型電路：型電路：Z2B2Bjj2.2.5輸電線路的集中參數22221122112221D CB 12Z 1)4BZB( Z 12Z22)2(IuAIuBBIuIUBUBIUZuBIu2.2.5輸電線路的分布

7、參數l長線路（超過長線路（超過300km）的等值電路）的等值電路: l要考慮分布參數的特性要考慮分布參數的特性l任一處無限長小長度任一處無限長小長度dx都有都有Z1dx和和Y1dxl見圖見圖2-7l兩個概念：線路傳播系數兩個概念：線路傳播系數和波阻抗和波阻抗Zcl精確分布參數計算公式：精確分布參數計算公式：l式（式（2-48）l相當于給集中參數乘上系數后變成分布參數。相當于給集中參數乘上系數后變成分布參數。l系數算式包含雙曲函數，計算較復雜。系數算式包含雙曲函數，計算較復雜。2.2.5輸電線路的分布參數l近似分布參數計算公式l考慮雙曲函數計算復雜，展開化簡l得到近似計算公式（2-50）KrR+

8、jKxX B B bKj2bKj2U1I2U22.2.5輸電線路的分布參數l近似分布參數計算公式l化簡后的三個系數（2-50）：1216)(1312222lxKlxrxKlxKbbbbxbr2.2.5輸電線路的參數l例2-2l計算步驟；l結果分析page622.2.6輸電線路的不對稱運行參數l正序和負序參數相同l零序參數的特點：l相間助磁作用使零序感抗大于正負序感抗；l導線-地 回路的大地電阻增大了零序電阻；l單導線大地回路的零序阻抗（2-53）l單回路三相電路的零序阻抗（2-55）l分析原因(列出計算式)l正負序阻抗（互感去磁：Z1=Z2=ZL-Zm）l零序阻抗（互感助磁：Z0=ZL+2Zm

9、）2.2.6輸電線路的不對稱運行參數l平行雙回線架空線路的零序阻抗l（2-56）圖2-13l（2-57）圖2-13，雙回參數相同時l互感消去法l有架空地線的架空線路的零序阻抗l架空地線使零序阻抗減小l去磁作用；l與大地電阻并聯減小了回路電阻2.2.6輸電線路的不對稱運行參數l架空線的零序電納l零序無相間電容，只有對地電容l對地電容計算式（2-59、60）l電纜線路的零序參數l零序參數受接地電阻的影響大，甚至受敷設方式的影響；l一般通過測試獲得。2.3電力變壓器l正序與負序參數相同l等值電路l參數獲取（短路實驗和空載實驗）l雙繞組l三繞組l自耦變壓器l零序參數取決于鐵芯的結構（參閱其它參考書）l

10、等值電路l參數理解l雙繞組l三繞組l自耦變壓器2.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l負序等值電路與正序完全相同l原因：變壓器的等值線路表明了原、副方繞組間的電磁關系。電磁關系有結構決定，所以正、零序等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關，故各序漏抗也相同。正負序的主磁通路徑相同，故勵磁電抗也相同。2.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l雙繞組變壓器的T型等值電路N1：N2I1I2R1x1RmXmE1E2x2R2I1R1RmxmE1x1R2x2V2u22.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l雙繞組變壓器的型等值電路RT Rm jxmjxT u2u

11、1jxTRT u2u1注意：變壓器電納的符號注意：變壓器電納的符號有負號，而線路為正，因有負號，而線路為正，因為前者為感性，而后者為為前者為感性，而后者為容性。容性。GT-jBT對一臺變壓器，一次繞組的漏對一臺變壓器，一次繞組的漏阻抗壓降僅占額定電壓的百分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之幾，激磁電流亦僅為額定電流的百分之幾。因此把流的百分之幾。因此把T型電型電路的激磁分支移到漏抗的前面，路的激磁分支移到漏抗的前面，這樣做對變壓器的運行計算不這樣做對變壓器的運行計算不會帶來很大的誤差。會帶來很大的誤差。2.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l變壓器的阻抗變換作用l將二次繞組歸算

12、至一次側：R2=k2R2l變換的原則是保證變壓器功率分布不變l可得到移除了理想變壓器的變壓器等值電路,如圖2-15。l無理想變壓器模型 的意義。2.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l變壓器參數獲取l短路試驗l試驗方法及內涵l測量結果：短路損耗Ps和短路電壓百分比us%;l計算可知：R(=r1+r2)、X (=x1+x2)l空載試驗l試驗方法及內涵l測量結果：空載損耗P0和空載電流百分比I0%;l計算可知：Gm(rm)、Bm (xm)l例2-32.3.2三繞組變壓器的正負序參數l三繞組變壓器的繞組結構升壓變：功率由低升壓變：功率由低高高 用第一種方式用第一種方式降壓變：高降壓變：高中為主中為主 用

13、第二種方式用第二種方式 高高低為主低為主 用第一種方式用第一種方式考慮中壓繞組考慮中壓繞組: 阻抗最小阻抗最小,當互感大于自感時，低壓電抗顯現負值。當互感大于自感時，低壓電抗顯現負值。高高鐵鐵芯芯鐵芯鐵芯中中 低低低低高高中中2.3.1雙繞組變壓器的正負序參數l容量比l我國目前生產的變壓器有三種容量：100/100/100；100/100/50；100/50/100。l早期生產有100/100/66.7；100/66.7/66.7；100/66.7/100。l試驗應按最小容量進行。2.3.2三繞組變壓器的正負序參數l三繞組變壓器的等值電路x1R1R2x2x3R3GT- jBTu1 u2 u3

14、w1 w2 w3 2.3.2三繞組變壓器的正負序參數l三繞組變壓器的參數獲取l三繞組變壓器的空載試驗l與雙繞組變壓器的試驗完全相同，為什么？l只在一側加額定電壓，另兩側開路，得到空載損耗P0和空載電流百分比I0%;l套用公式（2-65，2-66）l三繞組變壓器的短路試驗l為求得三側參數要做三次試驗，試驗以最小繞組容量來限定試驗電流，所以大容量繞組沒有達到額定。l比如三次側開路，一二兩側短路試驗，得到Ps1-2，us1-2%。l套用公式（2-71，2-72）， （2-73，2-74）2.3.2三繞組變壓器的正負序參數l理解三繞組變壓器的銘牌參數l銘牌提供空載試驗和短路試驗數據l要注意短路試驗數據

15、可能沒有容量折算（2-73）l有可能只給出最大短路損耗（2-75）l仔細學習例2-4l注意思路。l為什么出現負阻抗？2.3.3自耦變壓器的正負序參數l自耦變壓器是一種特殊的變壓器，它與普通變壓器的最大區別是不僅有磁的耦合，還有電的直接聯系。l自耦變壓器原理圖*sw1U1I2ICI2UcwcscNNNNIIUUk1221122.3.3自耦變壓器的正負序參數l自耦變壓器的額定功率為繞組功率和直接傳導功率之和，更具經濟性。理解！l 因為自耦變壓器既有磁的聯系又有電的聯系，從一次側向二次側傳遞的功率，一部分是直接傳導功率，另一部分方為繞組間的電磁感應功率。12IIIC221221121)11 () 1

16、(IkIkIIIkIIbSCSCCSC。小于低電壓側輸出電流也就是說公共繞組電流，恒小于所以稱為效益系數，由于其中1, 1)11 ( 1212bbkkkk2222122122221IUkIUkIUIUIUSbc2.3.3自耦變壓器的正負序參數l自耦變壓器的參數由空載和短路試驗獲得。l自耦變壓器與普通變壓器的等值電路和參數計算的原理相同。計算仍使用三繞組的計算公式，使用額定容量而不是繞組容量。l要注意繞組容量的折算，往往短路電壓也要折算。請參閱其它參考書。23)13()13(23)32()32()(%)(%NNSSNNSSSSVVSSVV2.3.4變壓器的零序參數l零序等值電路與正負序相同。l零序勵磁電抗與變壓器結構有關。l三個單相的組式變壓器Xm0= Xm1= Xm2，磁阻很小可以認為Xm0=; l三相四柱式Xm0 Xm1 但 ，但也很大 ;l三相三柱式 Xm0= 0.31.0，應視為有限.2.3.4變壓器的零序參數l變壓器零序等值電路與外電路的聯接原邊：只有Y0接法才能提供原邊零序通路;副邊 ：l副邊Y0：只有中性點接地的Y0接法才能與外電路接通，至于能否在外電路產生零序電流，取決于外電路是否提供零序通路。l副邊：繞組中的零序電勢不能流道外電路，但能在三相繞組中形成零序環流。零序電勢降為零，相當于零序被短接到地。2.