1、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)元件第1頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電力系統(tǒng)元件及其參數(shù) 1 概述 2 輸電線路 3 電力變壓器 4 負(fù)荷第2頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電力系統(tǒng)元件、參數(shù)、數(shù)學(xué)模型電力系統(tǒng)元件構(gòu)成電力系統(tǒng)的各組成部件 電力系統(tǒng)分析和計(jì)算一般只需要計(jì)及主要元件或?qū)λ治鰡栴}起較大作用的元件概述第3頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四元件參數(shù)表述元件電氣特征的參量元件特征不同，其表述特征的參數(shù)亦不同。根據(jù)元件的運(yùn)行狀態(tài)，可分為靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)、定參數(shù)和變參數(shù) 電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型元件或系統(tǒng)物理模型（物理特性）的數(shù)

2、學(xué)描述。元件的數(shù)學(xué)模型描述了元件的特性由各種元件構(gòu)成的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型則反映了各元件的有機(jī)組合和相互作用 第4頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電力系統(tǒng)分析計(jì)算的一般過程簡化等效電路數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果分析 例如某輸電線路，其元件參數(shù)為R、X，其等效電路如下：第5頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四其數(shù)學(xué)模型為： 直流穩(wěn)態(tài) 交流穩(wěn)態(tài) 暫態(tài)第6頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路第7頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路結(jié)構(gòu) 電力線路結(jié)構(gòu)：架空線路、電纜線路、混合線路架空線路：導(dǎo)線、避雷線（架空地線

3、），絕緣子，金具和桿塔等主要部件組成電纜線路：導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等主要部件組成架空線路采用的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)型式主要有單股、多股絞線和鋼芯鋁絞線三種 對于220kV以上輸電線路，為減少線路的電抗和導(dǎo)線電暈，常用分裂導(dǎo)線導(dǎo)線布置：水平、垂直、三角 第8頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四LGJ-400/50 普通鋼芯鋁線LGJJ 加強(qiáng)型鋼芯鋁線LGJQ 輕型鋼芯鋁線第9頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路常用線路的穩(wěn)態(tài)參數(shù)有三類： 1. 單位長度基本參數(shù)電阻決定線路上有功功率損耗和電能損耗的參數(shù)，是串聯(lián)參數(shù)。電導(dǎo)用來描述絕緣子表面泄漏損耗和導(dǎo)線電暈損

4、耗的參數(shù)，是線路并聯(lián)參數(shù)。 （電暈輸電線在高壓情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度超過空氣的擊穿強(qiáng)度時，導(dǎo)線附近地空氣產(chǎn)生電離從而發(fā)生放電現(xiàn)象）第10頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電抗導(dǎo)線通過交流電流時，在導(dǎo)線及其周圍產(chǎn)生交變磁場，因而有電感和電抗，電抗是串聯(lián)參數(shù)。 電納導(dǎo)線通過交流電流時，在其周圍存在電場，使得輸電線相間及相對地之間有一定電容存在，因而存在容性電納，電納是并聯(lián)參數(shù)。 2. 集中參數(shù)和分布參數(shù) 3. 不對稱運(yùn)行參數(shù) 第11頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路單位長度電阻 由電路理論 : 考慮以下因素： 交流電的集膚效應(yīng)，使交流電阻

5、略大于直流電阻； 絞線每股長度略大于導(dǎo)線長度 ； 導(dǎo)線實(shí)際截面比額定截面略小；修正后電阻率： 鋁31.52/ 銅18.82/第12頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四考慮實(shí)際溫度的修正： ：環(huán)境溫度為時導(dǎo)體單位長度電阻 ：環(huán)境溫度為時導(dǎo)體單位長度電阻：電阻溫度系數(shù)第13頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路單位長度電抗思路：電抗電感磁鏈第14頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路結(jié)構(gòu)架空線路的換位問題 目的：在于減少三相參數(shù)不平衡 整換位循環(huán)：一定長度內(nèi)有兩次換位而三相導(dǎo)線都分別處于三個不同位置，完成一次完整的循環(huán)。

6、 AAABCCCBB第15頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四 經(jīng)一次完整換位后，A相總磁鏈： 幾何均距Dm=?第16頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四同理，導(dǎo)線相和相的磁鏈為：三相導(dǎo)線之間的幾何均距 ：各相導(dǎo)線單位長度等效電感 相間單位長度等效電感各相單位長度等效電感 ：第17頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四單位長度架空輸電線路等效電抗 ：對分裂導(dǎo)線： 鋁、銅適用分裂導(dǎo)線的等效半徑 ：第18頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四分裂導(dǎo)線三相架空線路的電抗 分裂根數(shù) 每公里電抗（ ） 2 0.33 3

7、0.30 4 0.28 第19頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路并聯(lián)電導(dǎo)電暈起始電壓（臨界電壓）Ucrm1粗糙系數(shù)；單股線，m1=1；絞線m1=0.9；m2氣象系數(shù)；干燥或晴朗天氣，m2=1；霧、雨、霜、暴風(fēng)雨，m21；最惡劣情況，m2=0.8；空氣相對密度；第20頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四分裂導(dǎo)線電暈臨界電壓n分裂導(dǎo)線根數(shù)；km分裂導(dǎo)線表面的最大電場強(qiáng)度第21頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路并聯(lián)電導(dǎo)： (S/km) 三相線路單位長度電暈損耗（kW/km）。一般計(jì)算中，取 。第22頁，共69頁，2

8、022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路并聯(lián)電容和電納每相架空導(dǎo)線單位長度電容為：每千米的電納為 ：對分裂導(dǎo)線： 第23頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路參數(shù)小結(jié)增大導(dǎo)線半徑線路電阻減少電暈臨界電壓增大線路單位長度電感和電容與幾何均距Dm和導(dǎo)線半徑r之比的對數(shù)成比例 對各類導(dǎo)線x10.4 /km b12.810-6 S/km高壓輸電線電抗與電阻比值較大第24頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四采用分裂導(dǎo)線，等效增加了導(dǎo)線半徑，可以 減少線路電抗 增大電暈臨界電壓 減少線路電阻 增加線路電納 第25頁，共69頁，2022年，5月20

9、日，18點(diǎn)23分，星期四輸電線路的數(shù)學(xué)模型1.集中參數(shù)：(架空線路300km，電纜100km） 第26頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四 型等效電路的二端口網(wǎng)絡(luò)方程：A、B、C、D為輸電線路常數(shù)，滿足A=D，AD-BC=1第27頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四 型等效電路的二端口網(wǎng)絡(luò)方程：第28頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四2.分布參數(shù) (架空線路300km以上，電纜100km以上） 第29頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四分布參數(shù)：則：為線路傳播系數(shù)第30頁，共69頁，2022年，5月20日

10、，18點(diǎn)23分，星期四第31頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四第32頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四線路首端：線路特征阻抗:線路傳播系數(shù)：第33頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四某500kV輸電線路，r1=0.0262/km，x1=0.281/km, g1=0, b1=3.95610-6S/km。當(dāng)線路長度為200km時集中參數(shù)： Z=(5.24+j56.2), Y=j0.791210-3S精確計(jì)算分布參數(shù)： Z=(0.9924-0.06) ZZ，YY第34頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四線路長

11、度600km集中參數(shù)： Z=(15.75+j168.6 ) , Y=j2.37410-3S精確計(jì)算分布參數(shù)： Z=(13.70+j157.56) , Y=j2.45610-3S分布參數(shù)與集中參數(shù)相比電阻差13.3%，電抗差6.6%,電納差3.3%第35頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四線路長度1200km集中參數(shù)： Z=(31.44+j337.2 ) , Y=j4.7510-3S精確計(jì)算分布參數(shù)： Z=(16.6 +j254.48) , Y=j5.5510-3S當(dāng)線路很長時，必須使用精確計(jì)算法。第36頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四短線路 10

12、0km的架空線 集中參數(shù)，忽略電納B；中等長度線路100300km的架空線、 300km的架空線、100km的電纜線路 分布參數(shù)。第37頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四均勻長線：當(dāng)輸電線路末端負(fù)荷等于zc時的線路成為均勻長線。此時， 所以第38頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四均勻長線的特點(diǎn)：1、無反射波， ，即輸電線路上任一點(diǎn)的電壓、電流之比均等于波阻抗，或者說，從輸電線路上任一點(diǎn)看去的入端阻抗均等于特性阻抗。2、 ，即電能沿線路每傳播一個單位距離（x=1），則電壓、電流變化 ：幅值衰減為原來的 ，相角滯后（單位rad），但各點(diǎn)電壓、電流間相

13、位差不變( )。因此稱為傳播系數(shù)，為衰減系數(shù)，為相位系數(shù)。第39頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四3、忽略電阻和電導(dǎo)，則 ,為純電阻特性波阻抗 ，為純虛數(shù)。表明各點(diǎn)的電壓、電流同相位，電壓、電流在傳輸中幅值不衰減。線路傳輸中既沒有有功損耗，也沒有無功損耗，因?yàn)殡娏髁鬟^電抗消耗的無功恰好等于電納發(fā)出的無功，從而輸電線路各點(diǎn)的電壓均相等，稱這樣的線路為無損線路。無損線路末端帶波阻抗負(fù)荷時的功率稱為自然功率超高壓第40頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四自然功率220kV(1):127MW，330kV(2):353MW，500kV(4):625MW。輸送

14、功率等于自然功率，末端電壓=首端電壓波阻抗單導(dǎo)線 385415歐；兩分裂導(dǎo)線 285305歐；四分裂導(dǎo)線 255265歐；第41頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電力變壓器第42頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四電力變壓器2.3.1 雙繞組變壓器第43頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四雙繞組變壓器1. 變壓器的二次側(cè)參數(shù)歸算到一次側(cè)的方法： 歸算的原則：保證變壓器功率分布不變第44頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四第45頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四2.由變壓器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

15、確定變壓器參數(shù) 1）短路試驗(yàn)測定電阻、電抗 變壓器短路電壓百分比為：變壓器短路損耗功率為： 第46頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四歸算到一次側(cè)的電阻、電抗分別為： 第47頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四）空載試驗(yàn)測定電導(dǎo)、電納 -變壓器的空載電流百分比為： -變壓器的空載損耗為： 第48頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四歸算到一次側(cè)的變壓器電導(dǎo)、電納為： 第49頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四某110kV變電站裝有一臺降壓變壓器，其銘牌參數(shù)為：額定容量20MVA；額定變比為110/11kV；短

16、路電壓us10.5；短路損耗Ps=135kW；空載電流I02.8；空載損耗P0=22kW。試分別計(jì)算歸算至1、2側(cè)時變壓器的參數(shù)及其等效電路。 第50頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四 解：歸算至一次側(cè)，U1N=110kV電阻 電抗 電導(dǎo) 電納 第51頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四歸算至2次側(cè)，U2N=11kV 第52頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四三繞組變壓器三繞組變壓器等效電路：第53頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四1. 空載實(shí)驗(yàn)測定電導(dǎo)和電納：2. 短路實(shí)驗(yàn)測定各繞組阻抗： 變壓器短路

17、實(shí)驗(yàn)測得的功率損耗和短路電壓百分比分別為： 第54頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四因此各繞組的短路損耗和短路電壓百分比為： 第55頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四由此可得三繞組變壓器等效電阻、等效電抗分別為： 第56頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四容量比為100/100/50和100/50/100的 、類三繞組變壓器參數(shù)計(jì)算短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)需折算第57頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四 例2-4 有一容量比為100/100/50，額定電壓為220/38.5/11kV，額定容量為90MVA的三繞組變

18、壓器，I0%0.856，P0187kW，短路電壓及短路損耗見下表。試求歸算至高壓側(cè)的變壓器參數(shù)。 高壓中壓 中壓低壓 高壓低壓 是否折算 短路損耗 560kW 178kW 263kW未折算至SN 短路電壓(%) 13.15 5.7 20.4 已折算第58頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四解：設(shè)高、中、低壓側(cè)編號為1、2、3側(cè)，歸算至高壓側(cè)勵磁支路導(dǎo)納 第59頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四2. 各繞組電阻，先進(jìn)行短路損耗折算 各繞組短路損耗 第60頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四各繞組電阻為 第61頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四3.各繞組電抗,短路電壓已折算 第62頁，共69頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)23分，星期四負(fù)荷電能系統(tǒng)中消耗電功率的一種設(shè)備所有設(shè)備消耗的總功率（有功/無功）負(fù)荷數(shù)學(xué)模型就是描述負(fù)荷功率（有功和無功）與電壓和頻率關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式負(fù)荷模型靜態(tài)模型和動態(tài)模型。