電氣工程基礎(chǔ)第2章電氣元件參數(shù)和等值電路主講人：楊峰華中科技大學(xué)數(shù)字化工程與仿真中心本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.1電力線路的結(jié)構(gòu)本節(jié)主要內(nèi)容架空線路導(dǎo)線桿塔絕緣子金具電纜2.1.1電力線路結(jié)構(gòu)簡述電力線路架空線路導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等電纜導(dǎo)線、絕緣層、保護層等2.1.1電力線路結(jié)構(gòu)簡述避雷線導(dǎo)線（四分裂）桿塔絕緣子串

典型架空輸電線路的照片典型電纜圖片2.1.1電力線路結(jié)構(gòu)簡述2.1.2架空線路架空線路導(dǎo)線：主要由鋁、鋼、銅等材料制成避雷線：一般用鋼線例如：LGJ—400/50表示載流額定截面積為400mm2、鋼線額定截面積為50mm2的普通鋼芯鋁線。架空線路的標(biāo)號：2.1.2架空線路導(dǎo)線為增加架空線路的性能而采取的措施

目的：減少電暈損耗或線路電抗多股線其安排的規(guī)律為：中心一股芯線，由內(nèi)到外，第一層為6股，第二層為12股，第三層為18股，以此類推擴徑導(dǎo)線人為擴大導(dǎo)線直徑，但不增加載流部分截面積。不同之處在于支撐層僅有6股，起支撐作用分裂導(dǎo)線將每相導(dǎo)線分成若干根，相互間保持一定的距離特高壓6分裂導(dǎo)線500kV四分裂導(dǎo)線220kV雙分裂導(dǎo)線2.1.2架空線路桿塔按用途分直線桿塔耐張桿塔終端桿塔轉(zhuǎn)角桿塔換位桿塔按材質(zhì)分鋼筋混凝土桿(水泥桿)鐵塔常見塔型直線塔——懸掛導(dǎo)線耐張塔——承擔(dān)線路橫向的拉力終端塔——電站出口第1塔要承擔(dān)第1跨的拉力跨越塔——跨越江河或高山，比一般塔高轉(zhuǎn)角塔換位塔——線路3相換位2.1.2架空線路架空線路的換位ABCAAABBBCCC目的在于減少三相參數(shù)不平衡整換位循環(huán)：指一定長度內(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)。滾式換位換位方式換位桿塔換位2.1.2架空線路絕緣子針式絕緣子：35kV以下線路懸式絕緣子：35KV及以上線路≥3片60KV≥5片110KV≥7片220KV≥13片330≥19片一般一個絕緣子承擔(dān)10000V左右的電壓，可根據(jù)絕緣子串上絕緣子的片數(shù)來判斷線路電壓等級棒式絕緣子：替代整串的懸式絕緣子瓷橫擔(dān)絕緣子：同時起橫擔(dān)和絕緣子的作用各種絕緣子針式絕緣子瓷橫擔(dān)絕緣子懸式絕緣子2.1.2架空線路絕緣子的不同材料鋼化玻璃絕緣子瓷絕緣子合成絕緣子2.1.2架空線路電壓等級與直線桿塔上懸垂絕緣子串中絕緣數(shù)量的關(guān)系

2.1.2架空線路系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）3563110220330500每串絕緣子片數(shù)3571317~1925~282.1.2架空線路金具架空線路上使用的所有金屬部件懸垂線夾耐張線夾連接金具防震金具2.1.2架空線路金具并溝線夾（接續(xù)金具）懸垂線夾耐張線夾聯(lián)結(jié)金具（Z型掛板）金具(保護)防振錘間隔棒2.1.2架空線路2.1.3電纜線路電纜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)體絕緣層包護層導(dǎo)體：L或T；單股或多股；單相或三相；圓形或扇形等絕緣材料：橡膠、瀝青、聚氯乙烯、棉麻、綢、紙等。目前大多用浸漬紙。主要是相間絕緣、相對地絕緣包護層內(nèi)護層：鉛、鋁，聚乙烯等，保護絕緣等外護層：防止銹蝕本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.2架空線路的參數(shù)和等值電路本節(jié)主要內(nèi)容架空線路參數(shù)電阻電抗電導(dǎo)電納等值電路2.2.1架空線路的等值參數(shù)有哪些參數(shù)？電阻：反映線路通過電流產(chǎn)生的有功功率損失效應(yīng)電抗：反映載流導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場效應(yīng)電導(dǎo)：反映線路帶電時絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生泄漏電流以及導(dǎo)線附近空氣游離產(chǎn)生的有功功率損失電納：反映帶電導(dǎo)線周圍的電場效應(yīng)假定每單位長度的電阻為r1(Ω/km)，電抗為x1(Ω/km)，電導(dǎo)為g1(S/km)，電納為b1(S/km)，則長度為l的架空線路參數(shù)為：(Ω)(Ω)(S)(S)2.2.1架空線路的等值參數(shù)電阻ρ——導(dǎo)線材料的電阻率(Ω?mm2/km)S——導(dǎo)線的截面積(mm2)鋁ρ=31.5(Ω?mm2/km)；銅ρ=18.8(Ω?mm2/km)考慮隨溫度的變化α——電阻的溫度系數(shù)，鋁0.0036(1/℃)，銅0.00382(1/℃)2.2.1架空線路的等值參數(shù)電抗三相線路，每相導(dǎo)線有自感，導(dǎo)線之間有互感。假設(shè)三相線路對稱排列，或經(jīng)過完全換位，單位長度的電抗為：Dge——三相導(dǎo)線間的幾何均距(mm)r——導(dǎo)線的計算半徑(mm)近似計算：x1=0.4Ω/km三相對稱排列:Dge=D三相水平排列:Dge=1.26D2.2.1架空線路的等值參數(shù)電抗分裂導(dǎo)線：近似計算：2分裂導(dǎo)線x1=0.33Ω/km；3分裂導(dǎo)線x1=0.30Ω/km；4分裂導(dǎo)線x1=0.28Ω/kmreq——分裂導(dǎo)線的等值半徑(mm)d1k是第1與第k根子導(dǎo)線間的距離m——分裂根數(shù)2.2.1架空線路的等值參數(shù)電導(dǎo)電導(dǎo)反映泄漏電流和空氣游離產(chǎn)生的有功損耗空氣游離產(chǎn)生電暈現(xiàn)象——導(dǎo)線帶有高電壓情況下，導(dǎo)線表面電場強度超過空氣擊穿強度時產(chǎn)生的局部放電正常運行時不允許產(chǎn)生電暈，計算中電導(dǎo)總是取0，即g=02.2.1架空線路的等值參數(shù)電納三相導(dǎo)線之間以及相與地之間具有分布電容當(dāng)線路上有電壓時，這些分布電容形成電納2.2.2等值電路100~300km之間的輸電線路采用П型等值電路100km以下線路可忽略線路電納。300km以上線路用多個П型等值電路串聯(lián)等值。2.2.2等值電路例2-1：一條輸電線路，長100km，額定電壓為110kV，采用鋼芯鋁絞線LGJ-185型導(dǎo)線，導(dǎo)線水平排列，線間距離為4m，求線路等值參數(shù)。解：查附表知LGJ-185型導(dǎo)線的計算直徑為19.02mm單位長度電阻：導(dǎo)線計算半徑：單位長度電抗：2.2.2等值電路單位長度電導(dǎo)：g=0單位長度電納：R=r1l=0.17×100=17ΩX=x1l=0.409×100=40.9ΩB=b1l=2.78×10-6×100=2.78×10-4S

線路全長等值參數(shù)：本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.3變壓器的參數(shù)和等值電路本節(jié)主要內(nèi)容變壓器參數(shù)電阻電抗電導(dǎo)電納等值電路2.3.1變壓器的等值參數(shù)電力系統(tǒng)中變壓器大部分是三相變壓器，計算時采用單相等值電路。雙繞組變壓器采用Г型等值電路表示：電阻表示電流流過變壓器原方、副方繞組產(chǎn)生的有功損耗(銅損)，銘牌上通過短路損耗ΔPs(ΔPk)表示;電抗表示變壓器自感、繞組互感當(dāng)電流流過時產(chǎn)生的電壓降，銘牌上通過短路電壓百分比Us%(uk%)表示;電導(dǎo)表示激磁電流流過變壓器鐵芯產(chǎn)生的有功損耗(鐵損)，銘牌上通過空載損耗ΔP0表示。電納表示變壓器的激磁無功功率，銘牌上通過空載電流值I0%表示。2.3.1變壓器的等值參數(shù)電阻ΔPS是短路損耗，單位kW；UN是額定電壓，單位kV；SN是變壓器額定容量，單位kVA。若UN取一次側(cè)額定電壓，RT歸算到一次側(cè)；若UN取二次側(cè)額定電壓，RT歸算到二次側(cè)。電抗電導(dǎo)電納2.3.1變壓器的等值參數(shù)變比：變比k指原方、副方空載線電壓的比值Y/Y型和Δ/Δ型接法的變壓器Y/Δ型接法的變壓器變壓器在高壓側(cè)一般有多個分接頭：變壓器的實際運行變比，是兩側(cè)繞組實際工作抽頭的空載線電壓之比2.3.1變壓器的等值參數(shù)例2-2：某降壓變電所有一臺SFL1-20000/110型雙繞組變壓器，變比為110/11，試驗數(shù)據(jù)為△P0=22kW,I0(%)=0.8,△PS=135kW,US(%)=10.5，試求變壓器歸算至高壓側(cè)的參數(shù)。2.3.2三繞組變壓器的參數(shù)Г型等值電路：2.3.2三繞組變壓器的參數(shù)電阻銘牌上給定短路損耗:一個繞組開路時，另2個繞組的短路損耗ΔPs1-2，ΔPs2-3，ΔPs3-1每個繞組的電阻：2.3.2三繞組變壓器的參數(shù)電阻三繞組變壓器三個繞組的額定容量可能不等，按規(guī)定有100/100/100，100/50/100,100/100/50(高/中/低壓)三種。銘牌上的額定容量是高壓繞組的容量。后2種情況下，銘牌上的短路損耗還要先進行一次折算。容量比為100/100/50，折算公式：容量比為100/50/100，折算公式：假設(shè)高壓繞組為編號1，2.3.2三繞組變壓器的參數(shù)電抗電抗計算過程與電阻相同：計算電抗不需要容量比折算(Us%是相對值，銘牌數(shù)據(jù)已折算)實際變壓器中，排列在鐵芯中間的繞組電抗值會比較小，或者是負(fù)值。其它參數(shù)電導(dǎo)、電納、變比和雙繞組相同2.3.2三繞組變壓器的參數(shù)例2-3：有一臺SFSL1-8000/110型三相三繞組變壓器，其銘牌數(shù)據(jù)為：容量比100/50/100，電壓比110kV/38.5kV/11kV，△P0=14.2kW，I0(%)=1.26，US(1-2)%=14.2，US(1-3)%=17.5，US(2-3)%=10.5，試計算以變壓器高壓側(cè)電壓為基準(zhǔn)的變壓器參數(shù)值。容量折算：解：電導(dǎo)：電納：電阻：電抗：2.3.3自耦變壓器的參數(shù)自耦變壓器的原理圖：參數(shù)計算和三相變壓器完全相同。第三繞組容量總是小于變壓器的額定容量，計算電阻和電抗時，ΔPs和Us%都要折算：2.3.4變壓器的П型等值電路雙繞組變壓器實際電力系統(tǒng)計算中，必須同時計入變壓器的變比：忽略激磁支路：2.3.4變壓器的П型等值電路雙繞組變壓器阻抗歸算到一次側(cè)的等值電路：2.3.4變壓器的П型等值電路雙繞組變壓器如果阻抗歸算到二次側(cè)：對應(yīng)等值電路為:2.3.4變壓器的П型等值電路

三繞組變壓器本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.4發(fā)電機的等值參數(shù)發(fā)電機采用帶有一定內(nèi)阻抗的電壓源表示，等值電路為：本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.5負(fù)荷的等值參數(shù)恒定功率模型設(shè)負(fù)荷消耗的有功P和無功Q保持不變，計算中用功率值P和Q表示負(fù)荷優(yōu)點：在功率潮流計算中，注入節(jié)點的負(fù)荷功率不變恒定阻抗模型根據(jù)正常運行方式下負(fù)荷點的電壓

和功率P+jQ，阻抗值

，并假定該阻抗值不變優(yōu)點：在節(jié)點導(dǎo)納矩陣中，對節(jié)點自導(dǎo)納影響不變2.5負(fù)荷的等值參數(shù)非線性負(fù)荷模型先不考慮頻率變化，負(fù)荷消耗的功率與負(fù)荷運行點電壓的關(guān)系(負(fù)荷的電壓靜特性)可用二次多項式表示：UL——負(fù)荷點的運行電壓(kV)UN——負(fù)荷點的額定電壓(kV)PN、QN——額定電壓負(fù)荷消耗的有功和無功功率第一項實際上代表恒阻抗的部分(和電壓平方成正比)，第二項代表恒電流部分，第三項代表恒功率部分，要求其中：2.5負(fù)荷的等值參數(shù)非線性負(fù)荷模型當(dāng)負(fù)荷運行點電壓和頻率偏離額定值變化量很小時，可以進行線性化，負(fù)荷的靜特性表示為：其中：電科院PSASP中的負(fù)荷靜特性：本章主要內(nèi)容2.1電力線路的結(jié)構(gòu)2.2架空線路的參數(shù)和等值電路2.3變壓器的參數(shù)和等值電路2.4發(fā)電機的等值參數(shù)2.5負(fù)荷的等值參數(shù)2.6標(biāo)幺制2.6標(biāo)幺制本節(jié)主要內(nèi)容標(biāo)幺制的概念基準(zhǔn)值的選擇不同基準(zhǔn)值下電氣量的換算多級電壓電網(wǎng)中電氣元件標(biāo)幺值的計算標(biāo)幺制的優(yōu)缺點2.6.1標(biāo)幺制的概念幺就是1，標(biāo)幺就是以1為基準(zhǔn)(perunit)在多級電壓的系統(tǒng)中，不同電壓等級之間需要折算，用有名值很不方便采用標(biāo)幺制，每個電壓等級下的電氣元件都以所在電壓等級的額定值作為基準(zhǔn)，整個系統(tǒng)都以得到的相對大小進行計算，就可以避免折算的問題，使計算得到很大簡化2.6.2基準(zhǔn)值的選擇選擇額定值作為基準(zhǔn)值電力系統(tǒng)的電氣量：電壓、電流、功率、阻抗4個量中只要設(shè)置2個基準(zhǔn)值推算另外2個基準(zhǔn)值按照習(xí)慣：選定電壓UB和功率的基準(zhǔn)值SB這樣選擇基準(zhǔn)值，三相電路中計算功率、阻抗時就不用再考慮的系數(shù)2.6.3不同基準(zhǔn)值下電氣量的換算以變壓器為例，變壓器的US%實際上就是以變壓器額定容量SN和額定電壓UN為基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值，假設(shè)要把該電抗值換算到全網(wǎng)統(tǒng)一的基準(zhǔn)電壓UB和基準(zhǔn)容量SB下，應(yīng)該如何換算？先算成有名值：(UN單位kV，SN單位MVA)再換算成新基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值2.6.4多級電壓電網(wǎng)中電氣元件標(biāo)幺值的計算基準(zhǔn)容量全網(wǎng)統(tǒng)一取值，一般是100MVA電壓基準(zhǔn)值有2個方案準(zhǔn)確計算法從第一個變壓器開始，根據(jù)變壓器的變比依次確定每個電壓等級的基準(zhǔn)電壓近似計算法每個電壓等級取本等級的平均電壓作為基準(zhǔn)值按我國規(guī)定，平均電壓取額定電壓的1.05倍，忽略變壓器的變比2.6.4多級電壓電網(wǎng)中電