02章-电力网各元件的参数和等值电路课件.ppt

1、电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示2.1 输电线路的参数输电线路的参数2.2 输电线路的等值电路输电线路的等值电路2.3 变压器的等值电路及参数变压器的等值电路及参数2.4 标么制标么制 小结小结电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示:l输电线路参数的计算方法；输电线路参数的计算方法；l输电线路的输电线路的型等值电路；型等值电路；l变压器参数的计算方法；变压器参数的计算方法；l变压器的变压器的型等值电路。型等值电路。l变压器的连接组别变压器的连接组别l标么制标么制电力系统分析电力系统分析2.1.1 2.1.1 电阻电阻(resistance)2.1.2 2.1.2 电抗电抗(react

2、ance)2.1.3 2.1.3 电导电导(conductance)2.1.4 2.1.4 电纳电纳(susceptance)2.1.5 2.1.5 输电线路参数计算的几点说明输电线路参数计算的几点说明 电力系统分析电力系统分析导线的直流电阻导线的直流电阻(direct-current resistance&true resistance)可按下式计算：可按下式计算：lRs(2-1)这些值比导线材料的标准电阻率略大，这是因为：这些值比导线材料的标准电阻率略大，这是因为：（1）交流电路中，受集肤效应）交流电路中，受集肤效应(skin effect)和邻近效和邻近效应应(proximity eff

3、ect)的影响，交流电阻比直流的影响，交流电阻比直流电阻略大；电阻略大；(resistance)（2）所用电线大多是绞线，每股导线的实际长度要比）所用电线大多是绞线，每股导线的实际长度要比 导线长度长导线长度长23；（3）制造中，导线的标称截面积比实际截面积略大。）制造中，导线的标称截面积比实际截面积略大。电力系统分析电力系统分析单相导线单相导线(single-phase conductor)线路电抗：线路电抗：km 0157.01445.00 rDeqx(2-2)(2-2)3eqabbccaDD D D当三相导线间的距离分别为当三相导线间的距离分别为 、时，时，abDbcDcaD式中：式中：

4、r r导线的半径，导线的半径，mmmm；导线材料的相对导磁系数，铜和铝的导线材料的相对导磁系数，铜和铝的 =1=1，钢的钢的 11；DeqDeq三相导线间的几何均距三相导线间的几何均距,mm,mm。电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析 分裂导线分裂导线(bundle conductor)线路电抗线路电抗km nrDeqxeq0157.0lg1445.00 (2-3)式中：式中：每相分裂根数；每相分裂根数；分裂导线的等值半径，分裂导线的等值半径，mmmm。eqrnniieqdrr21式中式中:r:r 分裂导线中每一根导线的半径；分裂导线中每一根导线的半径；一相分裂导线中第一相分裂导线

5、中第1 1根与第根的距离根与第根的距离,2 2，3 3，；id1(reactance)电力系统分析电力系统分析电力系统图片电力系统图片电力系统分析电力系统分析工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电工程上已将各种型号导线单位长度的电阻、电抗、电纳值列在设计手册中，对于表中所列的抗、电纳值列在设计手册中，对于表中所列的电阻值，是指环境温度为电阻值，是指环境温度为2020C C时的值，时的值，)20(120trrt(2.9)当实际温度异于当实际温度异于2020C C时应按下式修正：时应按下式修正：电力系统分析电力系统分析 近似计算时:kmx4.00kmsb60108.2 单导线线路单导线线路：，。

6、s610当分裂根数为3根时，每公里的电抗为0.30 左右，每公里的电纳分别为3.8 。对于分裂导线线路：对于分裂导线线路：当分裂根数为2时，每公里的电抗为0.33 ，每公里的电 纳为3.4 。s610当分裂根数为4根时，每公里的电抗为0.28 左右，每公里的电纳为4.1 。s610电力系统分析电力系统分析钢导线，由于集肤效应钢导线，由于集肤效应(skin effect)及导线内及导线内部的导磁系数部的导磁系数(permeability)随导线通过的电随导线通过的电流大小而变化，因此，它的电阻和电抗均不恒流大小而变化，因此，它的电阻和电抗均不恒定，无法用解析法确定，只能用实验测定其特定，无法用解

7、析法确定，只能用实验测定其特性，根据电流值确定其阻抗。性，根据电流值确定其阻抗。电缆线路电缆线路(cable line)的电气参数计算比架空线路的电气参数计算比架空线路(overhead line circuit)复杂得多，通常采取实测复杂得多，通常采取实测办法，并将其电气参数标明在设计手册中。办法，并将其电气参数标明在设计手册中。电力系统分析电力系统分析 例题例题2.1 2.1 有一回有一回110kv110kv架空电力线路，长度为架空电力线路，长度为60km60km，导线型号为，导线型号为LGJLGJ120120，导线计算外径，导线计算外径15.2mm15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导

8、线之间距，三相导线水平排列，两相邻导线之间距离为离为4m4m。试求该电力线路的参数。试求该电力线路的参数。电力系统分析电力系统分析 例题例题2.2 2.2 有一回有一回220kv220kv架空电力线路，长度为架空电力线路，长度为100km100km，采用每相双分裂导线，次导线采用，采用每相双分裂导线，次导线采用LGJLGJ185185，每一根导线的计算外径为，每一根导线的计算外径为19 mm19 mm，三相，三相导线以不等边三角形排列，线间距离导线以不等边三角形排列，线间距离 9m9m，8.5m8.5m，6.1m6.1m，分裂间距，分裂间距d d400mm400mm。试计算该电力线路的参数。试

9、计算该电力线路的参数。caDbcDabD电力系统分析电力系统分析2.2.1 一般线路的等值电路一般线路的等值电路2.2.2 长线路的等值电路长线路的等值电路 电力系统分析电力系统分析电力系统正常运行状态基本上是三相对称的，电力系统正常运行状态基本上是三相对称的，因此输电线路的等值电路可用一相的单线图因此输电线路的等值电路可用一相的单线图(single-line diagram)表示。表示。输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，输电线路的等值电路是一均匀分布参数的电路，通常将分布参数电路转化成集中参数通常将分布参数电路转化成集中参数(lump-constant network)等值电路以简化

10、计算。等值电路以简化计算。电力系统分析电力系统分析短线路短线路:所谓短线路所谓短线路，指长度不超过，指长度不超过100km的架空线路。的架空线路。图图2.3 短线路的等值电路短线路的等值电路电力系统分析电力系统分析 中等长度线路中等长度线路:长度在长度在100100300km300km之间的架空线路和长度小于之间的架空线路和长度小于100km100km的的电缆线路。电缆线路。图图 2.4 2.4 中等长度线路的等值电路中等长度线路的等值电路电力系统分析电力系统分析长线路：长线路：指长度超过指长度超过300km300km的架空线路和长度超过的架空线路和长度超过100km100km的的电缆线路。电

11、缆线路。图图2.5 长线路的等值电路长线路的等值电路电力系统分析电力系统分析2.3.1 双绕组变压器双绕组变压器(double-column transformer)2.3.2 三绕组变压器三绕组变压器(three-column transformer)2.3.3 自耦变压器自耦变压器(auto-transformer)2.3.4 变压器的连接组别变压器的连接组别电力系统分析电力系统分析等值电路等值电路 为为 型等值电路，型等值电路，图图2.7 双绕组变压器的等值电路双绕组变压器的等值电路电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析 电阻电阻(resistance)式中，式中，的单位为的单

12、位为kwkw，S SN N 的单位为的单位为kv.Akv.A，U UN N 的单位为的单位为kvkv。SP23NSTIPR32210NNSTSUPR近似地认为短路损耗近似地认为短路损耗(short-circuit loss)等于等于绕组损耗（铜耗）绕组损耗（铜耗）短路试验短路试验short-circuit test：将一侧将一侧(低压侧低压侧)绕组短接，绕组短接，在另一侧在另一侧(高压侧高压侧)绕组施加绕组施加电压，使短路绕组的电流达电压，使短路绕组的电流达到额定值。到额定值。电力系统分析电力系统分析 电抗电抗(reactance)1003%NTNSVXIU23%101001003SNSNTN

13、NUUUUXSI电力系统分析电力系统分析 电导电导(conductance)TNGUP2032010NTUPG近似地认为变压器近似地认为变压器的空载损耗的空载损耗(no-load loss)等于铁耗，即等于铁耗，即空载试验空载试验no-load test：将一：将一侧侧(高压侧高压侧)绕组开路，在另一绕组开路，在另一侧侧(低压侧低压侧)绕组加额定电压，绕组加额定电压，此时变压器有功损耗即为空载此时变压器有功损耗即为空载损耗，原边电流即为空载电流。损耗，原边电流即为空载电流。电力系统分析电力系统分析 电纳电纳(susceptance)变压器空载电流变压器空载电流(no-load current)

14、I0 包含有功分量和包含有功分量和无功分量，近似认为空载电流等于无功分量无功分量，近似认为空载电流等于无功分量Ib，于是，于是1003100100%00NTNNbNIBUIIIII320010100%3100%NNNNTUSIUIIB电力系统分析电力系统分析 等值电路等值电路 图图2.9 三绕组变压器的等值电路三绕组变压器的等值电路电力系统分析电力系统分析 电阻电阻(resistance)21)21(SSSPPP(2 3)23SSSPPP(3 1)31SSSPPP 三绕组变压器的短路试三绕组变压器的短路试验，是在两两绕组间进验，是在两两绕组间进行的，所测得的短路损行的，所测得的短路损耗分别为耗

15、分别为:电力系统分析电力系统分析 每个绕组相应的损耗每个绕组相应的损耗(loss):1(1 2)(3 1)(2 3)1()2sSSSPPPP3(2 3)(3 1)(1 2)1()2SSSSPPPP2(1 2)(2 3)(1 3)1()2SSSSPPPP电力系统分析电力系统分析 实际中三个绕组的额定容量实际中三个绕组的额定容量(standard rating)可以制造可以制造得不等，有得不等，有100/100/50100/100/50和和100/50/100100/50/100二种。二种。变压器铭牌上的额定容量是指容量最大的一个绕组的容变压器铭牌上的额定容量是指容量最大的一个绕组的容量，制造厂提

16、供的短路损耗数据通常是一对绕组中容量较小量，制造厂提供的短路损耗数据通常是一对绕组中容量较小的一方达到其额定电流（即的一方达到其额定电流（即I IN N/2/2）时的值，因此必须先将短）时的值，因此必须先将短路损耗归算为额定电流路损耗归算为额定电流I IN N下的值，然后再计算下的值，然后再计算:22)21(/)21()(NNSSSSPP232)32(/)32()min(NNNSSSSSPP23)13(/)13()(NNSSSSPP（2.252.25）电力系统分析电力系统分析1(1 2)(3 1)(2 3)2(1 2)(2 3)(1 3)3(2 3)(3 1)(1 2)%1 2(%)%1 2(

17、%)%1 2(%)SSSSSSSSSSSSUUUUUUUUUUUU（2.29）电抗电抗(reactance)手册中查到的是两两绕组的短路电压手册中查到的是两两绕组的短路电压 ，先求出每个绕，先求出每个绕组的短路电压组的短路电压(short-circuit voltage)百分数，再计算百分数，再计算每个绕组的电抗，即每个绕组的电抗，即:需要指出，手册和制造厂需要指出，手册和制造厂提供的短路电压值，不论三绕提供的短路电压值，不论三绕组变压器容量比如何，组变压器容量比如何，通常都通常都已折算为与变压器额定容量相已折算为与变压器额定容量相对应的值，因此，可以直接用对应的值，因此，可以直接用式（式（2

18、.29）、（）、（2.30）计算。）计算。321110100%NNSTSUUX 322210100%NNSTSUUX 323310100%NNSTSUUX（2.30）电力系统分析电力系统分析 三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种结构：三绕组变压器按其三个绕组排列方式的不同有两种结构：升压升压(step-up)结构和降压结构和降压(step-down)结构，如图结构，如图2.102.10所示。所示。由于绕组的排列方式不同，绕组间的漏抗由于绕组的排列方式不同，绕组间的漏抗(leakage reactance)不同，因而短路电压也不同。不同，因而短路电压也不同。三绕组变压器导纳的计算方法与双

19、绕组变压器相同。三绕组变压器导纳的计算方法与双绕组变压器相同。图图2.10 2.10 三绕组变压器的排列方式三绕组变压器的排列方式 电力系统分析电力系统分析高压侧三相套管高压侧三相套管低压侧三相套管低压侧三相套管油枕油枕散热器散热器电力系统分析电力系统分析 例例2.52.5 三相三绕组降压变压器的型号为三相三绕组降压变压器的型号为SFPSLSFPSL12000/22012000/220，额定容量为额定容量为120000/120000/60000KVA,120000/120000/60000KVA,额定电压为额定电压为220/121/11KV220/121/11KV。求该变压器的参数，并作出其等

20、值电路。求该变压器的参数，并作出其等值电路。KWPs5.132)32(,85.14%)21(sU,25.28%)13(sU,601)21(KWPs kwPs5.182)13(,96.7%)32(sU,1350KWP 663.0%0 I电力系统分析电力系统分析 一般制造厂提供的短路试验数据，不仅短路损耗一般制造厂提供的短路试验数据，不仅短路损耗(short-circuit loss)未经归算，短路电压未经归算，短路电压(short-circuit voltage)百分数也是未经归算的值，百分数也是未经归算的值，归算公式如下：归算公式如下：)%(%3)32(/)32(NNSSSSUU )%(%3)

21、13(/)13(NNSSSSUU （2.312.31）电力系统分析电力系统分析一、绕组一、绕组(winding)的端点标志与极性的端点标志与极性：首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号：首先，我们来了解一下变压器出线端的标志符号：绕组名绕组名 单相变压器单相变压器三相变压器三相变压器首首 端端末末 端端首首 端端末末 端端中中 点点高压绕组高压绕组AXA B CX Y ZN低压绕组低压绕组ax a b c x y zn中压绕组中压绕组NmXmCBAmmmZYXmmmmA电力系统分析电力系统分析 同极性同极性(名名)端端(same-polar)：由于变压器高、由于变压器高、低压绕组交链着同一

22、主磁通，当某一瞬间高压绕低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的端点上用符号极性端，并在对应的端点上用符号“”标出。标出。注意：注意：绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、绕组的极性只决定于绕组的绕向，与绕组首、尾端的标志无关。尾端的标志无关。规定绕组电动势的正方向为从规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首首端指向末端。当同一铁心柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相

23、同，如图所示。端的极性相同时，其电动势相位相同，如图所示。当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反，如图：反，如图：电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析有载调压分接头有载调压分接头三相绕组三相绕组三相绕组首端三相绕组首端电力系统分析电力系统分析二、三相、单相变压器二、三相、单相变压器(single-phase transformer)的连接：的连接：1、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之、变压器的联结组：三相变压器高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，通常用时钟法来表示，称为变压器的联结组。间的相位差，通常用时钟法

24、来表示，称为变压器的联结组。2、时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固、时钟法：即把高压绕组的线电动势相量作为时钟的长针，且固定指向定指向12的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短的位置，对应的低压绕组的线电动势相量作为时钟的短针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号，例如：针，其所指的钟点数就是变压器联结组的标号，例如：Y，y0；Y，y6；Y，d11接线。接线。3、单相变压器的联结组号：、单相变压器的联结组号：对于单相变压器，当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为对于单相变压器，当高、低压绕组电动势相位相同时，联结组为I，I0，其中，其中I，I表示高、低压绕组都是

25、单相绕组。当高、低压表示高、低压绕组都是单相绕组。当高、低压绕组电动势相位相反时，其联结组为绕组电动势相位相反时，其联结组为I，I6。电力系统分析电力系统分析变压器内部绕组变压器内部绕组绕组绝缘绕组绝缘电力系统分析电力系统分析 三、三相绕组的联结方式三、三相绕组的联结方式：对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕对于三相变压器，不论是高压绕组还是低压绕组，组，我国主要采用我国主要采用星形连接（星形连接（Y连接）和三角形连接）和三角形连接（连接（D连接）两种连接）两种。星形连接方式星形连接方式(star connection)：以高压绕组为例，以高压绕组为例，把三相绕组的个末端把三相绕组的个末端

26、X、Y、Z连在一起，结成连在一起，结成中点，而把它们的三个首端中点，而把它们的三个首端A、B、C引出，便是引出，便是星形连接，以符号星形连接，以符号Y表示。表示。三角形连接方式三角形连接方式(delta connection)：如果把一相的如果把一相的末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电末端和另一相首端连接起来，顺序形成一闭合电路，称为三角形连接，用路，称为三角形连接，用D D表示。表示。注意：相应的是对于低压侧而言，用注意：相应的是对于低压侧而言，用 y,dy,d表示。表示。电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析 四、三相变压器的联结组：四、三相变压器的联结组：三相变压器的联

27、结组三相变压器的联结组高、低绕组对应线电高、低绕组对应线电动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）动势之间的相位差，不仅与绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有和首末端的标志有关，而且与绕组的连接方式有关关。1、Y，y0接法接法(star-star-0 connection)如图所示：如图所示：电力系统分析电力系统分析 当各相绕组同铁心柱时，当各相绕组同铁心柱时，Y，y接法有两种情况。接法有两种情况。1 1）、）、高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、高、低压绕组同极性端有相同的首端标志，高、低压绕组相电动势相位相同，则高、低压绕组对应线电动低压绕组相电动势相位相同

28、，则高、低压绕组对应线电动势和也同相位，其联结组为势和也同相位，其联结组为Y，y0。2 2）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电）、同极性端有相异的端点标志，高、低压绕组相电动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其动势相位相反，则对应的线电动势和相位也相反，因此其联结组为联结组为Y，y6。如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依如果高低绕组的三相标记不变，将低压绕组的三相标记依次轮换，如次轮换，如ba，cb，ac；yx，zy，xz，则可得到其他联结组别，例如则可得到其他联结组别，例如Y，y4；Y，y8；Y,y10；Y，y2等偶数联结组。等偶数联结组。电力系统分析电力

29、系统分析 3、Y，y6接法接法(star-star-6 connection)如图所示：如图所示：2、Y，d11接法接法(star-delta-11 connection)如图所示：如图所示：电力系统分析电力系统分析 在用相量图判断变压器的联结组时应注在用相量图判断变压器的联结组时应注意以下几点：意以下几点：1）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端）绕组的极性只表示绕组的绕法，与绕组首末端的标志无关；的标志无关；2）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，）高、低压绕组的相电动势均从首端指向末端，线电动势从线电动势从A指向指向B；3）同一铁心柱上的绕组（在连接图中为上下对应）同一铁心柱上的

30、绕组（在连接图中为上下对应的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，的绕组），首端为同极性时相电动势相位相同，首端为异极性时相电动势相位相反；首端为异极性时相电动势相位相反；电力系统分析电力系统分析 4）相量图中）相量图中A、B、C与与a、b、c的排列顺序必须的排列顺序必须同为同为顺时针顺时针排列，即原、副方同为正相序。排列，即原、副方同为正相序。5)对于对于Y,y连接而言连接而言,可的可的0,2,4,6,8,10六个偶数六个偶数的联结组号的联结组号.相对于相对于Y,d而言而言,就可的就可的1,3,5,7,9,11六个奇数六个奇数的联结组号的联结组号.电力系统分析电力系统分析五、标准联结组：五

31、、标准联结组：总的来说，总的来说，Y，y接法和接法和D，d接法可以有接法可以有0、2、4、6、8、10等等6个偶数联结组别，个偶数联结组别，Y，d接接法和法和D，d接法可以有接法可以有1、3、5、7、9、11等等6个奇数组别，因此三相变压器共有个奇数组别，因此三相变压器共有12个不同的联个不同的联结组别。为了使用和制造上的方便，结组别。为了使用和制造上的方便，我国国家标我国国家标准规定只生产下列准规定只生产下列5种标准联结组别的电力变压种标准联结组别的电力变压器，即器，即Y，yn0；Y，d11；YN，d11；YN，y0；Y，y0。其中以前。其中以前3种最为常用。对于单相种最为常用。对于单相变压

32、器，标准联结组为变压器，标准联结组为I，I0。电力系统分析电力系统分析有名制有名制：用有单位的值表示物理量的方法称为有名制。：用有单位的值表示物理量的方法称为有名制。显然，对于同一个实际有名值，当所选的基准值不同时，显然，对于同一个实际有名值，当所选的基准值不同时，其标幺值也就不同。当说一个量的标幺值时，必须同时说其标幺值也就不同。当说一个量的标幺值时，必须同时说明它的基准值，否则仅有一个标幺值意义是不明确的。明它的基准值，否则仅有一个标幺值意义是不明确的。标幺制标幺制：用没有单位的相对值表示物理量的方法称为：用没有单位的相对值表示物理量的方法称为 标幺制。标幺制。有名值（任意单位）有名值（任

33、意单位）标么值标么值=基准值（与用名值同单位）基准值（与用名值同单位）电力系统分析电力系统分析 当选定电压、电流、阻抗和功率的基准值分别为当选定电压、电流、阻抗和功率的基准值分别为U UB B、I IB B、Z ZB B 和和S SB B 时，相应的标幺值如下时，相应的标幺值如下 BUUU BIII jXRZXjZRZjXRZZZBBBBjQPSQjSPSjQPSSSBBBB(2.32)(2.32)电力系统分析电力系统分析方法二：在基本级选定基准电压方法二：在基本级选定基准电压 和基准功率和基准功率 将基准电压归算到各电压级，然后在各电压级将有将基准电压归算到各电压级，然后在各电压级将有有名值

34、换算成标么值。（此法用的较多）有名值换算成标么值。（此法用的较多）BSBU近似近似计算计算法法工程计算中常采用此法，即将各个电压级都以其平工程计算中常采用此法，即将各个电压级都以其平均额定电压均额定电压 作为基准电压，然后在各个电压级将作为基准电压，然后在各个电压级将有名值换算成标幺值。有名值换算成标幺值。avU方法一：将各电压级参数的有名值归算到基本级，在方法一：将各电压级参数的有名值归算到基本级，在基本级按选取的统一基准电压基本级按选取的统一基准电压 和基准功率和基准功率 换换算成标么值。算成标么值。BSBU精确计算法精确计算法电力系统分析电力系统分析 例题2.6 有一个三级电压的简单电力系统，其接线和元件参数如图2.12所示。不计元件电阻和导纳时，试求下列三种情况的各元件电抗标幺值。(1)精确计算：将各电压级参数的有名值归算到基本级；(2)精确计算：将基本级选定的基准功率和基准电压归算 到其它级；(3)近似计算。图图2.12 2.12 例例2.62.6的等值电路的等值电路电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析