1、第一篇 电力系统运行安全性与稳定性分析基础,第二章 电力系统计算基础,第一篇 电力系统运行安全性与稳定性分析基础,第二章 电力系统计算基础 2-1 电力线路的参数及等值电路 一、架空输电线路的参数 架空线路一般采用铝线、钢芯铝线和铜线。有电阻、电抗、电导、电纳四个参数。下面分别讨论有色金属导线四个参数的确定方法。,1.电阻 单位长度的直流电阻可按下式计算,一、架空输电线路的参数,在导线材料电阻率的取值为：对铝31.5mm2km；对铜 18 mm2km 。 在手册中一般查出的是20 时的电阻或电阻率，当温度不同于20 时计算 rtR20+1+(t-20) 式中， rt温度为t时的导线单位长度电阻
2、值； t实际温度：,一、架空输电线路的参数, 电阻温度系数， 铝: 0.0036, 铜: =0.00382 对于长度为L(km)的线路，每相导线的电阻 R = rl L,一、架空输电线路的参数,2 电抗 线路的电抗是由于交流电通过导线时，在导线周围产生交变的电磁场而形成的. 三相普通架空线路，经过完全换位后，每相导线单位长度的电抗：,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,在现代电力系统中，对于220 kv及以上线路， 常采用分裂导线主要有2分裂、3分裂和4分 裂。 对于分裂导线的架空线路，经过安全换位后，每相导线单位长度的电抗可计算：,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,
3、3电导 架空输电线路的电导是用来反映绝缘子泄漏和电晕损耗的参数。一般线路的绝缘良好，泄漏电流很小，可以忽略。因此，主要考虑电晕引起的损耗。 电晕是架空线路在高电压作用下导线表面电场强度超过空气分子的游离强度时，导线附近的空气被游离而产生局部放电的现象。 架空线路是否发生电晕，决定于线路的运行电压和电晕临界电压。线路开始出现电晕的电压称为临界电压Ucr。当三相导线排列在等边三角形顶点上时，电晕临界电压的经验公式为,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,如果线路的运行电压小于电晕临界电压，线路将不出现电晕，而当线路实际远行电压高于电晕临界电压时，线路将发生电晕。 如果三相线路每千米的电晕
4、损耗为Pg则每相等值电导 其中， Pg的单位为Mwkm：线电压UL的单位为kv。,一、架空输电线路的参数,实际上，在线路设计时，选择导线截面应考虑在晴朗天气情况下，线路不发生电晕的要求。 如果不满足要求应加大导线截面或考虑采用扩径导线或分裂导线。 在电力系统运行分析计算中可以忽略电晕损耗，即g10。 110 kv以下电压等级的电力网，一般不计电晕损耗。,一、架空输电线路的参数,4 电纳 线路的电纳是由导线与导线之间、导线与大地之间的电容决定的。三相架空输电线路，经过 安全换位后，每相单位长度的电容可按下式计算:,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,二、电力线路的等值电路 1短电力线
5、路的等值电路 对于长度不超过100 km的架空电力线路，线路额定电压为60 kV及以下者，电纳的影响不大时可认为是短电力线路。短电力线路由于电压不高，电导、电纳的影响可以不计(G=0，B=0)，那么，短电力线路的阻抗则为 ZR+jX=r1L+jx1L,一、架空输电线路的参数,式中，L为短电力线路长度(km)。短电力线路的等值电路如图。,一、架空输电线路的参数,2中等长度电力线路的等值电路 线路电压为110-220 km，架空电力线路长度为100300 kV，电缆电力线路长度不超过100 km的电力线路，可视为中等长度的电力线路。 由于此种电力线路电压高，线路电纳的影响不可忽赂。只是晴天可按无电
6、晕考虑，电晕影响可不计(G0)，于是有,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,3长线路的等值电路 一般长度超过300 km的架空电力线路和长度超过100 km的电缆电力线路称为长线路。对于这种电力线路，就需考虑它们的分布参数特性。 将长线路的总电阻、总电抗、总电纳分别乘以适当的修正系数，就可以作出其简化的形等值电路，其修正系数分别为,一、架空输电线路的参数,一、架空输电线路的参数,第一节 电力线路的参数及等值电路,2.2 变压器、电抗器的参数和等值电路 2.2.1 双绕组变压器的参数和等值电路 考虑电力系统三相对称性，三相变压器的参数和等值电路也用一相来代替。并且所有参数都归算到同一
7、电压等级。 在电力系统应用计算中双绕组变压器常用形等值电路表示，如图所示。,变压器、电抗器的参数和等值电路,RT+JXTZT 称为阻抗支路： GT-JBTYT 称为导纳支路或 励磁支路。,变压器、电抗器的参数和等值电路,1电阻 变压器做短路试验时，为了便于测量，通常将低压侧绕组短接，在高压侧绕组上施加电压，使短路绕组的电流达到额定值。由于此时外加电压较小，相应的铁耗也小，可以认为短路损耗即等于变压器通过额定电流时一次和二次绕组电阻上的总损耗(亦称铜耗)，即,变压器、电抗器的参数和等值电路,在电力系统计算中，常用变压器三相额定容量SN和额定电压UN进行参数计算，,变压器、电抗器的参数和等值电路,
8、2电抗 短路电压Ux，是变压器短路试验时，绕组阻抗电压降落的百分值。当变压器通过额定电 流时，在电抗XT上产生的电压降的大小，可以用额定电压的百分数表示，即,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器铭牌上给出的短路电压百分数Us，是变压器通过额定即时在阻抗上产生的电压降的百分数，即,变压器、电抗器的参数和等值电路,对于大容量变压器，其绕组电阻比电抗小得多，可以近似地认为UX=Us，故,变压器、电抗器的参数和等值电路,3电导 变压器的电导是用来表示铁心损耗的，由于空载电流相对额定电流来说是很小的，绕组中的 铜耗也很小，所以，可以近似认为变压器的铁耗就等于空载损耗，即P FePo，于是,变压器、电抗
9、器的参数和等值电路,4电纳 变压器的电纳代表变压器的励磁功率。变压器空载电流包含有功分量和无功分量，与励磁功率对应的是无功分量。由于有功分量很小无功分且和空载电流在数值上几乎相等。根据变压器铭牌上给出: I0 可以算出,变压器、电抗器的参数和等值电路,222 三绕组变压器的参数和等值电路 三绕组变压器的等值电路如图所示。 与双绕组变压器不同，三绕组变压据有3个电压等级，空载试验和双绕组变压器相同而短路试验要做3次。二个绕组的容量比有3种组合，即100100100、10010050、10050100 3种类型。各绕组电阻和等值电抗的计算与短路试验数据及各绕组容量比有关。,变压器、电抗器的参数和等
10、值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,对于容量比为10050100或10010050的三绕组变压器，短路试验所得的短路损耗是 PS(1-2)、 PS(2-3) 、 PS(3-1)，容量较小的绕组流过额定电流(Is0.5IN)或达到额定容量(Us0.5UN)时的短路损耗。这时，首先将短路试验所得短路损耗数据归算到额定容量下的短路损耗。归算后的短路损耗为:,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,2电抗 各绕组等值电抗的相对大小与三个绕组在铁心上的排列有关。常用有升压结构和降压结构 两种形式。如图所示。,变压器、电抗器的参数和等值电路,和双
11、绕组变压器一样，近似地认为电抗上的电压降就等于短路电抗。在给出短路电压 US(1-2)、 US(2-3)、 US(3-1)后，与电阻的计算方式相似，各绕组的短路电压分别为,变压器、电抗器的参数和等值电路,各绕组的等值电抗为 3电导和电纳 求取三绕组变压器导纳的方法和求取双绕组变压器的导纳方法完全相同,变压器、电抗器的参数和等值电路,2.2.3 自藕变压器的参数和等值电路 自藕三绕组变压器的参数确定和等值电路和普通三绕组变压器相同。应注意的是： (1)三绕组自藕变压器第三绕组的额定容量总是小于变压器的额定容量。 (2)自藕变压器在厂家给定的短路试验数据中，不仅短路损耗未归算，短路电压百分值也均
12、未归算到额定容量。故需进行归算，其公式如下,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,234 电抗器的参数和等值电路 电抗器的电阻一般忽略不计，电抗器只用电抗表示，所以电抗器的等值电路为纯电感电路，如图所示。,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,变压器、电抗器的参数和等值电路,2.3 电力网络的等值电路,2.3.1 用有名制表示的等值电路 进行电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流、功率等参数进行运算的，称
13、为有名单位制。在做整个电力系统的等值网络图时，必须将其不同电压等级的各元件参数阻抗、导纳以及相应的电压、电流归算到同一电压等级基本级。而基本级一般取电力系统中最高电压等级，也可取其他某一电压等级。有名值归算时按下式计算：,2.3 电力网络的等值电路,2.3 电力网络的等值电路,式中，K1、 K2、 Kn为变压器的变比，近似计算时，可以取平均额定电压之比：R、X、G、B、U、I为分别为归算前的有名值;R、X、G、B、U、I为分别为归算后的有名值。 式中的变比应取从基本级到待归算级，即变比K的分子为基本级一侧的电压；分母为待归算级一侧的电压。,2.3 电力网络的等值电路,2.3 电力网络的等值电路
14、,2.3.2 用标幺制表示的等值电路 1标幺制的概念 在电力系统计算时，其参数：阻抗、导纳、电压、电流、功率等用标幺值表示时，称为标幺制。 标幺制是相对有名单位制的一种，在标幺制中各物理量均以标幺值表示。以标幺值表示的物理量，其符号下角加“”，标幺值的定义为,2.3 电力网络的等值电路,例 某发电机的端电压有名值为105kv，选定基准值为10. 5kv，则其标么值为1.0；若选定基准值为10kLv，则其标么值为1.05。 当选定电压、电流、功率和阻抗的基准值分别为VB、IB、SB和ZB时，相应的标么值如下,2.3 电力网络的等值电路,2基准值的选定 基准值的选择，除了要求基准值与有名值同单位外
15、，原则上可以是任意的，但是，采用标么值 的目的是为了简化计算和便于对计算结果做出分析评价。因此，选择基准值时应考虑尽量能实 现这些目的。 在电力系统分析中，主要涉及对称三相电路的计算。计算时，习惯上多采用线电压U，线电 流(即相电流)I，三相功率S和一相等值阻抗Z。各物理量之间存在下列关系：,2.3 电力网络的等值电路,应使各量基准值之间的关系与其有名值间的关系具有相同的方程式，即,2.3 电力网络的等值电路,2.3 电力网络的等值电路,3用标幺制表示的等值电路 根据UB的两种选择方法，在计算电力系统元件参数标幺值时，也有按照变压器实际变比和 平均额定电压之比两种方法。以标幺值表示的各元件参数
16、，直接连接为电力网的等值电路，无需 再进行电压归算。 电力系统各元件电抗标么值按变压器的实际变比计算如下；,2.3 电力网络的等值电路,2.3 电力网络的等值电路,2.4 电力系统的等值电路 多电压级网络的归算方法分有名制和标么制两大类，每一大类又分精确计算法和近似计算法。 2.4.1有名制归算 1、精确计算法 一多电压级电力系统，当选定基本级后，其参数按下列各式归算。,2似计算法 同一电压级升压变压器(二次侧)和降压变压器(一次侧)额定电压虽然不同，但相差不大，一股为10。在精确度要求不太高时，可近似取二者的算术平均值代替两个不同电压值。 我国规定的与额定电压级相对应的平均额定电压加表。,2
17、.4.2 标么制归算 1.精确计算法 在标么制归算中，不仅将各电压级参数归算到基本级，而且还须选取同样的基准值来计算标么值。标么制归算通常有两种方法： 1)将各电压级参数的有名值按有名制精确计算法归其到基本级，在基本级选取统一的电压基值VB和功率基值SB计算标么值。 2)各电压级参数的有名值不归其到基本级，而是在基本级选定电压基值VB和功率基值SB后，将电压基值VB向各被归算级归算，然后就在各电压级用归算得到的基推电压和SB计算各元件的标么值。,2近似计算 标么制归算的近似计算也是用平,2近似计算 标么制归算的近似计算也是用平均额定电压进行计算。同样以上图电力系统为例，假定电压基准值取平均额定
18、电压Vav4，则有,例 有一三级电压的简单电力系统，其接线和元件参数如图所示。在略去元件的电阻和变压器、线路的导纳时，试求用有名制、标么制的精确计算、近似计算四种方法归算到电压级I的各元件的电抗值。,本章小结 电力系统各主要元件的参数和等值电路；电力系统等值电路的形成。 (1)电力系统的等值电路中，对于电力线路，根据线路单位长度的电阻r、电抗x和电纳b，制定形等值电路。 (2)对于发电机、变压器、电抗器，根据制造厂已提供的各种技术数据，可求取等值电路中各参数。 (3) 三绕组变压器或三绕组自藕变压器各绕组的电阻和电抗，： (4)对于三绕组自藕变压器。由制造厂家给出的短路试验数值中，短路损耗、短路电压进行归算。 (5)制定电力系统等值网络的方法分两大类： 有名制系统所有参数都以有名单位； 标么制系统所有参数和变量都与它们同名基准值相对应的标么值表示,
