第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算
工学电力网络元件的等值电路和参数计算

Y 2
V2
I&1
Z 2
V1
Z 2
I2
Y
V2
Π型电路
Z B Zcshl
Y
2( A1) B
2(chl 1) Z c shl
T 型电路
Y shl
Zc
Z Zcshl chl
推导: V&1 V&2 I&2 V&2Y / 2 Z
1 ZY / 2V&2 ZI&2
V&1 A&V&2 B&I&2
V I
V2chx V2 shx
ZC
I2 ZC shx I2chx
传播常数
g0 jC0 r0 jL0 z0 y0 j
波阻抗(特性阻抗)ZC
r0 jL0 g0 jC0
z0 y0
RC
jXC
ZC e jc
当 x 时l ,线路首端与末端的电压和电流关系为
V I
V2chx V2 shx
( x0b0
r02
b0 x0
)l
2
kb
1 1 12
x0b0l 2
总结
一、输电线路的方程式
V I
V2chx V2 shx
ZC
I2 ZC shx I2chx
双曲线函数
chrx 1 (ex ex ) 2
V1 I1
V2chl I2 ZC shl
V2 ZC
shl
I2chl
shrx 1 (ex ex ) 2
ddxI&V&(g0
jC ) 0
d 2V& (g dx2 0
jC )(R 00
j L0)V&
第02章系统元件的等值电路和参数计算

%
Vs(23)
%
Vs 2
%
Vs (1 2 )
%
Vs ( 2 3) 2
%
Vs(31)
%
Vs3 %
V % s(31)
V % s(23) 2
V % s(12)
Xi
VSi
%
V2 N
100 SN
103
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
第三节 标幺制
一、概念 有名制:用实际有名单位表示物理量的单位制系统。 标幺制:用相对值表示物理量的单位制系统。
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
电力系统中,220KV以上的输电线长采取分裂导线。具体 说来,220KV线路不分或双分,330KV线路双分裂,500KV 线路三分裂或四分裂,如图示:
d
d: 分裂间距
d
d
双分、三分和四分裂导线的自几何均距分别定义为:
Dsb DS d ,
Dsb 3 DS d 2 ,
L
i
,
M
AB
AB
iB
对于非铁磁材料制成的圆柱形导线,
单导线自感: L 0 (ln 2l 1)H / m 2 Ds
平行导线间互感: M 0 (ln 2l 1)H / m 2 D
第二章 系统元件的等值电路和参数计算
其中,
DS-导线的自几何均距
单股线:DS
1
re 4
铝绞线: Ds (0.724 0.771)r 钢心铝绞线: Ds (0.77 0.9)r
标幺值=实际有名值 基准值
标幺值无单位,基值不同时,物理量的标幺值也相应变
化。
I*
I IB
,V*
V VB
, S*
第二章 电力网各元件的等值电路

RT 2
2 D P s 2U N = 碬 103 2 SN
RT 1
2 D P s 2U N = 碬 103 2 SN
•对于100/50/100或100/100/50
/ 50 / 100 例:容量比不相等时,如 100 1 2 3
D Ps (1- 2) IN 2 SN 2 ⅱ =D Ps (1- 2) ( ) =D Ps (1- 2) ( ) = 4D Ps? (1- 2) IN / 2 S2 N
ì VS (1- 2) % = VS1 % +VS 2 % ï ï í VS (2- 3) % = VS 2 % +VS 3 % ï ï î VS (3- 1) % = VS 3 % +VS1 %
ì VS 1 %VN2 ï X1 = 碬 103 ï 100 S N ï ï VS 2 %VN2 ï 碬 103 í X2 = 100 S N ï ï ï VS 3 %VN2 碬 103 ï X3 = 100 S N ï î
一些常用概念
1. 实际变比 k k=UI/UII UI、UII :分别为与变压器高、低压绕组实际匝 数相对应的电压。 2. 标准变比
有名制:归算参数时所取的变比 标幺制:归算参数时所取各基准电压之比
3. 非标准变比 k* k*= UIIN UI /UII UIN
2.3电力网络的数学模型
• 问题的提出
IN 2 SN 2 D Ps (2- 3) = D Psⅱ ( ) = D P ( ) = 4D Ps? (2 - 3) s (2 - 3) (2 - 3) IN / 2 S2 N
D Ps (3- 1)
IN 2 ⅱ =D Ps (3- 1) ( ) = D Ps (3- 1) IN
电力系统分析第二章

2-2 架空输电线的等值电路
电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表 示线路的等值电路。 分两种情况讨论: 1) 一般线路的等值电路 一般线路:中等及中等以下长度线路,对架空线 为300km;对电缆为100km。 2)长线路的等值电路 长线路:长度超过300km的架空线和超过100km的电 缆。
I
2
T
YI I
y 20
k k k (k 1) k (k 1)YT ZT ZT ZT
2
(1 k)YT
k (k 1)YT
1)
电力网络中应用等值变压器模型的计算步骤:
有名制、线路参数都未经归算,变压器参数则归在低 压侧。
有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比归 算到高压侧。 标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压折 算为标幺值。
三、三相电力线路结构参数和数学模型
输电线路各主要参数(电阻、电抗、电纳、电导 等)的计算方法及等效电路的意义
*.电力网络数学模型
1、标幺值
1)标幺值=有名值(实际值)/基准值; 2)在标幺制下,线量(如线电流、线电压等) 与相量(如相电流、相电压等)相等,三相与单 相的计算公式相同
3)对于不同系统采用标幺值计算时,首先要 折算到同一基准下。
S B 3U B I B U B 3I B ZB Z B 1 / YB
Z B U / SB
2 B
YB S B / U
2 B
I B S B / 3U B
功率的基准值=100MVA
电压的基准值=参数和变量归算的额 定电压
三. 不同基准值的标幺值间的换算
V X (有名值) =X (N)* SN
电力网各元件的等值电路和参数计算

电力线路和变压器的等值电路及其参数计算。
标么制的应用
介绍电力系统分析中的 输电线路和变压器的模型及其参数计算 电力系统的分析计算中,常用单相等值电路来描述系统元件的特性。
电力系统的元件是按abc三相对称设计的
电力系统的运行状态基本上是三相对称的(如正常运行状态)或者 是可以化为三相对称的(如用对称分量法),因此,只要研究一相 的情况就可以了。 电力系统中元件的三相接线方式,有星形和三角形, 电力系统中元件的三相等值电路也有星形电路和三角形电路。 为了便于应用一相等值电路进行分析计算,要把三角形等值电路化 为星形等值电路。 等值电路中的参数是计及了其余两相影响(如相间互感等)的一相 等值参数
图 2-4带电的平行长导线
介质的介电系数ε 为常数时,空间任意点P 的电位可以利用叠加原理求得。 因此,当线电荷+q 和-q 同时存在时,它们共同对 P 点的电位的贡献为
选两线电荷等距离处(图中虚线)作为电位参考点,则有
分析导线 A的表面电位,此时 d1=r 和 d2= D-r,计及 D>> r ,可得
在近似计算中,可以认为每相各个线段单位长度 导线上的电荷都相等,而导线对地电位却不相等。 取a相电位为各段电位的平均值,并计及 qa+qb+qc=0,得
vaI vaII
2-1 架空输电线路的参数
输电线路的参数包括: 电阻r0:反映线路通过电流时产生 的有功功率损失; 电憾L0:反映载流导线产生的磁场 效应; 电导g0:反映线路带电时绝缘介质 中产生泄漏电流及导线附近空气游 离而产生的有功功率损失; 电容C0:反映带电导线周围电场效 应的。
图 2-1单位(每公里)长线路的一 相等值电路
电力系统分析--第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算

41
电力系统分析
[例2-6]三相三绕组降压变压器的型号为SFPSL120000/220,额定容量为120MVA/120MVA/60MVA, 额定电压为:220kV/121kV/11kV,求变压器归算到 220kV侧的参数,并作出等值电路。
PK (1 2 ) 601kW, PK (13) 182 .5kW , PK ( 23) 132 .5kW,U K (1 2 ) % 14 .85 U K (13) % 28 .25, U K ( 23) % 7.96, P0 135 k W, I 0 % 0.663
18
电力系统分析
2)具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗
19
电力系统分析
0 Deq La ln 2 Dsb
Deq x 2f N L 0.1445 lg Dsb km
Dsb为分裂导线的自几何均距,随分裂根数不同而变化。
2分裂导线: Dsb Ds d
3分裂导线: Dsb Ds d
11
电力系统分析
棒式绝缘子
12
电力系统分析
2.2.2电缆线路 导体 绝缘层 保护层
13
电力系统分析
架空输电线路参数有四个(图2-11) (1)电阻r0:反映线路通过电流时产生的有功功率 损耗效应。 (2)电感L0:反映载流导体的磁场效应。
图2-11
单位长线路的一相等值电路
14
电力系统分析
2. 电抗
根据变压器排列不同,对所提供的短路电压做些处理: 1 U k 1 % (U k (1 2 ) % U k (13) % U k ( 2 3) %) 2 1 U k 2 % (U k (1 2 ) % U k ( 23) % U k (13) %) 2 1 U k 3 % (U k (13) % U k ( 2 3) % U k (1 2 ) %) 2 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 2 2 2 U k1 %U N U k 2 %U N U k 3 %U N X T1 , XT 2 , XT3 100 S N 100 S N 100 S N 一般来说,所提供的短路电压百分比都是经过归算的
第二章 电网元件的等值电路和参数计算

第二章电网元件的等值电路和参数计算2-1 架空输电线路的参数2.1.0 概述•电阻:反映线路有功功率损失;•电感:反映载流导线产生磁场效应;•电导:反映泄漏电流及空气游离产生的有功损失;•电容:反映带电导线周围电场效应。
2.1.3 架空输电线路的电导在一般的电力系统计算中可忽略电晕损耗,即认为。
这是由于在设计时,通常按照避免电晕损耗的条件来选择导线的半径。
0g ≈2-2 架空输电线的等值电路2.2.0 概述电力线路按长度可分为:–短线路——L<100km的架空线或不长的电缆;–中长线路——L<100~300km的架空线或L<100km的电缆;–长线路——L>300km的架空线或L>100km的电缆;2.2.2 中长架空线路的等值电路电压在110~330kV的中长线路,电纳的影响不能忽略,等值电路一般有两种表示方法:П型和T型。
Note:П型和T型相互间不等值,不能用Δ—Y 变换。
2-3 变压器的等值电路和参数2.3.1 双绕组变压器等值电路将励磁支路移至电源测:由短路试验得到:由空载试验得到:%S S P V ∆短路损耗:短路电压:00%P I ∆空载损耗:空载电流:T T R X ⇒⇒T TG B ⇒⇒2.3.2 双绕组变压器的短路试验短路实验:将变压器的一绕组短路,另一绕组加电压,使短路绕组中的电流达到额定值,测绕组上的有功损耗ΔP S及短路电压ΔV S%。
2.3.2 双绕组变压器的空载试验空载实验:将变压器一绕组开路,另一绕组加上额定电压,测绕组中的空载损耗ΔP0和空载电流ΔI0%。
2.3.3三绕组变压器等值电路将励磁支路移至电源测:由短路试验得到:由空载试验得到:(12)(23)(13)(12)(23)(13)%%%S S S S S S P P P V V V −−−−−−∆∆∆短路损耗:、、短路电压:、、00%P I ∆空载损耗:空载电流:%Si Si P V ⇒∆⇒Ti Ti R X ⇒⇒13i =∼TTG B ⇒⇒2.3.3 三绕组变压器短路试验短路实验:将三绕组变压器任一绕组(如j)短路,在另一绕组) ,使短路绕组j中电流达其额定电(如i)加电压(Ui流(I),测i,j绕组间的短路损耗(∆P S(i-j))和短路jN电压降(ΔV S(i-j)%)。
【电力系统分析】第02章(1-2节) 电力系统各元件的等值电路和参数计算

本节学习要求
熟记计算公式和公式中各参数的含义、单 位。
学会查表计算线路等值参数电阻、电抗、 电导和电纳。
30
2-2 架空输电线路的等值电路
一、输电线路的方程式
长线的长度范围定义 架空线路:>300km 电缆线路:>100km
31
2-2 架空输电线路的等值电路
长线等值电路
z0 r0 jL0 r0 jx0 y0 g0 jC0 g0 jb0
影响因素:m1:材料表面光滑程度
m2:天气状况系数 空气的相对密度
2.89 103
p
材料半径
273 t
分裂情况
25
对于水平排列的线路,两根边线的电晕临界电压 比上式算得的值搞6%;而中间相导线的则低4%。
Vcr
49.3m1m2 r
lg
D r
kV
增大导线半径是减小电晕损耗的有效方法 220kV以下线路按照免电晕损耗选择导线半径 220kV以上采用分裂导线。
1
I 1
2
V 2
shl
Z c
2c
I Z chl 2c
36
ห้องสมุดไป่ตู้
将上述方程同二端口网络的通用方程相比 可得:
V1
AV
2
B
I2
I1 C V 2 D I2
A
D
ch
l,
B
Zc
sh
l和C
=
sh
Zc
l
输电线就是对称的无源二端口网络,并可用
对称的等值电路来表示。
37
线路的传播常数和波阻抗
对于高压架空线输电线
lg Deq r
(S/km)
• 分裂导线
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2.2 架空输电线的等值电路
集中参数元件:假定元器件伴随的电磁过程 都分别集中在各元件内部进行,这种元件就称为 集总参数元件,简称为集总元件。 当实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波 的波长时,即可用集总参数电路模型来近似地描 述实际电路。
长线路的等值电路 1)长距离输电线路的稳态方程 设长为l的输电线路其参数沿线均匀分布,单位长度阻抗和 导纳分别为 z1 r1 jx1 y1 g1 jb1 在距离线路末端x处取一微段dx。作出等值电路
o
o
mm2 / km mm2 / km
集肤效应又叫趋肤效应,当交变电流通过导体时, 电流将集中在导体表面流过,这种现象叫集肤效 应。是电流或电压以频率较高的电子在导体中传 导时,会聚集于总导体表层,而非平均分布于整个 导体的截面积中。 邻近效应——当高频电流在两导体中彼此反向流 动或在一个往复导体中流动时,电流会集中于导 体邻近侧流动的一种特殊的物理现象。 导体内电流密度因受邻近导体中电流的影响而分 布不均匀的现象。
2.1 架空输电线路的参数 2.1.1 输电线路 1.架空线 导线 避雷线 杆塔 绝缘子 金具
架空线路
金具
(1)导线和避雷线:电性能,机械强度,抗腐蚀能力; 主要材料:铝,铜,钢;例:LJ TJ LGJ
(2)杆塔 木塔:较少采用 铁塔:主要用于220kV及以上系统 钢筋混凝土杆:应用广泛
2.电感 三相导线排列对称(正三角形),则三相电感相等。 三相导线排列不对称,则进行整体循环换位后三 相电感相等。
1)单导线每相单位长度电感和电抗:
0 Deq La ln 2 Ds
x 2f N L 0.1445lg Deq Ds
1 4
km
式中:Deq为三相导线间的互几何均距,D 3 D D D eq 12 23 31
1 x 1 x x x (e e )U 2 (e e ) Z C I 2 U 2 chx Z C I 2 shx 2 2 (2-24)
1 (U Z I )ex 1 (U Z I )e x I 2 C 2 2 C 2 2 2
U C1ex C2e x
C1 I ZC
.
e
x
C2 ZC
e
x
C C2 I2 1 ZC
从而有
1 C1 (U 2 Z C I2 ) 2
1 C2 (U 2 Z C I2 ) 2
将此式代入式(2-22)、(2-23)中,便得
U
.
1 1 (U 2 Z C I 2 )ex (U 2 Z C I 2 )e x 2 2
1 shl C I1 Z C
2 chl I D 2
(2-27)
2)长输电线路的集中参数等值电路
. .
. .
I1
.
Z
Y 2
'
I2
Y 2
.
I1
.
I2
Y
'
U1
U2
U1
Z 2
Z 2
.
U2
长线路的等值电路 (a) П型等值电路;(b) Τ型等值电路
第二章 电力系统各元件的等值电路和参数计算
第一节 架空输电线路的参数 第二节 架空输电线路的等值电路
第三节
第四节
变压器的等值电路和参数
标幺值
2.1 架空输电线路的参数
电力系统分析和计算的一般过程 首先将待求物理系统进行分析简化,抽 象出等效电路(物理模型); 然后确定其数学模型,也就是说把待求 物理问题变成数学问题; 最后用各种数学方法进行求解,并对结 果进行分析。
z y
1
1
传播常数
z1
Z Z C shl
shl shl z1l Z KzZ l l 2(chl 1) 2(chl 1) y1 l 2(chl 1)Y KY Y Y shl l shl l Z shl z1 shl
Ds为导线的自几何均距 Ds re
r为导线的计算半径 实际多股绞线的自几何均距: 非铁磁材料的单股线:Ds=0.779r 非铁磁材料的多股线:Ds=(0.724~0.771)r 钢芯铝线: Ds=(0.77~0.9)r 在工程计算中,可以取架空线路的电抗为 0.40 / km
2)具有分裂导线的输电线路的等值电感和电抗
Z
Y 1 A 2
Z B
即 化简
Z
2( A 1) 2(chl 1) B Z C shl 令全线路总阻抗和总导纳分别为
Y 1 A 2
Z Z C shl
Y
z (r1 jx1 )l z1l
特性阻抗(定义) Z C
ZC
Y y1l
(l ) 2 z1 y1 2 ZY KZ 1 1 l 1 6 2 6 6 (l ) z1 y1 2 ZY KY 1 1 l 1 12 12 12
(2-35)
将z1=r1+jx1,y1= g1+jb1,以及G=g1l=0代入式(2-35)中, 展开后可得 Z 、Y 的近似计算公式
只研究П型等值电路,求 Z 、 Y
U Z ( I U Y ) U ( Z Y 1)U Z I 由等值电路(a) U1 2 2 2 1 2 2 2 2
依二端口网络方程 可得
U1 AU 2 BI 2
Z B
C
7.58 0.0241 b 106 S F / km 2f N C Deq Deq lg lg req req
Deq各相分裂导线重心间的几何均距。 req 一相导线组的等值半径。 对二分裂导线: req rd
req 3 rd 2 对三分裂导线:
对四分裂导线: req 1.09 4 rd 3
g1
Pg U2
103
( S / km)
Pg 电晕损耗有功功率 U 线电压
4 .等值电容和电纳 0.0241 6 (1)单导线:电容 C D 10 (F/km)
lg
eq
r
电纳
7.58 6 b 2f N C 10 (S km ) Deq lg r
(2)分裂导线
图2-1
单位长线路的一相等值电路
(3)电导g0 :线路带电时绝缘介质中产生的 泄漏电流及导体附近空气游离而产生有功功率 损耗。 (4)电容C0 :带电导体周围的电场效应。 输电线路的以上四个参数沿线路均匀分布。
图2-11
单位长线路的一相等值电路
1.电阻 有色金属导线单位长度的直流电阻: r /s 考虑如下三个因素: (1)交流集肤效应和邻近效应。 (2)绞线的实际长度比导线长度长2~3 %。 (3)导线的实际截面比标称截面略小。 因此交流电阻率比直流电阻率略为增大:铜:18.8 铝:31.5 精确计算时进行温度修正: rt r20 [1 (t 20)] 为温度系数: 铜: 0.003821 c / 铝: 0.00361 c /
1 x x 1 ( x x) I (e e )U 2 e e 2 2Z C 2 U2 shx I 2 chx ZC
(2-25)
式(2-24)、(2-25)又可写成矩阵形式 AD-BC=1 chx Z shx 二端口的外部特性可用3个参数确定,则该无源 C U 2 U 二端口可表示为3个阻抗(导纳)的组合 (2-26) shx chx I I ZC A=D ,符合对称二端口网络特点,输电线路可看成是对称无 2 源二端口。可用对称的T型或π型等值电路表示。 当x= l时,可得首端电压和电流的表达式 chl Z CB l sh U A U
0 Deq La ln 2 Dsb
x 2f N L 0.1445lg
Deq Dsb
km
Dsb为分裂导线的自几何均距,随分裂根数不同而变化。
2分裂导线:Dsb Ds d
3分裂导线:Dsb Ds d
3 4
2 3
4分裂导线:Dsb 1.09 Ds d
通常,d>>Ds,因此,分裂导线自几何均距Dsb比单导 线自几何均距Ds大,分裂导线的等值电感小。
110kv
架 空 线 路
(3)绝缘子 针式:10kV及以下线路
针式绝缘子
悬式绝缘子 主要用于35kV及以上系统,根据电压 等级的高低组成数目不同的绝缘子链。
棒式绝缘子 起到绝缘和横担的作用,应用于10~35kV农网。
2.电缆线路 导体 绝缘层 保护层
架空输电线路参数有四个 (1)电阻r0:反映线路通过电流时产生的有功 功率 损耗效应。 (2)电感L0:反映载流导体的磁场效应。
(2 16)
(2 17)
将式(2-16)对x微分,可得 d 2U (r1 jx1 )( g1 jb1 )U z1 y1U (2-20) dx 2 解此二阶常系数齐次微分方程,其通解为
U C1ex C2e x
将其微分后代入式(2-16),可得 C1 x C2 x I ZC e ZC e 式中 (r1 jx1 )( g1 jb1 )
长线路的均匀分布参数电路
dx微段串联阻抗中的电压降落为 dU I (r1 jx1 )dx
dx微段并联导纳中的支路电流为 dI (U dU )( g1 jb1 )dx
将以上两式分别变形为
略去二阶 微小量
dU I (r1 jx1 ) dx dI U ( g1 jb1 ) dx