教学课件PPT电力系统各元件的特性和数学模型 67页

'电力系统各元件的特性和数学模型姜彤华北电力大学2008-01-147/25/20211 电力线路的结构导线避雷线绝缘子金具杆塔架空线路电缆线路电力线路导体绝缘层保护包皮7/25/20212 架空线路导线---传导电流，担任传送电能的任务。铝绞线，钢芯铝绞线，合金绞线、钢绞线避雷线---将雷电流引入大地，保护电力线路免遭直击雷的破坏杆塔---支撑导线和避雷线，使导线与导线、导线与大地保持一定的安全距离绝缘子---使导线和杆塔之间保持足够的绝缘距离金具---连接导线，使导线固定在绝缘子上，并将绝缘子固定在杆塔上。7/25/20213 导线和避雷线架空线路的材料------铜、铝和铝合金避雷线的材料------钢线钢芯铝绞线：LGJ-----普通钢芯铝绞线，铝/钢的截面比为5.3~6.1;LGJQ---轻型钢芯铝绞线,铝/钢的截面比为7.6~8.3;LGJJ---加强型钢芯铝绞线,铝/钢的截面比为4~4.5;例如：LGJ—240表示普通钢芯铝绞线，其铝部分的截面积为240mm2分裂导线的作用：减少导线的电晕损耗减少导线的电抗7/25/20214 杆塔木杆钢筋混凝土杆铁塔耐张杆塔(承力杆塔)直线杆塔(中间杆塔)转角杆塔终端杆塔特殊杆塔(跨越杆塔、换位杆塔)杆塔7/25/20215 换位定义：由于三相导线在杆塔上的排列常常是不对称的，将使三相导线的感性和容性电抗不对称，为此在线路上每隔一定距离将三相导线进行轮流变换位置，称为换位。目的：消除由于位置原因引起的不对称电抗因此消除产生的电流畸变7/25/20216 概念档距---架空线路相邻杆塔间的水平距离钢筋混凝土杆---150~400米（110KV~220KV）铁塔---150~500米弧垂---导线的最低点与悬挂点之间的垂直距离架空线对地的最小距离（居民区）：35~110KV---7米154~220KV---7.5米330KV---8.5米线间距离：380/220V：0.6~1米6~10KV：0.8~1.5米110KV：3~4.5米220KV：5~7.5330KV：6~10米7/25/20217 绝缘子材质：瓷质、玻璃质、硅橡胶架空线绝缘子：针式绝缘子：35KV及以下悬式绝缘子：35KV以上长度：35KV---------3片220KV------13片60KV--------5片330KV------19片110KV------7片500KV------24片7/25/20218 金具定义---组装架空线的各种金属部件的总称包括：悬垂线夹耐张线夹接续金具联结金具保护金具…...7/25/20219 输电线路的电气参数输电线路电阻发热效应电抗磁场效应电纳电场效应电导电晕和泄漏损耗7/25/202110 1、线路电阻使导线消耗有功并发热，造成电压降落。（Ω/km）r1-------每相导线单位长度的电阻，ρ------导体材料的电阻率S------导体的额定截面积7/25/202111 2、线路电抗当交流电流通过时，产生电抗压降并消耗无功功率。x1-----每相导线单位长度的电抗r------导线的半径n------导线的分裂数Djp-----三相导线的几何平均距离，简称几何均距（Ω/km）铜、铝导线钢导线与铜铝导线的主要差别在于钢导线导磁，以致它的两个与磁场之间或间接有关的参数——电阻和电抗，也与铜铝导线不同。钢导线的电阻和电控难以用分析方法决定，主要依靠实测。7/25/202112 几何均距主要与导线的具体布置有关任意布置：按等边三角形布置：按水平布置：注意：当三相导线为非正三角形布置时，由于各相导线相互间在几何位置上不对称，即使通过平衡的三相电流，三相中各相导线的感抗值也不相等，为使三相导线的感抗值相等，输电线路的各相导线必须进行换位。目前对电压在110KV以上，线路长度在100公里以上的输电线路一般均需要进行完全换位。7/25/202113 3、线路电纳由于输电线路运行时各相间和相对地间都存在电位差，因而相间和相对地间有电容存在。（S/km）b1-----每相单位长度的容纳一般架空线路的b1典型值为3*10-6（s/km）7/25/202114 4、线路电导电晕产生的原因：导线表面的电场强度高于产生电晕的临界电场强是强电场作用下导线周围空气的电离现象与导线本身有关，还与导线周围空气的条件有关电晕的危害：电晕不仅损耗有功功率，还产生噪音，空气放电时产生的脉冲电磁波对无线电通信、电视接收等产生干扰，使导线表面发生腐蚀，降低导线的使用寿命7/25/202115 电晕功率损耗电晕损耗功率与电压的平方成正比，线路实际运行电压高于电晕临界电压时，将发生电晕。这是，每相电晕损耗功率可按下式计算：ΔPc-----电晕损耗功率（kW/km）Uφ------线路实际运行相电压（kV）Ucr------电晕临界电压（kV）Kc------与空气相对密度、概率、导线的几何尺寸等有关的系数7/25/202116 线路电导输电线路在输送功率时，在周围的绝缘介质中还会产生电晕损耗和绝缘子串的泄露损耗。（S/km）g1----每相线路单位长度的电导ΔPg----三相线路每千米的三相总电晕损耗U----线路线电压7/25/202117 避免电晕的措施对不同电压等级的架空线限制其导线直径不小于某个最小值。（66KV及以下的架空线路不必校验其最小直径）采用分裂导线或扩径导线应该指出实际上，由于泄漏通常很小，而在设计线路时，就已经检验了所选导线的半径能否满足清凉天气不发生电晕的要求一般情况下都可以设g=0。7/25/202118 5、输电线路的等值电路说明：线路的四个参数实际上是沿线路均匀分布的，为简化计算，工程上按照线路的长度，将其分为短线路、中等长度线路、长线路，对短线路、中等长度线路，用集中参数等值电路表示，对长线路计及分布参数的特性。7/25/202119 1）短线路长度不超过100km的架空线路，线路电压不高时可略去电纳B，Z=R+jX7/25/202120 2）中等长度线路长度在100~300km之间的架空线和不超过100km的电缆线路。采用“Π”或“T”形等值电路表示。其中“Π”形等值电路在工程中的应用较广。7/25/202121 3）长线路长度超过300km的架空线路和长度超过100km的电缆线路。工程上如果只要求计算线路的始末端电压、电流和功率，仍可采用集中参数来表示，其中线路的总电阻、总电抗、总容纳用修正系数来修正。7/25/202122 变压器参数及等值电路7/25/202123 1、双绕组变压器的等值电路双绕组变压器的等值电路：用一相表示，反映励磁支路的导纳接在电源侧，有时为了简化计算，略去变压器的导纳。一字形等值电路Г形等值电路7/25/202124 电阻（一、二次绕组总的电阻）（Ω）ΔPKN----------变压器的额定短路容量，KW；SN-----------变压器的额定容量，MVA；UN-----------变压器的额定电压，KV。7/25/202125 电抗（一、二次绕组总的电抗）（Ω）UK%为短路电压百分值7/25/202126 电导（铁芯损耗）（S）ΔP0----------变压器的空载损耗，KW；UN----------变压器的额定电压，KV。7/25/202127 电纳（励磁特性）（S）I0%为变压器空载电流百分值注意：上述计算结果是指归算到某一电压侧的值，公式中代入哪一侧的电压，就是归算到哪一侧的参数。7/25/202128 2、电力变压器的结构及铭牌参数变压器的型式：普通、自耦变、分裂变油浸式、干式三相、单相双绕组、三绕组有载调压、普通(不能有载调压)接线组别冷却方式7/25/202129 电力变压器结构结构：铁芯、绕组、油箱、引出线、绝缘套管、分接开关、冷却系统、保护装置铭牌参数：额定容量、额定电压、短路电压百分值、空载电流百分值、短路损耗、空载损耗等7/25/202130 其中产品型号如下所示。变压器型号产品型号高压绕组电压等级(KV)额定容量（kVA）设计序号7/25/202131 变压器产品型号相数，单相D，三相S绕组外绝缘介质，变压器油，空气G（K），成型固体C冷却方式，油浸自冷（J），空气自冷，风冷F，水冷W（S）油循环方式，自然循环，强迫油导向循环D，强迫油循环P绕组数，双绕组，三绕组S调压方式，无激磁调压，有载调压Z绕组导线型号，铜，铝（L）绕组耦合方式，自耦O注：自耦变作升压用时，O列在型号后，作降压用时O列在型号前7/25/202132 变压器型号举例ODFPSZ-250000/500OSFPSZ-360000/500SFP-300000/500SSP3-180000/220SFPZ7-20000/220SFPS1-180000/220SSPSO3-120000/2207/25/202133 变压器的短路试验将一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压，使短路一侧的电流达到额定电流，此时，测得变压器的有功功率损耗为短路损耗。短路损耗由于短路试验时施加的电压比额定电压小得多，故铁损很小可略去不计，则短路损耗近似等于变压器的绕组通过额定电流时在一、二次绕组电阻上产生的铜损，由此可计算变压器的一、二次绕组的等值电阻。短路电压百分数变压器绕组中通过额定电流时在阻抗上产生的电压降相对于额定电压的百分数，由于大型变压器的电抗远大于电阻，由此可计算变压器的一、二次绕组的总的等值电抗。7/25/202134 变压器的空载试验变压器的一侧开路，另一侧加额定电压，测得变压器的有功损耗即空载损耗，空载电流对额定电流的百分数即空载电流百分数。空载损耗空载电流相对于额定电流小得多，空载时绕组上的功率损耗很小，因此近似认为变压器的空载损耗为铁芯损耗，用电导表示，故由空载损耗可计算变压器的等值电导。空载电流百分数变压器的空载电流中包含有功分量和无功分量，与空载损耗对应的是有功分量，与励磁功率对应的是无功分量，由于有功分量很小，因而无功分量和空载电流近似相等，由此可计算表示变压器励磁特性的参数电纳。7/25/202135 电力系统的负荷类型负荷---用户的用电设备所消耗的功率称为负荷，也称电力系统综合用电负荷。用电设备包括：异步电动机、同步电动机、电热炉、整流设备、照明设备等。负荷曲线---某一时间段内用电负荷随时间变化的曲线图。7/25/202136 负荷曲线的种类有功负荷曲线日负荷曲线无功负荷曲线年负荷曲线用户负荷曲线电力线路负荷曲线变电所负荷曲线发电厂负荷曲线电力系统负荷曲线√√7/25/202137 有功日负荷曲线（折线法）几个名词：日最小负荷尖峰负荷或最大负荷最小负荷以下的负荷最大与最小负荷之差用途：是系统调度部门安排电能生产计划的基础7/25/202138 有功日负荷曲线（阶梯法）7/25/202139 日负荷曲线根据日负荷曲线可以计算用户的日用电量进而可以求出日平均负荷7/25/202140 日负荷曲线负荷率——反映负荷曲线的起伏情况负荷率值越小，表明负荷曲线起伏越大，发电机的利用率较差。负荷率值越大，说明曲线越接近直线，一天各时段负荷波动小。日平均负荷日最大负荷7/25/202141 日负荷曲线负荷曲线对电力系统有很重要的意义，它是安排日发电计划，确定各发电厂发电任务以及确定系统运行方式等的重要依据。每日的最大负荷不尽相同，一般是年初底，年末高。夏季小于冬季。把每天的最大负荷抽取出来按年绘成曲线，成为年最大负荷曲线。7/25/202142 年最大负荷曲线用途：安排各发电厂检修计划的依据；安排新装机组计划的依据7/25/202143 年持续负荷曲线把一年内每个小时的负荷按其大小为先后排列而成。用于安排发电计划及可靠性估计。7/25/202144 年持续负荷曲线按年最大负荷曲线可求出全年电能消耗量最大负荷利用时间不同性质的用户、不同生产班次，最大负荷利用时间不同，根据运行经验可以得到一个大致的范围。7/25/202145 最大负荷利用小时数若已知某一类用户的最大负荷，可以从表中查处相应的最大负荷利用时间来求出该类用户全年用电量的近似值。负荷类型Tmax(h)负荷类型Tmax(h)照明及生活用电2000－3000三班制企业6000－7000一班制企业1500－2200农业用电1000－1500二班制企业3000－45007/25/202146 负荷的数学模型电力系统的基本计算中，负荷是一个重要的变量。负荷模型分类：恒阻抗模型、异步电动机模型、静态负荷模型静态负荷模型：恒阻抗恒电流恒功率7/25/202147 忽略负荷随电压和频率的变化单相负荷三相负荷采用恒功率方式表示负荷（容性）（容性）（感性）（感性）7/25/202148 有功负荷（kW或MW）无功负荷(kvar或Mvar)视在功率(kVA或MVA)注意：式中,U----线电压，I---线电流负荷功率与电压电流的关系7/25/202149 标幺值与标幺制电力系统计算方法：有名制、标幺制。采用标幺值的目的是为了简化计算和便于对计算结果作出分析和评价。什么是标幺值？一个物理量的标幺值定义：7/25/202150 一个物理量的标么值标幺值实际上是一个相对值，确定一个物理量的标幺值首先要选定基准值，同一个物理量，如果基准值选择不同，标幺值将不同。电压、电流、功率、阻抗、导纳的标幺值计算如下：7/25/202151 标幺值计算7/25/202152 基准值选择基准值的选择原则上是任意的，通常选该设备的额定值作为基准值或全系统选取一个便于计算的共同基准值，各量之间应服从功率方程和电路的欧姆定律。7/25/202153 基准值选择在电力系统三相电路的分析计算中，习惯采用线电压、线电流、三相功率和一相等值阻抗，各物理量之间满足以下关系：7/25/202154 各物理量基准值之间的关系与实际有名值之间的关系相同，因此在标幺制中有：结论三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同；线电压和相电压的标幺值相同；三相功率和单相功率的标幺值相同。标么值之间的关系7/25/202155 基准值的选取实际计算中，通常先选定三相视在功率和线电压的基准Sj和Uj，再计算其余三个量的基准Ij、Zj、Yj：注意：单一电压级网络的标幺值等值电路，其各元件的标幺值阻抗，必须是在同一个基准值下计算出来的。7/25/202156 功率和电压基值的选取习惯功率基值100MVA或1000MVA电压基值设备的额定电压电力网的平均电压考虑线路首端变压器二次侧电压比线路额定电压高10%，而接在线路末端的变压器一次侧电压等于线路额定电压，这两个值的平均值作为电力网的平均电压7/25/202157 电力网额定电压与平均电压UN(kV)0.383610Uav(kV)0.43.156.310.5UN(kV)35110220330Uav(kV)371152303457/25/202158 不同基准值的标幺值之间的换算在进行电力系统计算时，须将原来的以本身额定值为基准的各元件的阻抗标幺值换算成统一基准值的标幺值。换算公式如下：若统一基准为Sj和Uj7/25/202159 其他量的标么值计算除去电压、电流、功率、阻抗这些量需要用标么值表示之外，计算过程中还会遇到频率、角速度、时间等量也需要表示成标么值。令7/25/202160 采用标幺制的优点三相计算公式与单相计算公式一致。省去了倍的常数，不必考虑相、线的差别。多级电压网中可避免按变比来回归算。在精确法中，只需对基准电压归算一次。而在近似计算中则不必归算，使计算大大简化。使各型号的设备参数便于比较，易于识别设备的性能。不同型号的发电机、变压器参数有名值差别很大，而用标么值表示后就比较接近。容易对计算结果做分析、比较和判断。例如，电压幅值应该都在1附近，过大或过小都说明计算有误。7/25/202161 采用标么值的缺点无量纲物理概念不直观。但是，因为标么值计算既减少了换算过程，而且编写程序比较统一，对与交流系统计算很有好处。因此，商业软件中，系统分析的软件内部实现都采用标么值参数。7/25/202162 变压器π型等值模型在以上的讨论中，不论采用有名值或标幺值，凡涉及变压器的多级网络计算，都必须将网络中所有参数和变量归算到同一电压等级，这是因为以Γ型或Τ型等值电路作为变压器模型时，这些等值电路模型并不能体现变压器实际具有的电压变换功能。书上P84-85，图2-54。7/25/202163 电力系统等值网络1、计算节点注入功率同一节点所有电源功率和所有负荷功率按复数求和，规定注入节点为正方向。2、将接在同一节点的所有对地导纳支路合并为一个接地支路。3、将变压器支路用π型等值电路代替。见P112图5-47/25/202164 多电压级网络标幺值等值电路的建立精确法：首先选取某一个电压等级为基本级，并决定这个基本级的基准电压和基准功率，然后按下列两种途径求标幺值。1）已知按变压器的实际变比归算到基本级的阻抗、导纳、电压、电流的有名值，按标幺值的定义，除以基本级的基准值。2）已知网络中未归算的各元件的阻抗、导纳、电压、电流的有名值，按标幺值的定义，除以按变压器的实际变比由基本级归算到这些元件所在电压级的阻抗、导纳、电压、电流的基准值。7/25/202165 作业1、架空输电线路由哪几部分组成？2、架空线路换位的目的是什么？3、架空线路导线分裂的优点是什么？4、电力系统的日负荷曲线、年最大负荷曲线的主要用途是什么？5、型号为SFP-300000/500、OSFPSZ-360000/500、SFPZ7-20000/220、SFPS1-180000/220的变压器，其高压绕组的电压等级和额定容量分别为多少？6、已知铜芯导线，电阻率为ρ=31.5Ω.mm2/km，导体部分的截面积s=400mm2，导线的半径为r=13.8mm，分裂数n=2，几何均距为Djp=6800mm，线路长度为L=150km，试计算线路电阻、电抗、电导、电纳（假设线路不发生电晕）。7/25/202166 作业（续）7、计算双绕组变压器的参数并作出其г型等值电路。已知容量为31500kVA，额定电压为121/10.5kV，Pk=20kW，Uk%=10.5，P0=10kW，I0%=0.5。8、支路12中的阻抗为Z，在其中加入一理想变压器，其变比分别如图所示。请作出它们的п型等值电路。7/25/202167'