电力系统各元件的参数和数学模型(李庚银新教材).pptx

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第二章第二章电力系统各元件电力系统各元件的参数和的参数和数学模型数学模型电力系统各元件？

电力系统各元件？

v是电力系统中生产、变换、输送、消费电能是电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大元件：

的四大元件：

v11.电力线路发电力线路发2.2.变压器变压器v33.电机组电机组44.负荷负荷各元件的特性？

各元件的特性？

v四个元件的四个元件的电气现象电气现象v四四个元件在电路里，个元件在电路里，电压、电流、功角电压、电流、功角、频频率、功率率、功率之间的关系之间的关系各元件的数学模型？

各元件的数学模型？

v将四个元件的电气特性将四个元件的电气特性用数学表达式表达用数学表达式表达用电路图表达用电路图表达目目录录v2.1元件的参数与数学模型元件的参数与数学模型电力线路的参数和数学模型电力线路的参数和数学模型电抗器的参数和数学模型电抗器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型变压器的参数和数学模型发电机、负荷的参数和数学模型发电机、负荷的参数和数学模型v2.2简单电力系统的等值网络简单电力系统的等值网络有名值电压级归算有名值电压级归算标幺值电压级归算标幺值电压级归算约定约定v电压是指线电压电压是指线电压v电流是指线电流电流是指线电流v功率是三相功率功率是三相功率v阻抗、导纳是单相的阻抗和导纳阻抗、导纳是单相的阻抗和导纳2.1.1电力线路电力线路的参数和数学模型的参数和数学模型v电力线路的结构电力线路的结构v电力线路的电力线路的阻抗阻抗v电力线路的电力线路的导纳导纳v电力线路的数学模型电力线路的数学模型电力电力线路线路结构结构v架空线路的结构架空线路的结构v

（1）导线）导线v

（2）避雷线）避雷线v（3）杆塔）杆塔v（4）绝缘子）绝缘子v（5）金具）金具v电缆线路的结构电缆线路的结构v

（1）导线）导线v

（2）绝缘层）绝缘层v（3）包护层）包护层架空线架空线架空架空线路的导线和避雷线线路的导线和避雷线v多股绞线，钢芯铝绞线多股绞线，钢芯铝绞线v扩径导线扩径导线v避雷线避雷线v多股导线，绞线多股导线，绞线，钢芯铝绞线钢芯铝绞线：

vLGJ400/50（钢（钢芯铝绞线芯铝绞线载流部分额定载流部分额定截面积截面积400，钢钢芯部分额定截面积芯部分额定截面积50）；）；vLGJJ（加强）；（加强）；vLGJQ（轻型）（轻型）v特点：

特点：

a.钢芯承载，拉伸；钢芯承载，拉伸；b.铝的导电性较铝的导电性较好；好；c.电流的集肤效应电流的集肤效应；钢芯铝绞线钢芯铝绞线钢芯铝绞线钢芯铝绞线钢芯铝绞线钢芯铝绞线扩径导线扩径导线v减小电晕损耗或电抗减小电晕损耗或电抗，增大截面积；，增大截面积；E正比于正比于1/R，场强与半径成反比，场强与半径成反比v图示，其结构为钢芯、高强聚乙烯支架（扩图示，其结构为钢芯、高强聚乙烯支架（扩径用）及两层径用）及两层“Z型型”铝股层铝股层。

用在用在1000KV特特高压输电高压输电扩径导线分裂导线分裂导线v也叫复导线，将每相导线分裂成很多根，也叫复导线，将每相导线分裂成很多根，并并将它们布置将它们布置在圆周在圆周上，电抗减小，电容增大上，电抗减小，电容增大三分裂导线示意图三分裂导线示意图四分裂导线间隔棒四分裂导线间隔棒八分裂导线八分裂导线在八分裂导线上安装间隔棒直升机巡检导线避雷线避雷线v一般都采用多股钢导线，如一般都采用多股钢导线，如GJ-50，GJ-70v作用是从被保护物体上方引导雷电通过，并作用是从被保护物体上方引导雷电通过，并安全泄人大地，防止雷电直击，减小在其保安全泄人大地，防止雷电直击，减小在其保护范围内的电器设备护范围内的电器设备（架空输电线路及通电设架空输电线路及通电设备备）和建筑物遭受直击雷的概率和建筑物遭受直击雷的概率绝缘子绝缘子v绝缘子起支撑、绝缘的作用绝缘子起支撑、绝缘的作用v绝缘子按结构可分为支持绝缘子、悬式绝缘绝缘子按结构可分为支持绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子子、防污型绝缘子和套管绝缘子v现在常用的绝缘子有：

现在常用的绝缘子有：

“陶瓷绝缘子陶瓷绝缘子”，“玻璃钢绝缘子玻璃钢绝缘子”，“合成绝缘子合成绝缘子”，“半导半导体绝缘子体绝缘子”陶瓷绝缘子陶瓷绝缘子盘形悬式钢化玻璃绝缘子盘形悬式钢化玻璃绝缘子绝缘子绝缘子绝缘子绝缘子架空架空线路的绝缘子线路的绝缘子绝缘子绝缘子片数与电压等级有关，规程规定如下表：

片数与电压等级有关，规程规定如下表：

35kv35kv线路线路60kv60kv线路线路110kv110kv线线路路220kv220kv线路线路330kv330kv线路线路500kv500kv线路线路不少于不少于3片片不少于不少于5片片不少于不少于7片片不少于不少于13片片不少于不少于19片片不少于不少于25片片架空架空线路为什么换位线路为什么换位v在高压输电线路上，当三相导线的排列不对在高压输电线路上，当三相导线的排列不对称时，各相导线的电抗就不相等。

即使三相称时，各相导线的电抗就不相等。

即使三相导线中通过对称负荷，各相中的电压降也不导线中通过对称负荷，各相中的电压降也不相同；另一方面由于三相导线不对称，相间相同；另一方面由于三相导线不对称，相间电容和各相对地电容也不相等，从而会有电容和各相对地电容也不相等，从而会有零零序电压序电压出现出现。

v为了减少三相参数的不平衡为了减少三相参数的不平衡架空线换位图架空线换位图1架空架空线路的换位问题线路的换位问题v如果不换位，如果不换位，a、b、c三相间的距离永远三相间的距离永远是是ab，bc小，小，ac大，影响电感；大，影响电感；v进行整换位循环后，进行整换位循环后，ab，bc，ca的距离的距离对称；对称；v现在，现在，500KV，750KV，1000KV都进行都进行换位。

换位。

架空线换位图架空线换位图2电缆电缆v电缆的适用范围电缆的适用范围v发电厂和变电站内部，以及在建筑物和居发电厂和变电站内部，以及在建筑物和居民密集的地区，交通道路两侧，穿过江河、民密集的地区，交通道路两侧，穿过江河、海峡时，均因地理位置的限制，不允许架设海峡时，均因地理位置的限制，不允许架设架空线，因此只能用电缆来输送电能。

架空线，因此只能用电缆来输送电能。

建设中的电缆沟宝钢分公司电缆隧道建设中的世博电缆隧道完工的世博电缆隧道电力电缆的优点电力电缆的优点v供电可靠供电可靠性高性高v安全安全v市容市容整齐美观整齐美观v不不受路面建筑物的受路面建筑物的影响影响v运行运行简单方便，维护工作少简单方便，维护工作少，费用，费用较低。

较低。

v电缆电缆的电容有助于提高功率因数的电容有助于提高功率因数电力电缆的缺点电力电缆的缺点v投资投资是架空线的是架空线的10倍倍v敷设敷设后不易变动，不易扩建后不易变动，不易扩建v线路线路连连接分支较困难接分支较困难v如果如果受外力破坏，寻找故障困难受外力破坏，寻找故障困难v出现出现故障时，一般为永久故障，因此不准装故障时，一般为永久故障，因此不准装自动重合闸自动重合闸v修理修理较困难，时间长，且费用较大。

较困难，时间长，且费用较大。

电缆结构电缆结构电缆分类电缆分类v充油电缆和交联聚氯乙烯电缆充油电缆和交联聚氯乙烯电缆v交联聚乙烯绝缘电力电缆是采用化学方法或交联聚乙烯绝缘电力电缆是采用化学方法或物理方法，使聚乙烯分子由线形分子结构转物理方法，使聚乙烯分子由线形分子结构转变为三维网状结构，由热塑性的聚乙烯变成变为三维网状结构，由热塑性的聚乙烯变成热同性的交联聚乙烯，从而提高了聚乙烯的热同性的交联聚乙烯，从而提高了聚乙烯的耐老化性能、机械性能和耐环境能力，并保耐老化性能、机械性能和耐环境能力，并保持了优良的电气持了优良的电气性能。

性能。

充油及交联聚氯乙烯电缆特点充油及交联聚氯乙烯电缆特点v充油电缆可靠性高、寿命长、运行维护简单，充油电缆可靠性高、寿命长、运行维护简单，但敷设安装难度较大，落差受到一定限制；但敷设安装难度较大，落差受到一定限制；交联电缆的电性能、耐热性较好，敷设安装交联电缆的电性能、耐热性较好，敷设安装方便，落差不受限制，但其长期运行可靠性方便，落差不受限制，但其长期运行可靠性和使用寿命还有待作进一步的验证和评价。

和使用寿命还有待作进一步的验证和评价。

数学模型数学模型v根据对研究对象所观察到的现象及实践经验根据对研究对象所观察到的现象及实践经验v归结成的一套反映其内部因素数量关系的数归结成的一套反映其内部因素数量关系的数学公式、逻辑准则和具体算法学公式、逻辑准则和具体算法v用以描述和研究客观现象的运动规律用以描述和研究客观现象的运动规律建立电力线路的数学模型步骤建立电力线路的数学模型步骤v研究电力线路有哪些电气现象研究电力线路有哪些电气现象v根据不同的电气现象，用不同的电气参数表根据不同的电气现象，用不同的电气参数表示示v用电气参数画等值电路用电气参数画等值电路v由等值电路列出数学表达式，完成数学建模由等值电路列出数学表达式，完成数学建模电力线路有哪些电气现象？

电力线路有哪些电气现象？

v电力线路通入电流，有电力线路通入电流，有发热发热的现象，这个现的现象，这个现象用什么电气参数表达？

象用什么电气参数表达？

v电力线路通入交流电，周围产生电力线路通入交流电，周围产生磁场磁场，这个，这个现象用什么电气参数表达现象用什么电气参数表达?

v电力线路与大地之间存在电力线路与大地之间存在充放电充放电现象，这个现象，这个现象用什么电气参数表达？

现象用什么电气参数表达？

v架空线有架空线有电晕电晕现象、有现象、有泄漏电流泄漏电流现象，用什现象，用什么电气参数表达？

么电气参数表达？

电力线路的四个参数电力线路的四个参数v阻抗阻抗电阻电阻电抗电抗v导纳导纳电导电导电纳电纳v电阻反映线路通过电流时产生有功功率损失的电阻反映线路通过电流时产生有功功率损失的效应效应v

（1）有色金属导线：

铝线、钢芯铝线和铜线）有色金属导线：

铝线、钢芯铝线和铜线v

（2）每相单位长度的电阻：

）每相单位长度的电阻：

vr1：

导线单位长度的电阻：

导线单位长度的电阻vS：

截面积：

截面积v：

电阻率（铝：

电阻率（铝：

31.5，铜：

，铜：

18.8）架空架空线路的电阻线路的电阻v（3）钢钢芯芯铝铝线线的的电电阻阻，由由于于可可只只考考虑虑主主要要载载流流部部分分铝铝线线部部分分的的载载流流作作用用，可认为与同样额定截面积的铝线相同可认为与同样额定截面积的铝线相同。

v（4）手手册册提提供供20摄摄氏氏度度时时的的电电阻阻。

如如果计算不是果计算不是20度时，要进行修正度时，要进行修正v电抗反映载流导线周围产生磁场效应电抗反映载流导线周围产生磁场效应vv;三相导线的几何平均距离三相导线的几何平均距离v注注意意：

（1）x1与与几几何何均均距距、导导线线半半径径之之间间为为对对数数关关系系，放放大大10倍倍，取取对对数数也也就就是是1，所所以以导导线线的的布布置置方方式式、导导线线的的截截面面积积大小对线路电抗没有显著影响；大小对线路电抗没有显著影响；v

（2）架空线路的电抗一般在）架空线路的电抗一般在0.4左右左右三相三相架空线路的电抗架空线路的电抗3.分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。

加了导线半径，从而减少了导线电抗。

三相三相架空线路的阻抗架空线路的阻抗v

（1）电阻：

钢导线导磁，交流电流流过钢导）电阻：

钢导线导磁，交流电流流过钢导线时，集肤效应和磁滞效应很突出；钢导线线时，集肤效应和磁滞效应很突出；钢导线的电阻不是常数，而为电流的函数；的电阻不是常数，而为电流的函数；v

（2）电抗：

单位长度外电抗）电抗：

单位长度外电抗+内电抗，查手内电抗，查手册册电缆电缆线路的阻抗线路的阻抗v很难用解析法很难用解析法求取求取，由制作厂提供，由制作厂提供，与与同同截截面积的架空线比，电阻稍大，电抗小得多，面积的架空线比，电阻稍大，电抗小得多，因为三相导体间距离小因为三相导体间距离小电力电力线路的导纳线路的导纳v电纳电纳v电导电导1、三相架空线路的电纳、三相架空