电力系统元件的序参数
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3电力系统元件参数及等值电路电力系统的元件参数和等值电路是电力系统中至关重要的部分,它们决定了电力系统的性能和运行稳定性。
在电力系统中,主要的元件包括变压器、发电机、电力线路、开关设备等,这些元件各自具有不同的参数和等值电路模型。
下面将介绍电力系统中常见的元件参数以及它们的等值电路模型。
1.变压器变压器是电力系统中常见的元件之一,它主要用于改变电压的大小。
变压器的参数包括变比、额定功率、绕组电阻、绕组电感等。
变压器的等值电路模型通常包括两个绕组,每个绕组都包含一个电阻和一个电感。
变压器的等值电路模型可以用来计算电流、功率损耗等。
2.发电机发电机是用来将机械能转化为电能的设备,它的参数包括额定功率、功率因数、电压、电流等。
发电机的等值电路模型通常包括一个电动势、一个串联阻抗和一个并联电导。
发电机的等值电路模型可以用来计算电压、电流、功率输出等。
3.电力线路电力线路是电力系统中用来传输电能的设备,它的参数包括线路长度、线路电阻、线路电抗等。
电力线路的等值电路模型通常包括一个串联电阻和一个并联电抗。
电力线路的等值电路模型可以用来计算电压降、损耗功率等。
4.开关设备开关设备是电力系统中用来控制电路通断的设备,它的参数包括额定电流、额定电压、动作特性等。
开关设备的等值电路模型通常包括一个串联电阻和一个并联电容。
开关设备的等值电路模型可以用来计算电流、电压、功率损耗等。
总结来说,电力系统中的元件参数和等值电路是电力系统设计和运行的基础。
了解各个元件的参数和等值电路模型,可以帮助工程师设计和分析电力系统,确保其正常运行和稳定性。
同时,不同元件之间的参数和等值电路模型之间也需要考虑其相互影响,以确保整个电力系统的协调运行。
因此,对电力系统中的元件参数和等值电路模型有深入的了解是非常重要的。
对称分量法及元件的序模型与参数Symmetrical Components Method,Sequence ModelAnd Parameters第17讲问题1、计算电力系统三相不对称故障的总体思路?2、如何将相分量分解为正序、负序、零序分量之和?3、正常电力系统如何对正序、负序、零序三序解耦?4、发电机、线路的正序、负序、零序等值参数的定义及等值电路5、中性点上的阻抗对发电机或负荷的正序、负序、零序阻抗有什么影响?6、如何根据变压器的连接组别确定其零序等值电路?如何计算不对称短路故障?1、对于三相短路(对称短路),可用一相代表三相进行计算,采用相量分析方法,非常简单。
2、对于不对称故障,无法用一相代替三相,因而计算复杂,必须寻求新的方法。
单相短路无法用一相代替三相,如何求解?1、对称分量法(Symmetrical Components)•不对称故障后电力系统的特点•对称分量法•正序、负序、零序分量(Positive, Negative and Zero Sequence Components)等值2、各序分量对对称电力系统的作用•正常电力系统元件的对称性;三相参数完全相同三相参数循环(旋转)对称由这些元件连接成的电力系统是三相对称的。
•各序分量电量作用于对称系统的性质各序分量作用于对称系统的性质稳态分析中已有的结论:1、三相对称的网络注入三相正序电流,节点上只产生三相正序电压;三相正序电压施加在三相对称的网络只产生三相正序电流。
发电机正序电压加到电力网上,只产生正序电压与正序电流推测的结论:2、三相对称的网络注入三相负序电流,节点上只产生三相负序电压;三相负序电压施加在三相对称的网络只产生三相负序电流。
3、三相对称的网络注入三相零序电流,节点上只产生三相零序电压;三相零序电压施加在三相对称的网络只产生三相零序电流。
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡222222222222222222222)()()(a s n ma m s n a n m s a s a n a m a m a s a n a n a m a s cb a s n mm s n n m s c b a I a Z a Z Z I a Z a Z Z I a Z a Z Z I a Z I a Z I Z I a Z I a Z I Z I a Z I a Z I Z I I I Z Z Z Z Z Z Z Z Z U U U 如对称矩阵加负序电流,产生的电压为所以ac a b U a U U a U ==,2负序电流产生的电压为负序电压!⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡000000000000000)()()(a s n m a m s n a n m s a s a n a m a m a s a n a n a m a s c b a s n mm s n n m s c b a I Z Z Z I Z Z Z I Z Z Z I Z I Z I Z I Z I Z I Z I Z I Z I Z I I I Z Z Z Z Z Z Z Z Z U U U 对称矩阵加零序电流,产生的电压为所以ab c U U U ==零序电流产生的电压为零序电压!定理2正序量作用于对称系统后只产生正序量;负序量作用于对称系统后只产生负序量;零序量作用于对称系统后只产生零序量;三种分量对对称电力系统相互独立,互相解耦。
1、有发电厂中的电气部分、各类变电所、输配电线路及各种类型的用电器组成的整体,称为电力系统2、按电压等级的高低,电力网可分为:1低压电网(<1kv)2中低电网(1<V<10kv)3高压网(35kv<V<220kv)4、超高电网(330~750KV)5、特高压网(V>1000kv)3、负荷的分类:1.按物理性能分:有功负荷、无功负荷 2.按电力生产与销售过程分:发电负荷、供电负荷、和用电负荷 3.按用户性质分:工业、农业、交通运输业和人民生活用电负荷 4.按负荷对供电的可靠性分:一级、二级、三级负荷4、我国电力系统常用的4种接地方式:1.中性点接地 2.中性点经消弧线圈接地3.中性点直接接地 4.中性点经电阻的电抗接地小电流接地方式:(1.2)优点:①可靠性能高②单相接地时,不易造成人身或轻微轻微的人身和设备安全事故缺点:经济性差、容易引起谐振,危及电网的安全运行。
大接地电流方式:(3.4)优点:①能快速的切除故障、安全性能好②经济性好。
缺点:系统供电可靠性差(任何一处故障全跳)5、消弧线圈的工作原理:在单相接地时,可以线圈的电流Il补偿接地点的容性电流消除接地的不利影响补偿方式:①全补偿:Ik=Il时,Ie=0.容易发生谐振,一般不用②负补偿,Il< Ik时,Ie为纯容性,易产生谐振过电压③过补偿:Il>Ik时,Ie为纯感性,一般都采用过电压法。
6、架空线路的组成:①导线、②避雷线、③杆塔、④绝缘子、⑤金具7、电力网的参数一般分为两类:一类是由元件结构和特性所决定的参数,称为网络参数,如R、G、L等;另一类是系统的运行状态所决定的参数,称为运行参数,如I、V、P等。
8、分裂导线用在什么场合,有什么用处?一般用在大于350kv的架空线路中。
可避免电晕的产生和增大传输容量。
9、导线是用来反映的架空线路的泄漏电流和电晕所引起的有功损耗的参数。
10、三绕组变压器的绕组排列方式:①中、高、低②低、中、高排列原则:①高压绕组电压高,故绝缘要求也高,一般在最外层、②升压变压器一般采用:---- 1、标么值:是指实际有名值与基准值得的比值。
当前世界上的交流电力系统一般都是ABC三相的,而电力系统的正序,负序,零序分量便是根据ABC三相的顺序来定的。
正序:A相领先B相120度,B相领先C相120度,C相领先A相120度。
负序:A相落后B相120度,B相落后C相120度,C相落后A相120度。
零序:ABC三相相位相同,哪一相也不领先,也不落后。
系统里面什么时候分别用到什么保护?三相短路故障和正常运行时,系统里面是正序。
单相接地故障时候,系统有正序负序和零序分量。
两相短路故障时候,系统有正序和负序分量。
两相短路接地故障时,系统有正序负序和零序分量。
1、零序电流:在三相四线电路中,三相电流的相量和等于零,即Ia+Ib+IC=0 如果在三相四线中接入一个电流互感器,这时感应电流为零。
当电路中发生触电或漏电故障时,回路中有漏电电流流过,这时穿过互感器的三相电流相量和不等零,其相量和为:Ia+Ib+Ic=I(漏电电流)这样互感器二次线圈中就有一个感应电压,此电压加于检测部分的电子放大电路,与保护区装置预定动作电流值相比较,如大于动作电流,即使灵敏继电器动作,作用于执行元件掉闸。
这里所接的互感器称为零序电流互感器,三相电流的相量和不等于零,所产生的电流即为零序电流。
2、零序电抗:零序参数(阻抗)与网络结构,特别是和变压器的接线方式及中性点接地方式有关。
一般情况下,零序参数(阻抗)及零序网络结构与正、负序网络不一样。
对于变压器,零序电抗则与其结构(三个单相变压器组还是三柱变压器)、绕组的连接(△或Y)和接地与否等有关。
当三相变压器的一侧接成三角形或中性点不接地的星形时,从这一侧来看,变压器的零序电抗总是无穷大的。
因为不管另一侧的接法如何,在这一侧加以零序电压时,总不能把零序电流送入变压器。
所以只有当变压器的绕组接成星形,并且中性点接地时,从这星形侧来看变压器,零序电抗才是有限的(虽然有时还是很大的)。
对于输电线路,零序电抗与平行线路的回路数,有无架空地线及地线的导电性能等因素有关。
第四章 对称分量法及元件的各序参数和等值电路第一节 对称分量法• 三个不对称相量可用三组对称相量来表示⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡•⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡)0()2()1(2211111a a a c b aF F F a a a a F F F S P F T F •= • 三个不对称相量可以分解为三组对称相量⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡•⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a a a a F F F a a a a F F F 111113122)0()2()1( P S F T F •=-1 特点1:对称分量具有明确的物理意义第二节 在不对称故障分析中的应用一.三相阻抗的对称分量三相静止对称元件:三相对称:scc bb aa z z z z ===,mac bc ab z z z z ===支路电压方程:缩写为: p p p I z U =∆ 作变换: p pp I T T z T U T 111---•=∆ ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆c b a s mm m s m m m sc b a cc cb ca bc bb ba ac ab aa c b a I I Iz z z z z z z z z I I I z z z z z z z z z U U U得:s s p I z U =∆其中: ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--==-m s m s ms p s z z z z z z T z T z 20000001以序分量表示的支路电压方程为:⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡•⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡•⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆)0()2()1()0()2()1()0()2()1()0()92)1(0000002000000a a a a a a m s m s ms a a a I I I z z z I I I z z z z z z U U U 三相对称系统对称分量变换为三个互不耦合的正、负、零序系统。
7.2 电力系统元件的序参数7.2.1 发电机的负序和零序电抗1.同步发电机的负序电抗当电力网络发生了不对称短路,不对称的三相基频短路电流可以分解为正、负、零序电流分量,这些电流分量将产生不同的磁场,其中负序电流产生的磁场将在定、转子绕组中产生许多高次谐波电流,其电磁过程十分复杂,使精确确定发电机的负序阻抗很困难。
在工程上通常忽略发电机定子绕组的电阻,对负序电抗定义为施加在发电机端点的负序电压同步频率分量与流入定子绕组负序电流同步频率分量的比值。
按这样的定义,当短路类型不同,同步发电机的负序电抗有不同的值,如表7-1所示。
表7-1 同步发电机的负序电抗表中,为同步发电机的零序电抗。
从表7-1可见,当,则负序电抗,即同步发电机的负序电抗与短路类型无关。
当同步发电机经外电抗短路时,表7-1中所有各电抗、都应以、代替,发电机转子不对称的影响被削弱。
实际的电力系统,短路大多是发生在输电线路上,所以在不对称短路电流计算中,可以近似认为同步发电机的负序电抗与短路类型无关,其具体的数值一般由制造厂提供,也可按下式估算。
对于汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机(7-13)对于无阻尼绕组的水轮发电机(7-14)2.同步发电机的零序电抗同步发电机的零序电抗定义为:施加在发电机端点的零序电压同步频率分量与流入定子绕组的零序电流同步频率分量的比值。
当三相定子绕组通以三相零序电流时,在三相定子绕组中产生大小相等、方向相同、空间相差120o的脉振磁场,它们在气隙中的合成磁场为零。
因此,同步发电机定子绕组中的零序电流只产生定子漏磁通,与此漏磁通相对应的电抗就是零序电抗。
但应注意,零序电流产生的漏磁通与正序电流产生的漏磁通往往不同,其差别和定子绕组的型式有关。
实际上,零序电流产生的漏磁通较正序的要小些,其数值范围大致为(7-15)表7-2列出了不同类型同步电机的和表7-2 国产同步电机的负序、零序电抗平均值序号元件名称1 无阻尼绕组的水轮发电机0.45 0.112 有阻尼绕组的水轮发电机0.215 0.0953 容量为50MW及以下的汽轮发电机0.175 0.0754 100MW及125MW汽轮发电机0.210 0.085 200MW汽轮发电机0.175 0.0856 300MW汽轮发电机0.198 0.0847 同步调相机0.165 0.0858 同步电动机0.160 0.0807.2.2 异步电动机的负序电抗和零序电抗异步电动机的等值电路在电机学已讲过,如图7-5(a)所示。
图中参数均已归算至定子侧,其中(,式中、为同步转速和异步转速),电阻则是对应于电动机机械功率的等值电阻,而为异步电动机的转速。
设异步电动机正常运行时的转差率为,当异步电动机的定子绕组通以负序电流同步频率分量时,转子对定子负序旋转磁场的转差率为2-,因此,异步电动机的负序参数应由转差率2-来确定。
图7-5(b)示出了异步电动机的负序等值电路(图中略去了励磁电阻)。
图中以2-代替了正序等值电路中的,对应于电动机机械功率的等值电阻也由正序电路中的改变为,负号说明在正序网络中对应于这个电阻的机械功率产生的是驱动转矩,而在负序网络中则是制动转矩。
图7-5异步电动机的等值电路(a) 正序等值电路;(b) 负序等值电路当系统发生不对称短路时,电动机端点三相电压不对称,可将其分解为正、负、零序电压。
正序电压低于正常运行时的值,使电动机驱动转矩减小;负序电压又产生制动转矩。
这就使电动机转速下降,甚至失速、停转。
转差率随着转速下降而增大,电动机停转时=1。
转速下降越多,等值电路中()越接近于零。
此时相当于将转子绕组短接,略去各绕组电阻并假设励磁电抗,则异步电动机的负序电抗为(7-16)即异步电动机的负序电抗等于它的次暂态电抗。
异步电动机的三相定子绕组通常接成三角形或不接地星形,从而即使在端点施加零序电压,定子绕组中也无零序电流流通,也就是说异步电动机的零序电抗。
7.2.3 变压器的零序参数和等值电路变压器原、副绕组间的电磁关系与电流的序别无关,因此变压器的负序和零序等值电路与正序相同。
本节仅讨论变压器的T型等值电路。
由于变压器各相漏磁通独立,绕组的漏抗决定于漏磁通路径上的磁导,因此绕组漏抗也与电流的序别无关,即负序和零序漏电抗等于正序漏电抗。
变压器励磁电抗决定于主磁通路径上的磁导,正、负序主磁通的路径与铁芯结构无关,而零序主磁通的路径则与变压器的铁芯结构有关,不同铁芯结构的变压器,励磁电抗是不同的。
因此,零序励磁电抗与正、负序励磁电抗不一定相等。
综上所述,变压器的负序等值电路和负序等值阻抗与正序的完全相同,而零序等值电路形式虽与正序相同,但是在变压器中有无零序阻抗以及零序阻抗的大小,决定于变压器三相绕组的接线方式和变压器的铁芯结构。
在变压器的等值电路中具有零序电流通路的部分才具有零序阻抗,否则认为零序阻抗无穷大。
由于变压器绕组的电阻远小于电抗,下面仅对忽略绕组电阻时,不同类型的变压器,各种绕组接线方式的零序电抗和零序等值电路分别进行讨论。
1.双绕组变压器的零序电抗和等值电路当在双绕组变压器的不接地星形侧或三角形侧施加零序电压时,无论另一侧是何种接线方式,变压器中都无零序电流的通路,这时变压器零序电抗。
当在双绕组变压器的接地星形侧施加零序电压,此时三相绕组中大小相等,方向相同的零序电流经中性点流入大地构成回路。
但另一侧是否有零序电流,取决于该侧绕组的接线方式,现分述如下。
(1)接线变压器当变压器侧各相绕组流过零序电流时,将在侧各相绕组中感应出三个大小相等、方向相同的零序电势,由于三相阻抗相等,在侧各个绕组中的电流必然也大小相等、方向相同,即,它们在三角形绕组中形成环流,而流不到绕组外的线路上去,如图7-6所示,即零序电流对外电路视作开路。
图7-6 接线变压器侧的零序环流从图7-6看出,各相绕组的零序电势与该相绕组的漏抗压降平衡,即、、,a、b、c三点是等位点,其零序电位与中性点电位相同,在等值电路中可用接地符号表示。
这种情况,相当于在零序网络中三角形绕组端点三相短路,其零序等值电路应与变压器二次侧短路时的电路相同。
由于零序系统是对称系统,变压器零序等值电路也可以用一相表示,如图7-7(b)所示。
根据变压器的零序等值电路可得零序等值电抗为(7-17)式中,、分别为原、副绕组的漏电抗,为零序励磁电抗。
(a) 零序电流回路 (b) 零序等值电路图7-7 接线变压器的零序等值电路如果变压器侧中性点经电抗接地,如图7-8(a)所示,则有流过,为在单相等值电路中表达其值为的中性点电位,中性点与地间应接入的等值电抗。
这时变压器的零序等值电路如图7-8(b)所示。
从图7-8(b)中得零序等值电抗为(a) 零序电流回路 (b) 零序等值电路图7-8 中性点经电抗接地的接线变压器的零序等值电路(7-18)(2)接线变压器变压器的侧流过零序电流时,侧各相绕组中将感应零序电势,但因侧中性点不接地,零序电流没有通路,因此侧无零序电流,如图7-9(a)所示,变压器相当于空载,得零序等值电路如图7-9(b)所示。
从图7-9(b)可得零序等值电抗为(4-94)(a) 零序电流回路 (b) 零序等值电路图7-9 接线变压器的零序等值电路(3) 接线变压器当变压器一次侧绕组中流过零序电流时,二次侧各相绕组中将感应零序电势。
在电力系统中变压器二次侧均需与外电路相连,因此二次侧绕组中是否有零序电流的通路,要看外电路的接线情况。
1)除变压器本身的接地中性点以外,电路无其它接地中性点,则变压器二次侧无零序电流通路,此时零序等值电路和零序电抗与接线变压器相同。
2)外电路中至少有一个接地中性点,构成了零序电流的通路,此时零序电流的流通情况和变压器等值电路如图7-10所示。
从图7-10(b)可见在变压器二次侧,零序电流通过外电路的电抗X并经中性点流入大地形成回路。
从变压器的一次侧观察到的零序等值电抗为(7-19)(a) 零序电流回路 (b) 零序等值电路图7-10 接线变压器的零序等值电路从各变压器零序电抗的表达式可以看出,的大小与零序励磁电抗有很大关系,而的数值与变压器的铁芯结构有关,下面分别进行讨论。
1)由三个单相变压器组成的三相变压器组,各相磁路独立,零序主磁通和正序主磁通一样,按相在铁芯中形成回路,如图7-11(a)所示,因而各相励磁电抗相等。
由于主磁通在铁芯中闭合,磁导很大,零序励磁电抗的数值很大,与变压器漏抗相比较时,可以近似认为。
图7-11 变压器零序主磁通的磁路(a) 三个单相的组成;(b) 三相四柱式;(c) 三相三柱式2)三相四柱式和铁壳式变压器,零序主磁通可以通过没有绕组的铁芯部分形成回路,如图7-11(b),零序励磁电抗也很大,,可近似认为。
以上几种铁芯结构的变压器,励磁支路可以近似看作开路,零序电抗的计算得到了简化接线变压器接线变压器中性点经接地接线变压器接线变压器且外电路中有接地中性点式中,为变压器的正序电抗。
(7-20)3)对于三相三柱式变压器,情况大不相同。
这种变压器的铁芯结构如图7-11(c)(每相只画出了一个绕组)。
当三相绕组施加了零序电压后,三相零序主磁通大小相等、方向相同,无法在铁芯内闭合,被迫从铁芯穿过变压器油→空气隙→油箱壁形成回路。
因此,磁通路径上的磁阻大、磁导小,零序励磁电抗不能再看作无穷大,变压器的零序等值电抗要用式(7-16)、(7-17)、(7-18)、(7-19)计算。
对三相三柱式变压器的零序励磁电抗一般用试验方法求得,大致取。
2.三绕组变压器的零序电抗和等值电路和双绕组变压器类似,当零序电压施加在三绕组变压器的不接地星形侧或三角形侧时,无论其它两侧绕组是何种接线方式,变压器中都无零序电流的通路,变压器零序电抗。
当零序电压施加在三绕组变压器的接地星形侧时,此时三相绕组中大小相等、方向相同的零序电流经中性点流入大地构成回路,其它两侧是否有零序电流与各绕组的接线方式有关。
为提供三次谐波电流的通路,使磁通为正弦波,感应电动势也为正弦波,在三绕组变压器的三个绕组中往往有一侧接成三角形。
三绕组变压器通常的接线方式为、和,由于都有一个副绕组是,零序励磁电抗较大,可近似认为。
因此在用一相表示的三绕组变压器的零序等值电路中,将励磁支路开路,而由三个绕组电抗组成三支星形电路。
这时,单独计算三绕组变压器的零序电抗已无意义,必须将变压器零序等值电路接入系统零序网络中相应部位一起考虑。
(l) 接线三绕组变压器零序等值电路如图7-12所示。
由于侧零序电流在绕组内形成环流,绕组端点三相短接;侧无零序电流通路。
因此变压器零序等值电抗为(a) 零序电流回路 (b) 零序等值电路图7-12 接线变压器的零序等值电路(7-21)(2) 接线三绕组变压器零序等值电路如图7-13所示。