电力系统分析第10章电力系统各元件的序阻抗和等值电路讲课教案.ppt

第10章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路 本章提示10.1 对称分量法 10.2 对称分量法在不对称故障分析中的应用 10.3 同步发电机的负序和零序电抗 10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗 10.5 变压器的零序电抗 10.6 架空输电线的零序阻抗 10.7 电缆线路的零序阻抗 10.8 电力系统的序网络 本章提示l对称分量法介绍；l提出对称分量法在电力系统不对称故障分析中的应用；l介绍了发电机及异步电动机的负序和零序电抗；l介绍了常见变压器、输电线及电缆的零序电抗；l以各元件的序阻抗为基础，提出电力系统序网络的绘制方法10.1 对称分量法电力系统在正常运行时是三相对称的当系统发生不对称故障时，电源电势及其阻抗仍然对称，但是在故障点处，三相阻抗将不对称通常采用故障分量法对此类电路进行分析对称分量法：就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相量的方法10.1） 将三组对组对 称的各序相量进进行合成，得到一组不对称的相量由电路知识可知：将一组不对称相量用a相的各序分量表示： （10.3） 简写为：简写为：其逆关系为 ：（10.4）说明：一组不对称相量可以分解为三组对称相量或可以 由三组对称相量合成为一组不对称相量。

对称分量法的实质是叠加原理在电力系统中的应用 只适用于线性系统的分析例10.1 三相负载角接，若c相断开，流过a、b端线的电流为10A以a端线电流为参考相量，计算线电流的各对称分量 当电力系统发生不对称短路时，可以应用对称分量法，将出现不对称电流和电压的原网络分解为正、负、零序三个对称序网络，任一元件上流过的三个对称电流分量或任一节点的三个对称电压分量的相量之和，等于对应原网络中同一元件上流过的电流相量或同一节点的电压相量 对于三相对称的元件，各序分量是独立的，即正序电压只与正序电流有关，如果该元件流过三相正序电流，则元件上的三相电压降也是正序的 设输电线路末端发生了不对称短路，由于三相输电线是对称元件，每相自阻抗相等，为ZS；任意两相间的互阻抗设为Zm线路上流过三相不对称的电流，则三相电压降也是不对称的10.2 对称分量法在不对称故障分析中的应用 Z1、Z2、Z0分别称为线路的正序、负序、零序阻抗 应用对称分量法：元件的序阻抗，即该元件通过某序电流时，产生相应的序电压与该序电流的比值静止的元件，如线路、变压器等，正序和负序阻抗相等；对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过程，三序阻抗总是不相等的。

a相电压降的序分量表示为： 可见，对于三组对称元件中的不对称电流电压的计算，可以分解成三组对称的分量，分别进行计算简单系统中发生a相短路接地，介绍应用对称分量法分析短路电流及短路点电压故障前网络是三相对称的，故障点f发生的不对称短路，使f点的三相对地电压和由f点流出的三相电流均为三相不对称量，而发电机的电动势仍为三相对称的正序电动势，各元件的三相参数依旧对称 应用对称分量法将故障处电压分解为正序、负序、零序三组对称分量 故障网络分解为三个独立的序网： 正序网 负序网 零序网正序网：包含发电机的正序电源电势和故障点正序电压分量，网络中通过正序电流，对应的各元件阻抗皆为正序阻抗；负序网：只有故障点电压的负序电势，网络中通过负序电流，对应的各元件阻抗为负序阻抗零序网：只有故障点电压的零序电势，网络中通过零序电流，对应的各元件阻抗为零序阻抗 在正序网络和负序网络中，因三相对称，流过中性线的电流为零，故可将中性点的接地阻抗ZN略去；在零序网络中，中性线电流为三倍零序电流，故在单相零序网中接入3ZN的接地阻抗10.3 同步发电机的负序和零序电抗在工程计算中，同步发电机零序电抗的变化范围为： (10.5)如果发电机中性点不接地，不能构成零序电流的通路，此时其零序电抗为无限大。

同步发电机的负序电抗一般由制造厂提供，也可按下式估算：无阻尼绕组的水轮发电机：（10.7）（10.6）汽轮发电机及有阻尼绕组的水轮发电机：10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗 负序阻抗： （10.8） 零序电抗： 由于异步电动机的三相绕组通常接成三角形或不接地的星形，无零序电流的通路，因而零序电抗数值为无限大10.5 变压器的零序电抗 10.5.1 双绕组变压器 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗 10.5.3 自耦变压器的零序电抗 对于静止元件，二者总是相等的正序电抗：即稳态运行时变压器的等值电抗负序电抗：其值与正序电抗相等零序电抗：取决于变压器三相绕组的接线方式和 变压器的铁心结构10.5.1 双绕组变压器 不计绕组电阻和铁芯损耗，双绕组变压器的零序等值电路如图10.4 其中 、 分别为两侧绕组漏抗， 为零序励磁电抗 零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧，无论另一侧绕组的接线方式如何，都没有零序电流，零序电抗为： 图图10.5 YN，d接线变压线变压 器零序等值电值电 路 1. 接线变压器（10.9）2. 接线变压器（10.10） 图图10.6 YN，y接线变压线变压 器零序等值电值电路 3. ， 接线变压器 如果二次侧除接地的中性点外，没有其它接地点，此时零序电抗的计算与 相同。

其中：x为外电路接地电抗 如果二次侧另外有一个接地点 图10.7 YN，yn接线变压器零序等值电路 的数值主要决定于变压器的铁芯结构 三个单相变压器组成的三相变压器，三相四柱式或（五柱式）变压器以及铁壳式变压器,可以近似认为： 对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗10.5.2 三绕组变压器的零序电抗 1. 接线变压器 （10.12） 可以忽略其零序励磁电抗2. 接线变压器 如没有另一接地点，变压器的零序电抗与 相同 （10.13） 如侧另有一对地电抗为x的接地点，如图10.8（b）所示,零序电抗为：图10.8 三绕组变压器零序等值电路 3. 接线变压器 （10.14）10.5.3 自耦变压器的零序电抗 自耦变压器中两个有直接电气联系的自耦绕组，一般用来联系两个直接接地系统两个自耦绕组共用一个中性点和接地线，如果有第三绕组，一般接成三角形1） 中性点直接接地的 和 接线自耦变压器 零序电电抗的求解与普通的变压变压 器相同 (2)中性点经电抗接地的 和 接线自耦变压器当自耦变压器的中性点经电抗接地时，两个绕组的零序电流要影响中性点电位，其值为 一、二次侧端点与中性点之间的电压值为Un、Un，中性点对地电压为Un，一、二次侧绕组额定电压为UN、UN，折算到一次侧的一、二次绕组端点对地电压为U、U，则 U-U= Un-Un UN/UN 折算到一次侧的等值零序电抗 如果中性点经电抗接地，折算到一次侧的零序等值电抗为： 中性点经电抗接地的 自耦变压器星形零序等值电路中折算至一次侧的各电抗为：（10.16）从变压器I侧观察到的零序等值电抗的有名值为： （10.17）图10.10 中性点经电抗接地的自耦变压器零序等值电路10.6 架空输电线的零序阻抗 10.6.1 “导线大地”回路的自阻抗与互阻抗 10.6.2 单回路架空输电线的零序阻抗 10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗 10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗 10.6 架空输电线的零序阻抗 输电线的正、负序阻抗及等值电路完全相同。

研究零序阻抗，必须考虑大地（或架空地线）的影响10.6.1 “导线大地”回路的自阻抗与互阻抗 1. “单导线大地”回路单导线大地回路单位长度的自阻抗为： 图图10.11 “单导线单导线 大地”回路 2. “双导线导线 大地”回路 图10.12 “双导线大地”回路 （10.19） 双回路间单位长度的互阻抗为：10.6.2 单回路架空输电线的零序阻抗 图10.13 单回路架空输电线路 零序电抗为：10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗 图10.14 平行双回线的零序电流通路 两平行回路间的互阻抗： 经过完全换位后，第二回路对第一回路a相的互阻抗为：式中， 称为两个回路之间的几何均距两回路间的距离愈小，回路间的互感抗愈大，使每回输电线的零序等值电抗愈大10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗 由于架空地线线中的零序电电流与输电线输电线 的零序电电流相反，相当于导线导线 旁边边的一个短路线线圈，其互感为为去磁作用，减小了输电线输电线 的等值值零序阻抗 因此，零序阻抗与架空地线线的材质质、架空地线线与输输电线间电线间 的距离有关 对对已建成的线线路一般都通过实测过实测 确定其零序阻抗图10.15 有架空地线的单回线路10.7 电缆线路的零序阻抗 电缆线路的零序阻抗可能介于以下两种情况之间：（1）铅（铝）包护层各处都有良好的接地，大地和护层中都有零序电流流通。

在这种情况下，地中电流达到最大值，而护层中电流达到最小值护层中电流的去磁作用最小，零序电抗达到最大值 （2）铅（铝）包护层在各处都经相当大的阻抗接地，从而可以认为零序电流只通过护层返回，零序电抗达到最小值流过大地的电流 电缆线路的零序阻抗一般也是通过实测确定在近似计算中可取表10.1给出了工程计算中常用元件的各序电抗，可以在计算中选取 表10.1 各类元件的电抗平均值 接上页10.8 电力系统的序网络 10.8.1 正序网络 10.8.2 负序网络 10.8.3 零序网络 利用对称分量法分析电力系统的各种不对称故障，首先应该绘出与系统各序阻抗相对应的序网络，利用序网络依次求得待求电量的各序分量之后，再进行合成，求得最终结果 在制定各序网络时，一般从故障点做起，根据各序电流的流通路径，确定各序网络的结构，由各元件的序阻抗构成一个完整的序网络10.8.1 正序网络 首先在短路点f加入短路点电压的正序分量 正序分量电流流经的元件，用相应的正序阻抗表示，其中发电机电抗用次暂态电抗 表示，发电机的电势用次暂态电势 表示 中性点阻抗不计入正序网络10.8.2 负序网络 在短路点f处加入短路点电压的负序分量 ，各元件的电抗用负序电抗表示。

发电机没有负序电势，中性点阻抗不计入负序网络10.8.3 零序网络 在短路点f处加入短路电压的零序分量 零序电流的流通情况与短路点的位置和变压器绕组的接线方式及中性点是否接地有关流经各元件的电抗均用零序电抗表示发电机无零序电势发电机、电动机均无零序电流流过中性点电抗 有三倍的零序电流通过 在同一电压等级的网路中，必须要有两个接地点 才能构成零序电流的通路 例10.2 图10.17（a）所示输电系统，在f点发生接地短路，试绘出各序网络，并计算等效电源电势和各序网络对短路点的等值电抗系统中各元件的参数如下： 发电机G： ， ， ， ， ； 变压器T-1： ， %=10.5 ， ； 变压器T-2： ， % ， ； 线路L：每回路长 ； 负荷LD-1： ； 负负荷LD-2： 小 结 对称分量法是分析电力系统不对称故障的实用方法 静止元件的正序电抗和负序电抗相等 对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过程，三序阻抗不相等 变压器零序电抗的大小，则决定于变压器三相绕组的结线方式和变压器的铁芯结构 由于相间互感的助增作用，架空输电线的零序电抗大于正序电抗，架空地 线的存在使得输电线的零序电抗有所减小。

电缆线路零序电抗的数值，则与电缆的包护层有关 制订序网时，某序网应该包含该序电流通过的所有元件，负序网络结构与正序网络相同，但是为无源网络制订零序网络，应从故障点开始，依次考察零序电流的流通情况在一相零序网络中，中性点接地阻抗须以其三倍值表示，并且也为无源网络。