电气工程基础—系统篇2013-2014-2

任课教师：褚晓东Email： chuxd@sdu.edu.cn

Tel.: 81696127 (office)， 13573122659

学习的路径

对物理现象的解释、物理定律的应用：理解 掌握数学模型（公式、电路图、相量图）的形式：通晓 运用数学模型，求解参数、变量的数值：应用 知识点 { 方式，步骤，作用，特点（优点、缺点），现象… } ：

记忆

第 1章 第 2.1节 第 2.2节 第 2.3节

理解 1. 电磁感应原理的应用于同步发电机； 2. 电枢反应，双反应原理

1. 电磁感应原理应用于变压器

1. 安培定律 -> 输电线路电感、电抗参数； 2. 高斯定律->输电线路电容、电纳参数

通晓 1. 同步发电机稳态运行的数学模型（定子绕组的端口电压）：公式（2-1）-（2-4）、图 2-3、图 2-2

1. 由试验求取双绕组变压器的正负序参数：公式（2-6）-（2-11），形成等效电路：图 2-4； 2. 由试验求取三绕组变压器的正负序参数：公式（2-12）-（2-17），形成等效电路：图 2-6； 3. 不同联结形式的双绕组变压器和三绕组变压器的零序等效电路（图（2-8）-（2-11））、零序阻抗（公式（2-18）-（2-21））

1. 线路的正负序参数（单位长度）：公式（2-22）-（2-29）； 2. 线路正负序集中参数模型：公式（2-30），等效电路：图 2-17； 3. 线路正负序分布参数模型：公式（2-43）、（2-44），等效电路：图2-19； 4. 线路的零序阻抗：公式（2-45）-（2-48），零序电流流通示意图：图 2-20

应用 练习题 2-1, 2-2, 2-3, 练习题 2-4, 2-5, 2-6, 练习题

记忆 1. 交流系统中性点运行方式主要有哪些？各有什么特点？各种电压等级采用何种运行方式，为什么？ 2. 高压直流输电系统有什么特点（适用的场合）？

1. 同步发电机负序磁通的磁路，负序电抗值的取值范围？ 2. 同步发电机零序磁通的磁路，零序电抗值的取值范围？

1. 变压器短路试验和空载试验的条件、测量到的量、求得的参数？ 2. 变压器中零序电流流通情况与绕组接线（联结）方式的关联？ 3. 变压器零序等效电路中，零序励磁阻抗数值与变压器结构的关系？ 4. 为什么三绕组变压器中一般总有一个绕组是三角形联结的？

1. 三相线路为什么进行换位？ 2. 电晕是什么？防止电晕的方法有哪些？ 3. 为什么采用分裂导线？ 4. 在线路模型中，集中参数或分布参数模型适用的场合是什么？

第 1、 2 章涉及到的 2 个知识点：后移

对称分量法：正、负、零序分量 ->第 4 章 参数、变量在不同电压等级的归算 -> 第 3、 4、 5

章

第 3 章 电力系统潮流计算

电力网络等值电路简单电力系统潮流的分析方法电力系统潮流的计算机算法

3.1.1 电压等级

用电设备的标准电压称为电压等级：网络额定电压或用电设备额定电压 各国电力系统都规定一定数量的标准电压 指线电压，而不是相电压

发电机额定电压 在同一电压等级下，比网络额定电压高 5%

变压器额定电压 在同一电压等级下，一次侧为网络额定电压或比网络额定电

压高 5% 在同一电压等级下，二次侧比网络额定电压高 5% 或 10%

3.1.1 电压等级

用电设备额定线电压 /

kV

发电机额定电压 /kV

变压器额定电压 /kV

一次绕组 二次绕组

3 3.15 3.0， 3.15 3.15， 3.3

6 6.3 6.0， 6.3 6.3， 6.6

10 10.5 10.0， 10.5 10.5， 11.0

  15.75 15.75  

  23.0 23.0  

35   35 38.5

110   110 121

220   220 242

330   330 345， 363

500   500 525， 550

750   750 788， 825

我国规定的电压等级

高压输电的发展

交流输电各电压等级首次出现的时间

100 年来世界上的输电电压等级提高了 100 倍

电压 /kV 10 50 110 220 287 380 525 735 1150

年份 1890 1907 1912 1926 1936 1952 1959 1965 1985

我国电压等级分类

把标称电压 1 kV 及以下的交流电压等级定义为低压 把标称电压 1 kV 以上、 330 kV 以下的交流电压等级定义

为高压 把标称电压 330 kV 及以上、 1000 kV 以下的交流电压等

级定义为超高压 把标称电压 1000 kV 及以上的交流电压等级定义为特高压 把标称电压 ±800 kV 以下的直流电压等级定义为高压直流 把标称电压 ±800 kV 及以上的直流电压等级定义为特高压

直流

我国首条 750 kV 输电线路

2005年 9月 26 日，我国第一个 750 kV 输变电示范工程—青海官亭至甘肃兰州东长达 140 公里的 750 kV输电线路和两座 750 kV 变电站投入运行，该工程填补了我国输变电线路 500 kV 以上电压等级的空白

根据规划，西北 750 kV 输变电示范工程建成投产后，还将建设官亭至西宁、兰州东至银川东、哈密到永登3条 750 kV 输电线路。到 2010 年，随着青海拉西瓦水电站（规划装机 430 万千瓦）的基本建成，西北750 kV 电网将形成以拉西瓦水电站为顶点、以陕西关中和宁夏银川东分别为端点的倒“ A” 字形骨干网架，使西北 750 kV 输电线路总长达到 4077 公里

我国首条 750 kV 输电线路

我国首条 750 kV 输电线路

是世界上海拔最高的 750 kV 输变电工程，世界上其他国家 750 kV 工程海拔一般都在 1500 米以下，而我国 750 kV 工程海拔在1735 米至 2873 米之间，整个工程处于高海拔、时有沙尘暴、强紫外线、昼夜温差大的环境下

我国首次在 750 kV 输变电工程采用六分裂扩径导线

我国特高压交流电网试验示范工程

2009年 1月 6 日，我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的 1000千伏交流输变电工程：晋东南——南阳——荆门高压试验示范工程正式投入运行

该试验示范工程包括三站两线，起于山西晋东南变电站，经河南南阳开关站，止于湖北荆门变电站，单回路架设，全长 640 km ，先后跨越黄河和汉江

我国特高压交流电网试验示范工程

变电站采用 1000 kV、 3×100 万 kVA 大容量变压器，变电容量600 万 kVA ，采用1000 kV气体绝缘全封闭组合电器、双断路器接线

工程额定电压 1000 kV，最高运行电压 1100 kV ，本期输送能力 280万 kW

3.1.2 标幺值

标幺值是相对值，是某种物理量的有名值与所选定的与有名值同单位的基准值之比，是一个无量纲的量

基准值的选取 阻抗、导纳的基准值为每相阻抗、导纳 电压、电流的基准值为线电压、线电流 功率的基准值为三相功率

（单位与有名值相同）基准值有名值标幺值

BB

BBB

BBB

13

3

YZ

ZIU

IUS

5 个基准值中先选定 SB和 UB，然后根据上述关系求出每相阻抗、导纳和线电流的基准值

3.1.2 标幺值

名称 有名值 标幺值

功率表达式

阻抗压降

接地导纳中的功率

阻抗中的功率损耗

IUS 3~

ZIUU 321

*2~YUSY

ZU

QPSZ 2

22~

IUS **

~

*

*

*

***21

~Z

U

SZIUU

*

Y YUS 2*

~

*2*

2*

2*S

~Z

U

QPZ

3.1.2 标幺值

标幺值换算：元件的额定容量 SN和额定电压 UN一般不是所希望选取的基准容量 SB和基准电压 UB，需要把元件以额定容量和额定电压为基准值的标幺值 ZN*

或 YN*换算成以 SB和 UB为基准值时的标幺值 Z*或 Y*

将 Z*或 Y* 通过基准值 SN和 UN先还原成有名值 Z或 Y，再求出以统一的 SB和 UB为基准值时的标幺值 Z*或 Y*

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

由于变压器的存在，多级电压电力系统等值电路，各元件参数、各节点电压、各支路电流均要归算到某一电压级，即基本级或基准级

采用标幺值，有两种归算方法 先将各电压等级的参变数的有名值归算到基本级，然后再对基本级的基准值

计算标幺值 将基本级基准值归算到所计算电压等级，应用归算到所计算电压等级的基准

值，用未归算的有名值计算标幺值 建立电力网络标幺值等值电路的关键是建立变压器标幺值等值电

路

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

一、变压器的 Π 形标幺值等值电路 带理想变压器的双绕组变压器等值电路

理想变压器：只反映变比关系而没有励磁电流且漏阻抗等于零的变压器

将漏阻抗和励磁导纳归算到 1 次侧 通过理想变压器，直接引入 2 次侧的电压和电流

1I1U TZ

TY2I

2U

1I1U TZ

TY2I

2U 2U

2I2N1N :UU

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

带理想变压器的三绕组变压器等值电路 将漏阻抗和励磁导纳归算到 3 次侧 通过理想变压器，直接引入 1 次侧与 2 次侧的电压和电流

1I 1U

T3Z

2I 2U

3I 3U

TY

1I1U

T3Z

2I2U

3I 3U

TY

T1Z

T2Z

T1Z

T2Z

3N1N :UU

3N2N :UU

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

以理想变压器为界，两侧各取所在的网络电压作为基准电压，将两侧的参数化为标幺值

双绕组变压器，理想变压器左侧参数的标幺值

理想变压器右侧参数的标幺值

B

1B1*1

1B

1*1

B

21B

T*T21B

BT*T

3

S

UII,

U

UU

S

UYY,

U

SZZ

B

2B2*2

2B

2*2

3

S

UII,

U

UU

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

理想变压器变比的标幺值

即

kU

U:

U

U:1

2B

2N

1B

1N

1B

1N

2B

2N

U

U

U

Uk

*1I*1U T*Z

T*Y

*2U

*2I

*:1 k

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

双绕组变压器的 Π 形标幺值等值电路

k

II

kIZUU

12

1T12

12T

2T

21

2

21T

1TT

211

11

11

UUkZ

UZk

k

k

II

UUkZ

UkZ

k

kZ

UUkI

1I1U TZ 2U

2I

k:1

1I1U Z 2U

2I

1Y 2Y

T2Π2

TΠ1

TΠ

1

1

Zk

kY

kZ

kY

kZZ

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

三绕组变压器的 Π 形标幺值等值电路

3B3N

2B2N23

3B3N

1B1N13 /UU

/UUk

/UU

/UUk

1U

T3Z

2I2U

3I 3U

TY

T113Zk

T223Zk

T113

13 1

Zk

k

T12

13

131

Zk

k

T223

23 1

Zk

k

T2223

231

Zk

k

3.1.3 电力网络的标幺值等值电路

基于变压器 Π 形等值电路的电力网标幺值等值电路 变压器 Π 形等值电路中的参数与 k有关，表明这种

模型的确体现了变压器改变电压大小的功能 在多电压等级电网中采用变压器 Π 形等值不需要将

不同电压等级的参数和变量归算至同一个电压等级，为形成整个网络的等值电路带来了极大的方便

复习与预习

理解标幺值的概念，掌握不同电压等级的设备通过变压器耦合连接形成等效电路的方法（有名值及标幺值形式）

练习题：（ 03.31 第 4组解答）对下列系统进行标幺值归算，变压器采用 Π 形标幺值等值电路

下周的课程内容： 3.2 简单电力系统潮流的分析方法，请预习简单辐射形网络及环形网络的潮流计算方法