1、 电力系统分析课程综合设计报告书（理工类）工程名称： 35KV 变电所的常规设计基本元件的等值模型设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 14 电气 2 学生学号： 学生姓名： 所属院部： 机电工程学院 指导教师： 张 静 20 16 20 17 学年 第 2 学期金陵科技学院教务处1目 录摘 要 .2一、输电线路模型 .31.1 电力线路的参数 .31.1.1 输电线路电阻 .31.1.2 输电线路的电抗 .31.1.3 输电线路的电纳 .41.1.4 输电线路的电导 .51.1.5 电力线路全长的参数 .51.2 电力线路的等值模型 .61.2.1 短电力线路 .61.2.2 中等长
2、度电力线路 .61.2.3 长电力线路 .7二、变压器模型 .82.1 变压器的参数 .82.1.1 阻抗 .82.1.2 导纳 .82.2 变压器的等值电路 .9三、负荷模型 .11四、电力网络的等值电路 .124.1 有名制归算 .124.2 标幺值归算 .134.2.1 标幺值归算公式 .134.2.2 多级电压网络中各元件参数标幺值的计算 .14五、设计事例及仿真 .155.1 电力网络等值电路计算（有名制） .155.2 电力网络等值电路计算（标幺值） .175.3 Matlab 仿真建模 .185.3.1 绘制仿真模型 .185.3.2 各元件参数设置 .19六、设计体 会 .22
3、七、参考文献 .232摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。变电站是把一些设备组装起来，用来切断、接通、改变或者调整电压的。在系统中，变电站成了输电和配电的集节点。本次设计建设一座 35KV 降压变电站。设计主要内容是完成变电所的线路、变压器和负荷等的等值模型计算方法介绍；用 Matlab 仿真软件搭建仿真模型，并对每个模型的参数进行
4、计算。关键词：模型参数计算；等值模型计算；Matlab 仿真3一、输电线路模型电力系统稳态分析中，架空线路数学模型常表示为含电阻 R、电抗 X、电纳 G和电导 B等四个参数的等值电路。架空线路的参数是均匀分布的，即使是极短的一段线路，每一个长度都具有电阻和电感。而导线之间则具有电导和电容。不同电压等级、不同长度的线路呈现的物理特性会不同，在进行电力分析时，架空线路可以分别采用两种电路模型表示，即集中参数电路模型和分布电路电路模型。架空线路采用何种模型，取决于电路的尺寸和（工作）波长的比较情况。通常认为，集中电路由外形尺寸很小的集中元件组成，这里所谓“很小”是与正常工作频率所对应的波藏相比较而言
5、的，如果工作频率较高，一般电路中所用连接导线的尺寸与工作波长相差不大。若导线的每一个长度元可以认为是无穷小时，导线是被看作是由一系列集中元件所构成的一种极限，这时应采用集中参数电路模型表示，反之，则需要考虑实际导线长度对沿线电压、电流等电气量的影响，即采用分布参数电路模型表示。1.1 电力线路的参数1.1.1 输电线路电阻电阻：反映有功功率损耗导线单位长度直流电阻为： 。)/(=1kmSr 为导线材料的电阻率， mm2/kmS 为导线载流部分的标称截面，mm 2（对于钢芯铝线指铝线部分的截面积）在电力系统计算中，导线材料的电阻率采用下列数值： kmkm /8.1=/5.31=22； 铜铝导线的
6、交流电阻比直流电阻增大 0.2%1% ，主要是因为：考虑集肤效应和邻近效应的影响；导线为多股绞线，每股导线的实际长度比线路长度大(2-3%);导线的额定截面（即标称截面）一般略大于实际截面。需要指出：手册中给出的 r1 值，是指温度为 20时的导线电阻，当实际运行的温度不等于 20时，应按下式进行修正： 式中， 为 时的电阻值， 为电阻温度系数，铜取)20+(1=20trt 20r 0.00382（t/） ，铝取 0.0036（t/） 。1.1.2 输电线路的电抗电抗：反映载流导线周围产生的磁场效应。 4(1) 单导线单位长度电抗： )/(0157.lg145.0kmrDxm其中 为三相导线的
7、几何平均距离，与 单位相同，有三角形排列和水平排列，分别mD用公式计算。一般情况下， 。若三相导线等边三角形排列，则3cabmS；若三相导线水平等距排列，则 。sm sDm26.13SSSac ba b c图 1.1 三相导线的布置方式a）等边三角形布置 b）水平等距布置（2）分裂导线单位长度电抗分裂导线每相导线由多根分裂导线组成，各分导线布置在正多边形的顶点，由于分裂导线改变了导线周围的磁场分布，从而减小了导线的电抗，分裂导线线路每相单位长度的电抗仍可用上式计算，但式中的 要用分裂导线的等值半径 替代，其值为：reqrnilieqdr 2=分裂导线单位长度的电抗：)/(0157.+lg145
8、.0=kmnrDxeqm其中 为分裂导线的根数； 为分裂导线中每一根导线的半径； 为分裂导线一相中nr lid第 1 与第 根导线之间的距离， ，为 连乘运算的符号。i ni,.32=二分裂 ；三分裂 ；四分裂 ；由分裂导线等值半rdeq=rdeq 432=dreq径的计算公式可见，分裂的根数越多，电抗下降也越多，但分裂根数超过三四根时，电抗下降逐渐减慢，所以实际应用中分裂根数一般不超过四根。1.1.3 输电线路的电纳三相导线的相与相之间、相与地之间具有分布电容，当线路上施加三相对称交流电时，5电容将形成电纳。分裂导线的电钠要比同样截面积的单导线的电纳大。 （1）单导线每相单位长度的电钠： )
9、/(0lg58.76kmSrDbm（2）分裂导线单位长度的电抗： )/(10lg58.7=61kSrbeqm式中， 为分裂导线的等值半径， 为三相导线几何均距，其单位与导线的半径mD相同。一般架空线路 b1 的值为 S/km 左右，则 。61085.2lbB1=1.1.4 输电线路的电导电导：电导参数是反映沿线路绝缘子表面的泄露电流和导线周围空气电离产生的电晕现象而产生的有功功率损耗 。电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而产生局部放电的现象。当线路实际电压高于电晕临界电压时，可以通过实测的方法求取电导。 ）（ kmSUPgg/
10、 10=321注意：通常由于线路泄漏电流很小，而电晕损耗在设计线路时已经采取措施加以限制，故在电力网的电气计算中，近似认为 。l在设计电力线路时，晴天一般不允许导线发生点晕，并依电晕临界相电压决定导线的半径。对于 110KV 及以上电力线路，这是一个决定导线半径的主要条件。对于一般 60KV及以下电压的电力线路，则不必验算电晕临界相电压。1.1.5 电力线路全长的参数对于电力线路全长为 时，其阻抗、导纳的计算公式如下：)(kml阻抗： ； ；1lrR1xX导纳： ；)(sgG)(slbB61.2 电力线路的等值模型由于正常运行时电力系统三相是对称的，三相参数完全相同，三相电压、电流的有效值相同
11、，所以可用单相等值电路代表三相。因此，对电力线路只作单相等值电路即可。严格地说，电力线路的参数是均匀分布的，但对于中等长度以下的电力线路可按集中参数来考虑。这样，使其等值电路可大为简化。对于长线路则要考虑分布参数的特性。1.2.1 短电力线路用于长度不超过 100km 的架空线路（60kV 及以下）和线路不长的电缆线路（10kV 及以下）。短电力线路由于电压不高，电导、电纳的影响可以不计（G=0，B=0），那么，短电力线路的阻抗为 ljx+r=jXRZ1R+jX图 1.2 短电力线路等值电路1.2.2 中等长度电力线路型或 型等效电路用于长度为 的架空线路（ ）和长度不Tkm301kV201超
12、过 的电缆线路（ 以上）。km10kV0此种电力线路由于电压高，线路电纳的影响不可忽略，只是晴天可按无电晕考虑，那么电晕影响可不计，G=0，于是有 ljx+r=jXRZ1bBGYR+jX2B2BjB）R（ ）XR（2a) b)图 1.3 型或 型等效电路Ta） 型 b） 型71.2.3 长电力线路用于长度超过 的架空线路和长度超过 的电缆线路。如图 1.4 所示长线路。km30km10设长为 l 的输电线路其参数沿线均匀分布，单位长度阻抗和导纳分别为11+=jxrz 11+=jbgydxjbg1dx xl1Uud1I IU22U图 1.4当架空线路长度超过 时，需要考虑其分布参数特性，用分布参
13、数简化成 型等km30 值电路，如图 1.5 所示。 1U1I 2U2IXjkRxr2Bjkb 2Bb图 1.5图 1.5 中，参数 分别为长线路的电阻，电抗和电纳，即：XR、；修正系数)()()( 111 slbBlxlr， xbrk;126)(32112lbxklrbkbxr式中，各变量的下标 1 表示正序参数。8二、变压器模型电力系统中的变压器大多数做成三相，容量大的也有做成单相的，但是使用时总是联结成三相变压器，包括双绕组和三绕组变压器。2.1 变压器的参数2.1.1 阻抗（1）电阻 ：TR短路实验时，一侧绕组短接，另一侧绕组上所加的电压使该绕组通过额定电流 ，此时测得的功率即为短路损
14、耗。由于 3232Cu 10=10=TNTNk RUSIP所以 ，其中 为变压器三相总的短路损耗 ； 为变压器的额定容2310NkTSURT )(kWNS量 ； 为变压器绕组的额定电压 。)(MVA)(kV（2）电抗 ：TX在电力系统计算中，对于大容量的变压器其电抗数值近似等于其阻抗的模的数值，它的电阻可以忽略不计。于是变压器短路电压的百分数为：；103103=%NTNTk UXIZIU所以 ；式中， 为变压器一相高低压绕组总电)(%3()2kkTSIXTX抗 ， 为变压器额定容量 ， 为变压器绕组的额定电压 。)(NS(MVAN)(kV2.1.2 导纳（1）电导 ：变压器的电导是用来表示铁心
15、损耗的（空载实验）TG所以 （S） 320321= NNFeUP其中 为变压器的空载损耗 ， 为变压器绕组的额定电压 。对于三相0P)(kWN)(kV变压器 为三相值， 为线电压；而单相变压器 为单相值， 为相电压。N0PNU9（2）电纳 ：变压器的电纳是用来表征变压器的励磁特性的。TB所以（S）3201=NTUQ由 .%10=103=%00 NNSQIUI得： NSQ10因此（S）2031(%)NUIBNT其中 为变压器空载电流的百分数， 为变压器空载电流值 ， 为变压器()0I 0I)(ANU绕组的额定电压 ， 为变压器的额定容量 。kVNS)(MVA2.2 变压器的等值电路电力系统中，双绕组变压器一般采用由电阻、电抗、励磁电导和电纳组成的 型等效T电路。并用空载损耗代替电导、励磁功率代替电纳， 及以下的变压器中，励磁支路可忽kv35略不计，简化为等效电路 。)cTjX+RjBGTjX+R0j TjX+Ra) b) c)图 2.1变压器等值电路中的电纳的符号与线路等值电路中电纳的符号相反，前者为负，后者为正；因为前者为感性，后者为容性。电力系统是由多个电压等级的电气设备组成的，在制作其等值电路时，变压器采用几何模型将直接影响到系统元件参数的计算及潮流分析方法。手算潮流时，变压器模型可以
