淺析電力系統穩態等值電路的計算

摘 要：文章簡單敘述了，在對實際電路進行物理模型數學化的簡單過程以及思路，首先是電力統統中重要元件的計算，計算出有名值以后，再根據選擇的基準值進行標幺值的計算，得到簡化的等值電路，方便計算。

關鍵詞：電力系統；等值電路；計算

引言

在對電力系統進行分析計算之前，我們首先要對整個電力系統進行模型化和理想化，將實際線路中主要的構成電力系統的各個組成部件也就是說電力系統的元件，進行具體化，簡化成等效電路，使得實際的物理參數變成了數學參數，最后用數學方法分析處理問題。

1 電力系統的元件參數

元件參數指的是描述元件電氣特征的參數，特點不同，描述的參數就不同。

根據運行的狀態不同也可以分為穩態參數和動態參數或者定參數和變參數等。一般重要的元件包括輸電線路，電力變壓器，同步發電機以及負載。

1.1 輸電線路的等值電路和參數計算

目前架空輸電線路大部分采用的是鋼芯鋁絞線。

輸電線路的參數包括四個：電阻，電感，電容，電抗。

1.1.1 輸電線路的參數計算

（1）電阻：對于一般的金屬直流電阻，采用：r=？籽/S，式中？籽表示導線的電阻率，由于一般的采用的是鋁，一般??？籽=31.55？贅·mm2/km；S為導線載流部分的標稱截面積。

（2）電抗：在三相導線中，由于每項都有自感和互感，當流過對稱的三相交流電流時，電感將形成電抗。當線路排列對稱時，三項導線的單位長度的電抗值相等。若排列不對稱，則三項參數不對稱，這是需要通過循環交換三項導線的位置使得各項的電感平衡。導線還分為單導線和分裂導線，使用分裂導線的好處在于可以減小電抗和電感的值，但是如果分裂的過多則可能會產生電暈現象，所以一般為4根比較合適。一般在題目中會直接給出單位長度電抗值的大小，不需要自己單獨求解。

（3）電納：當導線上有輸入三項對稱的交流電壓時，導線之間相與相間的電容就會形成電抗。同樣也分為了單導線和分裂導線的情況，題目中一般也是會直接給出單位長度的值，直接乘以長度即可得到。

（4）電導：在設計時經考慮了在正常情況下不會產生電暈現象，所以一般認為線路的電導為0，不進入計算。

（5）對于短距離的輸電線路，即長度小于等于100KM的架空輸電線路，額定電壓小于等于60kV的情況。在進行線路阻抗的計算時不考慮電納的影響，即線路模型中只存在線路阻抗Z=R+jX。中等長度輸電線路（額定電壓為110-220kV且架空的輸電線路長度為100-300km）中要考慮電納的影響，所以等值電路中有阻抗Z以及電納Y=G+jB。在簡單的穩態電路計算中一般不考慮長距離數電線路的情況。

1.1.2 變壓器的等值電路和參數

變壓器的計算參數包括：電阻，電抗，電導，電納以及變壓比。參數的概念與線路基本相似，但是計算卻不同，最值得注意的是，變壓比的計算。

（1）電阻RT：RT=■=■ ，式中的SN為變壓器三項的額定容量單位為MVA，線電壓的額定電壓單位為kV。

（2）電抗XT：XT=■×■

（3）電導GT：GT=■

（4）電納BT：BT=■■

（5）變壓比kT：kT=■

1.1.3 發電機和負荷參數計算

發電機XG=■■，而負載的參數一般會有題目給出。

1.2 標幺值

為了方便計算，引入了標幺值的概念。

標幺值=■，電力系統中的各個值都有其相對應的標幺值。由于標幺值是一個相對的概念，與有名值不同，比較特別的兩點在于（1）線電壓與相電壓的標幺值相等，而在有名值計算時，一般采用線電壓進行計算，而線電壓是相電壓的■倍。（2）三相功率與單相功率的標幺值相等。而在有名值中，三相功率是單項功率的3倍。

1.3 穩態等值電路的簡單計算

首先，根據前面的公式，根據題目的要求，將已知條件中給出的各個參數根據計算公式，轉換成標準參數的形式，并用標幺值表示。一般題目中會包括輸電線路，變壓器，電抗器，發電機這幾種基本的也是主要的元件。一些器件的基本參數題目中也會直接給出，比如，發電機會給出它的SN，UN，x%，而變壓器一般會給出SN，kT，US%，線路根據長短，短線路會給出l，x，如果含有電抗器的電路會給出電抗器的UN，IN，xR%，方便后面的計算。

解題時，要先選擇基準值，一般選取SB=100MVA，在要求準確計算時，會選擇各段的額定電壓作為基準值，而粗略計算時則選擇平均額定電壓作為基準值進行粗略的計算。在選擇好基準值后，開始依次計算各個元件的標幺值。例如，線路的有名值x0=x·l，然后計算標幺值的基準值：XB1=U■■/SB，然后計算線路的標幺值：x0*=x0/XB1，再比如變壓器：先計算有名值：X1=■×■，再計算標幺值：X1？鄢=X1/XB1，其余的也按照公式代入即可。最大的難點在于代入公式時，注意各個額定值與基準值的區別。由于不是理想變壓器，所以最后還要計算變壓器變比的標幺值，在畫等值電路時，也要畫出來。

最后，根據所計算出來的參數，按照元電路的順序依次排列就完成了，注意的就是在變壓器后面還要添上變壓器變比的標幺值。若是理想變壓器，在進行粗略計算的時候就不用畫。

2 結束語

等值電路時所有電力系統分析的基礎。在計算各個參數時，要注意基準值和額定值的區別，還有公式之間的聯系，以及公式中各個變量的單位一同要按照國際標準就行換算，這樣得出來的才是國際單位的值。

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作者簡介：喻文倩（1994，3-），女，籍貫：四川成都，學歷：本科，職稱：學生，研究方向：電氣工程及其自動化。