北理工電氣工程基礎(chǔ)第4章

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第四章輸變電元件的參數(shù)及模型

主要內(nèi)容介紹輸電線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)概念學(xué)習(xí)三相輸電線(xiàn)的參數(shù)（電阻、電抗、電導(dǎo)、電納）的含義及計(jì)算方法分析輸電線(xiàn)方程及等值電路《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

架空線(xiàn)路的組成及各部件作用：

由導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)（或稱(chēng)架空地線(xiàn)）、桿塔、絕緣子和金具等主要元件組成。（1）導(dǎo)線(xiàn)：傳導(dǎo)電流，輸送電能；（2）避雷線(xiàn)：保護(hù)電力線(xiàn)免遭雷擊而引起過(guò)電壓對(duì)線(xiàn)路或用電設(shè)備造成損害；（3）絕緣子：將導(dǎo)線(xiàn)與桿塔絕緣；（4）金具：支撐導(dǎo)線(xiàn)，并將絕緣子固定在桿塔上；（5）桿塔：支撐導(dǎo)線(xiàn)、絕緣子等使導(dǎo)線(xiàn)與地之間保持一定的絕緣距離?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

1.架空輸電線(xiàn)典型架空輸電線(xiàn)路的照片

典型架空輸電線(xiàn)路的照片桿塔導(dǎo)線(xiàn)（四分裂）避雷線(xiàn)絕緣子串從結(jié)構(gòu)來(lái)分架空線(xiàn)路電纜線(xiàn)路普通導(dǎo)線(xiàn)分裂導(dǎo)線(xiàn)擴(kuò)徑導(dǎo)線(xiàn)等《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型電力線(xiàn)路包含輸電線(xiàn)路和配電線(xiàn)路?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

一、導(dǎo)線(xiàn)的種類(lèi)按照材料分為銅、鋁、鋁合金及綱等材料制造的導(dǎo)線(xiàn)；按照結(jié)構(gòu)分為單股和多股絞線(xiàn)；還有兩種金屬的多股線(xiàn)：鋼芯鋁絞線(xiàn)，按照鋼的截面積和鋁的截面積之比分。分裂導(dǎo)線(xiàn)：目前用的比較多，每相2、3、4根導(dǎo)線(xiàn)。

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)一、導(dǎo)線(xiàn)的種類(lèi)

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)一、導(dǎo)線(xiàn)的種類(lèi)

雙分裂導(dǎo)線(xiàn)《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)一、導(dǎo)線(xiàn)的種類(lèi)

鋁絞線(xiàn)實(shí)物

鋼芯鋁絞線(xiàn)實(shí)物《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型二、桿塔的種類(lèi)按材料分為木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔桿。按輸送回路分為單回路、雙回路和多回路等型式。

直線(xiàn)塔也稱(chēng)中間桿塔，用在線(xiàn)路的直線(xiàn)走向段內(nèi)，主要作用懸掛導(dǎo)線(xiàn)。《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)角塔位于線(xiàn)路轉(zhuǎn)角處的桿塔要承受線(xiàn)路方向的側(cè)向拉力。功能：支持導(dǎo)、地線(xiàn)張力，改變線(xiàn)路走向。特點(diǎn)：導(dǎo)、地線(xiàn)開(kāi)斷為耐張轉(zhuǎn)角桿塔，不開(kāi)斷為懸垂轉(zhuǎn)角桿塔?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

500kV換位塔所謂換位循環(huán)，指在一定長(zhǎng)度內(nèi)有兩次換位，而三相導(dǎo)線(xiàn)都分別處于三個(gè)不同位置。線(xiàn)路換位的目的是要使每相導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)阻抗和每相的電容相等，以減少三相線(xiàn)路參數(shù)的不平衡。為保持線(xiàn)路三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

500千伏江陰長(zhǎng)江大跨越工程跨越塔全高346.5米，跨越檔距2303米，橫擔(dān)總長(zhǎng)77米，鐵塔底部根開(kāi)達(dá)68米。

功能：支承導(dǎo)、地線(xiàn)跨越江河、湖泊、海峽等。特點(diǎn)：桿塔高，載荷大。多采用直線(xiàn)跨越桿塔?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第一節(jié)電力線(xiàn)路及結(jié)構(gòu)

同桿雙回塔《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型三、絕緣子絕緣子要有良好的絕緣性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、還要有抗腐蝕能力，適應(yīng)環(huán)境溫度和濕度要求。分為針式、懸式和瓷橫擔(dān)幾種。鋼化玻璃絕緣子瓷絕緣子合成絕緣子《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型針式絕緣子瓷橫擔(dān)絕緣子懸式絕緣子《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型該產(chǎn)品在世界上第一個(gè)±800千伏直流輸電工程云廣直流輸電工程中大量采用。高壓線(xiàn)路運(yùn)行的復(fù)合絕緣子主要以棒形懸式絕緣子為主，約占各類(lèi)運(yùn)行復(fù)合絕緣子總支數(shù)的90％以上?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

電壓等級(jí)與直線(xiàn)桿塔上懸垂絕緣子串中絕緣子數(shù)量的關(guān)系系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓（kV）3563110220330500每串絕緣子片數(shù)3571317~1925~28《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型四、金具用于將絕緣子和導(dǎo)線(xiàn)懸掛、拉緊在塔桿上的金屬器具。《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

聯(lián)結(jié)金具（Z型掛板）懸垂線(xiàn)夾并溝線(xiàn)夾（接續(xù)金具）耐張線(xiàn)夾《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

耐張金具懸垂金具《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型間隔棒

防振錘《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

五、電纜電纜線(xiàn)路一般是埋在地下的電纜溝和管道中，建設(shè)費(fèi)用高，維護(hù)維修困難。電纜結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)包皮。

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型敷設(shè)在電纜隧道里面的電力電纜線(xiàn)路

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第二節(jié)三相電力線(xiàn)路參數(shù)及計(jì)算

電力線(xiàn)路的電氣參數(shù)是指線(xiàn)路的電阻r、電抗x、電導(dǎo)g和電納b。

電力線(xiàn)路的等效電路圖：《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

一、輸電線(xiàn)路的電阻α：電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大；

單股導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度的直流電阻：多股導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度的直流電阻：K為絞入系數(shù)任意溫度時(shí)的電阻：ρ-導(dǎo)線(xiàn)材料的電阻率,

Ω·mm2/km

S

-為導(dǎo)線(xiàn)的截面積，mm2

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

一、輸電線(xiàn)路的電阻略微增大材料電阻率的取值：絞線(xiàn)，實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)(２%～３％)集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，Ra>Rd集膚效應(yīng)，交流電通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)截面內(nèi)各點(diǎn)電流密度不同，使導(dǎo)線(xiàn)交流電阻比直流電阻大。鄰近效應(yīng)，體內(nèi)電流密度因受鄰近導(dǎo)體中電流的影響而分布不均勻的現(xiàn)象。相鄰的導(dǎo)線(xiàn)流過(guò)電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可變磁場(chǎng)，從而形成鄰近效應(yīng)導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際面積常比標(biāo)稱(chēng)面積小《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

二、輸電線(xiàn)路的電抗推導(dǎo)思路分析導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)導(dǎo)線(xiàn)自身電流+鄰近導(dǎo)線(xiàn)電流(安培環(huán)路定律:I→H磁場(chǎng)強(qiáng)度)分析導(dǎo)線(xiàn)所交鏈的磁鏈自磁鏈+互磁鏈磁鏈與電感系數(shù)的關(guān)系L=Ψ/I電抗與電感系數(shù)的關(guān)系x=ωL

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

二、輸電線(xiàn)路的電抗在高壓交流線(xiàn)路中，在導(dǎo)線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E。導(dǎo)線(xiàn)的電抗由下式?jīng)Q定：

其中：L為導(dǎo)線(xiàn)電感系數(shù)，當(dāng)磁鏈隨電流線(xiàn)性變化時(shí)，電感為：要計(jì)算電感L，關(guān)鍵是計(jì)算磁鏈ψ大小，磁鏈包括兩部分：導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部磁鏈和導(dǎo)線(xiàn)外部磁鏈。推導(dǎo)結(jié)果1、無(wú)限長(zhǎng)單根導(dǎo)線(xiàn)的單位長(zhǎng)度的電感：2、N根導(dǎo)體的系統(tǒng)中，第j根導(dǎo)體的電感：《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，每相導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度的電感:三相不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，單位長(zhǎng)度三相平均電感:三相輸電系統(tǒng)的每相電感:《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型分裂導(dǎo)線(xiàn)：

Ω/kmRS

——分裂導(dǎo)線(xiàn)的等值半徑，mm

Deq——導(dǎo)線(xiàn)的幾何均距，mm

分裂導(dǎo)線(xiàn)的三相輸電系統(tǒng)電感:《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

二、輸電線(xiàn)路的電抗

影響電抗的因素線(xiàn)間距離（Deq）導(dǎo)線(xiàn)等值半徑（r’）分裂導(dǎo)線(xiàn)數(shù)一般單根導(dǎo)線(xiàn)：約0.4Ω/km2根分裂導(dǎo)線(xiàn)：約0.33Ω/km3根分裂導(dǎo)線(xiàn)：約0.3Ω/km4根分裂導(dǎo)線(xiàn)：約0.28Ω/km《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

三、輸電線(xiàn)路的電納

研究b，需研究電容C，采用電場(chǎng)理論分析導(dǎo)線(xiàn)周?chē)妶?chǎng)情況。公式推導(dǎo)思路?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

三、輸電線(xiàn)路的電納

輸電線(xiàn)路的電納是與導(dǎo)線(xiàn)周?chē)妶?chǎng)有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中通有交流電流時(shí)，其周?chē)痛嬖陔妶?chǎng)，電場(chǎng)中任一點(diǎn)電位與導(dǎo)線(xiàn)上電荷密度成正比，而電位與電荷密度的比例系數(shù)的倒數(shù)就是電容

三相輸電線(xiàn)每相電納為，r本身半徑《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

四、輸電線(xiàn)路的電導(dǎo)

電導(dǎo)是用來(lái)反映泄漏電流和空氣游離所引起的有功功率損耗的一種參數(shù)，線(xiàn)路電導(dǎo)表示如下所示：電暈現(xiàn)象就是架空線(xiàn)路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)附近的空氣游離而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。線(xiàn)路開(kāi)始出現(xiàn)電暈的電壓為臨界電壓Vcr

聲響藍(lán)色暈光

o3氣味電暈損耗《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

四、輸電線(xiàn)路的電導(dǎo)

Ucr：臨界電壓能發(fā)生電暈的最低電壓影響因素： 材料表面光滑程度 天氣 空氣密度 材料半徑 分裂情況設(shè)計(jì)時(shí)已考慮晴天不發(fā)生電暈，g可忽略?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

臨界電壓Ucr，一般可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中，m1—導(dǎo)線(xiàn)表面狀況系數(shù)，對(duì)于多股絞線(xiàn)，m1=0.83~0.87；m2—?dú)庀鬆顩r系數(shù)，晴天，m2=1，雨雪霧等惡劣天氣，m2=0.8~1；r—導(dǎo)線(xiàn)計(jì)算半徑(cm)；Djp—三相導(dǎo)線(xiàn)間的幾何均距(cm)；δ—空氣相對(duì)密度，δ=3.92b/(273+t)，其中，b為大氣壓力，用水銀柱厘米(1水銀柱厘米=1333.22Pa)表示；t為空氣溫度，當(dāng)t=25℃，b=76cm時(shí)，δ=1?！峨姎夤こ袒A(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

例1

：有一條長(zhǎng)100km，額定電壓為110kV的輸電線(xiàn)路，采用LGJ-185型鋼芯鋁絞線(xiàn)，導(dǎo)線(xiàn)水平排列，線(xiàn)間距離為4m，導(dǎo)線(xiàn)表面系數(shù)m1=0.85，氣象狀況系數(shù)m2=1，空氣相對(duì)密度δ=1。求線(xiàn)路參數(shù)。解：LGJ-185型導(dǎo)線(xiàn)的計(jì)算直徑為19.02mm，則查表得:《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

電暈臨界電壓：

所以g0＝0R＝r0l＝0.17×100＝17ΩX＝x0l＝0.409×100＝40.9ΩB＝b0l＝2.78×10-6×100＝2.78×10-4S《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型第三節(jié)三相輸電線(xiàn)模型本節(jié)主要從分布參數(shù)電壓、電流特性導(dǎo)出輸電線(xiàn)在穩(wěn)態(tài)交流電壓作用下，線(xiàn)路兩端電壓和電流關(guān)系，并由此得到輸電線(xiàn)等值電路和各種運(yùn)行特性。一、輸電線(xiàn)路方程和等值電路輸電線(xiàn)的電壓、電流圖《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

電流I在dX微段阻抗中的電壓降流入dX微段并聯(lián)導(dǎo)納中的電流忽略二階微分，推導(dǎo)出《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型

再進(jìn)行一次求導(dǎo)

特征方程特征方程根《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型微分方程的解同理可得

當(dāng)X＝0時(shí)

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型均勻長(zhǎng)線(xiàn)方程當(dāng)x＝l，則線(xiàn)路始電壓、電流方程為《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型分布參數(shù)：等值電路計(jì)算很不方便；當(dāng)架空線(xiàn)路長(zhǎng)度在300km以下時(shí)，可用集中參數(shù)表示的等值電路來(lái)近似代替分布參數(shù)等值電路。

短距離線(xiàn)路的簡(jiǎn)化等值電路當(dāng)架空線(xiàn)路長(zhǎng)度不超過(guò)80km，電壓等級(jí)在35kV及以下時(shí)，由于電壓低、線(xiàn)路短，線(xiàn)路電納亦可不計(jì)，等值電路可