北理工電氣工程基礎(chǔ)第4章

1、電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 n介紹輸電線路及結(jié)構(gòu)概念介紹輸電線路及結(jié)構(gòu)概念 n學(xué)習(xí)三相輸電線的參數(shù)（電阻、電抗、學(xué)習(xí)三相輸電線的參數(shù)（電阻、電抗、 電導(dǎo)、電納）的含義及計(jì)算方法電導(dǎo)、電納）的含義及計(jì)算方法 n分析輸電線方程及等值電路分析輸電線方程及等值電路 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 架空線路的組成及各部件作用：架空線路的組成及各部件作用： 由由導(dǎo)線導(dǎo)線、避雷線避雷線（或稱架空地線）、（或稱架空地線）、桿塔桿塔、絕緣子絕緣子 和和金具金具等主要元件組成等主要元件組成 。 （1）導(dǎo)線：傳導(dǎo)電流，輸送電能；）導(dǎo)線：傳導(dǎo)電流，輸送電能； （2）避雷線：保護(hù)電力線免遭雷擊而

2、引起過電壓對(duì)線）避雷線：保護(hù)電力線免遭雷擊而引起過電壓對(duì)線 路或用電設(shè)備造成損害；路或用電設(shè)備造成損害； （3）絕緣子：將導(dǎo)線與桿塔絕緣；）絕緣子：將導(dǎo)線與桿塔絕緣； （4）金具：支撐導(dǎo)線，并將絕緣子固定在桿塔上；）金具：支撐導(dǎo)線，并將絕緣子固定在桿塔上； （5）桿塔：支撐導(dǎo)線、絕緣子等使導(dǎo)線與地之間保持）桿塔：支撐導(dǎo)線、絕緣子等使導(dǎo)線與地之間保持 一定的絕緣距離。一定的絕緣距離。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 1. 架空輸電線架空輸電線 典型架空輸電線路的照片典型架空輸電線路的照片 典型架空輸電線路的照片 桿塔 導(dǎo)線（四分裂） 避雷線 絕緣子串 從結(jié)構(gòu)來分從結(jié)構(gòu)來分 架空線路架空

3、線路 電纜線路電纜線路 普通導(dǎo)線 分裂導(dǎo)線 擴(kuò)徑導(dǎo)線等 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 電力線路包含輸電線路和配電線路。電力線路包含輸電線路和配電線路。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、導(dǎo)線的種類一、導(dǎo)線的種類 按照材料分為銅、鋁、鋁合金及綱等材料制造的導(dǎo)線； 按照結(jié)構(gòu)分為單股和多股絞線； 還有兩種金屬的多股線：鋼芯鋁絞線，按照鋼的截面積 和鋁的截面積之比分。 分裂導(dǎo)線：目前用的比較多，每相2、3、4根導(dǎo)線。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、導(dǎo)線的種類一、導(dǎo)線的種類 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、導(dǎo)線的種類一、導(dǎo)線的種類 雙分裂導(dǎo)線 電氣工

4、程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、導(dǎo)線的種類一、導(dǎo)線的種類 鋁絞線實(shí)物 鋼芯鋁絞線實(shí)物 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 二、桿塔的種類二、桿塔的種類 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。 直線塔 也稱中間桿塔，用 在線路的直線走向 段內(nèi)，主要作用懸 掛導(dǎo)線。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 轉(zhuǎn)角塔 位于線路轉(zhuǎn)角處的桿塔要承受線路方向的側(cè)向拉力。 功能：功能：支持導(dǎo)、 地線張力，改 變線路走向。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：導(dǎo)、地 線開斷為耐張 轉(zhuǎn)角桿塔，不 開斷為懸垂轉(zhuǎn) 角桿塔。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 500kV換位

5、塔 所謂所謂換位循環(huán)換位循環(huán)，指在一定長(zhǎng)，指在一定長(zhǎng) 度內(nèi)有兩次換位，而三相導(dǎo)線度內(nèi)有兩次換位，而三相導(dǎo)線 都分別處于三個(gè)不同位置。都分別處于三個(gè)不同位置。 線路換位的線路換位的目的目的是要使每相是要使每相 導(dǎo)線感應(yīng)阻抗和每相的電容相導(dǎo)線感應(yīng)阻抗和每相的電容相 等，以減少三相線路參數(shù)的不等，以減少三相線路參數(shù)的不 平衡。為保持線路三相對(duì)稱運(yùn)平衡。為保持線路三相對(duì)稱運(yùn) 行。行。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 500500千伏江陰長(zhǎng)江大跨越工程跨越塔全千伏江陰長(zhǎng)江大跨越工程跨越塔全 高高346.5346.5米，跨越檔距米，跨越檔距23032303米，橫擔(dān)總米，橫擔(dān)總 長(zhǎng)長(zhǎng)7777米，鐵

6、塔底部根開達(dá)米，鐵塔底部根開達(dá)6868米。米。 功能：功能：支承導(dǎo)、地線跨 越江河、湖泊、海峽等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：桿塔高，載荷大。 多采用直線跨越桿塔。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 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

7、世界上該產(chǎn)品在世界上 第一個(gè)第一個(gè)800800千伏千伏 直流輸電工程云直流輸電工程云 廣直流輸電工程廣直流輸電工程 中大量采用。中大量采用。 高壓線路運(yùn)行的高壓線路運(yùn)行的 復(fù)合絕緣子主要復(fù)合絕緣子主要 以棒形懸式絕緣以棒形懸式絕緣 子為主，約占各子為主，約占各 類運(yùn)行復(fù)合絕緣類運(yùn)行復(fù)合絕緣 子總支數(shù)的子總支數(shù)的9090 以上以上 。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 電壓等級(jí)與直線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) 稱電壓 （kV） 3563110220330500 每串絕緣 子片數(shù) 35713 17 19 25 28 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 四、金具四、

8、金具 用于將絕緣子和導(dǎo)線懸掛、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） 懸垂線夾并溝線夾（接續(xù)金具） 耐張線夾 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、電纜五、電纜 電纜線路一般是埋在地下的電纜溝和管道中，建設(shè)費(fèi)用電纜線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。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)

9、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路敷設(shè)在電纜隧道里面的電力電纜線路 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 R0+jwl0 g0 jwc0 電力線路的電氣參數(shù)是指線路的電阻r、電抗x、電導(dǎo)g 和電納b。 電力線路的等效電路圖： 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、輸電線路的電阻一、輸電線路的電阻 120 120rrtkm ：電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大； S r 1單股導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的直流電阻： 多股導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的直流電阻： K為絞入系數(shù) nS K r 任意溫度時(shí)的電阻： -導(dǎo)線材料的電阻率, mm2/km S -為導(dǎo)線的截面積，mm2 電氣工程基礎(chǔ)第

10、四章 輸變電元件參數(shù)及模型 一、輸電線路的電阻一、輸電線路的電阻 l略微增大材料電阻率的取值略微增大材料電阻率的取值： l絞線，實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)絞線，實(shí)際長(zhǎng)度長(zhǎng)(%) l集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，RaRd 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)，交流電通過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)， 當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)線截面內(nèi)各點(diǎn)電流密度不 同，使導(dǎo)線交流電阻比直流電阻大。 鄰近效應(yīng)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)線流過電流 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可變磁場(chǎng)，從而形成鄰近效應(yīng) l導(dǎo)線的實(shí)際面積常比標(biāo)稱面積小導(dǎo)線的實(shí)際面積常比標(biāo)稱面積小 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 二、輸電線路的電抗

11、二、輸電線路的電抗 推導(dǎo)思路 l分析導(dǎo)線的磁場(chǎng)導(dǎo)線自身電流+鄰近導(dǎo)線電流(安培環(huán)路 定律:IH磁場(chǎng)強(qiáng)度) l分析導(dǎo)線所交鏈的磁鏈自磁鏈+互磁鏈 l磁鏈與電感系數(shù)的關(guān)系L=/I l電抗與電感系數(shù)的關(guān)系x=L 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 二、輸電線路的電抗二、輸電線路的電抗 在高壓交流線路中，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E。 導(dǎo)線的電抗由下式?jīng)Q定： 2xfL 其中：L為導(dǎo)線電感系數(shù)，當(dāng)磁鏈隨電流線性變 化時(shí)，電感為： i L 要計(jì)算電感L，關(guān)鍵是計(jì)算磁鏈大小，磁鏈包括 兩部分：導(dǎo)線內(nèi)部磁鏈和導(dǎo)線外部磁鏈。 0 ln 2r Di 1、無限長(zhǎng)單根導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度的電感：、無限長(zhǎng)單根導(dǎo)線的單位

12、長(zhǎng)度的電感： )/( 1 ln 2 0 mH D L ji ij )/( ln 2 0 0 mH r D L 2 2、N N根導(dǎo)體的系統(tǒng)中，第根導(dǎo)體的系統(tǒng)中，第j j根導(dǎo)體的電感根導(dǎo)體的電感： )/( 1 ln 2 0 mH r L j jj 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 ln 2 0 0 aa a r D I L l三相不對(duì)稱不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，單位長(zhǎng)度三相平均電感: 3 0 )/( ln 2 cabcabeq a eq cba DDDD mH r D LLL 三相輸電系統(tǒng)的每相電感三相輸電系統(tǒng)的每相電感: : 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參

13、數(shù)及模型 分裂導(dǎo)線： eq 1 s 0.1445lg D x R /km RS 分裂導(dǎo)線的等值半徑，mm Deq導(dǎo)線的幾何均距，mm 分裂導(dǎo)線的三相輸電系統(tǒng)電感分裂導(dǎo)線的三相輸電系統(tǒng)電感: : 3 1213sa Rr d d 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 二、輸電線路的電抗二、輸電線路的電抗 影響電抗的因素影響電抗的因素 l線間距離（Deq） l導(dǎo)線等值半徑（r） l分裂導(dǎo)線數(shù) 一般單根導(dǎo)線：約0.4/km 2根分裂導(dǎo)線： 約0.33/km 3根分裂導(dǎo)線： 約0.3/km 4根分裂導(dǎo)線： 約0.28/km 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 三、輸電線路的電納三、輸電線路的電

14、納 l研究b，需研究電容C，采用電場(chǎng)理論分析導(dǎo) 線周圍電場(chǎng)情況。 l公式推導(dǎo)思路。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 三、輸電線路的電納三、輸電線路的電納 輸電線路的電納是與導(dǎo)線周圍電場(chǎng)有關(guān)，當(dāng)導(dǎo) 線中通有交流電流時(shí)，其周圍就存在電場(chǎng)，電場(chǎng)中 任一點(diǎn)電位與導(dǎo)線上電荷密度成正比，而電位與電 荷密度的比例系數(shù)的倒數(shù)就是電容 三相輸電線每相電納為，r本身半徑 2BCfC 6 7.58 10 / lg eq bCS km D r 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 四、輸電線路的電導(dǎo)四、輸電線路的電導(dǎo) 電導(dǎo)是用來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)，線路電導(dǎo)表示如下所示

15、： 電暈現(xiàn)象就是架空線路帶有高電壓的情況下， 當(dāng)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo) 線附近的空氣游離而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。線路開始 出現(xiàn)電暈的電壓為臨界電壓Vcr 3 1 2 10 / g P gSkm U 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、輸電線路的電導(dǎo)四、輸電線路的電導(dǎo) lUcr：臨界電壓 能發(fā)生電暈的最低電壓 l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。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 臨界電壓臨界電壓Ucr，一般可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：，一般可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

16、： 12 84lg eq cr D Um mrkV r 式中，式中，m 1 導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對(duì)于導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對(duì)于多股絞線，多股絞線， m1=0.830.87； m2氣象狀況系數(shù)，氣象狀況系數(shù)，晴天，晴天，m2=1，雨雪霧等惡劣天氣，雨雪霧等惡劣天氣， m2=0.81； r 導(dǎo)線計(jì)算半徑導(dǎo)線計(jì)算半徑(cm)；Djp三相導(dǎo)線間的幾何均距三相導(dǎo)線間的幾何均距 (cm)； 空氣相對(duì)密度，空氣相對(duì)密度，=3.92b/(273+t)，其中，其中，b為大氣壓為大氣壓 力，用水銀柱厘米力，用水銀柱厘米(1水銀柱厘米水銀柱厘米=1333.22Pa)表示；表示；t 為空氣溫度，當(dāng)為空氣溫度，當(dāng)t=25，b

17、=76cm時(shí)，時(shí)，=1。 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 例例1 ：有一條長(zhǎng)：有一條長(zhǎng)100km，額定電壓為，額定電壓為110kV的輸電線路，采用的輸電線路，采用 LGJ-185型鋼芯鋁絞線，導(dǎo)線水平排列，線間距離為型鋼芯鋁絞線，導(dǎo)線水平排列，線間距離為4m， 導(dǎo)線表面系數(shù)導(dǎo)線表面系數(shù)m1=0.85，氣象狀況系數(shù)，氣象狀況系數(shù)m2=1，空氣相對(duì)密，空氣相對(duì)密 度度=1。求線路參數(shù)。求線路參數(shù)。 解：解： )/(17. 0 185 5 .31 0 km S r mmmmr51.902.19 2 1 LGJ-185型導(dǎo)線的計(jì)算直徑為型導(dǎo)線的計(jì)算直徑為19.02mm，則，則 0 0.144

18、5lg0.409(/) eq D xkm r 666 0 7.587.58 10102.7810(/) 1.264000 lg lg 9.51 eq bSkm D r 3 4 0 0 04 0 0 08 0 0 05 0 3 9 .7 e q Dm m 查表得查表得: 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：電暈臨界電壓： 12 84lg 1.264000 840.85110.951lg185110 9.51 eq cr D Um mr r kVkV 所以所以 g00 Rr0l0.1710017 Xx0l0.40910040.9 Bb0l2.7810-61002.7810-4S

19、 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 本節(jié)主要從分布參數(shù)電壓、電流特性導(dǎo)出輸電 線在穩(wěn)態(tài)交流電壓作用下，線路兩端電壓和電流關(guān) 系，并由此得到輸電線等值電路和各種運(yùn)行特性。 一、輸電線路方程和等值電路 輸電線的電壓、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 11 dU dUIz dxIz dx 流入dX微段并聯(lián)導(dǎo)納中的電流 111 dIUdUy dxU y dxy dU dx 1 dI U y dx 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) 2 2 11 2 2 2 11 2 d U Uz yU dx d I I

20、z yI dx 11 z y 輸 電 線 路 傳 播 常 數(shù) 0 22 s 2, 1 s 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 xshCxchCeCeCU xx 2121 xshBxchBI 21 同理可得 當(dāng)X0時(shí) 12 CUU c ZI y z I yz z I zI C 2 1 1 2 11 1 2 12 2 12221 0 zICxchCxshC dx dU x 電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 c Z U BIB 2 221 ； 均勻長(zhǎng)線方程 xsh Z U xchII xshZIxchUU c c 2 2 22 當(dāng)xl，則線路始電壓、電流方程為 lsh Z U lchII lshZIlchUU c c 2 2 22 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)分布參數(shù) ：等值電路計(jì)算很不方便等值電路計(jì)算很不方便；當(dāng)架空線路長(zhǎng)度在當(dāng)架空線路長(zhǎng)度在 300km以下時(shí)，可用集中參數(shù)表示的等值電路來近似代以下時(shí)，可用集中參數(shù)表示的等值電路來近似代 替分布參數(shù)等值電路。替分布參數(shù)等值電路。