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）的含義及計算方法電導(dǎo)、電納）的含義及計算方法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)電力線免遭雷擊而引起過電壓對

2、線）避雷線：保護(hù)電力線免遭雷擊而引起過電壓對線路或用電設(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)來分架空線路架空線路電纜線路電纜線路普通導(dǎo)線分

3、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、

4、導(dǎo)線的種類 鋁絞線實物 鋼芯鋁絞線實物電氣工程基礎(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：特點：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換位塔所謂所謂換位循環(huán)換位循環(huán)，指在一定長，指在一定長度內(nèi)有兩次換位，而三相導(dǎo)線度內(nèi)有兩次

5、換位，而三相導(dǎo)線都分別處于三個不同位置。都分別處于三個不同位置。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。為保持線路三相對稱運平衡。為保持線路三相對稱運行。行。電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 500500千伏江陰長江大跨越工程跨越塔全千伏江陰長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)總長長7777米，鐵塔底部根開達(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：特點：

6、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、足夠的機械強度、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)品在世界上該產(chǎn)品在世界上第一個第一個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。高壓線路運行的高壓線路運行的復(fù)合絕緣子主要復(fù)合絕緣子

7、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，約占各類運行復(fù)合絕緣類運行復(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)3571317192528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、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

8、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)費用電纜線路一般是埋在地下的電纜溝和管道中，建設(shè)費用高，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)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+jwl0g0jwc0 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

9、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120120rrtkm ：電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大； Sr1單股導(dǎo)線單位長度的直流電阻：多股導(dǎo)線單位長度的直流電阻： K為絞入系數(shù)nSKr任意溫度時的電阻：-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，實際長度長絞線，實際長度長(%)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，導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場發(fā)生變化時，導(dǎo)線截

10、面內(nèi)各點電流密度不同，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，會產(chǎn)生可變磁場，從而形成鄰近效應(yīng)l導(dǎo)線的實際面積常比標(biāo)稱面積小導(dǎo)線的實際面積常比標(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、輸電線路的電抗二、輸電線路的電抗推導(dǎo)思路l分析導(dǎo)線的磁場導(dǎo)線自身電流+鄰近導(dǎo)線電流(安培環(huán)路定律:IH磁場強度) 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=/Il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

11、產(chǎn)生磁場H和電場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，電感為：iL 要計算電感L，關(guān)鍵是計算磁鏈大小，磁鏈包括兩部分：導(dǎo)線內(nèi)部磁鏈和導(dǎo)線外部磁鏈。0ln2rDi推導(dǎo)結(jié)果1、無限長單根導(dǎo)線的單位長度的電感：、無限長單根導(dǎo)線的單位長度的電感：)/(1ln20mHDLjiij)/(ln200mHrDL2 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：)/(1ln20mHrLjjj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l三相對稱對稱運行時，每相導(dǎo)線單位長度的電感:ln200aaar

12、DILl三相不對稱不對稱運行時，單位長度三相平均電感:30)/(ln2cabcabeqaeqcbaDDDDmHrDLLL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 輸變電元件參數(shù)及模型分裂導(dǎo)線： eq1s0.1445lgDxR/kmRS 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: :31213saRr 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/km2根分裂導(dǎo)

13、線： 約0.33/km3根分裂導(dǎo)線： 約0.3/km4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、輸電線路的電納 l研究b，需研究電容C，采用電場理論分析導(dǎo)線周圍電場情況。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)線周圍電場有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線中通有交流電流時，其周圍就存在電場，電場中任一點電位與導(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2BCfC67.58 10 /lgeqbCS kmDr電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及

14、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： 電暈現(xiàn)象就是架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，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Vcr31210 /gPgSkmU 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)計時已考慮晴天不發(fā)生電暈，g 可忽略。電氣工程基礎(chǔ)第四章

15、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)驗公式計算：，一般可按下列經(jīng)驗公式計算： 1284lg eqcrDUm mrkVr式中，式中，m1導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對于導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對于多股絞線，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)線計算半徑導(dǎo)線計算半徑(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)；空氣相對密度，空氣相對密度，=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

16、.22Pa)表示；表示；t為空氣溫度，當(dāng)為空氣溫度，當(dāng)t=25，b=76cm時，時，=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：有一條長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，空氣相對密，空氣相對密度度=1。求線路參數(shù)。求線路參數(shù)。解：解：)/(17. 01855 .310kmSrmmmmr51.902.1921LGJ-185型導(dǎo)線的計算直徑為型導(dǎo)線的計算直徑為19

17、.02mm，則，則 00.1445lg0.409(/)eqDxkmr66607.587.5810102.7810(/)1.264000lglg9.51eqbSkmDr34 0 0 04 0 0 08 0 0 05 0 3 9 .7e qDm 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： 1284lg1.264000 840.85110.951lg1851109.51eqcrDUm mrrkVkV所以所以 g00Rr0l0.1710017Xx0l0.40910040.9Bb0l2.7810-61002.7810-4S電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模

18、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11dUdUIz dxIzdx流入dX微段并聯(lián)導(dǎo)納中的電流111dIUdUy dxU y dxy dU dx1dIU ydx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) 2211222112d UUz yUdxd IIz yIdx11z y 輸 電 線 路 傳 播 常 數(shù)022s2, 1s特征方程特征方程根電氣工程

19、基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型 微分方程的解xshCxchCeCeCUxx2121xshBxchBI21同理可得 當(dāng)X0時 12CUUcZIyzIyzzIzIC21121112122122210zICxchCxshCdxdUx電氣工程基礎(chǔ)第四章 輸變電元件參數(shù)及模型cZUBIB2221；均勻長線方程xshZUxchIIxshZIxchUUcc2222當(dāng)xl，則線路始電壓、電流方程為lshZUlchIIlshZIlchUUcc2222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) ：等值電路計算很不方便等值電路計算很不方便；當(dāng)架空線路長度在當(dāng)架空線路長度在300km以下時，可用集中參數(shù)表示的等值電路來近似代以下時，可用集中參數(shù)表