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)容介紹輸電線路及結(jié)構(gòu)概念學(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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)

架空線路的組成及各部件作用：

由導(dǎo)線、避雷線（或稱架空地線）、桿塔、絕緣子和金具等主要元件組成。（1）導(dǎo)線：傳導(dǎo)電流，輸送電能；（2）避雷線：保護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；（3）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；（5）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。《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)電力線路及結(jié)構(gòu)

1.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桿塔導(dǎo)線（四分裂）避雷線絕緣子串從結(jié)構(gòu)來分架空線路電纜線路普通導(dǎo)線分裂導(dǎo)線擴徑導(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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)一、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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)

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：支持導(dǎo)、地線張力，改變線路走向。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)及模型第一節(jié)電力線路及結(jié)構(gòu)

500kV換位塔所謂換位循環(huán)，指在一定長度內(nèi)有兩次換位，而三相導(dǎo)線都分別處于三個不同位置。線路換位的目的是要使每相導(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)的不平衡。為保持線路三相對稱運行?！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)電力線路及結(jié)構(gòu)

500千伏江陰長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77米，鐵塔底部根開達(dá)68米。

功能：支承導(dǎo)、地線跨越江河、湖泊、海峽等。特點：桿塔高，載荷大。多采用直線跨越桿塔?！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)品在世界上第一個±800千伏直流輸電工程云廣直流輸電工程中大量采用。高壓線路運行的復(fù)合絕緣子主要以棒形懸式絕緣子為主，約占各類運行復(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)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)線懸掛、拉緊在塔桿上的金屬器具?！峨姎夤こ袒A(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，維護維修困難。電纜結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體、絕緣層和保護包皮。

《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

《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)三相電力線路參數(shù)及計算

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α：電阻溫度系數(shù)，溫度越高，電阻越大；

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)任意溫度時的電阻：ρ-導(dǎo)線材料的電阻率,

Ω·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、輸電線路的電阻略微增大材料電阻率的取值：絞線，實際長度長(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)，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)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、輸電線路的電抗推導(dǎo)思路分析導(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:I→H磁場強度)分析導(dǎo)線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、輸電線路的電抗在高壓交流線路中，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場H和電場E。導(dǎo)線的電抗由下式?jīng)Q定：

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：要計算電感L，關(guān)鍵是計算磁鏈ψ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。推導(dǎo)結(jié)果1、無限長單根導(dǎo)線的單位長度的電感：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)及模型三相對稱運行時，每相導(dǎo)線單位長度的電感:三相不對稱運行時，單位長度三相平均電感: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：

Ω/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:《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

影響電抗的因素線間距離（Deq）導(dǎo)線等值半徑（r’）分裂導(dǎo)線數(shù)一般單根導(dǎo)線：約0.4Ω/km2根分裂導(dǎo)線：約0.33Ω/km3根分裂導(dǎo)線：約0.3Ω/km4根分裂導(dǎo)線：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、輸電線路的電納

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。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《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)

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)計時已考慮晴天不發(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)驗公式計算：式中，m1—導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對于多股絞線，m1=0.83~0.87；m2—氣象狀況系數(shù)，晴天，m2=1，雨雪霧等惡劣天氣，m2=0.8~1；r—導(dǎo)線計算半徑(cm)；Djp—三相導(dǎo)線間的幾何均距(cm)；δ—空氣相對密度，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，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100km，額定電壓為110kV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4m，導(dǎo)線表面系數(shù)m1=0.85，氣象狀況系數(shù)m2=1，空氣相對密度δ=1。求線路參數(shù)。解：LGJ-185型導(dǎo)線的計算直徑為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

《電氣工程基礎(chǔ)》第四章輸變電元件參數(shù)及模型均勻長線方程當(dāng)x＝l，則線路始電壓、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)：等值電路計算很不方便；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替分布參數(shù)等值電路。

短距離線路的簡化等值電路當(dāng)架空線路長度不超過80km，電壓等級在35kV及以下時，由于電壓低、線路短，線路電納亦可不計，等值電路可