北理工电气工程基础第4章

1、电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型n介绍输电线路及结构概念介绍输电线路及结构概念n学习三相输电线的参数（电阻、电抗、学习三相输电线的参数（电阻、电抗、电导、电纳）的含义及计算方法电导、电纳）的含义及计算方法n分析输电线方程及等值电路分析输电线方程及等值电路电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 架空线路的组成及各部件作用：架空线路的组成及各部件作用： 由由导线导线、避雷线避雷线（或称架空地线）、（或称架空地线）、杆塔杆塔、绝缘子绝缘子和和金具金具等主要元件组成等主要元件组成 。 （1）导线：传导电流，输送电能；）导线：传导电流，输送电能； （2）避雷线：保护电力线免遭雷击而引起过电压对

2、线）避雷线：保护电力线免遭雷击而引起过电压对线路或用电设备造成损害；路或用电设备造成损害； （3）绝缘子：将导线与杆塔绝缘；）绝缘子：将导线与杆塔绝缘； （4）金具：支撑导线，并将绝缘子固定在杆塔上；）金具：支撑导线，并将绝缘子固定在杆塔上； （5）杆塔：支撑导线、绝缘子等使导线与地之间保持）杆塔：支撑导线、绝缘子等使导线与地之间保持一定的绝缘距离。一定的绝缘距离。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 1. 架空输电线架空输电线 典型架空输电线路的照片典型架空输电线路的照片 典型架空输电线路的照片杆塔导线（四分裂）避雷线绝缘子串从结构来分从结构来分架空线路架空线路电缆线路电缆线路普通导线分

3、裂导线扩径导线等电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型电力线路包含输电线路和配电线路。电力线路包含输电线路和配电线路。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 一、导线的种类一、导线的种类 按照材料分为铜、铝、铝合金及纲等材料制造的导线； 按照结构分为单股和多股绞线； 还有两种金属的多股线：钢芯铝绞线，按照钢的截面积和铝的截面积之比分。 分裂导线：目前用的比较多，每相2、3、4根导线。 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型一、导线的种类一、导线的种类 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型一、导线的种类一、导线的种类 双分裂导线电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型一、导线的种类一、

4、导线的种类 铝绞线实物 钢芯铝绞线实物电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 二、杆塔的种类二、杆塔的种类 按材料分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔杆。 按输送回路分为单回路、双回路和多回路等型式。 直线塔也称中间杆塔，用在线路的直线走向段内，主要作用悬挂导线。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 转角塔位于线路转角处的杆塔要承受线路方向的侧向拉力。功能：功能：支持导、地线张力，改变线路走向。特点：特点：导、地线开断为耐张转角杆塔，不开断为悬垂转角杆塔。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 500kV换位塔所谓所谓换位循环换位循环，指在一定长，指在一定长度内有两次换位，而三相导线度内有两次

5、换位，而三相导线都分别处于三个不同位置。都分别处于三个不同位置。线路换位的线路换位的目的目的是要使每相是要使每相导线感应阻抗和每相的电容相导线感应阻抗和每相的电容相等，以减少三相线路参数的不等，以减少三相线路参数的不平衡。为保持线路三相对称运平衡。为保持线路三相对称运行。行。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 500500千伏江阴长江大跨越工程跨越塔全千伏江阴长江大跨越工程跨越塔全高高346.5346.5米，跨越档距米，跨越档距23032303米，横担总米，横担总长长7777米，铁塔底部根开达米，铁塔底部根开达6868米。米。 功能：功能：支承导、地线跨越江河、湖泊、海峡等。特点：特点：

6、杆塔高，载荷大。多采用直线跨越杆塔。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 同杆双回塔电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型三、绝缘子三、绝缘子 绝缘子要有良好的绝缘性能、足够的机械强度、还要有抗腐蚀能力，适应环境温度和湿度要求。 分为针式、悬式和瓷横担几种。钢化玻璃绝缘子瓷绝缘子合成绝缘子电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型针式绝缘子瓷横担绝缘子悬式绝缘子电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型该产品在世界上该产品在世界上第一个第一个800800千伏千伏直流输电工程云直流输电工程云广直流输电工程广直流输电工程中大量采用。中大量采用。高压线路运行的高压线路运行的复合绝缘子主要复合绝缘子

7、主要以棒形悬式绝缘以棒形悬式绝缘子为主，约占各子为主，约占各类运行复合绝缘类运行复合绝缘子总支数的子总支数的9090以上以上 。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型电压等级与直线杆塔上悬垂绝缘子串中绝缘子数量的关系系统标称电压（kV）3563110220330500每串绝缘子片数3571317192528电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 四、金具四、金具 用于将绝缘子和导线悬挂、拉紧在塔杆上的金属器具。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 联结金具（Z型挂板）悬垂线夹并沟线夹（接续金具）耐张线夹电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型

8、耐张金具悬垂金具电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型间隔棒防振锤电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 五、电缆五、电缆 电缆线路一般是埋在地下的电缆沟和管道中，建设费用电缆线路一般是埋在地下的电缆沟和管道中，建设费用高，维护维修困难。高，维护维修困难。 电缆结构包括导体、绝缘层和保护包皮。电缆结构包括导体、绝缘层和保护包皮。 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型敷设在电缆隧道里面的电力电缆线路敷设在电缆隧道里面的电力电缆线路 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 R0+jwl0g0jwc0 电力线路的电气参数是指线路的电阻r、电抗x、电导g和电纳b。 电力线路的等效电路图：电气

9、工程基础第四章 输变电元件参数及模型 一、输电线路的电阻一、输电线路的电阻120120rrtkm ：电阻温度系数，温度越高，电阻越大； Sr1单股导线单位长度的直流电阻：多股导线单位长度的直流电阻： K为绞入系数nSKr任意温度时的电阻：-导线材料的电阻率, mm2/km S -为导线的截面积，mm2 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 一、输电线路的电阻一、输电线路的电阻l略微增大材料电阻率的取值略微增大材料电阻率的取值：l绞线，实际长度长绞线，实际长度长(%)l集肤效应和邻近效应，集肤效应和邻近效应，RaRd集肤效应集肤效应，交流电通过导线时，导线内产生磁场，当磁场发生变化时，导线截

10、面内各点电流密度不同，使导线交流电阻比直流电阻大。邻近效应邻近效应，体内电流密度因受邻近导体中电流的影响而分布不均匀的现象。相邻的导线流过电流时，会产生可变磁场，从而形成邻近效应l导线的实际面积常比标称面积小导线的实际面积常比标称面积小电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 二、输电线路的电抗二、输电线路的电抗推导思路l分析导线的磁场导线自身电流+邻近导线电流(安培环路定律:IH磁场强度) l分析导线所交链的磁链自磁链+互磁链l磁链与电感系数的关系L=/Il电抗与电感系数的关系x=L 电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 二、输电线路的电抗二、输电线路的电抗 在高压交流线路中，在导线周围

11、产生磁场H和电场E。导线的电抗由下式决定： 2xfL 其中：L为导线电感系数，当磁链随电流线性变化时，电感为：iL 要计算电感L，关键是计算磁链大小，磁链包括两部分：导线内部磁链和导线外部磁链。0ln2rDi推导结果1、无限长单根导线的单位长度的电感：、无限长单根导线的单位长度的电感：)/(1ln20mHDLjiij)/(ln200mHrDL2 2、N N根导体的系统中，第根导体的系统中，第j j根导体的电感根导体的电感：)/(1ln20mHrLjjj电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型l三相对称对称运行时，每相导线单位长度的电感:ln200aaar

12、DILl三相不对称不对称运行时，单位长度三相平均电感:30)/(ln2cabcabeqaeqcbaDDDDmHrDLLL三相输电系统的每相电感三相输电系统的每相电感: :电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型分裂导线： eq1s0.1445lgDxR/kmRS 分裂导线的等值半径，mm Deq导线的几何均距，mm 分裂导线的三相输电系统电感分裂导线的三相输电系统电感: :31213saRr d d电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 二、输电线路的电抗二、输电线路的电抗 影响电抗的因素影响电抗的因素l线间距离（Deq）l导线等值半径（r）l分裂导线数一般单根导线：约0.4/km2根分裂导

13、线： 约0.33/km3根分裂导线： 约0.3/km4根分裂导线： 约0.28/km电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 三、输电线路的电纳三、输电线路的电纳 l研究b，需研究电容C，采用电场理论分析导线周围电场情况。l公式推导思路。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 三、输电线路的电纳三、输电线路的电纳 输电线路的电纳是与导线周围电场有关，当导线中通有交流电流时，其周围就存在电场，电场中任一点电位与导线上电荷密度成正比，而电位与电荷密度的比例系数的倒数就是电容 三相输电线每相电纳为，r本身半径2BCfC67.58 10 /lgeqbCS kmDr电气工程基础第四章 输变电元件参数及

14、模型 四、输电线路的电导四、输电线路的电导 电导是用来反映泄漏电流和空气游离所引起的有功功率损耗的一种参数，线路电导表示如下所示： 电晕现象就是架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的电场强度超过空气的击穿强度时，导线附近的空气游离而产生局部放电现象。线路开始出现电晕的电压为临界电压Vcr31210 /gPgSkmU 声响 蓝色晕光 o3气味电晕损耗电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 四、输电线路的电导四、输电线路的电导 lUcr：临界电压 能发生电晕的最低电压 l影响因素： 材料表面光滑程度 天气 空气密度 材料半径 分裂情况设计时已考虑晴天不发生电晕，g 可忽略。电气工程基础第四章

15、输变电元件参数及模型 临界电压临界电压Ucr，一般可按下列经验公式计算：，一般可按下列经验公式计算： 1284lg eqcrDUm mrkVr式中，式中，m1导线表面状况系数，对于导线表面状况系数，对于多股绞线，多股绞线，m1=0.830.87；m2气象状况系数，气象状况系数，晴天，晴天，m2=1，雨雪雾等恶劣天气，雨雪雾等恶劣天气，m2=0.81；r 导线计算半径导线计算半径(cm)；Djp三相导线间的几何均距三相导线间的几何均距(cm)；空气相对密度，空气相对密度，=3.92b/(273+t)，其中，其中，b为大气压为大气压力，用水银柱厘米力，用水银柱厘米(1水银柱厘米水银柱厘米=1333

16、.22Pa)表示；表示；t为空气温度，当为空气温度，当t=25，b=76cm时，时，=1。电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 例例1 ：有一条长：有一条长100km，额定电压为，额定电压为110kV的输电线路，采用的输电线路，采用LGJ-185型钢芯铝绞线，导线水平排列，线间距离为型钢芯铝绞线，导线水平排列，线间距离为4m，导线表面系数导线表面系数m1=0.85，气象状况系数，气象状况系数m2=1，空气相对密，空气相对密度度=1。求线路参数。求线路参数。解：解：)/(17. 01855 .310kmSrmmmmr51.902.1921LGJ-185型导线的计算直径为型导线的计算直径为19

17、.02mm，则，则 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:电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 电晕临界电压：电晕临界电压： 1284lg1.264000 840.85110.951lg1851109.51eqcrDUm mrrkVkV所以所以 g00Rr0l0.1710017Xx0l0.40910040.9Bb0l2.7810-61002.7810-4S电气工程基础第四章 输变电元件参数及模

18、型 本节主要从分布参数电压、电流特性导出输电线在稳态交流电压作用下，线路两端电压和电流关系，并由此得到输电线等值电路和各种运行特性。一、输电线路方程和等值电路 输电线的电压、电流图电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 电流I在dX微段阻抗中的电压降11dUdUIz dxIzdx流入dX微段并联导纳中的电流111dIUdUy dxU y dxy dU dx1dIU ydx忽略二阶微分，推导出电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 再进行一次求导 2211222112d UUz yUdxd IIz yIdx11z y 输 电 线 路 传 播 常 数022s2, 1s特征方程特征方程根电气工程

19、基础第四章 输变电元件参数及模型 微分方程的解xshCxchCeCeCUxx2121xshBxchBI21同理可得 当X0时 12CUUcZIyzIyzzIzIC21121112122122210zICxchCxshCdxdUx电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型cZUBIB2221；均匀长线方程xshZUxchIIxshZIxchUUcc2222当xl，则线路始电压、电流方程为lshZUlchIIlshZIlchUUcc2222电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型 分布参数分布参数 ：等值电路计算很不方便等值电路计算很不方便；当架空线路长度在当架空线路长度在300km以下时，可用集中参数表示的等值电路来近似代以下时，可用集中参数表