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1、电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,第四章 输变电元件的参数及模型 主要内容,介绍输电线路及结构概念 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 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,第一节 电力线路及结构,架空线路的组成及各部件作用： 由导线、避雷线（或称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等主要元件组成 。 （1）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线路或用电设备造成损害； （3）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； （5）杆塔：支撑导线、绝缘子等使导线与地之间保持
2、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,第一节 电力线路及结构,1. 架空输电线 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,架空线路,电缆线路,普通导线,分裂导线,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。,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,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
3、模型,第一节 电力线路及结构,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,第一节 电力线路及结构,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,第一节 电力线路及结构,一、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 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,第一节 电力线路及结构,位于线路转角处的杆塔要承受线路方向的侧向拉力。,功能：支持导、地线张力，改变线路走向。
4、 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,第一节 电力线路及结构,500kV换位塔,所谓换位循环，指在一定长度内有两次换位，而三相导线都分别处于三个不同位置。 线路换位的目的是要使每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平衡。为保持线路三相对称运行。,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,第一节 电力线路及结构,500千伏江阴长江大跨越工程跨越塔全高346.5米，跨越档距2303米，横担总长77米，铁塔底部根开达68米。,功能：支承导、地线跨越江河、湖泊、海峡等。 特点：杆塔高，载荷大。多采用直线跨越杆塔。,电气工
5、程基础第四章 输变电元件参数及模型,第一节 电力线路及结构,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,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。,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,该产品在世界上第一个800千伏直流输电工程云广直流输电工程中大量采用。 高压线路运行的复合绝缘子主要以棒形悬式绝缘子为主，约占各类运行复合绝缘子总支数的90以上 。,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,四、金具 用于将绝缘子和导线悬挂、拉
6、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,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,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,五、电缆 电缆线路一般是埋在地下的电缆沟和管道中，建设费用高，维护维修困难。 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,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,第二节 三相电力线路参数及计算,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：,电气工程基础第
7、四章 输变电元件参数及模型,一、输电线路的电阻,：电阻温度系数，温度越高，电阻越大；,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,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,略微增大材料电阻率的取值： 绞线，实际长度长(%) 集肤效应和邻近效应，RaRd,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，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
8、产生可变磁场，从而形成邻近效应,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 推导思路 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) 分析导线所交链的磁链自磁链+互磁链 磁链与电感系数的关系L=/I 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 在高压交流线路中，在导线周围产生磁场H和电场E。 导线的电抗由下式决定：,其中：L为导线电感系数，当磁链随电流线性变化时，电感为：,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。,推导结果,1、无限长单根导
9、线的单位长度的电感：,2、N根导体的系统中，第j根导体的电感：,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,三相对称运行时，每相导线单位长度的电感:,三相不对称运行时，单位长度三相平均电感:,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：,/km,RS 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:,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,影响电抗的因素,线间距离（Deq） 导线等值半径（r） 分裂导线数,一般单根导线：约0.4/km 2根分裂导线： 约0.33/k
10、m 3根分裂导线： 约0.3/km 4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,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。,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,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,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,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
11、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Vcr,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,Ucr：临界电压 能发生电晕的最低电压 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 输变电元件参数及模型,临界电压Ucr，一般可按下列经验公式计算：,式中，m1导线表面状况系数，对于多股绞线，m1=0.830.87； m2气象状况系数，晴天，m2
12、=1，雨雪雾等恶劣天气，m2=0.81； r 导线计算半径(cm)；Djp三相导线间的几何均距(cm)； 空气相对密度，=3.92b/(273+t)，其中，b为大气压力，用水银柱厘米(1水银柱厘米=1333.22Pa)表示；t为空气温度，当t=25，b=76cm时，=1。,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,例1 ：有一条长100km，额定电压为110kV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4m，导线表面系数m1=0.85，气象状况系数m2=1，空气相对密度=1。求线路参数。 解：,LGJ-185型导线的计算直径为19.02mm，则,查表得:,电气工程基础
13、第四章 输变电元件参数及模型,电晕临界电压：,所以 g00 Rr0l0.1710017 Xx0l0.40910040.9 Bb0l2.7810-61002.7810-4S,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,第三节 三相输电线模型,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,流入dX微段并联导纳中的电流,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
14、,特征方程,特征方程根,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,微分方程的解,同理可得,当X0时,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,均匀长线方程,当xl，则线路始电压、电流方程为,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,分布参数 ：等值电路计算很不方便；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替分布参数等值电路。,短距离线路的简化等值电路,当架空线路长度不超过80km，电压等级在35kV及以下时，由于电压低、线路短，线路电纳亦可不计，等值电路可进一步简化。,当架空线路长度超过300km时，可将线路分段，使每段线路长度不超过300km，从而可用若干个型等值电路来表示输电线路。,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,用两种形式的等值电路来表示，常用a图等值电路。,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,用两种形式的等值电路来表示，常用a图等值电路。,与前面传输线路的电压、电流方程：,电气工程基础第四章 输变电元件参数及模型,可得：,由此可计算出：,和,从而得到了形等效电路。 同样方法可以得到T形等效电路,
