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1、电气工程基础,电气工程系,输电线的参数及模型,The parameters and model of transmission line,主要内容,电力线路及结构 电力线路参数及计算 三相输电线模型,电力线路及结构,架空线路由导线、避雷线（或称架空地线）、杆塔、绝缘子和金具等主要元件组成 。,导线：传输电流 避雷线(ground wire )：引雷入地，保护线路 杆塔：支持线路和杆塔，并保证必要安全距离 绝缘子(Insulator)：使导线与杆塔之间保持绝缘,电力线路：架空线路和电缆线路,导线,导线的材料：铜、铝、钢等 导线型号： LJ 70 表示铝绞线，额定截面积为70mm2 TJ 35 表
2、示铜绞线，额定截面积为35mm2 LGJ 240 表示钢芯铝绞线，铝部分额定截面积为240mm2 分裂导线和扩径导线,杆塔,水泥杆由钢筋和水泥构成，通过水泥杆厂专用设备生产出来的。铁塔由角钢构成，多数铁件运到现场组装。 水泥杆或铁塔底部有基础和接地装置。基础一般由石头或钢筋混凝土构成。接地装置由放射形接地线组成。基础和接地装置都是埋在地下的，称为“隐蔽工程”。,水泥杆或铁塔主要有两种类型：耐张杆塔和直线杆塔。 几十公里、几百公里的输电线路，都要分成若干个耐张段。每个耐张段的头尾两根杆塔，就是耐张杆塔，它不但承受因导线自身重力引起的向下压力，同时要承受导线的水平拉力。耐张杆塔四个方向都必须装设钢
3、铰线制成的地锚式拉线，拉线固定在钢筋制成的拉线头上。 一个耐张段中除了头尾的两根耐张杆塔，中间还可能有若干根支撑杆塔，称为“直线杆塔”。通常情况下直线杆塔两侧水平拉力互相抵消，只承受垂直压力，所以不用地锚式拉线固定。,非专业人士想判别眼前的杆塔属直线杆或属耐张杆塔，一是看每相绝缘子串数：一串的属直线杆塔，二串的属耐张杆塔。二是看绝缘子串的朝向：垂直朝向的属直线杆塔，两串背靠背不与地面垂直的属耐张杆塔。,电力线路参数及计算,电阻r，电抗x，电导g和电纳b,输电线的电阻,单位长度导线电阻:查手册 不同温度下电阻： （ 电阻温度系数） 若导线长度为 ,则其电阻为： 交流电阻略大于直流电阻：集肤效应,
4、输电线路电抗,单位长度电抗 ：查手册 其中几何均距 可见X与导线几何尺寸、三相导线排列方式和相间距离有关 电缆线路的电抗远小于架空线路(C),输电线路电抗,分裂导线的电抗 为次导线等值半径 n为分裂次数（如n=4）,一相,贵州湖南电力塔架倒塌主要是直线塔压倒，重冰区极少采用张力塔，压倒起因是覆冰太严重，平均覆冰达到110毫米，每个塔承受的压力达到36吨，而设计标准为承重4到6吨，这种天气十分罕见，一是温度低，负度到度天气持续了近一个月，湿度长期在85%以上，又没有刮风，所以形成了极强的垂直压力。过高的垂直载荷由塔身和导线上的覆冰同时引起de,湖南电力倒塔的原因分析,杆塔 线路要架空就必须有两种
5、杆塔-即一是直线塔、另一种是耐张塔， 电力线路最易出危险的是耐张塔，因为导线受张力架空后，沿导线纵向拉起的力全部挂在耐张塔上，即耐张塔要承受电力线路架空后的张力载荷，也就是要当成墙壁一样承受导线的拉力。,再说导线：导线的标称截面，400/35，即400表示导线的铝股部分横截面积为400平方mm，35表示钢芯部分横截面积为35平方mm。(说明：湖南贵州省级联络调度系统为500KV线路，下级区市级线路为220kV系统，目前主要引起大范围停电原因为500kV省级联络线塔架倒塌。）当前500kV高压送电线路多为该型导线，然后每相导线有4根，一条线路为3相导线，共12根导线，还有两根避雷线。湖南的倒塌线
6、路就 是这样的导线结构，架空在天上的共有14根线。,按湖南的多年的气象条件，设计时冰厚为10mm。导线上履10mm厚的冰后的增加重量计算是：1.04kg. 每一米导线的上加冰后的重量是：1.511+1.042.551kg。 12根导线总重量为30.612 50mm的冰产生的张力是10mm冰的148.33/30.6124.85倍。,为何导线不断而塔倒的问题，这是因为耐张塔要承受不利的力矩效应（塔高20米），而导线只单纯的承受纵向张力。在所有的导线中心均用钢绞线进行承力，在履冰时，首先崩溃的一定是耐张塔，再才是倒塔的冲击力挣断导线。这就好比用绳子拴到一棵树上，用力扯绳子，断掉的一定是树根，因绳子只
7、受纵向拉力，故先断的是树，树断后，对绳子产生冲击，再断绳子。,北方未倒塔的原因是：天气干冷，塔身不会凝冰，导线上只是有附着积雪，没有大量挂冰，而且在设计时冰厚就取得大，般在30mm左右。而湖南的事故中，导线上全部凝冰达50100mm，塔身及绝缘子上全结成了水桶。这样多的额外荷载均由铁塔来承受，远远超出了国家规定的铁塔使用条件。,几个问题可商榷：1. 所用的设计气象条件有无修订的必要，这些规范出自什么年代，最近30-50年全球气象都有所变化，我国是否有统计资料？在我国电力系统或相关部门有没有研究？ 2.由于电荒，我们的电力部门集中精力铺摊子建电网上，对新技术开发和应用很保守 3. 全国一张网（如
8、特高压）还是分而治之的网好？为什么我们的电网如此脆弱不能互相支援？,输电线的电纳,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,输电线路电导,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 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，导线附件的空气游离而产生局部放电现象（localized discharge） 。线路开始出现电晕的电压为临界电压Vcr,电晕现象（corona） 特点为：出现与日
9、晕相似的光层，发出嗤嗤的声音，产生臭氧、氧化氮等。 易发生场所：常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（ 例如高压导线的周围，带电体的尖端附近）。,减少导体电极曲率半径小的部位。是减少和防止电晕的最佳途径。,电晕的放电电流与天气湿度以及空气的流动速度有关。一条110kV电力线路和一个110kV变电所组成的电力系统有50个地方会产生电晕现象，那么这个电力系统所损耗的功率就有5511kW，其电能损耗不亚于一台2万kVA的电力变压器的空载损耗。据不完全统计，全国每年因电晕损耗的电能达到了20.5亿kWh。,电力系统容易产生电晕的地方大体有三处： 1)第一是在变电所母线两端的耐张线夹处，其电晕主要是
10、因为母线尾端剪切不平滑并带有毛刺，以及耐张线夹与绝缘子连接的穿钉上的开口销比较尖锐，易产生电晕。,2)第二是在线路的耐张杆塔处，因为耐张杆塔跳线的两端剪切不平滑，易产生电晕，耐张线夹与绝缘子碗头穿钉上的开口销也易产生电晕。,3)第三是在直线杆塔上，主要是因为悬垂线夹与挂板连接的穿钉上的开口销尾端比较尖锐，也易产生电晕。,应用 (1)电晕引起电能的损耗，并对通讯和广播发生干扰。例如，雷雨时尖端电晕发电，避雷针即用此法中和带电的云层而防止雷击。 (2)静电复印机的充电过程是光导体鼓在暗处并处在某一极性的电场中，使其表面均匀地充上某种极性的电荷而具有一定的表面电位的过程。这一过程实际上是鼓的敏化过程
11、，使原来不具备感光性的鼓具有较好的感光性。它通常采用电晕放电法，即在离鼓一定距离的电极丝上加高压电，使其产生电晕放电，使光导体表面带上静电荷的过程，这个过程叫“充电”。,例题：有一额定电压为110KV的双回路线路，长度为100km,导线LGJ-185,三相水平排列，相间距离4m，求线路参数,解：查表得导线外径d=19mm, 几何均距 1）单位参数,2)双回路每相参数,三相输电线等值电路,等值电路和各种运行特性。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,输电线路方程和等值电路,长输电线路的电压、电流图,输电线路方程和等值电路,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,输电线路方程和等值电路,再对进行一次求导,特征方程,特征方程式的根,输电线路方程和等值电路,微分方程的解,同理可得,当X0时,输电线路方程和等值电路,均匀长线方程,当xl，则线路始电压、电流方程为,输电线路方程和等值电路,同二端口网络的通用方程相比较,输电线路方程和等值电路, 型等值电路,输电线路方程和等值电路,输电线路常数及传输矩阵,中等长度线路 (型等值电路）,短线路 (Y=0),
