第四章 输电线的参数及模型

1第四章输变电元件的参数及模型24.1电力线路及结构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力线路包含输电线路和配电线路。31、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456双分裂导线7２００５年６月１日电我国首条７５０千伏输电线路建设现场传来消息，青海省海东地区官亭镇至兰州东输电线路工程六分裂扩径导线试验段架线５月３１日首次在在兰州市榆中县小康营乡洪亮村的２６７号终端塔处进行，采取一牵二张一次展放６根子导线（六分裂）的张力放线方式。在此次进行的放线过程中，导线采用扩径导线新技术，这是该技术在国内的首次应用。应用该技术，通过导线空心扩径，不仅增大导线截面积，而且节约了材料，适应高海拔地区。8电晕是电场强度超过临界值时引起带电导体周围空气突然发生电离所引起的一种发光的放电现象,其实质就是在高场强作用下带电导体表面空气发生了局部放电。导致产生电晕的外施电压称为起晕电压。决定带电导体表面起晕电压高低的主要因素是导体表面的曲率半径，而带电导体与相邻设备及建筑物的距离、自身表面的光洁度以及外部气象条件对其也有很大的影响。在高海拔地区，因空气密度较小，高压带电导体表面更容易产生电晕。同样条件下在低海拔地区能抑制电晕发生的屏蔽（均压）环和导线，在高海拔地区就不一定适用，往往需要增大其表面曲率半径才能满足限制电晕的要求。海拔越高，导体表面的曲率半径也要求越大。9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。10大型跨越塔10kV跨越塔11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。12500kV换位塔按有关规程规定：“在中性点直接接地的电力网中，长度超过1OOkm的线路均应换位，换位循环长度不宜大于200km。”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。13110kV单回路终端杆10kV同杆双回塔14绝缘子种类钢化玻璃绝缘子瓷绝缘子合成绝缘子15绝缘子形式针式绝缘子棒式（瓷横担)绝缘子悬式绝缘子16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3571317~1925~2817金具18金具种类并沟线夹（接续金具）悬垂线夹耐张线夹联结金具（Z型挂板）19金具种类（保护）防振锤间隔棒202、电缆线路21敷设在电缆隧道里面的电力电缆线路22有几个参数可以反映输电线的电磁现象?各个参数受哪些因素影响?如何用等值电路表示输电线路?4.2三相电力线路的参数计算23线路的电磁现象和参数线路通电流发热，消耗有功功率R交流电流交变磁场感应电势(自感、互感)抵抗电流X电流效应串联还是并联？24线路加电压绝缘漏电(较小)，一定电压下发光、放电(电晕)G电场线/线、线/大地电容交变电压产生电容电流B电压效应串联还是并联？25电缆尺寸标准化，外界影响小，一般不变（不研究）架空线受气候、地理、架设的影响，r、x、g、b要变分布式参数：用单位长（/km）参数r、x、g、b表示26长度为l的架空线路的参数•R=r1l(Ω)•X=x1l(Ω)•G=g1l(S)•B=b1l(S)27电阻的计算单位长度的直流电阻sr1(Ω/km)ρ-导线材料的电阻率,Ω·mm2/kmS-为导线的截面积，mm228说明计算时要略微增大材料电阻率的取值绞线，实际长度长(２%～３％)集肤效应和邻近效应，RaRd导线的实际面积常比标称面积小铝的电阻率增大为31.5Ω·mm2/km铜的电阻率增大为18.8Ω·mm2/km29温度系数修正)20(120trrt铝的α取0.0036，1/℃铜的α取0.00382，1/℃30电抗的计算电抗（电感）反映载流线路周围产生的磁场效应导线的电感计算公式根据磁场效应推导31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:I→H磁场强度)•分析导线所交链的磁链磁感应强度：B=μ·H磁通：Φ=S·B磁链：Ψ=N·Φ自磁链＋互磁链•磁链与电感系数的关系L=Ψ/I•电抗与电感系数的关系x=ωL32推导结果1、无限长单根导线的单位长度的电感：)/(1ln20mHDLjiij)/('ln200mHrDL推导过程2、N根导体的系统中，第j根导体的电感：)/('1ln20mHrLjjj33三相对称运行时，每相导线单位长度的电感:)/('lg106.4'ln102'ln27700mHrDrDrDILaaaaa三相不对称运行时，单位长度三相平均电感:30)/('ln2cabcabeqaeqcbaDDDDmHrDLLL3、三相输电系统的每相电感:循环换位34电抗计算公式单相电感：eq41eq4eqeqXL=2210ln'22102.3lg'0.1445lg'0.1445lg0.0157'0.779DfrDfrDrDrrr将μ0代入，ln→lg，x=ωL350ln2'eqIIIaaaIIDDIrD0ln(/)2'eqIIIaaaaIIDDLHmIrD4、双回路三相输电系统的每相电感:1XL=20.1445lg'eqIIIaIIfLDDrD36分裂导线：eq1s0.1445lgDxRΩ/kmRS——分裂导线的等值半径，mmDeq——导线的几何均距，mm5、分裂导线的三相输电系统电感:比较：单导线：eq10.1445lgDxrΩ/km——单导线的等值半径，mmr31213saRrdd37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0.4Ω/km2根分裂导线：约0.33Ω/km3根分裂导线：约0.3Ω/km4根分裂导线：约0.28Ω/km38计算注意点Deq、r’、Ds’单位一致;􀂄r’=0.779r0适用于单股线；多股绞线r’0.779r0；钢芯绞线r’0.779r0(实际算题)􀂄经验数据：不分裂110/220KV，x=0.4Ω/km􀂄L客观存在，取决于Deq，r’、Ds是等值电感，与i大小无关，但与三相电流ia、ib、ic间的关系有关,须满足ia+ib+ic=0，如不满足，则L要变化。39电纳的计算•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•公式推导思路电荷线密度q高斯定理电场强度E积分电位差Uab电容C=q/Uab40三相输电线路每相电纳（线/地）推导结果•单导线(S/km)10lg58.76eq1rDCb•分裂导线617.5810(S/km)lgeqsbCDR注意：r区别于电抗中r’，原因？41计算注意点Deq、r、Ds单位一致;区别电抗中Ds’、r’􀂄经验数据：不分裂b=2.6~2.85×10−6西门/公里C客观存在，取决于Deq、r、Ds，是等值电容，与U大小无关，但与三相电压Ua、Ub、Uc间关系有关，须满足Ua+Ub+Uc=0(Qa+Qb+Qc=0),如不满足，则C要变化。42电导的计算•电晕现象声响蓝色晕光o3气味电晕损耗•计算公式（实测）32g110UPg（S/km）43•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。44架空线分布参数汇总sr1(Ω/km)eq1s0.1445lgDxR(Ω/km)617.5810(S/km)lgeqsbCDR32g110UPg（S/km）实用中不方便，怎么办？45集中参数等值电路关心线路1、2两端电量关系（非沿线分布）：分布式参数→全长集中参数􀂄推导思路：1、建立分布参数电路：1、2端构成二端口网络2、建立分布参数表示的网络方程：微分方程3、解出两端口电压和电流关系→用集中参数表示的二端口等值网络（电路原理）46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，并由此得到输电线模型。47输电线路方程•输电线路的电压、电流图1U1I1Uu1III1Y1ZI2I()x2Uxxxl48均匀长线方程xshZUxchIIxshZIxchUUcc2222当x＝l，则线路始电压、电流方程为2222ccUUchlIZshlUIIchlshlZ推导思路（Ⅰ）：导出二端口网络方程49•同二端口网络的通用方程相比较1212UABUICDI＝1212UUIIccchlZshlshlchlZ＝ADBCADBC=1ccchlshlZshlZ＝＝＝＝—输电线路等值电路501U2U1I2IZ/2Y/2Y()a•由电工原理知道，对于一个无源的二端口网络可以用π型等值电路来代替。推导思路（Ⅱ）：导出π型等值电路51•在电力系统分析中常用“П”型等值电路。对“П”型电路可列出它的始末端电压、电流关系式：21222212212221211221122UYUUIZYZUZIIIYUYUYZYZYUI1U2U1I2IZ/2Y/2Y()a521112cYZchlZlshlZZshlshlZKZll12221112YcchlYchlZZshlchlYlKshl1212UUIIccchlZshlshlchlZ＝与二端口网络的通用方程比较修正系数53•中距离输电线路（50kmL300km)，且频率在50Hz时，修正系数可近似为1。用集中参数表示。2.Ir1lx1l1.U2.Ulb121lb1211.I•长距离输电线路（L300km),其分布参数特性明显，需对集中参数进行修正。推导思路（Ⅲ）：近似计算54•短距离输电线路（L50km)，可不计分布参数和并联电容的影响。•用一字型等值电路表示短线路。1.Ir1lx1l1.U2.U2.I推导思路（Ⅲ）：近似计算551U2U()bYT/2TZ/2TZ•T型等值电路56•T型等值电路2.Ir1l/2x1l/21.U2.Ux1l/2r1l/2b1l1.I