北理工電氣工程基礎(chǔ)第4章

1、《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)概念學習三相輸電線的參數(shù)（電阻、電抗、電導、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）導線：傳導電流，輸送電能；

2、 （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：將導線與桿塔絕緣； （4）金具：支撐導線，并將絕緣子固定在桿塔上； （5）桿塔：支撐導線、絕緣子等使導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,桿塔,導線

3、（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,普通導線,,分裂導線,擴徑導線等,《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、導線的種類 按照材料分為銅、鋁、鋁合金及綱等材料制造的導線； 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

4、線：目前用的比較多，每相2、3、4根導線。,《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、導線的種類,鋁絞線實物

5、 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),,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、地線張

6、力，改變線路走向。特點：導、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。,《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),,500千

7、伏江陰長江大跨越工程跨越塔全高346.5米，跨越檔距2303米，橫擔總長77米，鐵塔底部根開達68米。,功能：支承導、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。,《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),,《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。

8、 分為針式、懸式和瓷橫擔幾種。,《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,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。高壓線路運行的復合絕緣子主要以棒形懸式絕緣子為主，約占各類運行復合絕緣子總支數(shù)的90％以上 。,《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,四、金具

9、 用于將絕緣子和導線懸掛、拉緊在塔桿上的金屬器具。,《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,,《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,,,,《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)包括導體、絕緣層和保

10、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；,單股導線單位長度的直流電阻：,多股導線單位長度的直流電阻：

11、 K為絞入系數(shù),任意溫度時的電阻：,ρ-導線材料的電阻率, Ω·mm2/km,S -為導線的截面積，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)，交流電通過導線時，導線內(nèi)產(chǎn)生磁場，當磁場發(fā)生變化時，導線截面內(nèi)各點電流密度不同，使導線交流電阻比直流電阻大。

12、鄰近效應(yīng)，體內(nèi)電流密度因受鄰近導體中電流的影響而分布不均勻的現(xiàn)象。相鄰的導線流過電流時，會產(chǎn)生可變磁場，從而形成鄰近效應(yīng),導線的實際面積常比標稱面積小,《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思路分析導線的磁場導線自身電流+鄰近導線電流(安培環(huán)路定律:I→H磁場強度) 分析導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

13、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，在導線周圍產(chǎn)生磁場H和電場E。導線的電抗由下式?jīng)Q定：,,其中：L為導線電感系數(shù)，當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：導線內(nèi)部磁鏈和導線外部磁鏈。,推導結(jié)果,1、無限長單根導線的單位長度的電感：,2、N根導體的系統(tǒng)中，第j根導體的電感：,《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

14、件參數(shù)及模型,三相對稱運行時，每相導線單位長度的電感:,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,分裂導線：,,Ω/km,RS ——分裂導線的等值半徑，mm,Deq——導線的幾何均距，mm,分裂導線的三相輸電系統(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）導線等值半徑（r’）分裂導線數(shù),一般

15、單根導線：約0.4Ω/km2根分裂導線： 約0.33Ω/km3根分裂導線： 約0.3Ω/km4根分裂導線： 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線周圍電場情況。,公式推導思路。,《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,,輸電線路的電納是與導線周圍電場有關(guān)，當導線中通有交流電流時，其周圍就存在電場，電場中任一

16、點電位與導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,,電導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，當導線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導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

17、為臨界電壓Vcr,聲響 藍色暈光 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,,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。,《電氣工程基礎(chǔ)》第四章 輸變電元件參數(shù)及模型,,,臨界電壓Ucr，一般可按

18、下列經(jīng)驗公式計算：,式中，m1—導線表面狀況系數(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 — 導線計算半徑(cm)；Djp—三相導線間的幾何均距(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t=25℃，b=76cm時，δ=1。,《電氣工程基礎(chǔ)》第四章

19、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，導線水平排列，線間距離為4m，導線表面系數(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＝x

20、0l＝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

21、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)導納中的電流,忽略二階微分，推導出,《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,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

22、不方便；當架空線路長度在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，等值電路可進一步簡化。,當架空線路長度超過300km時，可將線路分段，使每段線路長度不超過300km，從而可用若干個π型等值電路來表示輸電線路。,《電氣工程基礎(chǔ)》第四章 輸變電元件參數(shù)及模型,用兩種形式的等值電路來表示