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(xué)習(xí)三相輸電線的參數(shù)（電阻、電抗、電導(dǎo)、電納）的含義及計(jì)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(dǎo)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(dǎo)線：傳導(dǎo)電流，輸送電能；

2、 （2）避雷線：保護(hù)電力線免遭雷擊而引起過電壓對(duì)線路或用電設(shè)備造成損害； （3）絕緣子：將導(dǎo)線與桿塔絕緣； （4）金具：支撐導(dǎo)線，并將絕緣子固定在桿塔上； （5）桿塔：支撐導(dǎo)線、絕緣子等使導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線,,分裂導(dǎo)線,擴(kuò)徑導(dǎo)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(dǎo)線的種類 按照材料分為銅、鋁、鋁合金及綱等材料制造的導(dǎo)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(dǎo)

4、線：目前用的比較多，每相2、3、4根導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線的種類,鋁絞線實(shí)物

5、 鋼芯鋁絞線實(shí)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(dǎo)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(dǎo)、地線張

6、力，改變線路走向。特點(diǎn)：導(dǎo)、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(dǎo)線都分別處于三個(gè)不同位置。線路換位的目的是要使每相導(dǎo)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(duì)稱運(yùn)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(dān)總長77米，鐵塔底部根開達(dá)68米。,功能：支承導(dǎo)、地線跨越江河、湖泊、海峽等。特點(diǎn)：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(jī)械強(qiáng)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(dān)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(gè)±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(yùn)行的復(fù)合絕緣子主要以棒形懸式絕緣子為主，約占各類運(yùn)行復(fù)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(dǎo)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(fèi)用高，維護(hù)維修困難。 電纜結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)體、絕緣層和保

10、護(hù)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(jì)算,,電力線路的電氣參數(shù)是指線路的電阻r、電抗x、電導(dǎo)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(dǎo)線單位長度的直流電阻：,多股導(dǎo)線單位長度的直流電阻：

11、 K為絞入系數(shù),任意溫度時(shí)的電阻：,ρ-導(dǎo)線材料的電阻率, Ω·mm2/km,S -為導(dǎo)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(shí)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(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)線截面內(nèi)各點(diǎn)電流密度不同，使導(dǎo)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(dǎo)體中電流的影響而分布不均勻的現(xiàn)象。相鄰的導(dǎo)線流過電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可變磁場(chǎng)，從而形成鄰近效應(yīng),導(dǎo)線的實(shí)際面積常比標(biāo)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(dǎo)思路分析導(dǎo)線的磁場(chǎng)導(dǎo)線自身電流+鄰近導(dǎo)線電流(安培環(huán)路定律:I→H磁場(chǎng)強(qiáng)度) 分析導(dǎo)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(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E。導(dǎo)線的電抗由下式?jīng)Q定：,,其中：L為導(dǎo)線電感系數(shù)，當(dāng)磁鏈隨電流線性變化時(shí)，電感為：,要計(jì)算電感L，關(guān)鍵是計(jì)算磁鏈ψ大小，磁鏈包括兩部分：導(dǎo)線內(nèi)部磁鏈和導(dǎo)線外部磁鏈。,推導(dǎo)結(jié)果,1、無限長單根導(dǎo)線的單位長度的電感：,2、N根導(dǎo)體的系統(tǒng)中，第j根導(dǎo)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(duì)稱運(yùn)行時(shí)，每相導(dǎo)線單位長度的電感:,三相不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，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(dǎo)線：,,Ω/km,RS ——分裂導(dǎo)線的等值半徑，mm,Deq——導(dǎo)線的幾何均距，mm,分裂導(dǎo)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(dǎo)線等值半徑（r’）分裂導(dǎo)線數(shù),一般

15、單根導(dǎo)線：約0.4Ω/km2根分裂導(dǎo)線： 約0.33Ω/km3根分裂導(dǎo)線： 約0.3Ω/km4根分裂導(dǎo)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(chǎng)理論分析導(dǎo)線周圍電場(chǎng)情況。,公式推導(dǎo)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(dǎo)線周圍電場(chǎng)有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線中通有交流電流時(shí)，其周圍就存在電場(chǎng)，電場(chǎng)中任一

16、點(diǎn)電位與導(dǎo)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(dǎo),,電導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)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(lán)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(dǎo),,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(jì)時(shí)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(yàn)公式計(jì)算：,式中，m1—導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，對(duì)于多股絞線，m1=0.83~0.87；m2—?dú)庀鬆顩r系數(shù)，晴天，m2=1，雨雪霧等惡劣天氣，m2=0.8~1；r — 導(dǎo)線計(jì)算半徑(cm)；Djp—三相導(dǎo)線間的幾何均距(cm)；δ—空氣相對(duì)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(dāng)t=25℃，b=76cm時(shí)，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(dǎo)線水平排列，線間距離為4m，導(dǎo)線表面系數(shù)m1=0.85，氣象狀況系數(shù)m2=1，空氣相對(duì)密度δ=1。求線路參數(shù)。解：,LGJ-185型導(dǎo)線的計(jì)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(dǎo)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(yùn)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(dǎo)納中的電流,忽略二階微分，推導(dǎo)出,《電氣工程基礎(chǔ)》第四章 輸變電元件參數(shù)及模型,,再進(jìn)行一次求導(dǎo),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(dāng)X＝0時(shí),《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(dāng)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(jì)算很

22、不方便；當(dāng)架空線路長度在300km以下時(shí)，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(dāng)架空線路長度不超過80km，電壓等級(jí)在35kV及以下時(shí)，由于電壓低、線路短，線路電納亦可不計(jì)，等值電路可進(jìn)一步簡化。,當(dāng)架空線路長度超過300km時(shí)，可將線路分段，使每段線路長度不超過300km，從而可用若干個(gè)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