3-2 输电线路的参数计算及等值电路(2018)

分裂导线: 分裂根数=2，约为3.4×10-6 S/km
分裂根数=3，约为3.8×10-6 S/km
分裂根数=4，约为4.1×10-6 S/km
45
（4）电导的计算
电晕：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，导体附近的 空气游离而产生局部放电的现象。
现象特征：咝咝声响、蓝紫色
Dsb：分裂导线的自几何均距
子导线数
分裂根数为2时：
D Sb
Dd S
m
DSb m DS
d1k
k2
d：分裂间距
分裂根数为3时： DSb 3 DS d 2
分裂根数为4时：D 4 D d d 2d
Sb
S
38
电抗的计算公式小结
单导线：
x 0.1445lg Deq
1
DS
0.0157
(m/ km)
特点：常用于配电网，导线相间距离很小。
和架空线路相比
等值电抗减小
等值电容增大
51
三、架空输电线路的等值电路
线路的长度范围定义
长线路
架空线路：>300km
中等长度线路
架空线路： 100~300km
短线路
架空线路： <100km
52
三、架空输电线路的等值电路
1. 长线路等值电路（分布参数）
4π×10-7H/m
真空磁导率
L 0 (ln 2l 1) 2 Ds
1
自几何均距 DS re 4
非铁磁材料制成的、长度为l的两平行圆柱形长导线，导
线轴线间距离为D，则导线单位长度的互感
M 0 (ln 2l 1)
2 D
32
如图所示，假设导线半径为r， 轴间距离为D，当三相导线通以三 相对称交流电流时，与a相交链的磁 链为：
分布参数等值电路
53
2. 中长线路的等值电路（集中参数）
注意： π型和T型等值电路是输电线路的两种等值电ห้องสมุดไป่ตู้，不能用Y-Δ等效互换。
54
3. 短线路的等值电路（一字型）
应用：电压等级不高；集中参数。
55
本部分小结
1.输电线路的基本结构如何？ 2.输电线路的等值参数有哪些？这些参数
分别描述输电线路的哪些电磁现象? 3.输电线路的等值参数如何计算？ 4.输电线路的等值电路有哪些？如何表示？
时间隙击穿，将雷电流引入大地
13
杆塔
作用：支撑导线和避雷线，并使导线与导线之 间、导线与接地体之间保持必要的安全距离。
类型：直线塔、耐张塔、换位塔、转角塔、 跨越杆塔、终端杆塔等
材质：木杆、水泥杆、铁塔
14
同杆双回直线塔
15
转角塔
16
绝缘子
作用：使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝 缘状态。
x 1
L
100
L
100
0
2
ln
D eq
D S
1000
100
4
1 0-7
2
ln
D eq
DS
1000
0.0628ln Deq 0.1445lg Deq ( / km)
DS
DS
ln x lg x lg e
37
电抗的计算公式
分裂导线：
x 0.1445lg Deq ( / km)
1
DSb
0.0157 m
1
DS
Ib
ln
1 D23
Ic
ln
1 ]
D12
aⅢ
0 2
[Ia ln
1
DS
Ib ln
1 D31
Ic
ln
1 ]
D23
35
a
1 3
(
aⅠ
aⅡ
aⅢ )
0 2
Ia ln
Deq DS
1
DS re 4
Deq 3 D12D23D31
导线的自几何均距 导线间的互几何均距
三相对称运行时，每相导线单位长度的电感
lg Deq
lg Deq
r
r
(S/km)
分裂导线
b C 7.58 106
D lg eq
r eq
(S/km)
44
b C 7.58 106 影响电纳的因lg素Deq
r
(S/km)
各种电压等级线路的电纳值变化不大（因为与线 路结构有关的参数Deq/r是在对数符号内）。
单导线线路:约为2.8×10-6 S/km；
绝缘漏电(较小)，
电晕损耗(一定电压下的导线周围空气放电） G 电场 线/线、线/大地电容（电场效应）
交变电压产生电容电流 B=ωC
电压效应 串联还是并联？ 并联！
26
单位长线路等值电路和参数
分布式参数：导线参数沿线路均匀分布，用单位长（/km） 参数r、x、g、b表示
架空线路受气候、地理、架设的影响， r、x、g、b要变 电缆尺寸标准化，外界影响小，一般不变（本课程不研究）
t（℃）时的 电阻
电阻的温度系数 ，1/℃
rt r201 (t 20)
20（℃）时的电阻
铝：α=0.0036，1/℃ 铜：α=0.00382，1/℃
29
（2）电抗的计算
电抗（电感）反映载流线路周围产生的磁场 效应。
导线的电抗计算公式根据磁场效应推导
30
分析长直圆导线周围的磁场分布：
推导思路
结构
导体 绝缘层 保护层
应用范围：
发电厂和变电所 的进出线、穿越江河 的输电线、城市供电 及军事基地
24
二、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（磁场效应） 感应电势(自感、互感)抵抗电流 X=ωL
电流效应 串联还是并联？ 串联！
25
二、线路的电磁现象和参数
线路加电压
L
0
D ln eq
2 D
S
(H / m)
L客观存在，是等值电感，与i大小无关。但与三相电
流之间的关系有关，三相电流必须满足ia+ib+ic=0，否
则L要变化。
36
电抗的计算公式
L
0
ln
D eq
2 D
S
(H / m)
μ0= 4π×10-7 H/m，ln→lg，x=ωL=100πL
单导线（单位：Ω/km）：
a LIa M (Ib Ic )
0 2
[(ln
2l DS
1)Ia
(ln
2l Dab
1)Ib
(ln
2l Dca
1)Ic ]
Dab Dbc Dca D , Ia Ib Ic 0
a
0
2
ln
D D
I a
L a
a
I
0
2
ln
D D
(H
/ m)
S
a
S
如果三相导线不是等边三角形布置，有何影响？
1
DS re 4
分裂导线：
x 0.1445lg Deq
1
DSb
( / km)
m
D m D d
Sb
S
1k
k2
d r D D
Sb
S
分裂导线每相x 单导线每相x
分裂导线可以减小线路的等值电抗
39
影响电抗的因素
线间距离（Deq）
x 0.1445lg Deq
1
DS
( / km)
导线截面积（r） 分裂导线数
材质：玻璃绝缘子、瓷绝缘子、合成 形式：针式、悬式、棒式、横担
17
钢化玻璃绝缘子
瓷绝缘子
合成绝缘子
18
针式绝缘子
瓷横担绝缘子
悬 式 绝 缘 子
19
电压等级与直线杆塔悬垂绝缘子串中绝缘子数量 的关系
系统标称电 压（kV）
35
63
110
220 330
500
每串绝缘子 片数
3
5
7
13
17~ 25~ 19 28
导线（四分裂）
杆塔
典型架空 输电线路
绝缘子 金具
4
5
导线
作用：传导电流，输送电能 要求：质轻、价廉、导电性能好（铜和铝） 类型和型号
6
导线构造和型号
导线构造3种主要形式：
单股线（单根实心金属线：铜和铝）（很少采用）
多股绞线（同材料），多单股线扭绞，标号：TJ（铜绞）、 LJ（铝绞）、GJ（钢绞）
x 0.1445lg Deq ( / km)
1
DSb
单根导线： 约0.4Ω/km 2分裂导线：约0.33Ω/km 3分裂导线：约0.3Ω/km 4分裂导线：约0.28Ω/km
40
电抗计算公式小结
单导线：
x1
0.1445lg
Deq DS
0.1445lg
Deq
1
re 4
0.1445lg Deq 0.0157 ( / km)
多股绞线（两种材料）：主要是钢芯铝绞线，“好导电性 能＋高机械强度”，普遍采用。标号：LGJ（普通型）、 LGJQ（轻型）、LGJJ（加强型）
型号：标号+数字（导线载流额定截面积mm2）例
LGJ-150:铝线额定截面积150mm2
7
8
邻近效应（ proximity effect ）：并行导线中流过 交流电流时，由于电磁作用，电流会偏向临近导 体侧流动的物理现象。
56
架空线路等值参数计算公式汇总
电阻：
钢芯铝绞线
扩径空心导线 9
架空导线的特殊类型---分裂导线
分裂导线
构造：子导线+间隔棒
作用：等效地增大导线半径
10
双分裂导线 Double-bundle conductor 11
Six bundled conductors
12
避雷线
作用：将雷电流引入大地，对线路进行直击 雷的保护
要求：不用良导体、机械强度高（雷击） 工作方式：正常时通过间隙对地绝缘，雷击
27
(1)电阻的计算
r nS
Ra >Rd
:计算用电阻率，单位：Ω·mm2/km。比直流电阻
率大的，铝31.5、铝31.5Ω。
绞线，l (２%~３％)↑；
集肤效应和邻近效应 ；
制造中，导线的实际面积常比标称面积小；
S:导线截面积，单位mm2；
n：导线分裂数。
28
温度为t度时的电阻计算
电纳与电容的关系： b=ωC
42
（3）电纳的计算
三相线路对称运行时： LC 00
单导线
C 0.0241106 D
lg eq r
(F / km)
导线半径
分裂导线 C 0.0241106 (F / km)
D
lg eq
req
43
电纳的计算公式
单导线
b C 314 0.0241106 7.58 106
20
金具
固定、悬挂、连接 和保护架空线路各 主要元件的金属(主 要是铁和铝)附件， 统称为金具。
21
金具
并沟线夹
悬垂线夹
耐张线夹
防振锤
间隔棒
22
一、物理线路的基本结构
2-2 电缆
组成 作用
23
１ 导体 ３ 带绝缘 ５ 麻被 ７ 麻被
2 相绝缘 ４ 铅（铝）包 ６ 钢带铠装层 ８ 填麻
§3.2 电力线路模型
1）架空线路 2）电缆线路
1
问题
1.物理线路的基本结构如何？ 2.输电线路有哪些电磁现象? 3.用哪些参数描述输电线电磁现象? 4.参数如何计算？ 5.如何用等值电路表示输电线路？
2
一、物理线路的基本结构
2-1 架空输电线路
组成 作用
3
避雷线 （架空地线）
增大导线半径是减小电晕损耗的有效方法。
220kV以下导线按照晴天免电晕损耗选择半径。 220kV以上导线采用分裂导线。
48
通常情况，可认为g=0。
49
x 0.1445lg Deq 0.0157 ( / km)
1
r
m
eq
b C 7.58 106
lg Deq req
(S/km)
分裂导线
晕光、O3气味
三相电晕损耗总
• 计算公式 （实测）
功率，kW/km
g1
Pg V2
103 ( s
/
km)
线电压值，kV
46
g1
Pg V2
103 ( s
/
km)
电晕临界电压Vcr：线路开始出现电晕的电压。
三相导线等边三角形布置时， Vcr的经验计算公式为
Vcr
84m1m2r(1
0.301) lg
r
33
750kV换位塔 （Transposition Tower）
三相循环换位
规定：线路长度超过 100km时，导线必须换位。
34
三相循环换位
1a
2 3
b c
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
作用：三相不对称排列时，使三相参数平衡。
aⅠ
0 2
[Ia
ln
1
DS
Ib
ln
1 D12
Ic
ln
1] D31
aⅡ
0 2
[Ia
ln
Deq r
(kV )
影响因素：
m1:导线表面光滑系数
m2:天气状况系数 空气的相对密度 导线半径
2.89103 p
273 t
47
Vcr
84m1m2r(1
0.301) lg
r
Deq r
(kV)
对于水平排列的线路，两根边线的电晕临界电压 比经验公式计算值高6%；而中间相导线的则低4%。
r
分裂导线：x1
0.1445lg
Deq req
0.0157 m
( / km)
m
req——分裂导线的等值半径，mm
r mr eq
d 1k
k2
41
（3）电纳的计算
研究b，需研究电容C。因此先要分析导线周围电
场分布,找出电位差与电荷之间的关系。
分析导线的电场：
求出q和U之间的关系
电容的求取： C=q/U
Vcr
49.3m1m2 r lg
D r
kV
作用：等效地增大导线半径
减小线路的等值电抗 增大线路的等值电容
减小电晕
50
x 0.1445lg Deq 0.0157 ( / km)
1
r
m
eq
电缆
b C 7.58 106
lg Deq req
(S/km)
Vcr
49.3m1m2 r lg
D r
kV
安培环路定律： I H （磁场强度） （磁感应强度） B H （导磁率）
（磁通） BS （磁链） N
分析导线的磁场：
导线自身电流+邻近导线电流
分析导线所交链的磁链： 自磁链+互磁链
磁链与电感的关系： L=Ψ/i
电抗与电感的关系：
x=ωL
31
非铁磁材料制成的、半径为r、长度为l的圆柱形长导线 （l >>r），单位长度的自感