電力線路參數(shù)和等值電路

電力工程重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)情境二電力系統(tǒng)運(yùn)行特性及分析

學(xué)習(xí)任務(wù)一電力系統(tǒng)各元件參數(shù)和等值電路一、電力線路參數(shù)和等值電路

（一）架空線路參數(shù)電力線路的參數(shù)主要有電阻、電抗、電導(dǎo)和電納。線路的參數(shù)都是沿線路均分布的。工程實(shí)際中，一般用集中參數(shù)來(lái)表示。

1．電阻電阻是反映導(dǎo)線通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的有功功率損耗的參數(shù)。單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的電阻r1為：式中

S—導(dǎo)線載流部分的截面，mm2;ρ—導(dǎo)線的電阻率，（Ω·mm2）/km；γ—導(dǎo)線的電導(dǎo)率，m/（Ω·mm2）。在電力系統(tǒng)計(jì)算中使用的電阻率比銅、鋁材料的電阻率略大，銅為18.8Ωmm2/km，鋁為31.5Ωmm2/km。其原因是：（１）三相交流電產(chǎn)生趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使導(dǎo)線的有效截面減小，電阻增大；（2）電力線路大多采用多股絞線，使實(shí)際長(zhǎng)度比測(cè)量值長(zhǎng)2%~3%，電阻增大；（3）導(dǎo)線的實(shí)際截面一般比標(biāo)稱截面略小，電阻增大。實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)線的電阻可以從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中查取。由于從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中所查數(shù)值通常是20℃時(shí)的電阻值，當(dāng)線路實(shí)際運(yùn)行溫度不等于20℃時(shí)，應(yīng)按下式來(lái)修正其電阻值

rt=r20[1+α(t-20)](Ω/km)式中rt、r20—分別為t℃、20℃時(shí)的電阻，Ω/km；α—電阻的溫度系數(shù)，銅=0.00382（1/℃）、鋁=0.0036（1/℃）。若線路全長(zhǎng)為L(zhǎng)km，則線路每相的總電阻為:

R=r1L（Ω）2．電抗反映無(wú)功損耗，表征導(dǎo)線通過(guò)交流電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)的參數(shù)。三相導(dǎo)線經(jīng)完全換位，每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電抗為：(1)單導(dǎo)線式中r—導(dǎo)線的半徑，mm或cm；

μr

—導(dǎo)線材料的相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)，對(duì)銅、鋁等μr=1，鋼μr〉〉1；Deq

—三相導(dǎo)線的幾何均距，單位與r同。當(dāng)三相相間距離分別為DAB、DBC、DCA時(shí)，由（2-4）式可以看出，x1的大小主要取決于Deq與r的對(duì)數(shù)關(guān)系，各種線路x1變化不大。因而在近似計(jì)算中，35kV及以上電路可取x1=0.4Ω/km,6~10kV線路可取x1=0.36Ω/km,0.38KV線路可取x1=0.33Ω/km。

(2)分裂導(dǎo)線分裂導(dǎo)線是每相導(dǎo)線由多根子導(dǎo)線組成。各導(dǎo)線布置在正多邊形頂點(diǎn)上，正多邊形的邊長(zhǎng)稱為分裂間距。分裂導(dǎo)線的每一相一般由2~4根次導(dǎo)線組成。分別構(gòu)成2分裂導(dǎo)線、3分裂導(dǎo)線和4分裂導(dǎo)線。導(dǎo)線之間有間隔棒支撐。四分裂導(dǎo)線的布置如圖2-1所示。式中n—每相分裂根數(shù)，n=2、3、4；req—

分裂導(dǎo)線的等值半徑，mm或cm。式中

r—分裂導(dǎo)線中每一根子導(dǎo)線的半徑，mm或cm；

d1i—分裂導(dǎo)線中第1根與第i根間的距離，mm或cm。（i=2、3、4）分裂導(dǎo)線的等值半徑比單根導(dǎo)線的半徑大，所以分裂導(dǎo)線的等值電抗較小。雖然分裂根數(shù)愈多，x1下降愈多，但分裂根數(shù)超過(guò)4根時(shí)，電抗下降大為減緩，線路結(jié)構(gòu)反而大為復(fù)雜，所以實(shí)際應(yīng)用中，分裂根數(shù)一般不超過(guò)4根。

由式（2-6）看出，分裂導(dǎo)線的x1取決于Deq、req的對(duì)數(shù)關(guān)系和分裂根數(shù)，其值主要取決于分裂根數(shù)。因而在近似計(jì)算中，當(dāng)導(dǎo)線的分裂數(shù)為2、3、4時(shí)，x1的取值分別為0.33Ω/km、0.30Ω/km、0.28Ω/km。在實(shí)際工程計(jì)算中，無(wú)論單根導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線的電抗均可由產(chǎn)品目錄或手冊(cè)查得。若已知線路全長(zhǎng)為L(zhǎng)km，則線路每相的總電抗值為:

x=x1L(Ω)3．電導(dǎo)反映泄漏電流和電暈所引起的有功損耗的一種參數(shù)。與線路運(yùn)行電壓的平方成反比。通常線路絕緣良好，泄漏電流很小，可以忽略不計(jì)。因而電暈損耗是決定線路電導(dǎo)的主要因素。線路的電導(dǎo)取決于沿絕緣子串的泄漏和電暈絕緣子串的泄漏：通常很小電暈：強(qiáng)電場(chǎng)作用下導(dǎo)線周圍空氣的電離現(xiàn)象導(dǎo)線周圍空氣電離的原因：是由于導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了某一臨界值，以致空氣中原有的離子具備了足夠的動(dòng)能，使其他不帶電分子離子化，導(dǎo)致空氣部分導(dǎo)電。線路開始出現(xiàn)電暈的電壓稱為臨界電壓，經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到臨界電壓的經(jīng)驗(yàn)公式如下：實(shí)際上，設(shè)計(jì)線路時(shí)是不允許在正常條件下發(fā)生電暈的，而要避免電暈，就必須提高電暈臨界電壓，使之大于線路實(shí)際運(yùn)行電壓，由公式可見，要提高臨界電壓，主要是增大半徑和幾何均距。增大幾何均距要增大桿塔尺寸從而增加線路造價(jià)，同時(shí)與均距呈對(duì)數(shù)關(guān)系，其變化影響不大，而半徑與電壓成正比，所以增加半徑是有效方法。電暈是一種氣體放電現(xiàn)象。電暈放電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(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線周圍的空氣分子被游離而產(chǎn)生的局部放電。產(chǎn)生電暈需要消耗功率與能量，此損耗即電暈損耗，只能依靠實(shí)測(cè)或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似計(jì)算。若已知單位長(zhǎng)度的電暈損耗，則線路每相單位長(zhǎng)度的電導(dǎo)為：式中△PG—三相線路單位長(zhǎng)度的電暈損耗功率，KW/km；

U—線路的線電壓，kV。電暈的危害是不僅產(chǎn)生有功功率損耗、還會(huì)產(chǎn)生噪聲、干擾無(wú)線電通信和腐蝕導(dǎo)線。因此對(duì)高壓和超高壓架空輸電線路，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)盡量避免產(chǎn)生電暈。其方法如增大導(dǎo)線半徑、采用分裂導(dǎo)線、施工中盡量避免磨損導(dǎo)線；且在選擇導(dǎo)線截面時(shí)，要選擇超出某一電壓級(jí)規(guī)程規(guī)定的不發(fā)生電暈的最小截面之值才可。從而將電暈損耗限制在最小。實(shí)際應(yīng)用中，由于考慮了以上方法，除特高壓線路外，電導(dǎo)可以忽略不計(jì)，即近似認(rèn)為g1≈0，即分析輸電線路特性時(shí)，可以不考慮電導(dǎo)這一參數(shù)。4．電納在輸電線路中，導(dǎo)線之間和導(dǎo)線對(duì)地之間都存在電容，當(dāng)交流電源加在導(dǎo)線上時(shí)，隨著電容的充放電就產(chǎn)生了電流，這就是輸電線路的充電電流或空載電流。電容的存在，將影響沿線電壓分布、功率因數(shù)、輸電效率，也是引起工頻過(guò)電壓的主要原因之一。反映無(wú)功功率損耗，是表征導(dǎo)線之間和導(dǎo)線對(duì)地電容效應(yīng)的參數(shù)。三相導(dǎo)線經(jīng)完全換位；每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電容和電納為：?jiǎn)螌?dǎo)線以上各式中r、req、Deq意義同前，并且b1的大小主要取決于Deq與r、req的對(duì)數(shù)關(guān)系，各種電壓等級(jí)線路b1變化不大。因而在近似計(jì)算中，單根導(dǎo)線可取3×10-6s/km；對(duì)于分裂導(dǎo)數(shù)為2、3、4根時(shí)，分別取3.4×10-6s/km、3.8×10-6s/km和4.6×10-6s/km。實(shí)際計(jì)算中，b1可從產(chǎn)品目錄或手冊(cè)中查取。若已知線路的全長(zhǎng)為L(zhǎng)km，則線路每相的電納值為：

B=b1L(s)分裂導(dǎo)線：

（二）電纜線路參數(shù)由于電纜線路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因而參數(shù)計(jì)算較架空線繁瑣，其參數(shù)通?？蓪?shí)測(cè)或應(yīng)用時(shí)查產(chǎn)品目錄或手冊(cè)來(lái)取得。電纜線路的結(jié)構(gòu)和尺寸都已經(jīng)系列化，這些參數(shù)可事先測(cè)得并由制造廠家提供。一般，電纜線路的電阻略大于相同截面積的架空線路，而電抗則小得多。（三）電力線路的等值電路電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)基本上是三相對(duì)稱的。故障時(shí)可能三相不對(duì)稱，但也刻意用對(duì)稱分量法化為三相對(duì)稱系統(tǒng)。因此，電力系統(tǒng)元件和等值電路都可以用一相的單線圖表示。電力系統(tǒng)各元件的三相，有星形和三角形兩種接法，做等值電路的時(shí)候均按照星形接法；如果是三角形接法，則將其化為等值星形。

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，電力系統(tǒng)的參數(shù)是沿線均勻分布的，分布參數(shù)電路的計(jì)算比較復(fù)雜。由于電力系統(tǒng)往往只要分析線路兩端的情況—兩端電壓、電流、功率，因此，當(dāng)線路不長(zhǎng)（架空電路３００ｋｍ以下，電纜線路１００ｋｍ以下），不要求計(jì)算沿線的情況，可用集中參數(shù)電路來(lái)表示。用集中參數(shù)表示的電力線路等值電路有∏形和T形兩種等值電路，但是由于T形多一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，增加計(jì)算工作量，所以在電力系統(tǒng)分析計(jì)算中，電力線路常用∏形等值電路。根據(jù)前面電力線路參數(shù)的