下载文档原格式
电力电缆相序阻抗计算与分析随着城市建设的飞速发展和城市规划的要求,城区220 kV和110 kV线路大量采用电力电缆,而电力电缆参数的准确性(主要指正序和零序阻抗)是继电保护整定计算的重要基础。
由于电缆线路X0/X1的关系与架空线路不一样,因此需要对电力电缆参数理论计算方法、测量方法和其特点规律进行分析和研究,以便于指导生产实际。
1 电缆参数计算和分析电缆线路参数与金属护套接地方式、互联和换位、回流线和回路数有关,下面分几种情况进行讨论。
1.1 电缆线路的正、负序阻抗(1)金属护套内无电流当单芯电缆线路的金属护套只有一点互联接地;或各相电缆和金属护套均换位,且三个换位小段长度相等;或金属护套连续换位得很好时,金属护套内不存在感应电流,此时电缆线路正、负序单位阻抗计算与架空线一样(见图1):图 1 以比率表示的任意排列单回线中各项电缆之间的中心距离Z1=Z2=RC+j2ω×10-4ln(S×nS×mS)13 (GMRA×GMRB×GMRC)13 (1)式中Z1为正序单位阻抗,Ω/km;Z2为负序单位阻抗,Ω/ km;Rc为三相线芯的平均交流电阻,Ω/km;ω为角频率; GMRA、GMRB,GMRC为自几何均距。
(2)金属护套内有电流如果电缆的金属护套两端直接互联,金属护套的感应电压在护套形成的闭环回路中产生和线芯电流方向相反的护套电流,并产生护套损耗,导致线芯正、负序电阻减小,正、负序感抗增加,计算公式:Z1=Z2=RC+Xm2RSXm2+RS2+j2ω×10-4 ×ln(nm)13SGMRC-jXm3Xm2+RS2 (2)式中Xm为金属护套与线芯间的单位互感抗;Rs为金属护套的直流电阻(50℃),Ω/km;GMRC为线芯的几何半径。
1.2 电缆线路的零序阻抗(1)短路电流以大地作回路电缆线路的金属护套只在一端互联接地,而邻近无其它平行的接地导线,则在电网发生单相接地故障时,短路电流以大地作回路。
高压输电线路线路电抗参数计算方法研究高压输电线路是将电力从发电厂传输到用户终端的重要设施，而线路电抗参数的准确计算对于线路的安全运行和电力质量的保障至关重要。
本文将针对高压输电线路线路电抗参数计算方法展开研究。
首先，我们需要了解线路电抗参数的含义。
线路电抗参数反映了电力传输过程中的电压、电流、功率因数等重要参数。
其中，线路电感和线路电容是线路电抗参数的主要组成部分。
线路电感主要由线路上的电感元件、电缆和绕组的电感等组成，而线路电容则主要由线路上的电容元件、电缆和绕组的电容等组成。
准确计算线路电感和线路电容是线路电抗参数计算的关键。
对于线路电感参数的计算，常用的方法有阻抗测量法、电流互感器法和数据拟合法等。
阻抗测量法是通过在线路两端接入一定频率的测试电流，然后测量在线路两端的电压和电流，通过计算得到线路电感值。
电流互感器法是在线路上加设电流互感器，通过测量互感器一次侧电流和线路二次侧电流比值来计算线路电感值。
数据拟合法则是通过采集实测数据，利用数学模型进行拟合，得到线路电抗参数。
这些方法各有优缺点，应根据具体情况选择合适的方法进行线路电感参数的计算。
而对于线路电容参数的计算，常用的方法有电压比较法、电流比较法和频率扫描法等。
电压比较法是通过在线路两端电压相位差进行测量，然后根据线路长度和频率计算得到线路电容。
电流比较法是通过测量在线路两端电流的相位差，再结合线路长度和频率等参数计算得到线路电容。
频率扫描法则是通过改变输入电流的频率，测量电流和电压的相位差，根据频率响应曲线计算得到线路电容。
这些方法也需要根据实际情况选择合适的方法进行线路电容参数的计算。
总结起来，高压输电线路线路电抗参数的计算方法包括线路电感参数的计算和线路电容参数的计算。
线路电感参数的计算可以采用阻抗测量法、电流互感器法和数据拟合法。
线路电容参数的计算可以采用电压比较法、电流比较法和频率扫描法。
在实际应用中，需要根据线路特点、测量条件和设备可行性等因素选择适合的计算方法。
一．电力电缆正负序阻抗计算：
电缆金属护套中无感应电流，且电缆线路正三角形排列时的正负序阻抗：
Z1=Z2=Rc+j2ψ*10^(-4)*ln(s/GMRc)ohm/km（式1）
电缆金属护套中无感应电流，且电缆线路等间距直线排列时的正（负）序阻抗：
Z1=Z2=Rc+j2ψ*10^(-4)*ln[2^(1/3)*s/GMRc]ohm/km（式2）任意排列的电缆线路，设电缆A相至B相的距离为s，A相至C 相的距离为n，B相至C相的距离为m，电缆金属护套中有感应电流时，单回路电缆线路的正（负）序阻抗：
Z1=Z2=Rc+[Xm^2*Rs/(Xm^2+Rs^2)]+ j2ψ*10^(-4)*ln[(nm)^(1/3) *s/GMRc]-j*Xm^2/(Xm^2+Rs^2)ohm/km
Xm=Xs= j2ψ*10^(-4)*ln{(nm)^(1/3)*s/GMRc}
式中，Z1 为正序阻抗；Z2 为负序阻抗；Rc 为电缆导体电阻；s 为电缆相间中心距离（式1、2）；GMRc 为电缆导体几何平均半径；Rs为金属护套电阻；GMRs为金属护套几何平均半径
二.电力电缆线路零序阻抗计算:
Z0=3*（Rc/3+Rg+j2ψ*10^(-4)*ln(Dd/GMRo)ohm/km
GMRo=[GMRc^3*(s*n*m)^2]^(1/9)
式中，Rg为大地电阻，Rg=0.0493Ω/km；Dd 为等效回路深度，Dd=1000米；GMR0为三相线路等效几何平均半径,其余同上。
电力系统的线路阻抗计算算法研究一、引言电力系统中，线路阻抗是非常重要的参数之一。
它在电能传输、短路计算等方面起着重要作用。
因此，线路阻抗的计算算法也备受关注。
本文将就电力系统的线路阻抗计算算法进行研究，并介绍其基本原理，计算方法和应用场景。
二、线路阻抗的计算1. 基本原理从物理意义上讲，线路阻抗指的是电流通过导线时遇到的总电阻和电抗的总和。
电阻是指电流通过导线时导线本身所表现出的阻力；电抗则是指由电感及电容所组成的复杂电阻抗。
2. 计算方法对于长距离传输的交流电力系统，一般的计算方法是采用玛丽-维纳公式进行计算，即：Z = R + jX其中，R为电阻，X为电抗。
j为虚数单位，即√-1。
在此基础上，线路阻抗的计算方法可以分为几种，主要包括：（1）几何平均法几何平均法是一种较为简单的计算方法。
其基本思路是，通过电线的物理几何形状，将电路分为若干个简单形状，如三角形、矩形、梯形等，然后计算每个简单形状的电阻和电感，最后将它们加起来即可得到线路的总阻抗。
（2）解析法解析法是指通过电路的解析表达式来计算线路阻抗的方法。
该方法需要通过解析表达式来求得点到点之间的电压和电流，从而求得阻抗。
（3）有限元法有限元法是指利用数学方法建立线路电场的有限二维/三维的模型，通过计算来求得线路阻抗的方法。
该方法可以考虑更为复杂的情况，如非线性时变电气特性、带插入电阻的导线等等。
三、线路阻抗计算算法的应用线路阻抗计算算法的应用涉及到电力系统的多个领域，包括：1. 电能传输电能传输是电力系统的最基本功能之一，它需要保证传输方向稳定、线路电阻小、阻抗低，以提供高效的电力输送。
2. 短路计算短路计算是评估电力系统电气稳定性的方法之一，通过计算短路电流并判断线路是否可以承受将有助于评估系统的安全性。
3. 系统优化设计线路阻抗的计算也对电力系统的优化设计有所帮助。
比如，在电力系统中可以通过改变保护措施来实现系统的优化设计，而调整线路阻抗则可以进一步优化保护措施的启动方式。
简析等效电阻的三种求法等效电阻几个连接起来的电阻所起的作用，可以用一个电阻来代替，这个电阻就是那些电阻的等效电阻。
也就是说任何电回路中的电阻，不论有多少只，都可等效为一个电阻来代替。
而不影响原回路两端的电压和回路中电流强度的变化。
这个等效电阻，是由多个电阻经过等效串并联公式，计算出等效电阻的大小值。
也可以说，将这一等效电阻代替原有的几个电阻后，对于整个电路的电压和电流量不会产生任何的影响，所以这个电阻就叫做回路中的等效电阻。
就是用一个电阻代替串联电路中几个电阻，比如一个串联电路中有2个电阻，可以用另一个电阻来代替它们。
首先把这两个电阻串联起来，然后移动滑动变阻器，移动到适当的地方就可以，然后记录下这时的电压与电流，分别假设为U和I。
然后就另外把电阻箱接入电路中，滑动变阻器不要移动，保持原样，调整变阻器的阻值，使得电压和电流为I和U。
在电路分析中，最基本的电路就是电阻电路。
而分析电阻电路常常要将电路化简，求其等效电阻。
由于实际电路形式多种多样，电阻之间联接方式也不尽相同，因此等效电阻计算方法也有所不同。
本文就几种常见的电阻联接方式，谈谈等效电阻的计算方法和技巧。
一、电阻的串联以3个电阻联接为例，电路如图1所示。
根据电阻串联特点可推得，等效电阻等于各串联电阻之和，即由此可见：（1）串联电阻越多，等效电阻也越大;（2）如果各电阻阻值相同，则等效电阻为R=nR1二、电阻的并联电路如图2所示。
根据电阻并联特点可推得，等效电阻的倒数等于各并联电阻倒数之和，即：上述结论能否推广使用呢？即如果一个电阻是另一个电阻的3倍、4倍，，n倍。
例如，128电阻分别与48、38、28、18电阻并联（它们的倍数分别是3、4、6和12倍），等效电阻如何计算？不难看出：当一电阻为另一电阻的n倍时，等效电阻的计算通式为三、电阻的混联在实际电路中，单纯的电阻串联或并联是不多见的，更常见的是既有串联，又有并联，即电阻的混联电路。
对于混联电路等效电阻计算，分别可从以下两种情况考虑。
0引言高压单芯电缆被广泛应用于输电线路、变电站及工业和商业建筑等领域，传输和分配大量的电能［1］，在电力系统中起着重要的作用。
然而，高压单芯电缆的护层由于老化、火灾、机械损坏等多种原因，可能会发生接地故障，对电力系统的安全性和稳定性产生负面影响。
因此，研究和应用高压单芯电缆护层的接地方式成为当今电力工程领域的一个重要课题。
曾含等［2］基于优化包覆层结构，提出高压单芯电缆暂态热路建模方法，将复杂的3层结构统一化处理，并通过实验获取热容和热阻参数。
王航等［3］进行波纹金属护套高压单芯电缆线芯护层互感的研究，使用比奥—萨伐尔定律解算高压电缆线芯电流的磁感应强度，运用高斯定理求解波纹护套截面的磁通量；建立环形纹和螺纹护套的参数方程，并确定内外曲面作为磁通量积分边界，推导出线芯与波纹护套互感和等效直径方法误差的解析公式。
刘日朗［4］采用电磁暂态计算软件（ATP-EMTP ）进行输电电缆护层多点接地故障研究，使用仿真软件模拟电缆护层多点接地故障及其他故障情况，比较不同因素对护层环流值产生的影响。
电力系统规划不断扩大，对电气化专用电缆的需求越来越大，电缆作为电力系统中的重要组成部分，是电气绝缘组合电气设备开关柜的进出线，也是电力系统输电、配电导线。
由于电力系统中变电低压设备主要采用全封闭组合电气设备，所有线路导线全部采用高压单芯电缆，而且高压单芯电缆成本低、高压耐受性能强，具有普通电缆不可代替的优势，因此得到广泛应用和批量化生产。
然而，高压单芯电缆在电力系统中的大量应用带来了许多新的故障，如单线接地故障、高压单芯电缆护层套被烧融、高压单芯电缆终端头被击穿等，电缆金属护层的保护功能无法充分发挥，严重威胁电力系统巡视查验人员的生命安全。
经查验，出现这些现象的主要原因在于高压单芯电缆护层的接地方式不合理。
现行的接地方式仍沿用普通电缆接地方式，为两端分别并联接地，这种方式在实际应用中不仅电缆护层感应电势较大，而且电缆接地故障率较高。
高压（交流）电缆的线路损耗及电阻计算公式当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。
(1)单一线路有功功率损失计算公式为△P＝I2R式中△P--损失功率，W；I--负荷电流，A；R--导线电阻，Ω(2)三相电力线路线路有功损失为△P＝△PA十△PB十△PC＝3I2R(3) 导线（电缆）的电抗计算：1)三相导线（电缆）的电抗估算。
电缆的电抗值通常由制造厂提供，当缺乏该项技术数据时，可采用下列数据进行估计；1Kv电缆，χ0=0.06ΩKm，6~10Kv 电缆，χ0=0.08ΩKm，35Kv电缆，χ0=0.12ΩKm.2）导线的电抗计算:铜及铝导线的电抗χ0=2πſL‘L‘= 2ln D jr+0.5 ×10−4=2 lnD jr+lne0.25×10−4=2×10−4ln D je−0.25=4.6×10−4lg D j0.778r=4.6×10−4lg D jD z式中χ0—线路每相单位长度感抗（ΩKm)ſ---交流电频率，工频ſ=50HzL‘—电线、母线或电缆每相单位长度的电感量H/Km;3，见9-9图，穿D j—三相导线间的几何均距（cm),对于架空线为D UV D VW D WU管电线及圆形线芯的电缆为d+2δ，扇形线芯的电缆为h+2δ，见9-10图；D z—线芯自几何均距或等效半径，c m对于圆形截面线芯的电线、电缆D z取0.389d，对于压紧扇形截面线芯的电缆D z取0.439s，对于矩形母线，D z取0.224（h+b）；d—电线或圆形线缆主线芯的直径（cm)；b—母线厚度（cm)；h—母线宽度（cm)；s—线芯标称截面积（cm2)；r—电线或圆形线芯电缆主线芯的半径，（cm)；δ—穿管电线或电缆主线芯的绝缘厚度，（cm)；h—扇形线芯电缆主线芯的压紧高度，（cm)；。
导线、电缆的电阻和电抗的计算1．导线（电缆）的电阻计算每千米长导线（电缆）的交流电阻R0按下式计算=式中R0——导线（电缆）的交流电阻（）:S——导线标称截面（ｍｍ２）：ρ——导线材料的电阻率（Ω∙ｍｍ２／Ｋｍ）导线温度发生变化时，其电阻值也要发生变化，温度与电阻的关系如下Rｔ＝R２０｛１＋２０（ｔ—２０）｝式中Rｔ—温度ｔ℃时的电阻（Ｋｍ）R２０—温度为２０℃时的电阻（Ｋｍ）２０—电阻的温度系数（１℃）常用导电金属线在２０℃时的电阻率，导电率和电阻温度系数，见下表在电力网计算中，还必须对电阻率和导电率进行修正，这是因为导线和电缆芯线大多是绞线，实际长度要比导线长度大%~%；其中大部分导线和电缆的实际截面积较额定截面积要小些；此外，实际运行的导线和电缆芯线温度不会是20℃，计算时应根据实际情况取一平均温度。
修正后，平均温度20℃时的各类电缆的电阻率和导电率如下；铜芯ρ２０=18.5Ω∙ｍｍ２／Ｋｍ，２０=.Ｋｍ（∙ｍｍ２）;铝芯ρ２０=31.2Ω∙ｍｍ２／Ｋｍ，２０=.Ｋｍ（∙ｍｍ２）2.导线（电缆）的电抗计算(1)三相导线（电缆）的电抗估算。
电缆的电抗值通常由制造厂提供，当缺乏该项技术数据时，可采用下列数据进行估计：1Kv电缆，=.，6~10Kv电缆，=.，35Kv电缆，=. .（2）导线的电抗计算。
1) 铜及铝导线的电抗=f(.(/)+0.5）×-4式中：—导线电抗（)f---交流电频率，工频f=50HzD1—三相导线间的几何均距（)d—导线外径（)—导线材料的相对磁导率，对有色金属=12) 钢芯铝绞线的电抗计算较困难，一般用查表法。
3) 钢、铁导线的电抗=‘+”式中’——钢.铁导线的外感抗（)’=f(.（/）+0.5）×-4’’----钢、铁导线的内感抗（因电流大小而不同，需查表）（)。
通过计算分析能够暴露出管理和技术上的问题，对降损工作提供理论和技术依据，能够使降损工作抓住重点，提高节能降损的效益，使线损管理更加科学。
所以在电网的建设改造过程以及正常管理中要经常进行线损理论计算。
线损理论计算是项繁琐复杂的工作，特别是配电线路和低压线路由于分支线多、负荷量大、数据多、情况复杂，这项工作难度更大。
线损理论计算的方法很多，各有特点，精度也不同。
这里介绍计算比较简单、精度比较高的方法。
理论线损计算的概念1．输电线路损耗当负荷电流通过线路时，在线路电阻上会产生功率损耗。
(1) 单一线路有功功率损失计算公式为△ P= I2R式中△ P--损失功率，W；I--负荷电流，A；R-导线电阻，Q(2) 三相电力线路线路有功损失为△ P=^ PAPBPO 3I2R(3) 温度对导线电阻的影响：导线电阻R不是恒定的，在电源频率一定的情况下，其阻值随导线温度的变化而变化。
铜铝导线电阻温度系数为a= 0.004。
在有关的技术手册中给出的是20C时的导线单位长度电阻值。
但实际运行的电力线路周围的环境温度是变化的；另外；负载电流通过导线电阻时发热又使导线温度升高，所以导线中的实际电阻值，随环境、温度和负荷电流的变化而变化。
为了减化计算，通常把导线电阴分为三个分量考虑：1）基本电阻20C 时的导线电阻值R20为R20=RL式中R--电线电阻率，Q/km ,;L--导线xx，km。
2）温度附加电阻Rt 为Rt=a（tP－20）R20式中a--导线温度系数，铜、铝导线a=0．004；tP--平均环境温度，C。
3）负载电流附加电阻Rl为Rl= R204）线路实际电阻为R=R20+Rt+Rl（4）线路电压降△U 为△ U=U 1－U2=LZ2．配电变压器损耗（简称变损）功率△PB配电变压器分为铁损（空载损耗）和铜损（负载损耗）两部分。
铁损对某一型号变压器来说是固定的，与负载电流无关。
铜损与变压器负载率的平方成正比。
配电网电能损失理论计算方法配电网的电能损失，包括配电线路和配电变压器损失。
