第4章 風(fēng)電場(chǎng)的導(dǎo)體

4.1 風(fēng)電場(chǎng)載流導(dǎo)體

風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)中的各個(gè)電氣設(shè)備都由載流導(dǎo)體相互連接，組建成電路。其中，位于發(fā)電廠和變電站內(nèi)的母線用于匯集和分配電能，連接導(dǎo)體和跳線用于連接電氣設(shè)備，而輸電線路則將發(fā)電廠、變電站和用戶連接成完整的電力系統(tǒng)。

導(dǎo)體通常由銅、鋁、鋁合金或鋼材料制成，多數(shù)載流導(dǎo)體一般使用鋁或鋁合金材料。導(dǎo)體除滿足工作電流、機(jī)械強(qiáng)度和電暈要求外，導(dǎo)體形狀還應(yīng)滿足下列要求：電流分布均勻；機(jī)械強(qiáng)度高；散熱良好（與導(dǎo)體放置方式和形狀有關(guān)）；有利于提高電暈起始電壓；安裝、檢修簡(jiǎn)單，連接方便。

導(dǎo)體可以分為硬導(dǎo)體和軟導(dǎo)體兩大類(lèi)。在電流較大的場(chǎng)合，軟導(dǎo)體載流量不足時(shí)可以采用硬導(dǎo)體。硬導(dǎo)體根據(jù)其截面形狀可分為管形、槽形、矩形。常見(jiàn)的軟導(dǎo)體為鋼芯鋁絞線，由鋼芯承受主要機(jī)械負(fù)荷，鋁作為主要載流部分。軟導(dǎo)線應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速、污穢、海拔）和回路負(fù)荷電流、電暈、無(wú)線電干擾等條件，確定其截面和結(jié)構(gòu)型式。

風(fēng)電場(chǎng)和變電站中的常見(jiàn)導(dǎo)體有母線、連接導(dǎo)體、跳線和輸電線路，輸電線路又可分為架空線和電纜線路。

4.1.1 架空線路

架空線路主要指架空明線，架設(shè)在地面之上，是用絕緣子將輸電導(dǎo)線固定在直立于地面的桿塔上以傳輸電能的輸電線路。架空線路的架設(shè)及維修比較方便，成本較低，但容易受到氣象和環(huán)境（如大風(fēng)、雷擊、污穢、冰雪等）的影響而引起故障，同時(shí)整個(gè)輸電走廊占用土地面積較多，易對(duì)周邊環(huán)境造成一定的電磁干擾。

架空線路的主要部件有導(dǎo)線和避雷線（架空地線）、桿塔、絕緣子、金具、桿塔基礎(chǔ)、拉線和接地裝置等，如圖4-1所示。

1．輸電線路術(shù)語(yǔ)

（1）擋距。架空線路相鄰桿塔之間水平距離稱(chēng)為線路的擋距。通常用字母l表示，如圖4-2所示。

（2）弧垂。在擋距中導(dǎo)線離地最低點(diǎn)和懸掛點(diǎn)之間垂直距離稱(chēng)為導(dǎo)線的弧垂。用字母f表示。

（3）限距。導(dǎo)線到地面的最小距離稱(chēng)為限距，用字母h表示。

導(dǎo)線弧垂的大小取決于導(dǎo)線允許的拉力與擋距，并與氣象（溫度、覆冰等）、地理（高山等）條件有關(guān)。對(duì)于6～10kV配電線路，擋距一般在100m以下；對(duì)于110～220kV輸電線路，采用鋼筋混凝土?xí)r擋距一般為150～400m，用鐵塔時(shí)一般為250～400m。

2．導(dǎo)線與避雷線

導(dǎo)線是用來(lái)傳導(dǎo)電流、輸送電能的元件。導(dǎo)線在運(yùn)行中經(jīng)常受各種自然條件的考驗(yàn)，必須具有導(dǎo)電性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、價(jià)格低、耐腐蝕性強(qiáng)等特性。

架空線路的導(dǎo)線和避雷線工作在露天，不僅受到風(fēng)壓、覆冰和溫度變化的影響，且受到空氣中各種化學(xué)雜質(zhì)的侵蝕。它們所需承受的張力（即拉力）很大，特別是那些架在大跨越擋距桿塔上的導(dǎo)線所受張力就更大。因此導(dǎo)線除應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性能外，還應(yīng)柔軟且有韌性，并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能。2008年年初，我國(guó)南方地區(qū)罕見(jiàn)雪災(zāi)造成大量輸電線路倒塔，機(jī)械強(qiáng)度不夠是其主要原因。

導(dǎo)線常用材料有銅、鋁及鋁合金和鋼等。避雷線一般用鋼線，也有用鋁包鋼線的。有關(guān)導(dǎo)線材料的物理特征見(jiàn)表4-1。

由表4-1可見(jiàn)，銅的導(dǎo)電性能最好，但價(jià)格高，架空線很少使用；鋁的導(dǎo)電性能僅次于銅，且比重小，但機(jī)械強(qiáng)度差；鋼的導(dǎo)電性最差，但機(jī)械強(qiáng)度很高。

導(dǎo)線除低壓配電線路使用絕緣線外，一般都使用裸線，其結(jié)構(gòu)主要有：①單股線；②單金屬多股線；③復(fù)合金屬多股絞線（包括鋼芯鋁絞線、擴(kuò)徑鋼芯鋁絞線、空心導(dǎo)線、鋼鋁混絞線、鋼芯鋁包鋼絞線、鋁包鋼絞線、分裂導(dǎo)線）。如圖4-3所示。

因?yàn)楦邏杭芸站€路上不允許采用單股導(dǎo)線，所以實(shí)際上架空線路上均采用多股絞線。多股絞線的優(yōu)點(diǎn)是比同樣截面單股線的機(jī)械強(qiáng)度高、柔韌性好、可靠性高。同時(shí)，它的集膚效應(yīng)較弱，截面金屬利用率高。

若架空線路的輸送功率大，導(dǎo)線截面大，對(duì)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度要求高，而多股單金屬鋁絞線的機(jī)械強(qiáng)度仍不能滿足要求時(shí)，則把鋁和鋼兩種材料結(jié)合起來(lái)制成鋼芯鋁絞線，這樣不僅有很好的機(jī)械強(qiáng)度，并且有較高的電導(dǎo)率，其所承受的機(jī)械荷載則由鋼芯和鋁線共同負(fù)擔(dān)。既發(fā)揮了兩種材料的各自優(yōu)點(diǎn)，又補(bǔ)償了它們各自的缺點(diǎn)，因此，鋼芯鋁絞線被廣泛地應(yīng)用在35kV及以上的線路中。

鋼芯鋁絞線按照鋁鋼截面比的不同又分為普通型鋼芯鋁絞線（LGJ）、輕型鋼芯鋁絞線（LGJQ）和加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線（LGJJ）。普通型和輕型鋼芯鋁絞線用于一般地區(qū)，加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線用于重冰區(qū)或大跨越地段。

此外，對(duì)于電壓為220kV及以上的架空線路，為了減小電暈以降低損耗和對(duì)無(wú)線電的干擾，并減小電抗以提高線路的輸送能力，應(yīng)采用分裂導(dǎo)線或擴(kuò)徑空心導(dǎo)線。分裂導(dǎo)線每相分裂的根數(shù)一般為2～4根，并以一定的幾何形狀并聯(lián)排列而成。每相中的每一根導(dǎo)線稱(chēng)為次導(dǎo)線，兩根次導(dǎo)線間的距離稱(chēng)為次線間距離，在一個(gè)擋距中，一般每隔30～80m裝一個(gè)間隔捧，兩相鄰間隔間的水平距離為次擋距。

避雷線裝設(shè)在導(dǎo)線上方，且直接接地，作為防雷保護(hù)之用，以減少雷擊導(dǎo)線的機(jī)會(huì)，提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，保證線路安全送電。避雷線一般也采用鋼芯鋁絞線，且不與桿塔絕緣而是直接架設(shè)在桿塔頂部，并通過(guò)桿塔或接地引下線與接地裝置連接。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，110kV及以上的輸電線路，應(yīng)沿全線架設(shè)避雷線；經(jīng)過(guò)山區(qū)的220kV輸電線路，應(yīng)沿全線架設(shè)雙避雷線；330kV及以上的輸電線路，應(yīng)沿全線架設(shè)雙避雷線；60kV線路，當(dāng)負(fù)荷重要，且經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁，年均雷電日在30日以上，宜沿全線裝設(shè)避雷線；35kV線路一般不沿全線架設(shè)避雷線，僅在變電站線1～2km的進(jìn)出線上架設(shè)避雷線，以防護(hù)導(dǎo)線及變電站設(shè)備免遭直接雷擊。

3．桿塔

桿塔是電桿和鐵塔的總稱(chēng)。架空線路的桿塔是用來(lái)支撐導(dǎo)線和避雷線的支持結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)線對(duì)地面、地物滿足限距要求，并能承受導(dǎo)線、避雷線及本身的荷載及外荷載。

（1）架空線路桿塔的類(lèi)型。桿塔按其用途可分為直線桿塔、耐張桿塔、終端桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔、跨越桿塔和換位桿塔等。

1）直線桿塔。也稱(chēng)中間桿塔，用在線路的直線走向段內(nèi)，其主要作用是懸掛導(dǎo)線，如圖4-4（a）與圖4-4（b）所示。直線桿塔的數(shù)量約占桿塔總數(shù)的80%。

2）耐張桿塔。也稱(chēng)承力桿塔。用于線路的首、末端以及線路的分段處。在線路較長(zhǎng)時(shí)，一般每隔3～5km設(shè)置一基耐張桿塔，用來(lái)承受正常及故障（如斷線）情況下導(dǎo)線和避雷線順線路方向的水平張力，限制故障范圍，將線路故障限制在一個(gè)耐張段（兩耐張桿塔之間的距離）內(nèi)，如圖4-5所示，且可起到便于施工和檢修的作用。

3）終端桿塔。用于線路首、末端，即線路上最靠近變電站或發(fā)電廠的進(jìn)線或出線的第一基桿塔。終端桿塔是一種承受單側(cè)張力的耐張桿塔。

4）轉(zhuǎn)角桿塔。位于線路轉(zhuǎn)角處的桿塔，如圖4-4（c）所示。線路的轉(zhuǎn)角是指線路轉(zhuǎn)向內(nèi)角的補(bǔ)角。轉(zhuǎn)角桿塔要承受（線路方向的）側(cè)向拉力，受力圖如圖4-4（d）所示。

5）跨越桿塔。位于線路跨越河流、山谷、鐵路、公路、居民區(qū)等地方的桿塔，其高度較一般桿塔高。

6）換位桿塔。為保持線路三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，將三相導(dǎo)線在空間進(jìn)行換位所使用的特種桿塔。架空線路的三相導(dǎo)線在桿塔上無(wú)論如何布置均不能保證其三相的線間距離和對(duì)地距離都相等。為避免由三相架空線路參數(shù)不等而引起的三相電流不對(duì)稱(chēng)，給發(fā)電機(jī)和線路附近的通信帶來(lái)不良影響，規(guī)定凡線路長(zhǎng)度超過(guò)100km時(shí)，導(dǎo)線必須換位。

（2）架空線路桿塔的材料。桿塔按使用的材料可分為木桿、鋼筋混凝土桿和鐵塔三種。其中，鋼筋混凝土桿使用年限長(zhǎng)（一般壽命不少于30年），維護(hù)工作量小，節(jié)約鋼材，投資少。缺點(diǎn)是比較重，施工和運(yùn)輸不方便。由于鋼筋混凝土桿有比較突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)普遍使用。鐵塔是用角鋼焊接或螺栓連接的鋼架。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度大，使用年限長(zhǎng)，運(yùn)輸和施工方便，但鋼材消耗量大，造價(jià)高，施工工藝較復(fù)雜，維護(hù)工作量大。因此，鐵塔多用于交通不便和地形復(fù)雜的山區(qū)，或一般地區(qū)的特大荷載的終端、耐張、大轉(zhuǎn)角、大跨越等特種桿塔。

（3）架空線路桿塔的回路數(shù)。桿塔從輸電回路數(shù)可分為單回路、雙回路、多回路等型式。圖4-6（a）所示為單回路型式鐵塔；圖4-6（b）所示為多回路型式鐵塔。

4．絕緣子

絕緣子又稱(chēng)瓷瓶，是用來(lái)支承和懸掛導(dǎo)線，并使導(dǎo)線與桿塔絕緣。它應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)化學(xué)雜質(zhì)的侵蝕具有足夠的抗御能力，并能適應(yīng)周?chē)髿鈼l件的變化，如溫度和濕度變化對(duì)它本身的影響等。

架空線路常用的絕緣子有針式絕緣子、懸式絕緣子、瓷橫擔(dān)絕緣子等。

（1）針式絕緣子。針式絕緣子外形如圖4-7所示，這種絕緣子用于電壓不超過(guò)35kV以及導(dǎo)線拉力不大的線路上，主要用于直線桿塔和小轉(zhuǎn)角桿塔。針式絕緣子制造簡(jiǎn)易、廉價(jià)，但耐雷水平不高。

（2）懸式絕緣子。懸式絕緣子外形如圖4-8（a）所示，它具有制造簡(jiǎn)單、安裝方便、機(jī)械強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。這種絕緣子廣泛用于電壓為35kV以上的線路，通常組裝成絕緣子串使用，并可隨著電壓的高低和污穢的嚴(yán)重程度增加或減少片數(shù)，使用靈活，如圖4-8（b）所示。

表4-2中列出了與不同系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓相應(yīng)的懸垂串絕緣子的片數(shù)。耐張串中絕緣子的片數(shù)一般比同級(jí)電壓線路懸垂串多1～2片。

（3）瓷橫擔(dān)絕緣子。瓷橫擔(dān)絕緣子是同時(shí)起到橫擔(dān)和絕緣子作用的一種新型絕緣子結(jié)構(gòu)，其外形如圖4-9所示。這種絕緣子的絕緣強(qiáng)度高、運(yùn)行安全、維護(hù)簡(jiǎn)單，且能在斷線時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，可避免因斷線而擴(kuò)大事故。我國(guó)目前在110kV及以下的線路上已廣泛采用瓷橫擔(dān)絕緣子，在220kV線路上也開(kāi)始部分采用。

5．金具

架空線路使用的所有金屬部件統(tǒng)稱(chēng)為金具。金具種類(lèi)繁多，其中使用廣泛的主要是線夾、連接金具、接續(xù)金具、保護(hù)金具和拉線金具等。

（1）線夾。線夾是用來(lái)將導(dǎo)線、避雷線固定在絕緣子上的金具。圖4-10所示為在直線型桿塔懸垂串上使用的懸垂線夾。在耐張型桿塔的耐張串上則要使用耐張線夾。

（2）連接金具。連接金具主要用來(lái)將絕緣子組裝成絕緣子串，并將絕緣子串連接、懸掛在桿塔和橫擔(dān)上。

（3）接續(xù)金具。接續(xù)金具主要用于連接導(dǎo)線或避雷線的兩個(gè)終端，連接直接桿塔的跳線及補(bǔ)修損傷斷股的導(dǎo)線或避雷線。接續(xù)金具分為液壓接續(xù)金具和鉗壓接續(xù)金具等類(lèi)型。鋁線用鋁質(zhì)鉗壓接續(xù)管連接，連接后用管鉗壓成波狀，如圖4-11（a）所示；鋼線用鋼質(zhì)液壓接續(xù)管和小型水壓機(jī)壓接，鋼芯鋁線的鋁股和鋼芯要分開(kāi)壓接，如圖4-11（b）所示。近年來(lái)，大型號(hào)導(dǎo)線多采用爆壓接續(xù)技術(shù)進(jìn)行連接，壓接好的接頭形狀如圖4-11（c）所示。

（4）保護(hù)金具。保護(hù)金具分為機(jī)械和電氣兩大類(lèi)。機(jī)械類(lèi)保護(hù)金具是為防止導(dǎo)線、避雷線因受振動(dòng)而造成斷股。電氣類(lèi)保護(hù)金具是為防止絕緣子因電壓分布不均勻而過(guò)早損壞。線路上常使用的保護(hù)金具有防振錘、阻尼線、護(hù)線條、間隔棒、均壓環(huán)、屏蔽環(huán)等，如圖4-12、圖4-13所示。其中防振錘和阻尼線用來(lái)吸收或消耗架空線的振動(dòng)能量，以防止導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)在懸掛點(diǎn)處發(fā)生反復(fù)拗折，造成導(dǎo)線斷股甚至斷線的事故。護(hù)線條是用來(lái)加強(qiáng)架空線的耐振強(qiáng)度，以降低架空線的使用應(yīng)力。

（5）拉線金具。拉線金具主要用于固定拉線桿塔，包括從桿塔頂端引至地面拉線之間的所有零件。線路常用的拉線金具有楔形線夾、UT形線夾、拉線用U形環(huán)、鋼線卡子等。拉線金具的連接方法如圖4-14所示。

6．接地裝置

架空地線在導(dǎo)線的上方，它將通過(guò)每基桿塔的接地線或接地體與大地相連，當(dāng)雷擊地線時(shí)可迅速地將雷電流向大地中擴(kuò)散，因此，輸電線路的接地裝置主要作用是泄導(dǎo)雷電流，降低桿塔頂電位，保護(hù)線路絕緣不致?lián)舸╅W絡(luò)。它與地線密切配合，對(duì)導(dǎo)線起到屏蔽作用。接地體和接地線總稱(chēng)為接地裝置。

4.1.2 電纜線路

電纜線路的優(yōu)點(diǎn)是占用土地面積少，受外力破壞的概率低，因而供電可靠，對(duì)人身較安全，且可使城市環(huán)境美觀。因此，近年來(lái)獲得廣泛的應(yīng)用，特別是在大城市中目前電纜使用幾乎呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)。

1．電纜結(jié)構(gòu)

電力電纜的結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)包皮三部分。

（1）電纜導(dǎo)體通常用多股銅絞線或鋁絞線，以增加電纜的柔軟性，使之在一定程度內(nèi)彎曲不變形。根據(jù)電纜中導(dǎo)體數(shù)目的不同，分為單芯電纜、三芯電纜和四芯電纜等。單芯電纜的導(dǎo)體截面總是圓形，三芯或四芯電纜導(dǎo)體截面除圓形外，更多采用扇形，如圖4-15（a）所示。

（2）電纜的絕緣層用來(lái)使導(dǎo)體與導(dǎo)體間以及導(dǎo)體與包皮之間保持絕緣。通常電纜的絕緣層包括芯絕緣與帶絕緣兩部分。芯絕緣層指包裹導(dǎo)體芯體的絕緣，帶絕緣層指包裹全部導(dǎo)體的絕緣。絕緣層所用的材料有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯等，電力電纜多用油浸紙絕緣。

（3）電纜的保護(hù)層用來(lái)保護(hù)絕緣物及芯線使之不受外力的損壞。電纜的保護(hù)層可分為內(nèi)保護(hù)層和外保護(hù)層兩種。內(nèi)保護(hù)層用來(lái)提高電纜絕緣的抗壓能力，并可防水、防潮、防止絕緣油外滲。外保護(hù)層用來(lái)防止電纜在運(yùn)輸、敷設(shè)和檢修過(guò)程中受機(jī)械損傷。

2．電纜的類(lèi)型

（1）按電壓等級(jí)分。

1）低壓電纜。適用于固定敷設(shè)在交流50Hz，額定電壓3kV及以下的輸配電線路上作輸送電能用。

2）中低壓電纜（一般指35kV及以下）。包括聚氯乙烯絕緣電纜、聚乙烯絕緣電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等。

3）高壓電纜（一般為110kV及以上）。包括聚乙烯電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等。

4）超高壓電纜（275～800kV）。

5）特高壓電纜（1000kV及以上）。

風(fēng)電場(chǎng)以中低壓電纜為主。此外，還可通過(guò)電流分為交流電纜和直流電纜。

（2）按絕緣材料分。

1）油浸紙絕緣電力電纜。是以油浸紙作絕緣的電力電纜。其應(yīng)用歷史最長(zhǎng)，安全可靠、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉。主要缺點(diǎn)是敷設(shè)受落差限制。自從開(kāi)發(fā)出不滴流浸紙絕緣后，解決了落差限制問(wèn)題，使油浸紙絕緣電纜得以繼續(xù)廣泛應(yīng)用。

2）塑料絕緣電力電纜。絕緣層為擠壓塑料的電力電纜。常用的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯。塑料電纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造加工方便，重量輕，敷設(shè)安裝方便，不受敷設(shè)落差限制。因此廣泛用作中低壓電纜，并有取代黏性浸漬油紙電纜的趨勢(shì)。其最大缺點(diǎn)是存在樹(shù)枝化擊穿現(xiàn)象，這限制了它在更高電壓的使用。

3）橡皮絕緣電力電纜。絕緣層為橡膠加上各種配合劑，經(jīng)過(guò)充分混煉后擠包在導(dǎo)電線芯上，經(jīng)過(guò)加溫硫化而成。它柔軟、富有彈性，適合于移動(dòng)頻繁、敷設(shè)彎曲半徑小的場(chǎng)合。常用作絕緣的膠料有天然膠—丁苯膠混合物、乙丙膠、丁基膠等。

電纜還可以按照電壓等級(jí)、線芯數(shù)、導(dǎo)體截面積等進(jìn)行分類(lèi)。除此之外，還可按內(nèi)保護(hù)層的結(jié)構(gòu)分為三相統(tǒng)包型、屏蔽型和分相鉛包型。圖4-15（a）所示為三相統(tǒng)包型，這種電纜只用于10kV以下的電纜。10kV以上電纜常采用屏蔽型和分相鉛包型，屏蔽型每相芯線絕緣外面都包有金屬帶，分相鉛包型各相分別有鉛包，如圖4-15（b）所示。這種型式的電纜內(nèi)部電場(chǎng)分布較為均勻，絕緣能得到充分利用，因此通常都用在電壓等級(jí)較高的20kV及35kV電纜中，而110kV及以上電壓等級(jí)則采用充油式或充氣式電力電纜。

3．電纜附件

電力電纜附件是連接電纜與輸配電線路及相關(guān)配電裝置的產(chǎn)品，一般指電纜線路中各種電纜的中間連接及終端連接，它與電纜一起構(gòu)成電力輸送網(wǎng)絡(luò)；對(duì)充油電線還應(yīng)包括一整套供油系統(tǒng)。當(dāng)兩盤(pán)電纜相互連接，以及電纜與電機(jī)、變壓器或架空線連接時(shí)，必須剝?nèi)ネ馄ず徒^緣層，通過(guò)連接頭或終端盒實(shí)現(xiàn)密封連接。電纜附件主要是依據(jù)電纜結(jié)構(gòu)的特性，既能恢復(fù)電纜的性能，又保證電纜長(zhǎng)度的延長(zhǎng)及終端的連接。

按其用途一般分為終端連接及中間連接，終端連接又分為戶內(nèi)終端和戶外終端，一般情況戶外終端是指露天電纜接頭，戶內(nèi)終端是指室內(nèi)連接電纜與電氣設(shè)備的接頭；中間連接分為直通式和絕緣式兩種。

4．電纜導(dǎo)體的電阻

導(dǎo)體直流電阻是影響電纜載流量的首要因素，直流電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的電壓降、電能損耗就越大，所以是電纜的重要性能指標(biāo)。影響導(dǎo)體直流電阻的因素包括材料的體積電阻率、導(dǎo)體的實(shí)際截面、環(huán)境溫度、加工過(guò)程的拉絲退火過(guò)程、絞合成纜節(jié)距和導(dǎo)體表面有無(wú)污染氧化及鍍層等。控制導(dǎo)體直流電阻就必須在每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，并加強(qiáng)絞合過(guò)程的質(zhì)量檢驗(yàn)，以保證導(dǎo)體直流電阻不大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。導(dǎo)體直流電阻的控制一般應(yīng)留有1%～2%的裕量。

4.1.3 架空線路模型

對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行定量分析及計(jì)算時(shí)，必須知道其各元件的等值電路和電氣參數(shù)。輸電線路的電氣參數(shù)包括電阻、電導(dǎo)（與電暈、泄漏電流及電纜的介質(zhì)損耗有關(guān)）、電感和電容（由交變磁場(chǎng)和交變電場(chǎng)引起）。線路的電感以電抗的形式表示，電容以電納的形式表示。

輸電線路是均勻分布參數(shù)的電路，即它的電阻、電導(dǎo)、電抗、電納都是沿線均勻分布的。每千米（單位長(zhǎng)度）的電阻、電抗、電導(dǎo)、電納分別以r1, x1, g1, b1表示。

4.1.3.1 架空線路的電阻

導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的直流電阻為

式中 r1——導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電阻，Ω/km；

ρ——導(dǎo)線材料的電阻率，Ω·mm2/km；

S——導(dǎo)線截面積，mm2。

在應(yīng)用式（4-1）來(lái)計(jì)算架空線路的電阻時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響。由于交流電路內(nèi)存在集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響（當(dāng)導(dǎo)線通以交流電流時(shí)，由于電流在導(dǎo)線內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)線截面內(nèi)各點(diǎn)電流密度就不相同，產(chǎn)生集膚效應(yīng)），故交流電阻值要比直流電阻值大，但要精確計(jì)算其影響卻比較復(fù)雜。一般可近似認(rèn)為在工頻交流下，這些效應(yīng)使電阻值增加0.2%～1%。

（2）多股絞線的影響。架空線路的導(dǎo)線大部分采用多股絞線，由于絞扭使導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度增加2%～3%，故可以認(rèn)為它們的電阻率比同樣長(zhǎng)度的單股導(dǎo)線的電阻率增大2%～3%。

（3）實(shí)際截面要比額定截面小。計(jì)算線路的電氣參數(shù)時(shí)，都是根據(jù)導(dǎo)線的額定截面（標(biāo)稱(chēng)截面）來(lái)進(jìn)行的，但大多數(shù)情況下，導(dǎo)線的實(shí)際截面要比額定截面小。例如，LGJ 120型鋼芯鋁線，其額定截面為120mm2，而實(shí)際截面為115mm2。因而在實(shí)際計(jì)算時(shí)必須把導(dǎo)線的電阻率適當(dāng)?shù)卦龃?，歸算到與它的額定截面相適應(yīng)。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，在電力系統(tǒng)實(shí)際計(jì)算中，這些因素可統(tǒng)一用增大電阻率的方法來(lái)等效計(jì)入，即在用式（4-1）計(jì)算電阻時(shí)將鋁的電阻率增大為31.5Ω·mm2/km，銅的電阻率增大為18.8Ω·mm2/km。導(dǎo)線的實(shí)際電阻也可直接在相關(guān)手冊(cè)上查得。

不論從有關(guān)手冊(cè)查得還是按式（4-1）計(jì)算所得電阻值，均是指周?chē)諝鉁囟葹?0℃時(shí)的值，如果線路實(shí)際運(yùn)行溫度不是20℃，則需進(jìn)行修正，即

式中 rt——溫度t時(shí)導(dǎo)線電阻；

r20——溫度20℃時(shí)導(dǎo)線電阻；

α——電阻溫度系數(shù)，℃-1，鋁線約為0.0036℃-1，銅線為0.00382℃-1。

4.1.3.2 架空線路的電抗

輸電線路的電抗是由導(dǎo)線中通過(guò)交流電時(shí)在其內(nèi)部和外部產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)引起的。導(dǎo)線內(nèi)部的交變磁場(chǎng)只與導(dǎo)線的自感有關(guān)，導(dǎo)線外部的交變磁場(chǎng)，不僅與自感有關(guān)，還與周?chē)渌麑?dǎo)線與其相互作用的互感有關(guān)。導(dǎo)線的電抗可根據(jù)這一交變磁場(chǎng)中與該導(dǎo)線相交鏈的那部分磁鏈求出。

1．兩線輸電線的電感

圖4-16所示為往返兩線輸電線路，它相當(dāng)于單相線路的情況。假定線路長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于導(dǎo)線半徑以及兩導(dǎo)線間的距離。把與導(dǎo)線相交鏈的磁通分為兩部分：一部分是導(dǎo)線內(nèi)部的磁鏈，它所產(chǎn)生的電感稱(chēng)為內(nèi)感；另一部分是導(dǎo)線外部的磁鏈，它所產(chǎn)生的電感稱(chēng)為外感。按電磁場(chǎng)理論的分析推導(dǎo)，根據(jù)安培環(huán)路定律可得出單根導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度電感為

式中 Lin——單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的內(nèi)部電感（簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)感）, H/m；

Lout——單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的外部電感（簡(jiǎn)稱(chēng)外感）, H/m；

μ0——真空磁導(dǎo)率，μ0=2π×10-7；

r——導(dǎo)線的半徑，m；

D——兩導(dǎo)線的幾何軸線距離，m。

如將μ0的值代入式（4-3）并適當(dāng)化簡(jiǎn)后可得

內(nèi)感 Lin=0.5×10-7（H/m）

外感

2．一般的三相架空線路的電抗

設(shè)導(dǎo)線的半徑為r，三相導(dǎo)線間的距離為Dab、Dbc、Dca，如圖4-17（a）所示，則可寫(xiě)

出和a相單位長(zhǎng)度導(dǎo)線相交鏈的磁鏈為

同理可得和b相單位長(zhǎng)度導(dǎo)線相交鏈的磁鏈以及和c相單位長(zhǎng)度磁鏈相交鏈的磁鏈為

當(dāng)三相導(dǎo)線的布置在幾何上不對(duì)稱(chēng)時(shí)（例如不等邊三角形布置、水平布置等），則各相的電感值就不會(huì)相等。因而，當(dāng)流過(guò)相同的電流時(shí)，各相的壓降也不相等，從而造成三相電壓的不平衡。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，三相輸電線路應(yīng)當(dāng)進(jìn)行換位。所謂換位就是輪流改換三相導(dǎo)線在桿塔上的位置，見(jiàn)圖4-17（b）。當(dāng)線路進(jìn)行完全換位時(shí)，在一次整換位循環(huán)內(nèi)，各相導(dǎo)線將輪流地占據(jù)a、b、c相的幾何位置，因而在這個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)各相的電感（電抗）值就變得一樣了。此外，換位對(duì)改善電力線路對(duì)通信線路的干擾十分必要。當(dāng)布置位置不對(duì)稱(chēng)的三相導(dǎo)線與通信線路鄰近或平行時(shí)，與通信線路所交鏈的各相磁鏈之和并不為零，從而可能在通信線路上感應(yīng)出危險(xiǎn)的干擾電壓，不僅影響正常通信，甚至可能危及設(shè)備和人身的安全。當(dāng)三相導(dǎo)線經(jīng)完全換位后，則與通信線路所交鏈的各相磁鏈之和將接近于零，從而消除了干擾影響。

目前，電壓在110kV以上、線路長(zhǎng)度在100km以上的輸電線路，一般均需要進(jìn)行完全換位，只有當(dāng)線路不長(zhǎng)、電壓不高時(shí)才可以不進(jìn)行換位。

當(dāng)線路完全換位時(shí)，導(dǎo)線在各個(gè)位置的長(zhǎng)度為總長(zhǎng)度的1/3。此時(shí)與a相導(dǎo)線相交鏈的磁鏈將由處于位置1時(shí)的磁鏈，處于位置2時(shí)的磁鏈和處于位置3時(shí)的磁鏈組成，即

而和a相導(dǎo)線相交鏈的總磁鏈為

式中 Deq——三相導(dǎo)線間的幾何均距；

由于即則式（4-7）可改寫(xiě)為

據(jù)此可得經(jīng)完全換位的三相線路，每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電感為

每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電抗為

當(dāng)三相導(dǎo)線為水平排列時(shí)[圖4-18（a）]，即Dab=Dbc=D, Dac=2D，則式（4-7）中；當(dāng)三相導(dǎo)線為等邊三角形排列時(shí)[圖4-18（b）]，即Dab=Dbc=Dac=D，則Deq=D。

若進(jìn)一步計(jì)入導(dǎo)線的內(nèi)感，則有

式中 μr——導(dǎo)線材料的相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)，對(duì)于銅、鋁等有色金屬材料，μr=1。

將μ0=4π×10-7H/m, ω=2πf=314rad/s, μr=1代入式（4-11），并將以e為底的自然對(duì)數(shù)變換為以10為底的常用對(duì)數(shù)，可得

【例4-1】 有一長(zhǎng)度為100km、110kV的輸電線路，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185，導(dǎo)線水平排列，相距為4m，求線路單位長(zhǎng)度電抗。

解：線路單位長(zhǎng)度電阻為

由相關(guān)手冊(cè)查得導(dǎo)線LGJ-185的直徑為19mm，導(dǎo)線水平排列時(shí)的幾何均距為

線路單位長(zhǎng)度電抗為

3．雙回路架空線路的電抗

當(dāng)同一桿塔上布置雙回三相線路時(shí)，盡管每回線路的電抗要受另一回線路的互感磁場(chǎng)的影響，但理論分析與實(shí)踐表明，當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)時(shí)，這種互感影響可以略去不計(jì)（兩個(gè)回路離開(kāi)較遠(yuǎn)時(shí)），雙回路每相電抗為

即與單回路的情況相同。同樣，計(jì)入內(nèi)感時(shí)雙回路電抗同式（4-12）。在三相對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)，架空地線對(duì)x1值的影響也可以不考慮。

4．分裂導(dǎo)線的三相輸電線電抗

如前所述，對(duì)于超高壓輸電線路，為了降低導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度以達(dá)到減低電暈損耗和抑制電暈干擾的目的，目前廣泛采用了分裂導(dǎo)線。由于電流分布的改變所引起的周?chē)姶艌?chǎng)的變化，使得分裂導(dǎo)線的電抗計(jì)算式將不同于一般的導(dǎo)線。可以設(shè)想，如將每相導(dǎo)線分裂為若干根子導(dǎo)體，并將它們均勻布置在半徑為req（等值半徑）的圓周上時(shí)（圖4-19），則決定每相導(dǎo)線電抗的將不再是每根子導(dǎo)體的半徑r，而是圓的半徑req，這樣就等效地增大了導(dǎo)線半徑。

輸電線路使用分裂導(dǎo)線時(shí)，每相線路單位長(zhǎng)度的電抗仍可利用式（4-12）計(jì)算，但式中的r要用分裂導(dǎo)線的等值半徑req替代，其值為

式中 n——每相導(dǎo)線的分裂根數(shù)

r——分裂導(dǎo)線的每一根子導(dǎo)線的半徑；

d1k——分裂導(dǎo)線一相中第1根與第k根子導(dǎo)線之間的距離，k=2,3, …, n；

Π——表示連乘運(yùn)算的符號(hào)。

一般分裂導(dǎo)線的各子導(dǎo)線之間均為等距的，則

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，式（4-14）中的d與子導(dǎo)線間距離不完全相同，即d等于實(shí)際子導(dǎo)線間距離乘分裂系數(shù)α。不同布置方式下的分裂系數(shù)見(jiàn)表4-3。

經(jīng)過(guò)完全換位后的分裂導(dǎo)線線路的每相單位長(zhǎng)度的電抗為

可見(jiàn)，導(dǎo)線分裂根數(shù)越多，電抗下降越多，但當(dāng)導(dǎo)線分裂根數(shù)大于4時(shí)，電抗的減少就不再那么明顯，如圖4-20所示。分裂間距的增大也可使電抗減少，但間距過(guò)大又不利于防止導(dǎo)線產(chǎn)生電暈。因此，分裂導(dǎo)線的根數(shù)一般不超過(guò)4根，其子導(dǎo)線間的距離一般取400～500mm。

導(dǎo)線的幾何均距和導(dǎo)線的半徑雖然也會(huì)影響x1大小。但由于x1與幾何均距Deq以及導(dǎo)線半徑之間為對(duì)數(shù)關(guān)系，它們的變化對(duì)線路單位長(zhǎng)度的電抗x1沒(méi)有明顯影響，故在工程實(shí)際的范圍內(nèi)，單根導(dǎo)線的x1一般為0.4Ω/km左右；與2根、3根和4根分裂導(dǎo)線相應(yīng)的x1則分別為0.33Ω/km、0.3Ω/km和0.28Ω/km左右。具體見(jiàn)表4-4。

5．三相輸電線路的負(fù)序電抗

三相輸電線路的負(fù)序電抗是三相輸電線中流過(guò)三相負(fù)序電流時(shí)的電抗，其每相電抗值與正序電流流過(guò)時(shí)完全一樣，即

x2=x1

【例4-2】 某500kV三相架空輸電線路采用三分裂導(dǎo)線，已知每根子導(dǎo)體的半徑r=13.6mm；子導(dǎo)體間距d=400mm；子導(dǎo)體間按正三角形布置，三相導(dǎo)線為水平布置并經(jīng)完全換位，相間距離D=12m，試求該線路每千米的電抗值。

解：已知D=12m，導(dǎo)線為水平排列，故Deq=1.26D=15.12m。

又查表4-3知，正三角形布置的三分裂導(dǎo)線的α=1，故deq=d=0.4m。代入式（4-14）中可得

將以上各值代入式（4-15），即可求得該線路每千米的電抗值為

4.1.3.3 輸電線路的電納

輸電線路的電納與導(dǎo)線周?chē)妶?chǎng)有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線中通有交流電流時(shí)，其周?chē)痛嬖陔妶?chǎng)，電場(chǎng)中任一點(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，此為已學(xué)過(guò)的電容的概念。電納與電容的關(guān)系為

式中 B——導(dǎo)線電納，S；

C——導(dǎo)線電容，F(xiàn)；

f——通過(guò)導(dǎo)線電流的頻率（或作用在該導(dǎo)線上的交流電壓頻率）, Hz。

如果三相完全對(duì)稱(chēng)排列（或經(jīng)完全換位），每相每千米的等效電容為

式中 Deq——導(dǎo)線間幾何均距。

當(dāng)頻率為50Hz時(shí)，三相輸電線每相電納為

由式（4-18）可見(jiàn)，電納與-有關(guān)。

如果是分裂導(dǎo)線，則可類(lèi)似地導(dǎo)出電容為

式中 req——分裂導(dǎo)線等值半徑。

由式（4-19）可知，分裂導(dǎo)線的電容增大了。

4.1.3.4 輸電線路的電導(dǎo)

線路的電導(dǎo)是反映由于導(dǎo)線上施加電壓后的電暈現(xiàn)象和絕緣子中所產(chǎn)生泄漏電流的參數(shù)。因?yàn)橐话闱闆r下線路的絕緣良好，所以沿絕緣子串的泄漏電流通常很小，可以忽略不計(jì)，故線路電導(dǎo)主要與電暈損耗有關(guān)。電暈是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下導(dǎo)線周?chē)諝獗浑婋x的現(xiàn)象。它的產(chǎn)生不僅與導(dǎo)線本身有關(guān)，而且與導(dǎo)線周?chē)目諝鈼l件有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了某一臨界值（稱(chēng)為電暈起始電壓或電暈臨界電壓），導(dǎo)致了部分空氣的電離。在這個(gè)過(guò)程中，導(dǎo)線表面的某些部分可以看到藍(lán)色的光環(huán)，并能聽(tīng)到“刺刺”的放電聲和聞到臭氧味。

空氣電離將消耗有功功率，該功率與施加線路上電壓有關(guān)，而與線路上通過(guò)的電流大小無(wú)關(guān)，可用導(dǎo)線對(duì)地電導(dǎo)來(lái)表征。線路電導(dǎo)表示為

式中 g1——輸電線每相導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電導(dǎo)，S/km；

ΔPg——實(shí)測(cè)的三相輸電線單位長(zhǎng)度電暈損耗的總功率，kW/km；

U——輸電線路的線電壓，kV。

發(fā)生電暈的電壓稱(chēng)電暈起始電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)臨界電壓Ucr。影響電暈臨界電壓因素較多，難以準(zhǔn)確計(jì)算，而且其數(shù)值相對(duì)較小。一般使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，即

式中 m1——導(dǎo)線表面光滑系數(shù)，光滑表面單導(dǎo)線m1=1，對(duì)久經(jīng)使用的單導(dǎo)線m1=0.98～0.93，對(duì)絞線m1=0.87～0.83；

m2——?dú)庀笙禂?shù)，干燥或晴朗天氣m2=1，在有霧、雨、霜、暴風(fēng)雨時(shí)m2＜1，在最?lèi)毫拥那闆r下m2=0.8；

δ——空氣相對(duì)密度；

b——大氣壓力，cm·Hg；

t——空氣溫度，℃；

Deq——導(dǎo)線幾何平均距離，cm；

r——導(dǎo)線半徑，mm。

在50Hz和電壓U作用下，三相輸電線每千米的電暈損耗可由實(shí)驗(yàn)求得，也可近似為

在晴朗的天氣，正常運(yùn)行時(shí)幾乎不產(chǎn)生電暈，即g1=0。