《电气线路》课件：解析与设计

《电气线路》课件解析与设计欢迎学习《电气线路》课程本课程将系统介绍电气线路的基本理论、设计方法、施工技术及维护管理，帮助您掌握现代电力系统中电气线路的核心知识在未来几周的学习中，我们将从电气线路的基本概念出发，逐步深入到具体的设计计算、保护方案和新技术应用，最终通过实际案例将理论知识与工程实践相结合希望通过本课程的学习，您能够建立起完整的电气线路知识体系，为今后从事电力系统设计、施工、运行和维护工作奠定坚实基础第一章电气线路概述电气线路的定义电气线路是连接电源与用电设备之间的导电通道，是电能输送的主要媒介它由导线、绝缘子、杆塔等组成，确保电能安全高效传输电气线路的分类按电压等级可分为高压线路（及以上）、中压线路110kV（）和低压线路（以下）；按结构形式可分为架10kV-35kV1kV空线路和电缆线路电气线路在电力系统中的作用电气线路是电力系统的血管，承担着电能输送、系统互联、负荷分配和系统稳定支撑等多重任务，是电力系统安全稳定运行的关键环节电气线路的基本组成导线和电缆导线是架空线路的主要载流部件，常用铝绞线、钢芯铝绞线等；电缆则是由导体、绝缘层、屏蔽层和外护层组成的复合结构，适用于地下敷设绝缘子和金具绝缘子用于电气隔离和机械支撑，分为悬式、针式和柱式；金具是连接导线与绝缘子、绝缘子与杆塔的金属连接件，承担机械负荷传递功能杆塔和基础杆塔支撑导线和绝缘子，有钢筋混凝土杆、钢管杆和格构式铁塔等；基础是杆塔的支撑结构，需根据地质条件和荷载要求进行设计避雷器和保护设备避雷器保护线路免受雷击损害；其他保护设备包括避雷线、接地装置等，共同构成线路的安全防护系统电气线路的特性参数电阻电感导线单位长度的阻碍电流通过的能力，包括导线在电流变化时产生感应电动势的能力参直流电阻和交流电阻交流电阻受趋肤效应数，包括自感和互感它与导线几何尺寸、和邻近效应影响，与频率和导线排列有关排列方式及相间距离密切相关电导电容绝缘介质允许电流通过的能力参数，包括绝导线间或导线对地之间储存电荷的能力参数，缘电导和电晕电导高压线路中，电导主要决定了线路的充电电流和无功功率的产生，由绝缘损耗和电晕损耗引起影响电压分布和稳定性电气线路的等效电路型等效电路型等效电路长线等效电路πT最常用的中长线等效电路，将线路电容平将线路电阻和电感平均分配于线路两端，针对超长距离输电线路，考虑参数完全分均分配于线路两端，电阻和电感集中于线电容集中于线路中间与型等效电路精布的特性，采用双端口四端网络方程描述π路中间计算精度高，适用于公里以度相当，但使用较少适用于公里以上的特高压、超高压线300300内的线路路型等效电路在某些特定计算中具有优势，T型等效电路考虑了分布参数的影响，计例如电力系统暂态稳定分析，可简化数学长线等效电路计算精度最高，但求解过程π算简便，广泛应用于实际工程设计和潮流模型和计算过程复杂，需要考虑传播常数和特性阻抗等波计算中动理论参数第二章电气线路的电气特性电能质量特性包括电压偏差、频率偏差、谐波等稳态特性包括电压分布、功率分布等常规运行参数暂态特性包括故障、开关操作等瞬时过程参数基本参数电阻、电感、电容、电导等基础物理量电气线路的电气特性是理解线路运行行为的基础，它们相互影响、共同决定线路的输电能力、损耗水平和运行稳定性掌握这些特性对于线路设计、运行和保护至关重要电压分布特性电压降线路两端电压的差值，反映电能传输过程中的电压损耗它与线路电流、阻抗及功率因数密切相关，是评价线路输电性能的重要指标费伦特图用来描述线路各点电压沿线路长度的分布情况对于轻载线路，由于充电功率的影响，末端电压可能高于始端电压，产生费伦特效应电压调节通过调整始端电压、安装无功补偿装置或使用调压设备等手段，使线路各点电压保持在合理范围内，满足电能质量要求，提高系统稳定性功率分布特性有功功率1实际做功的电能，沿线路传输方向递减，其减少值即为线路的有功损耗无功功率维持电磁场所需的功率，在线路中既有消耗又有产生功率因数有功功率与视在功率之比，影响线路输送效率线路功率分布特性是理解电能传输效率的关键在长距离输电线路中，无功功率分布尤为复杂，因为线路既消耗无功（感性），又产生无功（容性）合理调控功率因数，可显著提高线路输电能力和经济性在实际工程中，常通过无功补偿装置优化线路的功率特性电流分布特性电流密度热稳定导线单位截面积上的电流大小，导线在正常和短路工况下的温是衡量导线载流能力的重要参升不超过允许值的能力长时数过高的电流密度会导致导间热稳定关系到线路的寿命，线过热，加速绝缘老化，甚至短时间热稳定关系到线路的安引发事故设计中常根据导线全性设计时需验证各种工况材料特性和散热条件确定允许下导线温度均在安全范围内电流密度动稳定线路在短路电流作用下能够承受电动力而不发生破坏的能力这种瞬时大电流产生的电磁力可能导致导线摆动、绝缘子损坏或杆塔变形，是线路设计的重要校验内容损耗特性4-7%3-5%线损率电晕损耗输电线路中电能损耗占输送电能的百分比，高压线路中由空气电离产生的能量损失，与是衡量线路运行经济性的重要指标导线表面电场强度、气象条件密切相关1-2%绝缘损耗电缆线路中绝缘介质在电场作用下产生的热损耗，与介质损耗角正切值成正比线路损耗是电力系统运行成本的重要组成部分减少损耗不仅具有直接的经济效益，还能降低能源消耗和环境影响在线路设计中，通常通过选择合理的导线截面、提高运行电压等措施来降低损耗特别是对于超高压线路，控制电晕损耗更是设计的关键点第三章架空线路设计基础路径规划电气设计确定线路走向和杆塔位置导线选型和电气参数计算保护设计机械设计防雷接地和安全措施配置杆塔结构和受力分析架空线路设计是一项综合性工作，需要平衡电气性能、机械强度、环境影响和经济成本等多方面因素设计过程中，既要确保线路的安全可靠运行，又要考虑施工难度、维护便利性和投资效益近年来，随着城市化进程加快和环保要求提高，架空线路设计面临更多约束和挑战架空线路的分类按电压等级分类按用途分类按结构形式分类特高压线路（、）输电线路大容量远距离输电单回线路一组三相导线•750kV1000kV••超高压线路（、）配电线路区域电能分配双回线路两组三相导线•330kV500kV••高压线路（、）联络线路系统间互联互通多回线路三组及以上导线•110kV220kV••中压线路（、）专用线路服务特定用户紧凑型线路相间距离减小•10kV35kV••低压线路（、）绝缘线路使用绝缘导线•380V220V不同用途的线路对可靠性、灵活性和经济•性的要求各不相同，设计侧重点也有差异不同电压等级的线路在绝缘配置、安全距结构形式影响线路的电气特性、机械强度离和电气特性方面有显著差异电压等级和占地面积，设计时需权衡多种因素越高，输电能力越强，经济输电距离越长导线选择导线材料铜导线电阻小、导电性好，但价格高、重量大铝导线重量轻、价格低，但强度较差钢芯铝绞线（）兼顾机械强度和导电性能，最为常用ACSR铝合金导线综合性能优良，用于特殊场合导线截面根据载流量、电压降、经济电流密度、机械强度等因素综合确定高压线路常用截面185-630mm²中压线路常用截面70-240mm²低压线路常用截面16-95mm²导线结构单股导线截面小，柔韧性差绞线多根导线绞合，柔韧性好空心导线减轻重量，抗风性好分裂导线降低电晕和电感抗，提高输电能力绝缘子选择绝缘子选择应考虑电气性能、机械强度和环境适应性在污秽地区，应选用爬电比距大的防污绝缘子；在多雷区域，应加强绝缘配置；在沿海或化工区，应选用耐腐蚀性能好的绝缘子绝缘子串数量根据线路电压等级和过电压水平确定，通常每配置片盘形绝缘子100kV6-8杆塔设计杆塔类型杆塔高度包括直线塔、转角塔、终端塔等不同功能根据导线对地安全距离和跨越要求确定的杆塔杆塔结构杆塔强度4合理设计主材和辅材，确保结构安全可靠能够承受各种荷载作用并保持结构稳定杆塔设计是架空线路设计的核心环节，直接关系到线路的安全性和经济性对于高压输电线路，常采用格构式钢塔，具有强度高、自重轻、适应性强的特点而配电线路则多采用混凝土杆或钢管杆，简化结构、降低成本现代杆塔设计越来越注重景观融合和紧凑化，以减少对环境的视觉影响和占地需求基础设计基础类型基础尺寸计算块式基础在岩石或承载力强的土基础尺寸计算主要考虑竖向承载力、层中使用，结构简单、造价低掏抗拔力和水平承载力三个方面设挖式基础适用于黏性土，增大基计中需核算最不利荷载组合下的基础底面积，提高抗拔能力灌注桩础稳定性，确保安全系数满足规范基础适用于软弱地基，桩身深入要求常用公式包括极限承载力公坚硬土层，承载力高挖孔桩基础式、抗倾覆稳定性公式和侧向位移适用于特殊地质条件，人工开挖，计算公式灵活性强地质条件考虑地质勘察是基础设计的前提需充分考虑土壤类型、承载力、地下水位、冻土深度等因素在特殊地质区如滑坡区、采空区、液化土区等，应采取相应加固措施对于不良地质，可考虑调整杆塔位置或采用特殊基础形式第四章电缆线路设计基础系统设计线路规划与路径选择电缆选型结构、材料与截面确定敷设方案敷设方式与路径布置保护措施4机械保护与防腐设计电缆线路设计是现代城市配电网的关键组成部分，其特点是隐蔽性好、可靠性高，但投资成本较大设计过程中需要统筹考虑电气性能、散热条件、施工难度和维护便利性等多方面因素随着城市化进程加快，电缆线路应用越来越广泛，设计技术也不断创新发展电缆线路的分类按电压等级分类按结构形式分类12低压电缆（及以下）主要用于建筑物内油浸纸绝缘电缆传统结构，绝缘性能稳定，1kV部配电和短距离低压配电网络，结构相对简但维护复杂，逐渐被淘汰单交联聚乙烯绝缘电缆目前最主流的电缆类中压电缆（）城市配电网的主要组型，绝缘性能优良，使用寿命长3-35kV成部分，广泛应用于城区地下配电系统充气电缆采用高压气体作为绝缘介质，散高压电缆（）用于城市中心区输热性好，多用于超高压大容量传输66-110kV电和重要负荷供电，结构复杂，安全要求高超导电缆利用超导体零电阻特性，大幅提高输电效率，是未来发展方向超高压电缆（及以上）用于特殊场220kV合的大容量输电，技术要求极高，造价昂贵按敷设方式分类3直埋电缆直接埋设在地下，造价低但维护不便管道电缆敷设在专用管道中，便于维护更换，但初投资较高隧道电缆敷设在专用电缆隧道中，适用于大型电缆集中敷设区域桥架电缆架空明敷，便于检修，但受环境影响大，多用于工矿企业电缆选择电缆材料电缆结构电缆截面选择导体材料通常采用铜或铝铜导体电阻单芯电缆每相单独一根电缆，适用于大根据载流量、短路电流、电压降和经济电小、电流密度高，但价格昂贵；铝导体重截面高电压场合，散热性能好流密度综合确定量轻、价格低，但接头处易氧化三芯电缆三相导体在同一电缆内，体积考虑环境修正系数包括温度、敷设方式、绝缘材料主要有交联聚乙烯（）、小，适用于中小容量和中低压电缆线路聚集程度等XLPE聚氯乙烯（）和乙丙橡胶（）等PVC EPR经济性分析平衡初始投资与运行损耗，具有优良的电气性能和热稳定性，XLPE特殊结构如防火电缆、阻水电缆、耐低选择最经济合理的截面成为中高压电缆的首选温电缆等，根据特殊使用环境选择标准化原则尽量选用标准规格，便于接屏蔽层高压电缆需配置金属屏蔽层，均头制作和备品备件管理护套材料常用、聚乙烯或聚氯丁橡PVC匀电场分布，抑制局部放电胶等，提供机械保护和防潮功能选择时需考虑敷设环境的腐蚀性、机械损伤风险等因素电缆敷设方式直埋敷设管道敷设隧道敷设将电缆直接埋入地下，埋深通常为将电缆敷设在预埋的管道内，管材通常采用在专用电缆隧道或沟道中敷设，电缆固定在

0.7-

1.2米优点是造价低、施工简单；缺点是散热、玻璃钢或水泥管优点是保护性好、支架上优点是散热条件好、检修方便、容PVC条件差、维修困难适用于郊区、乡村等开便于更换；缺点是散热性较差、造价较高量大；缺点是投资高、建设周期长适用于阔地带，要求在电缆上方设置警示带和保护适用于城市道路、河流和铁路穿越处，需设电缆密集的城市中心区或重要负荷区域，隧板，防止外力破坏置足够的检查井，便于电缆拉放和检修道内需配备通风、排水、照明和消防等辅助设施电缆接头和终端接头类型终端类型中间接头连接两段电缆，恢复电气和机械户内终端安装在配电室内，结构相对简单性能分支接头将干线电缆分接出支线，形成户外终端安装在室外，需具备良好的防水、T形连接防污性能过渡接头连接不同类型、规格的电缆终端连接气体绝缘开关柜，结构紧凑GIS根据电压等级和工艺不同，可分为热缩接头、冷缩接头、预制接头和充油接头等根据工艺可分为热缩终端、冷缩终端、预制终端和充油终端等安装要求严格控制工作环境，保持清洁干燥按工艺流程操作，确保各层结构紧密匹配避免应力集中，保证导体连接可靠完成后进行绝缘测试，确保电气性能合格电缆防护机械防护采用保护板、混凝土槽、钢管等对电缆进行外部保护，防止外力破坏在车行道下、建筑物穿越处等重点区域，应加强机械防护措施设置警示带和标识桩，明确电缆位置，防止误挖掘防水防潮选用具有良好防水性能的电缆护套，防止水分渗入在易积水区域设置排水设施，保持电缆敷设环境干燥接头处使用防水密封材料，确保密封可靠防腐蚀在化工厂、海洋环境等腐蚀性环境中，选用耐腐蚀材料制造的电缆金属护层采用阴极保护或涂覆防腐层，延长使用寿命定期检查电缆外护层状况，及时处理腐蚀隐患第五章线路参数计算参数基础了解线路参数的基本概念和物理意义，掌握计算所需的基础数据计算方法学习各类参数的计算公式和简化方法，建立数学模型软件应用熟悉专业计算软件的使用，提高计算效率和精度结果验证通过测量数据或经验值验证计算结果的准确性和合理性线路参数计算是电气线路设计的基础工作，准确的参数计算对于保证线路性能、控制成本和确保安全具有决定性作用随着计算机技术的发展，参数计算方法从手工计算发展到专业软件计算，大大提高了计算效率和精度但工程师仍需掌握基本原理，能够判断计算结果的合理性电阻计算电感计算自感计算互感计算等效电感导线自感与导线半径和几何平均距离有关相间互感与导线排列方式和相间距离有关考虑自感和互感综合效应的电感值，是线对于单根导线，每公里自感量级约为三角排列比水平排列的互感小，因此电感路阻抗计算的基础分裂导线可有效降低1-计算公式为抗也小计算公式为等效电感，提高线路输电能力等效电感2mH公式L=[μ₀/2π]×lnD/r H/m M=[μ₀/2π]×lnD/d H/mLeq=L-M其中₀为真空磁导率，为导线等效回路其中为等效回路半径，为导线间距相μD Dd半径，为导线自身半径导线截面越大，间距离越大，互感越小；导线排列越不对对于分裂导线，需考虑分裂数和分裂半r n自感越小；导线埋深越大，自感越大称，三相电感不平衡越严重径的影响分裂数越多，等效电感越小，r但造价也越高，需进行技术经济比较电容计算线路类型典型电容值影响因素nF/km低压架空线导线间距、高度5-8中压架空线导线排列、杆塔类型8-12高压架空线分裂导线、地线配置10-14低压电缆绝缘材料、厚度200-300中高压电缆绝缘设计、屏蔽结构150-250线路电容包括对地电容和线间电容两部分对地电容反映导线与大地间存储电荷的能力，与导线高度、半径有关；线间电容反映相间存储电荷的能力，与相间距离有关电容计算采用镜像法，考虑大地的影响架空线路的电容值远小于电缆线路，这也是电缆线路容性电流大、需要无功补偿的主要原因在长距离高压线路设计中，合理控制电容对于限制充电电流、提高系统稳定性具有重要意义电导计算绝缘电导由绝缘介质不完善导致的能量损失电晕电导导线表面电场强度超过临界值产生的损耗等效电导综合各种因素的总体能量损失参数电导是线路损耗计算的基础参数对于架空线路，绝缘电导很小，可以忽略不计；电晕电导则与气象条件密切相关，雨雪天气下电晕显著增加电晕损耗计算通常采用经验公式Pk=241f/25×r/δ×U/Uc-1²×10⁻⁵kW/km其中为频率，为导线半径，δ为空气相对密度，为运行电压，为电晕起始电压通过增大导线直径、采用分裂导线或表面光滑的导线可有效减小电晕损耗f rU Uc对于超高压线路，电晕损耗可能成为线路总损耗的主要部分，是设计中必须重点考虑的问题第六章线路电气计算潮流计算电压降计算确定线路功率分布和节点电压分析线路各点电压变化稳定性计算损耗计算验证系统运行的安全可靠性评估线路能量损失线路电气计算是电气线路设计中至关重要的环节，通过它可以验证线路的电气性能是否满足设计要求随着现代计算机技术的发展，各种专业软件如、等被广泛应用于电气计算，大大提高了计算效率和精度但工程师仍需深入理解各种计算的物理本质和数学模型，PSS/E BPA才能正确应用这些工具，并对结果做出合理判断潮流计算电压降计算短线近似法适用于公里以下的线路，忽略电容影响，直接计算Δφ50U=IR·cosφ+IX·sin计算简便，精度在短距离输电时足够，是配电网计算的主要方法中长线精确法使用型或型等效电路，考虑电容影响₂₁₁πT U=A·U-B·I精度高，适用于各种长度的线路，是输电网计算的标准方法电压降百分比电压降与始端电压的百分比ε₁₂₁%=U-U/U×100%是衡量线路电压质量的重要指标，通常要求不超过±5%功率损耗计算I²R I²X有功损耗无功损耗线路电阻消耗的功率，与电流平方成正比线路电感电抗产生的无功功率损耗3-7%综合损耗率损耗功率占输送功率的百分比线路功率损耗是电力系统经济运行的重要指标有功损耗直接影响能源利用效率和运行成本，计算公式为Δφ，其中为线路电阻，为传输功率，为线路电压，φ为功率P=3I²R=P²R/U²cos²R PU cos因数可以看出，提高输电电压和功率因数是降低线路损耗的有效途径无功损耗虽不直接消耗能源，但会占用线路输电容量，增加电压降，影响系统稳定性无功损耗计算公式为Δ，其中为线路电抗，为线路电纳对于长线路，还需考虑线路充电功Q=3I²X-3U²B XB率的影响在实际工程中，常通过无功补偿装置优化无功分布，降低无功损耗稳定性计算静态稳定暂态稳定系统在小扰动下保持原有平衡状系统在大扰动（如短路）后建立态的能力计算主要分析系统特新平衡状态的能力计算常采用征值和阻尼系数，确保所有特征等面积法或时域仿真法，分析系值实部为负对于简单系统，可统在故障过程中的动态响应提用功角准则判定δ为稳高暂态稳定的主要措施包括减小dP/d0定静态稳定与线路阻抗、负荷线路阻抗、提高系统初始功率角、特性和调节装置参数密切相关采用快速励磁和自动重合闸等技术动态稳定系统在长时间动态过程中保持同步运行的能力计算需考虑各种控制设备（如调速器、励磁系统）的动态特性，通常采用数值积分方法进行时域仿真动态稳定问题复杂，需要专业软件支持，如、等，进行大规模系统的稳PSS/E BPA定性分析第七章线路机械计算荷载计算弧垂计算应力计算分析作用于线路结构的各种外确定导线在跨距内的形状和最计算导线内部的机械应力，确力，包括重力、风力和冰雪荷低点高度，保证安全距离保不超过允许值，保证线路安载等全拉力计算分析导线受力情况，确定紧线参数，保证导线不过松也不过紧线路机械计算是架空线路设计的重要组成部分，它直接关系到线路的安全性和可靠性机械计算需要综合考虑气象条件、地形特点和材料性能等因素，确保线路在各种恶劣环境下仍能安全运行随着计算机技术的发展，现代线路设计已能实现全过程数字化建模和分析，大大提高了机械计算的精度和效率但工程师仍需掌握基本原理，对计算结果进行合理性检查荷载计算弧垂计算最大弧垂等效跨距临界跨距导线在跨距中央的最大下垂量，是确定杆用于近似计算连续多跨导线机械特性的虚导线在不同气象条件下应力相等时的跨距塔高度的关键参数计算公式拟跨距，是紧线计算的重要参数计算公值，是区分长跨和短跨的界限计算公式式较复杂，需通过迭代求解导线状态方程f=γl²/8σleq=∛∑li³/∑li其中为导线单位长度重量，为水平跨距，[方程略]γl为导线应力最大弧垂通常出现在最高其中为各实际跨距等效跨距法简化了σli温度或最大覆冰工况下，需要分别计算并计算过程，使得在复杂地形下也能准确确对于短于临界跨距的线路，最大应力出现取较大值定紧线参数在最低温度；对于长于临界跨距的线路，最大应力出现在最大覆冰时应力计算导线应力计算是确保线路安全的核心内容最大工作应力是导线在各种气象条件下可能出现的最大应力值，不得超过允许应力，通常取导线破断应力的计算中需考虑温度变化、覆冰和风压等多种工况，采用导线状态方程进行分析40%-50%σ₂²-σ₁²=E·α·t₂-t₁·σ₂-E·γ²·l²/24·σ₁²·[γ₂/γ₁²-1]其中为弹性模量，α为线膨胀系数，为温度，γ为综合单位重量，为水平跨距安全系数是破断应力与最大工作应力之比，通常要求不小于E tl

2.5破断应力是导线被拉断时的应力值，由材料性能决定，是选择导线的重要参数拉力计算初始拉力导线安装时施加的张力，一般按照平均气温条件下计算最终拉力导线在运行过程中逐渐稳定后的张力，考虑蠕变和永久变形临界拉力不同气象条件下导线的最大张力，确保不超过安全限值拉力计算是紧线施工的依据，需要准确考虑导线的物理特性和环境条件导线安装后会因为材料蠕变、接头滑移和永久变形等因素导致弧垂增加，张力减小，这称为导线驰度为补偿这一效应，初始安装时一般采用预紧系数法，对导线施加比设计值略大的张力计算拉力时需考虑气温范围、覆冰厚度和风速等参数，建立导线状态方程组求解在现代工程中，通常采用专业软件进行快速计算，但工程师仍需掌握基本原理，对计算结果进行合理性检查特别是在特殊地形和恶劣气候条件下，可能需要修正标准计算方法，确保结果准确可靠第八章线路保护与监控智能分析故障预测与智能诊断远程监控运行状态实时监测与控制自动控制自动重合闸与切换装置基础保护4过电流、距离和差动保护线路保护与监控系统是确保电力系统安全稳定运行的关键技术保障它能够在线路发生故障时快速隔离故障段，防止故障扩大；同时能够实时监测线路的运行状态，及时发现隐患，预防故障发生随着电力电子技术和计算机技术的发展，线路保护与监控系统正向着数字化、网络化和智能化方向发展，保护功能更加完善，监控范围更加广泛，运行维护更加便捷过电流保护瞬时过电流保护当线路电流超过整定值时立即动作，无时间延迟主要用于保护线路近端的短路故障，特点是动作速度快，但保护范围有限，一般只能覆盖线路长定时限过电流保护度的整定原则是不应误动于相邻线路故障，且能可靠动作于15%-25%保护区内的短路故障当线路电流超过整定值并持续一段预设时间后动作主要作为后备保护使用，保护范围大，可覆盖全线及部分相邻线路整定时间通常为秒，

0.5-

1.5需与前后级保护配合，确保选择性电流整定值应低于最小短路电流，高反时限过电流保护于最大负荷电流动作时间与电流大小成反比，电流越大，动作时间越短适用于放射状配电网，可自动实现时间配合，提高保护速度常用特性曲线有标准反时限、极反时限和长反时限等整定参数包括启动电流和时间乘数，需根据网络结构和负荷特性合理选择距离保护阻抗继电器分段设置测量故障点阻抗，是距离保护的核心元件通常设置三段保护，覆盖不同范围根据测量原理可分为感应式、电子式和数字式一段保护本线路，无时限延迟80%-85%二段保护全线并延伸至相邻线路，时限

0.3-动作区域的形状有圆形、椭圆形和多边形等，其秒

0.4中多边形特性最接近实际线路阻抗特性三段作为后备保护，时限秒

0.7-

1.0阻抗测量可能受到过渡电阻、负荷影响和电源阻分段系数通常取，需考虑测量误差和过

0.8-

0.85抗变化等因素干扰，需采取补偿措施渡电阻的影响时间配合确保保护的选择性，防止误动和拒动相邻段之间的时间间隔通常为秒，考虑继电器动作时间、断路器分断时间和安全裕度

0.3-

0.4当采用通信辅助方案时，可大幅缩短动作时间，实现全线快速保护现代微机保护可实现自适应时间配合，进一步优化保护性能差动保护纵联差动保护横联差动保护比率差动保护比较线路两端电流的幅值和相位，当两端电适用于双回线路，比较两回线电流的差值，计算两端电流差值与电流和值的比率，避免流差值超过整定值时动作，认为线路内部发当差值超过整定值时动作基于两回线路参外部大电流故障时的误动引入制动特性曲生故障具有高度选择性，不受外部条件影数相同、负载均衡的假设，在一回线发生故线，当比率超过曲线定义的阈值时动作现响传统方式需要通信信道传输电流信息，障时能快速检测优点是不需要长距离通信，代数字保护进一步增加了谐波制动和相角比现代系统常采用光纤通信，确保信号传输的缺点是在负载不平衡或外部故障时可能误动较等功能，提高了保护的灵敏度和稳定性，可靠性和实时性整定需考虑两回线的不对称度成为重要线路保护的首选方案线路自动重合闸故障检测无电时间1保护装置检测到线路故障并跳闸等待预设时间，使故障电弧熄灭运行恢复重合闸动作若故障已消除，线路恢复正常运行自动重新合上断路器，恢复供电自动重合闸（）是提高线路供电可靠性的重要手段由于架空线路故障中约为瞬时性故障，通过短时断电后重新送电，可使大部分故障自行消除，避免AR80%长时间停电单相自动重合闸只切断故障相并重合，其他两相保持供电，适用于中性点有效接地的系统，可最大限度降低故障影响三相自动重合闸则切断全部三相电源，适用于各种系统，但会造成全线短时停电重合闸时间设置需考虑电弧熄灭时间、断路器操作机构复位时间和绝缘恢复时间，一般为秒

0.5-3线路监控系统系统故障定位系统在线监测系统SCADA监控与数据采集系统是电力系统监控的基通过测量故障产生的暂态电流和电压信号，对线路关键部位进行实时监测，包括导线础平台，由远程终端单元（）、通信计算故障点到测量点的距离，精确定位故温度、覆冰厚度、绝缘子漏电流、杆塔倾RTU网络和主站系统组成障位置斜度等参数功能包括数据采集、远程控制、事件记录、常用方法包括行波法和阻抗法行波法基通过无线传感器网络将数据传回监控中心，报警处理和趋势分析等可实时监测线路于故障产生的电磁波传播速度，可达到很实现对线路运行状态的全面掌握现代系的电压、电流、功率、频率等运行参数高的定位精度；阻抗法基于线路参数，实统还集成了图像识别和大数据分析技术，现简单但精度受多种因素影响可实现故障预警和寿命评估现代系统采用分层分布式架构，具准确的故障定位可大幅缩短故障处理时间，在线监测为预防性维护提供了重要依据，SCADA有高可靠性和灵活的扩展能力，是智能电提高供电可靠性是实现状态检修的基础网的核心支撑系统第九章线路施工与维护施工准备包括设计图纸审核、施工方案制定、材料设备采购、人员培训和安全措施落实等充分的准备工作是确保施工质量和安全的基础线路施工按照不同线路类型采用相应的施工方法，包括架空线路的杆塔基础施工、杆塔组立、导线展放；电缆线路的沟道开挖、电缆敷设、接头制作等工序调试验收完成施工后进行全面的测试和检查，包括绝缘试验、导通试验、相序检查和负荷试运行等，确保线路各项指标符合设计要求和规范标准运行维护建立完善的运行管理和维护制度，定期进行巡视检查和预防性试验，及时发现并处理各类隐患，确保线路长期安全稳定运行架空线路施工杆塔基础施工杆塔组立导线展放与紧线根据设计要求和地质条件，采用人工或机械方杆塔组立前需进行构件质量检查和防腐处理导线展放前需架设临时张力放线场，安装导轮式进行基坑开挖基坑尺寸和深度必须符合设组立方式根据杆塔类型和现场条件选择，常用和保护装置展放采用机械张力放线法，控制计要求，开挖面平整，边坡稳定混凝土浇筑的有整体吊装法、分解组立法和飞线组立法导线不触地，避免损伤紧线时使用张力机和前需做好钢筋绑扎和模板安装，确保基础尺寸格构式铁塔通常采用分解组立，先组装塔身，卷扬机，按设计弧垂或应力值进行调整紧线准确、钢筋位置正确混凝土浇筑应连续进行，再进行立塔立塔过程中需控制垂直度和扭转完成后进行导线固定和金具安装，制作耐张线避免冷缝，并做好养护工作基础完工后需进角，确保杆塔位置准确、结构稳定所有连接夹和悬垂线夹，确保连接可靠最后进行相间行强度检测，确保达到设计强度螺栓必须按规定扭矩紧固，防止松动间隔棒、防振锤等附件安装，并测量相间距离和对地距离，确保符合规范要求电缆线路施工沟道开挖按设计路径和深度开挖电缆沟，宽度足够容纳所有电缆并保持规定间距沟底平整，无尖硬物在道路穿越处采用顶管或定向钻进技术，减少对交通影响管道敷设需保证坡度适宜，方便排水，并设置足够的检查井，便于电缆拉放和维护电缆敷设电缆敷设前需检查电缆外观和绝缘性能采用机械牵引方式，控制牵引力不超过允许值，避免损伤电缆直埋敷设需在电缆下方铺设细砂垫层，上方覆盖保护板和警示带管道敷设需使用润滑剂减小摩擦，控制弯曲半径不小于规定值对于多根电缆并列敷设，需保持适当间距，便于散热接头制作与安装接头制作是电缆施工的关键环节，必须由经过培训的专业人员在严格控制的环境中进行制作过程包括电缆准备、芯线连接、绝缘恢复、屏蔽恢复和外护层恢复等步骤每个步骤都需按工艺要求精确操作，确保接头质量完工后进行绝缘电阻测试和交流耐压试验，验证接头的电气性能线路调试与验收绝缘试验包括绝缘电阻测试和直流耐压试验，用于检查线路绝缘性能绝缘电阻测试使用兆欧表，测量导体与地之间以及各导体之间的电阻值，判断绝缘是否完好直流耐压试验对电缆线路尤为重要，通过施加高于运行电压的直流电压，检验绝缘的耐压能力试验电压值和时间应符合相应规范要求导通试验检查线路导体的连续性和接点质量使用低压欧姆表测量导体电阻，与标准值比较，判断是否存在高阻点或虚接现象对于长距离线路，可采用脉冲反射法检测，能够精确定位导体中的接点不良位置导通试验是发现线路隐患的有效手段，尤其对于复杂的联络线路和分支线路，更需进行全面的导通检查相序检查确认线路各相导体的连接顺序是否正确使用相序表测量线路两端的相位关系，确保、、三相一A BC一对应相序错误可能导致系统短路，特别是在线路并联运行或环网结构中，正确的相序至关重要相序检查应在所有带电设备投入运行前完成，是系统安全运行的基本保障负荷试运行在实际负荷条件下检验线路的性能和稳定性负荷试运行通常持续小时，期间监测线路的电压、24-72电流、温度等参数，观察各项指标是否符合设计要求试运行应覆盖不同负荷水平，验证线路在各种工况下的适应能力同时检查保护装置和监控系统的功能，确保异常情况下能够正确响应和记录线路日常维护巡线检查设备维护通道管理定期对线路进行巡视检查，是发现线路隐对线路关键设备进行定期维护和检测，确线路通道的维护管理是确保线路安全运行患的主要手段根据线路重要性和环境条保其性能稳定可靠主要包括绝缘子清扫、的重要方面通道管理包括树木砍伐、杂件，巡视周期可能是每周、每月或每季度金具紧固、避雷器检测、接地装置测试等物清理、防火措施、安全标识维护等工作内容巡线方式包括地面巡视、登塔检查和直升维护工作应按照预定计划进行，并建立详特别是在林区和城市绿化带，需定期修剪机巡航等现代化巡检还采用无人机和红细的设备履历档案，记录各设备的检修历树木，确保其与导线保持足够安全距离，外成像等技术，提高检查效率和精度史和性能变化趋势防止因树木生长造成对地短路或相间短路巡检重点包括导线状态（有无断股、过对于重要设备，可采用在线监测技术，实热）、杆塔结构（有无倾斜、变形）、绝时掌握其运行状态，实现由计划检修向通道管理还包括防范外力破坏的各项措施，缘子情况（有无破损、放电痕迹）、金具状态检修的转变，提高维护效率，降低如建立护线队伍、安装视频监控、加强与连接（有无松动、腐蚀）以及通道环境运行风险地方协调等，共同保护线路安全（有无树障、异物）等线路故障处理故障类型识别通过保护装置信息、监控数据和现场症状，准确判断故障性质常见故障包括单相接地、相间短路、断线、闪络和绝缘损坏等不同类型故障的处理方法不同，准确识别是快速有效处理的前提数字化保护装置能提供详细的故障信息，包括故障类型、相别和距离等，大大提高了诊断效率故障定位确定故障点的准确位置，是抢修的关键环节现代故障定位采用多种技术手段结合的方式故障指示器显示故障电流流经点；测距装置计算故障点距离；声光定位器检测放电声和光；红外成像仪查找发热点；无人机快速巡查异常区域精确的故障定位可大幅缩短抢修时间应急抢修制定科学抢修方案，迅速恢复供电抢修需先确保安全验电、挂接地线、设立警戒区针对不同故障采取相应措施导线断线需接续或更换；绝缘子闪络需清洗或更换；杆塔倾斜需加固或重建；电缆故障需挖掘暴露后修复抢修后进行全面检查和试验，确认故障真正排除，才能恢复送电第十章新技术在线路设计中的应用随着科技进步和电力需求增长，新材料、新工艺和新技术在电气线路设计中得到广泛应用这些创新不仅提高了线路的输电能力和可靠性，也降低了环境影响和建设成本特别是智能电网技术的发展，将传统电力网络与现代信息技术、通信技术深度融合，使线路具备了自感知、自诊断和自修复能力，大大提升了系统运行效率和安全水平未来，随着能源互联网概念的推进和人工智能技术的应用，电气线路将向更加智能化、集成化和生态化方向发展，为可持续能源系统建设提供坚实支撑新型导线复合芯导线耐热导线复合芯导线以碳纤维、玻璃纤维或其他复耐热导线采用特殊合金材料，可在高温条合材料替代传统钢芯，具有重量轻、强度件下长期运行而不损失机械强度普通铝高、热膨胀系数小的特点代表性产品如导线最高工作温度为℃，而耐热铝合70（铝导体复合芯导线）和金导线可达℃℃典型产品有ACCC ACCR150-200（铝导体复合增强导线）等这类导线在（耐热铝合金导线）和TACSR ZTACIR相同塔型和走廊宽度条件下，可提高线路（耐热铝合金稀土导线）等这类导线允输送容量，且弧垂增加小，许更大的电流密度，在应急和过载情况下30%-100%安全裕度大特别适用于跨越大跨度、提可临时增加输送容量，提高线路的灵活性升输电能力和改造老旧线路的工程和适应性，特别适合负荷密集区和重要输电通道碳纤维复合导线碳纤维复合导线代表了导线技术的最新发展方向它采用碳纤维作为增强材料，铝或铝合金作为导电材料，兼具超高强度和优良导电性这类导线重量比传统轻以上，强度ACSR40%却高出，且具有优异的抗腐蚀性和疲劳特性由于自重小，杆塔荷载减轻，可节省基础30%和杆塔造价其缺点是成本较高，接头技术要求严格，目前主要应用于特殊跨越和高端项目新型杆塔紧凑型杆塔多回路杆塔景观型杆塔紧凑型杆塔通过减小相间距离、采用绝缘横担多回路杆塔在一基塔上架设两回及以上线路，景观型杆塔是将美学设计与工程功能结合的创和特殊电气布置，大幅减小了杆塔尺寸和走廊最多可达回，大幅提高了走廊利用效率现新产物，改变了传统铁塔的工业形象根据环12宽度相比传统设计，塔型高度可降低代多回路杆塔采用优化相序排列，减小了电磁境特点，杆塔可设计成树形、雕塑形或建筑元15%-，基面宽度减小紧凑型杆塔干扰和线路阻抗；采用分层设计，便于施工和素形，与周围景观和谐融合现代景观型杆塔30%20%-40%不仅节省了土地资源和钢材用量，还改善了视维护；采用模块化结构，适应不同组合需求广泛采用计算机辅助设计，既确保了结构强度觉景观效果，减轻了环境影响，特别适合在城多回路杆塔虽然初投资较高，但从长远看，节和电气安全，又实现了造型美感这类杆塔虽市和土地紧张区域应用省了土地费用和走廊资源，经济效益显著然造价较高，但在城市景观区、旅游区和环境敏感区域具有独特优势新型绝缘子智能电网技术柔性交流输电系统（）高压直流输电（）FACTS HVDC基于电力电子技术的先进电力系统控制装置，能将交流电转换为直流电进行远距离传输，然后再快速调节线路阻抗、控制功率流向和改善系统稳转回交流电的技术定性相比传统交流输电，具有损耗低、不受稳HVDC主要设备包括静止无功补偿器（）、静止同定限制、可控性强等优点，特别适合远距离大容SVC步补偿器（）、可控串联补偿器量输电和异步电网互联STATCOM（）和统一潮流控制器（）等TCSC UPFC新型柔性直流技术（）使用电压源VSC-HVDC技术可提高现有线路的输送能力换流器，可独立控制有功和无功功率，无需换相FACTS20%-，减小功率波动，抑制低频振荡，是提升电压，大大提高了系统灵活性50%传统电网性能的理想方案智能配电网集成了先进传感器、通信网络和控制系统的新一代配电网络，具有自愈、互动和优化功能关键技术包括配电自动化、配电网故障定位与隔离、微电网技术、需求侧管理和分布式能源接入等智能配电网可显著提高供电可靠性，减少停电时间，优化资源配置，适应分布式能源和电动汽车等新型负荷的接入需求第十一章线路设计实例路径规划参数计算根据起止点确定线路走向，考虑地形地貌和进行电气和机械计算，确定线路主要技术参环境因素数技术经济比较设备选型对比多个方案，综合考虑技术性能和经济指选择导线、绝缘子、杆塔等设备，满足运行3标需求通过实际工程案例的分析，可以将前面学习的理论知识与工程实践相结合，深入理解线路设计的全过程和关键环节不同电压等级和用途的线路，其设计重点和技术路线各不相同，需要针对具体情况采用合适的设计方法和技术措施下面将通过架空线路、电缆线路和配电线路三个实例，展示不同类型线路的设计特点和考虑因素，帮助您掌握线路设计的实际应220kV110kV35kV用能力架空线路设计实例220kV线路路径选择导线和绝缘子选择杆塔选型与基础设计本实例为长度公里的输电线路，连接导线选择根据负荷预测，线路额定输送容量为杆塔选型全线共设杆塔基，其中直线塔35220kV A8972变电站与变电站路径选择采用多方案比较法，通过电气计算，选用基采用型自立式角钢塔，转角塔基采B300MVA2×JL/G1A-SZ2112初步确定三条可能路径型钢芯铝绞线作为导线，采用同相两分用型自立式角钢塔，终端塔基采用400/35SZK215裂排列，分裂间距型独立装置终端塔400mm SZT21方案一沿既有公路走廊布设，地形平坦，交通便利，但穿越城镇较多，拆迁量大绝缘子选择线路经过的地区污秽等级为级，基础设计根据地质条件，采用四种基础类型II采用型复合绝缘子悬垂串每相一般土层区域采用掏挖式基础；软弱地基区域采FXBW-220/100方案二沿山区布设，线路略长公里，地形38配置串，每串支；耐张串每相配置串，每串用钢筋混凝土灌注桩基础；岩石区域采用岩石锚212复杂，但避开了居民区，拆迁少支所有金具均采用热镀锌处理，确保抗腐蚀杆基础；水网地区采用承台式基础每种基础均1方案三沿农田布设，距离最短公里，地形性能按规范要求进行了稳定性和承载力校核32平坦，但占用耕地较多，环保压力大经综合比较，选定方案二虽然初始投资较高，但长期运行维护成本低，社会环境影响小电缆线路设计实例110kV电缆选型本实例为城市中心区一条长公里的电缆线路，连接变电站与变电站负荷预测最

5.2110kV CD大容量为考虑到城区运行的重要性和可靠性要求，选用型150MVA YJLW03-64/110-1×800交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆，每相一根，截面电缆采用铜导体，具有大载800mm²流量、低损耗特点；外护层采用材料，具有优良的耐腐蚀性能PE敷设方式确定根据线路沿途环境和城市规划要求，采用三种敷设方式主干道路段公里采用排管敷设，

3.1每相一管，管材选用Φ玻璃钢管，每隔米设检查井；繁华商业区段公里采用200mm30-

501.5电缆隧道敷设，与其他电力和通信管线共用隧道资源；河流穿越段公里采用定向钻进技术，

0.6敷设于河床下米全线均采用三角形紧密排列方式，考虑到散热问题，在排管和隧道段每隔10公里设置一处强制通风装置1接头和终端设计由于电缆长度超过电缆厂最大供应长度米，全线需设置处中间接头接头采用预800-10006制型冷缩中间接头，具有施工简便、可靠性高的特点所有接头均设在检查井或隧道内便于检修的位置电缆终端采用终端头，与变电站气体绝缘开关柜直接连接每处接头和终端处均GIS安装在线监测装置，监测局部放电和温度等参数同时，电缆金属护套实行交叉互联接地，降低护套环流损耗，提高电缆运行效率配电线路设计实例35kV架空与电缆混合设计分支线路设计配电变压器选择本例为一个工业园区的配电线路，总长公里，其主干线采用单母线分段结构，设个分段点和个分支点，根据负荷分布，设置台配电变压器，容量从到35kV12358315kVA中架空段公里，电缆段公里提高供电可靠性不等841600kVA架空段采用型钢芯铝绞线，杆塔选用混凝土杆和钢管杆，绝缘子采用复合绝缘子为提高可靠性，全线采用双回路设计，平时一回路运行，另一回路作为备用在雷电多发LGJ-120/20区段安装避雷器和防雷间隙，提高防雷水平电缆段采用型交联聚乙烯绝缘电力电缆，直埋和排管敷设相结合在重要道路交叉处和建筑物穿越处采用顶管工艺，减少对地面活动的影响所有电缆接头采用热YJV22-26/35-3×150缩型中间接头，确保连接可靠全线设置台柱上开关设备，其中包括台负荷开关、台断路器和台自动重合闸装置通过合理配置开关设备，实现故障区段的快速隔离和健康区段的快速恢复供电同时，在变电站12642安装配电自动化系统，实现远程监控和操作，提高系统运行效率线路技术经济比较总结与展望创新发展拥抱新技术，引领行业变革绿色环保注重生态和谐，实现可持续发展智能高效提升自动化和智能化水平安全可靠确保电力系统稳定运行本课程系统介绍了电气线路的基本理论、设计方法和工程实践，涵盖了从电气特性计算到施工维护的全过程我们学习了线路参数的计算方法，掌握了架空线路和电缆线路的设计要点，了解了线路保护与监控系统的原理和应用未来电气线路发展将呈现四大趋势一是向超高压、特高压方向发展，提高输电能力和经济性；二是向智能化方向发展，实现设备状态监测和自动化控制；三是向绿色化方向发展，减少占地和环境影响；四是向集成化方向发展，与通信、传感等技术深度融合作为电气线路设计工作者，需不断更新知识结构，掌握新材料、新技术和新工艺，同时加强跨学科学习，提高综合解决问题的能力在保证安全可靠的基础上，追求经济合理、环境友好和技术先进的最优设计方案，为电力系统的可持续发展贡献力量。