第4章 风电场的导体

4.1 风电场载流导体

风电场电气系统中的各个电气设备都由载流导体相互连接，组建成电路。其中，位于发电厂和变电站内的母线用于汇集和分配电能，连接导体和跳线用于连接电气设备，而输电线路则将发电厂、变电站和用户连接成完整的电力系统。

导体通常由铜、铝、铝合金或钢材料制成，多数载流导体一般使用铝或铝合金材料。导体除满足工作电流、机械强度和电晕要求外，导体形状还应满足下列要求：电流分布均匀；机械强度高；散热良好（与导体放置方式和形状有关）；有利于提高电晕起始电压；安装、检修简单，连接方便。

导体可以分为硬导体和软导体两大类。在电流较大的场合，软导体载流量不足时可以采用硬导体。硬导体根据其截面形状可分为管形、槽形、矩形。常见的软导体为钢芯铝绞线，由钢芯承受主要机械负荷，铝作为主要载流部分。软导线应根据环境条件（环境温度、日照、风速、污秽、海拔）和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定其截面和结构型式。

风电场和变电站中的常见导体有母线、连接导体、跳线和输电线路，输电线路又可分为架空线和电缆线路。

4.1.1 架空线路

架空线路主要指架空明线，架设在地面之上，是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路。架空线路的架设及维修比较方便，成本较低，但容易受到气象和环境（如大风、雷击、污秽、冰雪等）的影响而引起故障，同时整个输电走廊占用土地面积较多，易对周边环境造成一定的电磁干扰。

架空线路的主要部件有导线和避雷线（架空地线）、杆塔、绝缘子、金具、杆塔基础、拉线和接地装置等，如图4-1所示。

1．输电线路术语

（1）挡距。架空线路相邻杆塔之间水平距离称为线路的挡距。通常用字母l表示，如图4-2所示。

（2）弧垂。在挡距中导线离地最低点和悬挂点之间垂直距离称为导线的弧垂。用字母f表示。

（3）限距。导线到地面的最小距离称为限距，用字母h表示。

导线弧垂的大小取决于导线允许的拉力与挡距，并与气象（温度、覆冰等）、地理（高山等）条件有关。对于6～10kV配电线路，挡距一般在100m以下；对于110～220kV输电线路，采用钢筋混凝土时挡距一般为150～400m，用铁塔时一般为250～400m。

2．导线与避雷线

导线是用来传导电流、输送电能的元件。导线在运行中经常受各种自然条件的考验，必须具有导电性能好、机械强度高、质量轻、价格低、耐腐蚀性强等特性。

架空线路的导线和避雷线工作在露天，不仅受到风压、覆冰和温度变化的影响，且受到空气中各种化学杂质的侵蚀。它们所需承受的张力（即拉力）很大，特别是那些架在大跨越挡距杆塔上的导线所受张力就更大。因此导线除应具有良好的导电性能外，还应柔软且有韧性，并具有足够的机械强度和抗腐蚀性能。2008年年初，我国南方地区罕见雪灾造成大量输电线路倒塔，机械强度不够是其主要原因。

导线常用材料有铜、铝及铝合金和钢等。避雷线一般用钢线，也有用铝包钢线的。有关导线材料的物理特征见表4-1。

由表4-1可见，铜的导电性能最好，但价格高，架空线很少使用；铝的导电性能仅次于铜，且比重小，但机械强度差；钢的导电性最差，但机械强度很高。

导线除低压配电线路使用绝缘线外，一般都使用裸线，其结构主要有：①单股线；②单金属多股线；③复合金属多股绞线（包括钢芯铝绞线、扩径钢芯铝绞线、空心导线、钢铝混绞线、钢芯铝包钢绞线、铝包钢绞线、分裂导线）。如图4-3所示。

因为高压架空线路上不允许采用单股导线，所以实际上架空线路上均采用多股绞线。多股绞线的优点是比同样截面单股线的机械强度高、柔韧性好、可靠性高。同时，它的集肤效应较弱，截面金属利用率高。

若架空线路的输送功率大，导线截面大，对导线的机械强度要求高，而多股单金属铝绞线的机械强度仍不能满足要求时，则把铝和钢两种材料结合起来制成钢芯铝绞线，这样不仅有很好的机械强度，并且有较高的电导率，其所承受的机械荷载则由钢芯和铝线共同负担。既发挥了两种材料的各自优点，又补偿了它们各自的缺点，因此，钢芯铝绞线被广泛地应用在35kV及以上的线路中。

钢芯铝绞线按照铝钢截面比的不同又分为普通型钢芯铝绞线（LGJ）、轻型钢芯铝绞线（LGJQ）和加强型钢芯铝绞线（LGJJ）。普通型和轻型钢芯铝绞线用于一般地区，加强型钢芯铝绞线用于重冰区或大跨越地段。

此外，对于电压为220kV及以上的架空线路，为了减小电晕以降低损耗和对无线电的干扰，并减小电抗以提高线路的输送能力，应采用分裂导线或扩径空心导线。分裂导线每相分裂的根数一般为2～4根，并以一定的几何形状并联排列而成。每相中的每一根导线称为次导线，两根次导线间的距离称为次线间距离，在一个挡距中，一般每隔30～80m装一个间隔捧，两相邻间隔间的水平距离为次挡距。

避雷线装设在导线上方，且直接接地，作为防雷保护之用，以减少雷击导线的机会，提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率，保证线路安全送电。避雷线一般也采用钢芯铝绞线，且不与杆塔绝缘而是直接架设在杆塔顶部，并通过杆塔或接地引下线与接地装置连接。

根据运行经验，110kV及以上的输电线路，应沿全线架设避雷线；经过山区的220kV输电线路，应沿全线架设双避雷线；330kV及以上的输电线路，应沿全线架设双避雷线；60kV线路，当负荷重要，且经过地区雷电活动频繁，年均雷电日在30日以上，宜沿全线装设避雷线；35kV线路一般不沿全线架设避雷线，仅在变电站线1～2km的进出线上架设避雷线，以防护导线及变电站设备免遭直接雷击。

3．杆塔

杆塔是电杆和铁塔的总称。架空线路的杆塔是用来支撑导线和避雷线的支持结构，使导线对地面、地物满足限距要求，并能承受导线、避雷线及本身的荷载及外荷载。

（1）架空线路杆塔的类型。杆塔按其用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、终端杆塔、转角杆塔、跨越杆塔和换位杆塔等。

1）直线杆塔。也称中间杆塔，用在线路的直线走向段内，其主要作用是悬挂导线，如图4-4（a）与图4-4（b）所示。直线杆塔的数量约占杆塔总数的80%。

2）耐张杆塔。也称承力杆塔。用于线路的首、末端以及线路的分段处。在线路较长时，一般每隔3～5km设置一基耐张杆塔，用来承受正常及故障（如断线）情况下导线和避雷线顺线路方向的水平张力，限制故障范围，将线路故障限制在一个耐张段（两耐张杆塔之间的距离）内，如图4-5所示，且可起到便于施工和检修的作用。

3）终端杆塔。用于线路首、末端，即线路上最靠近变电站或发电厂的进线或出线的第一基杆塔。终端杆塔是一种承受单侧张力的耐张杆塔。

4）转角杆塔。位于线路转角处的杆塔，如图4-4（c）所示。线路的转角是指线路转向内角的补角。转角杆塔要承受（线路方向的）侧向拉力，受力图如图4-4（d）所示。

5）跨越杆塔。位于线路跨越河流、山谷、铁路、公路、居民区等地方的杆塔，其高度较一般杆塔高。

6）换位杆塔。为保持线路三相对称运行，将三相导线在空间进行换位所使用的特种杆塔。架空线路的三相导线在杆塔上无论如何布置均不能保证其三相的线间距离和对地距离都相等。为避免由三相架空线路参数不等而引起的三相电流不对称，给发电机和线路附近的通信带来不良影响，规定凡线路长度超过100km时，导线必须换位。

（2）架空线路杆塔的材料。杆塔按使用的材料可分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔三种。其中，钢筋混凝土杆使用年限长（一般寿命不少于30年），维护工作量小，节约钢材，投资少。缺点是比较重，施工和运输不方便。由于钢筋混凝土杆有比较突出的优点，因此在我国普遍使用。铁塔是用角钢焊接或螺栓连接的钢架。其优点是机械强度大，使用年限长，运输和施工方便，但钢材消耗量大，造价高，施工工艺较复杂，维护工作量大。因此，铁塔多用于交通不便和地形复杂的山区，或一般地区的特大荷载的终端、耐张、大转角、大跨越等特种杆塔。

（3）架空线路杆塔的回路数。杆塔从输电回路数可分为单回路、双回路、多回路等型式。图4-6（a）所示为单回路型式铁塔；图4-6（b）所示为多回路型式铁塔。

4．绝缘子

绝缘子又称瓷瓶，是用来支承和悬挂导线，并使导线与杆塔绝缘。它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学杂质的侵蚀具有足够的抗御能力，并能适应周围大气条件的变化，如温度和湿度变化对它本身的影响等。

架空线路常用的绝缘子有针式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子等。

（1）针式绝缘子。针式绝缘子外形如图4-7所示，这种绝缘子用于电压不超过35kV以及导线拉力不大的线路上，主要用于直线杆塔和小转角杆塔。针式绝缘子制造简易、廉价，但耐雷水平不高。

（2）悬式绝缘子。悬式绝缘子外形如图4-8（a）所示，它具有制造简单、安装方便、机械强度大等优点。这种绝缘子广泛用于电压为35kV以上的线路，通常组装成绝缘子串使用，并可随着电压的高低和污秽的严重程度增加或减少片数，使用灵活，如图4-8（b）所示。

表4-2中列出了与不同系统标称电压相应的悬垂串绝缘子的片数。耐张串中绝缘子的片数一般比同级电压线路悬垂串多1～2片。

（3）瓷横担绝缘子。瓷横担绝缘子是同时起到横担和绝缘子作用的一种新型绝缘子结构，其外形如图4-9所示。这种绝缘子的绝缘强度高、运行安全、维护简单，且能在断线时转动，可避免因断线而扩大事故。我国目前在110kV及以下的线路上已广泛采用瓷横担绝缘子，在220kV线路上也开始部分采用。

5．金具

架空线路使用的所有金属部件统称为金具。金具种类繁多，其中使用广泛的主要是线夹、连接金具、接续金具、保护金具和拉线金具等。

（1）线夹。线夹是用来将导线、避雷线固定在绝缘子上的金具。图4-10所示为在直线型杆塔悬垂串上使用的悬垂线夹。在耐张型杆塔的耐张串上则要使用耐张线夹。

（2）连接金具。连接金具主要用来将绝缘子组装成绝缘子串，并将绝缘子串连接、悬挂在杆塔和横担上。

（3）接续金具。接续金具主要用于连接导线或避雷线的两个终端，连接直接杆塔的跳线及补修损伤断股的导线或避雷线。接续金具分为液压接续金具和钳压接续金具等类型。铝线用铝质钳压接续管连接，连接后用管钳压成波状，如图4-11（a）所示；钢线用钢质液压接续管和小型水压机压接，钢芯铝线的铝股和钢芯要分开压接，如图4-11（b）所示。近年来，大型号导线多采用爆压接续技术进行连接，压接好的接头形状如图4-11（c）所示。

（4）保护金具。保护金具分为机械和电气两大类。机械类保护金具是为防止导线、避雷线因受振动而造成断股。电气类保护金具是为防止绝缘子因电压分布不均匀而过早损坏。线路上常使用的保护金具有防振锤、阻尼线、护线条、间隔棒、均压环、屏蔽环等，如图4-12、图4-13所示。其中防振锤和阻尼线用来吸收或消耗架空线的振动能量，以防止导线振动时在悬挂点处发生反复拗折，造成导线断股甚至断线的事故。护线条是用来加强架空线的耐振强度，以降低架空线的使用应力。

（5）拉线金具。拉线金具主要用于固定拉线杆塔，包括从杆塔顶端引至地面拉线之间的所有零件。线路常用的拉线金具有楔形线夹、UT形线夹、拉线用U形环、钢线卡子等。拉线金具的连接方法如图4-14所示。

6．接地装置

架空地线在导线的上方，它将通过每基杆塔的接地线或接地体与大地相连，当雷击地线时可迅速地将雷电流向大地中扩散，因此，输电线路的接地装置主要作用是泄导雷电流，降低杆塔顶电位，保护线路绝缘不致击穿闪络。它与地线密切配合，对导线起到屏蔽作用。接地体和接地线总称为接地装置。

4.1.2 电缆线路

电缆线路的优点是占用土地面积少，受外力破坏的概率低，因而供电可靠，对人身较安全，且可使城市环境美观。因此，近年来获得广泛的应用，特别是在大城市中目前电缆使用几乎呈指数关系增长。

1．电缆结构

电力电缆的结构主要包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。

（1）电缆导体通常用多股铜绞线或铝绞线，以增加电缆的柔软性，使之在一定程度内弯曲不变形。根据电缆中导体数目的不同，分为单芯电缆、三芯电缆和四芯电缆等。单芯电缆的导体截面总是圆形，三芯或四芯电缆导体截面除圆形外，更多采用扇形，如图4-15（a）所示。

（2）电缆的绝缘层用来使导体与导体间以及导体与包皮之间保持绝缘。通常电缆的绝缘层包括芯绝缘与带绝缘两部分。芯绝缘层指包裹导体芯体的绝缘，带绝缘层指包裹全部导体的绝缘。绝缘层所用的材料有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚乙烯等，电力电缆多用油浸纸绝缘。

（3）电缆的保护层用来保护绝缘物及芯线使之不受外力的损坏。电缆的保护层可分为内保护层和外保护层两种。内保护层用来提高电缆绝缘的抗压能力，并可防水、防潮、防止绝缘油外渗。外保护层用来防止电缆在运输、敷设和检修过程中受机械损伤。

2．电缆的类型

（1）按电压等级分。

1）低压电缆。适用于固定敷设在交流50Hz，额定电压3kV及以下的输配电线路上作输送电能用。

2）中低压电缆（一般指35kV及以下）。包括聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆、交联聚乙烯绝缘电缆等。

3）高压电缆（一般为110kV及以上）。包括聚乙烯电缆和交联聚乙烯绝缘电缆等。

4）超高压电缆（275～800kV）。

5）特高压电缆（1000kV及以上）。

风电场以中低压电缆为主。此外，还可通过电流分为交流电缆和直流电缆。

（2）按绝缘材料分。

1）油浸纸绝缘电力电缆。是以油浸纸作绝缘的电力电缆。其应用历史最长，安全可靠、使用寿命长、价格低廉。主要缺点是敷设受落差限制。自从开发出不滴流浸纸绝缘后，解决了落差限制问题，使油浸纸绝缘电缆得以继续广泛应用。

2）塑料绝缘电力电缆。绝缘层为挤压塑料的电力电缆。常用的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。塑料电缆结构简单，制造加工方便，重量轻，敷设安装方便，不受敷设落差限制。因此广泛用作中低压电缆，并有取代黏性浸渍油纸电缆的趋势。其最大缺点是存在树枝化击穿现象，这限制了它在更高电压的使用。

3）橡皮绝缘电力电缆。绝缘层为橡胶加上各种配合剂，经过充分混炼后挤包在导电线芯上，经过加温硫化而成。它柔软、富有弹性，适合于移动频繁、敷设弯曲半径小的场合。常用作绝缘的胶料有天然胶—丁苯胶混合物、乙丙胶、丁基胶等。

电缆还可以按照电压等级、线芯数、导体截面积等进行分类。除此之外，还可按内保护层的结构分为三相统包型、屏蔽型和分相铅包型。图4-15（a）所示为三相统包型，这种电缆只用于10kV以下的电缆。10kV以上电缆常采用屏蔽型和分相铅包型，屏蔽型每相芯线绝缘外面都包有金属带，分相铅包型各相分别有铅包，如图4-15（b）所示。这种型式的电缆内部电场分布较为均匀，绝缘能得到充分利用，因此通常都用在电压等级较高的20kV及35kV电缆中，而110kV及以上电压等级则采用充油式或充气式电力电缆。

3．电缆附件

电力电缆附件是连接电缆与输配电线路及相关配电装置的产品，一般指电缆线路中各种电缆的中间连接及终端连接，它与电缆一起构成电力输送网络；对充油电线还应包括一整套供油系统。当两盘电缆相互连接，以及电缆与电机、变压器或架空线连接时，必须剥去外皮和绝缘层，通过连接头或终端盒实现密封连接。电缆附件主要是依据电缆结构的特性，既能恢复电缆的性能，又保证电缆长度的延长及终端的连接。

按其用途一般分为终端连接及中间连接，终端连接又分为户内终端和户外终端，一般情况户外终端是指露天电缆接头，户内终端是指室内连接电缆与电气设备的接头；中间连接分为直通式和绝缘式两种。

4．电缆导体的电阻

导体直流电阻是影响电缆载流量的首要因素，直流电阻越大，导体产生的电压降、电能损耗就越大，所以是电缆的重要性能指标。影响导体直流电阻的因素包括材料的体积电阻率、导体的实际截面、环境温度、加工过程的拉丝退火过程、绞合成缆节距和导体表面有无污染氧化及镀层等。控制导体直流电阻就必须在每一个环节进行控制，并加强绞合过程的质量检验，以保证导体直流电阻不大于国家标准规定值。导体直流电阻的控制一般应留有1%～2%的裕量。

4.1.3 架空线路模型

对电力系统进行定量分析及计算时，必须知道其各元件的等值电路和电气参数。输电线路的电气参数包括电阻、电导（与电晕、泄漏电流及电缆的介质损耗有关）、电感和电容（由交变磁场和交变电场引起）。线路的电感以电抗的形式表示，电容以电纳的形式表示。

输电线路是均匀分布参数的电路，即它的电阻、电导、电抗、电纳都是沿线均匀分布的。每千米（单位长度）的电阻、电抗、电导、电纳分别以r1, x1, g1, b1表示。

4.1.3.1 架空线路的电阻

导线单位长度的直流电阻为

式中 r1——导线单位长度电阻，Ω/km；

ρ——导线材料的电阻率，Ω·mm2/km；

S——导线截面积，mm2。

在应用式（4-1）来计算架空线路的电阻时，必须注意以下几点：

（1）集肤效应和邻近效应的影响。由于交流电路内存在集肤效应和邻近效应的影响（当导线通以交流电流时，由于电流在导线内部产生磁场，当该磁场发生变化时，导线截面内各点电流密度就不相同，产生集肤效应），故交流电阻值要比直流电阻值大，但要精确计算其影响却比较复杂。一般可近似认为在工频交流下，这些效应使电阻值增加0.2%～1%。

（2）多股绞线的影响。架空线路的导线大部分采用多股绞线，由于绞扭使导线的实际长度增加2%～3%，故可以认为它们的电阻率比同样长度的单股导线的电阻率增大2%～3%。

（3）实际截面要比额定截面小。计算线路的电气参数时，都是根据导线的额定截面（标称截面）来进行的，但大多数情况下，导线的实际截面要比额定截面小。例如，LGJ 120型钢芯铝线，其额定截面为120mm2，而实际截面为115mm2。因而在实际计算时必须把导线的电阻率适当地增大，归算到与它的额定截面相适应。

为简化计算，在电力系统实际计算中，这些因素可统一用增大电阻率的方法来等效计入，即在用式（4-1）计算电阻时将铝的电阻率增大为31.5Ω·mm2/km，铜的电阻率增大为18.8Ω·mm2/km。导线的实际电阻也可直接在相关手册上查得。

不论从有关手册查得还是按式（4-1）计算所得电阻值，均是指周围空气温度为20℃时的值，如果线路实际运行温度不是20℃，则需进行修正，即

式中 rt——温度t时导线电阻；

r20——温度20℃时导线电阻；

α——电阻温度系数，℃-1，铝线约为0.0036℃-1，铜线为0.00382℃-1。

4.1.3.2 架空线路的电抗

输电线路的电抗是由导线中通过交流电时在其内部和外部产生的交变磁场引起的。导线内部的交变磁场只与导线的自感有关，导线外部的交变磁场，不仅与自感有关，还与周围其他导线与其相互作用的互感有关。导线的电抗可根据这一交变磁场中与该导线相交链的那部分磁链求出。

1．两线输电线的电感

图4-16所示为往返两线输电线路，它相当于单相线路的情况。假定线路长度远大于导线半径以及两导线间的距离。把与导线相交链的磁通分为两部分：一部分是导线内部的磁链，它所产生的电感称为内感；另一部分是导线外部的磁链，它所产生的电感称为外感。按电磁场理论的分析推导，根据安培环路定律可得出单根导线的单位长度电感为

式中 Lin——单位长度导线的内部电感（简称内感）, H/m；

Lout——单位长度导线的外部电感（简称外感）, H/m；

μ0——真空磁导率，μ0=2π×10-7；

r——导线的半径，m；

D——两导线的几何轴线距离，m。

如将μ0的值代入式（4-3）并适当化简后可得

内感 Lin=0.5×10-7（H/m）

外感

2．一般的三相架空线路的电抗

设导线的半径为r，三相导线间的距离为Dab、Dbc、Dca，如图4-17（a）所示，则可写

出和a相单位长度导线相交链的磁链为

同理可得和b相单位长度导线相交链的磁链以及和c相单位长度磁链相交链的磁链为

当三相导线的布置在几何上不对称时（例如不等边三角形布置、水平布置等），则各相的电感值就不会相等。因而，当流过相同的电流时，各相的压降也不相等，从而造成三相电压的不平衡。为了克服这个缺点，三相输电线路应当进行换位。所谓换位就是轮流改换三相导线在杆塔上的位置，见图4-17（b）。当线路进行完全换位时，在一次整换位循环内，各相导线将轮流地占据a、b、c相的几何位置，因而在这个长度范围内各相的电感（电抗）值就变得一样了。此外，换位对改善电力线路对通信线路的干扰十分必要。当布置位置不对称的三相导线与通信线路邻近或平行时，与通信线路所交链的各相磁链之和并不为零，从而可能在通信线路上感应出危险的干扰电压，不仅影响正常通信，甚至可能危及设备和人身的安全。当三相导线经完全换位后，则与通信线路所交链的各相磁链之和将接近于零，从而消除了干扰影响。

目前，电压在110kV以上、线路长度在100km以上的输电线路，一般均需要进行完全换位，只有当线路不长、电压不高时才可以不进行换位。

当线路完全换位时，导线在各个位置的长度为总长度的1/3。此时与a相导线相交链的磁链将由处于位置1时的磁链，处于位置2时的磁链和处于位置3时的磁链组成，即

而和a相导线相交链的总磁链为

式中 Deq——三相导线间的几何均距；

由于即则式（4-7）可改写为

据此可得经完全换位的三相线路，每相导线单位长度的电感为

每相导线单位长度的电抗为

当三相导线为水平排列时[图4-18（a）]，即Dab=Dbc=D, Dac=2D，则式（4-7）中；当三相导线为等边三角形排列时[图4-18（b）]，即Dab=Dbc=Dac=D，则Deq=D。

若进一步计入导线的内感，则有

式中 μr——导线材料的相对导磁系数，对于铜、铝等有色金属材料，μr=1。

将μ0=4π×10-7H/m, ω=2πf=314rad/s, μr=1代入式（4-11），并将以e为底的自然对数变换为以10为底的常用对数，可得

【例4-1】 有一长度为100km、110kV的输电线路，导线型号为LGJ-185，导线水平排列，相距为4m，求线路单位长度电抗。

解：线路单位长度电阻为

由相关手册查得导线LGJ-185的直径为19mm，导线水平排列时的几何均距为

线路单位长度电抗为

3．双回路架空线路的电抗

当同一杆塔上布置双回三相线路时，尽管每回线路的电抗要受另一回线路的互感磁场的影响，但理论分析与实践表明，当三相对称时，这种互感影响可以略去不计（两个回路离开较远时），双回路每相电抗为

即与单回路的情况相同。同样，计入内感时双回路电抗同式（4-12）。在三相对称运行时，架空地线对x1值的影响也可以不考虑。

4．分裂导线的三相输电线电抗

如前所述，对于超高压输电线路，为了降低导线表面电场强度以达到减低电晕损耗和抑制电晕干扰的目的，目前广泛采用了分裂导线。由于电流分布的改变所引起的周围电磁场的变化，使得分裂导线的电抗计算式将不同于一般的导线。可以设想，如将每相导线分裂为若干根子导体，并将它们均匀布置在半径为req（等值半径）的圆周上时（图4-19），则决定每相导线电抗的将不再是每根子导体的半径r，而是圆的半径req，这样就等效地增大了导线半径。

输电线路使用分裂导线时，每相线路单位长度的电抗仍可利用式（4-12）计算，但式中的r要用分裂导线的等值半径req替代，其值为

式中 n——每相导线的分裂根数

r——分裂导线的每一根子导线的半径；

d1k——分裂导线一相中第1根与第k根子导线之间的距离，k=2,3, …, n；

Π——表示连乘运算的符号。

一般分裂导线的各子导线之间均为等距的，则

严格来说，式（4-14）中的d与子导线间距离不完全相同，即d等于实际子导线间距离乘分裂系数α。不同布置方式下的分裂系数见表4-3。

经过完全换位后的分裂导线线路的每相单位长度的电抗为

可见，导线分裂根数越多，电抗下降越多，但当导线分裂根数大于4时，电抗的减少就不再那么明显，如图4-20所示。分裂间距的增大也可使电抗减少，但间距过大又不利于防止导线产生电晕。因此，分裂导线的根数一般不超过4根，其子导线间的距离一般取400～500mm。

导线的几何均距和导线的半径虽然也会影响x1大小。但由于x1与几何均距Deq以及导线半径之间为对数关系，它们的变化对线路单位长度的电抗x1没有明显影响，故在工程实际的范围内，单根导线的x1一般为0.4Ω/km左右；与2根、3根和4根分裂导线相应的x1则分别为0.33Ω/km、0.3Ω/km和0.28Ω/km左右。具体见表4-4。

5．三相输电线路的负序电抗

三相输电线路的负序电抗是三相输电线中流过三相负序电流时的电抗，其每相电抗值与正序电流流过时完全一样，即

x2=x1

【例4-2】 某500kV三相架空输电线路采用三分裂导线，已知每根子导体的半径r=13.6mm；子导体间距d=400mm；子导体间按正三角形布置，三相导线为水平布置并经完全换位，相间距离D=12m，试求该线路每千米的电抗值。

解：已知D=12m，导线为水平排列，故Deq=1.26D=15.12m。

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

将以上各值代入式（4-15），即可求得该线路每千米的电抗值为

4.1.3.3 输电线路的电纳

输电线路的电纳与导线周围电场有关，当导线中通有交流电流时，其周围就存在电场，电场中任一点电位与导线上电荷密度成正比，而电位与电荷密度的比例系数的倒数就是电容，此为已学过的电容的概念。电纳与电容的关系为

式中 B——导线电纳，S；

C——导线电容，F；

f——通过导线电流的频率（或作用在该导线上的交流电压频率）, Hz。

如果三相完全对称排列（或经完全换位），每相每千米的等效电容为

式中 Deq——导线间几何均距。

当频率为50Hz时，三相输电线每相电纳为

由式（4-18）可见，电纳与-有关。

如果是分裂导线，则可类似地导出电容为

式中 req——分裂导线等值半径。

由式（4-19）可知，分裂导线的电容增大了。

4.1.3.4 输电线路的电导

线路的电导是反映由于导线上施加电压后的电晕现象和绝缘子中所产生泄漏电流的参数。因为一般情况下线路的绝缘良好，所以沿绝缘子串的泄漏电流通常很小，可以忽略不计，故线路电导主要与电晕损耗有关。电晕是在强电场作用下导线周围空气被电离的现象。它的产生不仅与导线本身有关，而且与导线周围的空气条件有关，当导线表面的电场强度超过了某一临界值（称为电晕起始电压或电晕临界电压），导致了部分空气的电离。在这个过程中，导线表面的某些部分可以看到蓝色的光环，并能听到“刺刺”的放电声和闻到臭氧味。

空气电离将消耗有功功率，该功率与施加线路上电压有关，而与线路上通过的电流大小无关，可用导线对地电导来表征。线路电导表示为

式中 g1——输电线每相导线单位长度的电导，S/km；

ΔPg——实测的三相输电线单位长度电晕损耗的总功率，kW/km；

U——输电线路的线电压，kV。

发生电晕的电压称电晕起始电压，简称临界电压Ucr。影响电晕临界电压因素较多，难以准确计算，而且其数值相对较小。一般使用经验公式计算，即

式中 m1——导线表面光滑系数，光滑表面单导线m1=1，对久经使用的单导线m1=0.98～0.93，对绞线m1=0.87～0.83；

m2——气象系数，干燥或晴朗天气m2=1，在有雾、雨、霜、暴风雨时m2＜1，在最恶劣的情况下m2=0.8；

δ——空气相对密度；

b——大气压力，cm·Hg；

t——空气温度，℃；

Deq——导线几何平均距离，cm；

r——导线半径，mm。

在50Hz和电压U作用下，三相输电线每千米的电晕损耗可由实验求得，也可近似为

在晴朗的天气，正常运行时几乎不产生电晕，即g1=0。