转帖:长距离输电出现的趣事
今天没事,台风过后天气凉快,心情不错,跟大家聊聊输电的事情。
我国人口分布极不均匀,东部发达人口密集,西部人烟稀少。东部自然资源相对西部要缺乏,比如能源。不管是一次能源还是二次能源,都是西部比较丰富。21世纪以来,西部的风能、太阳能、水力、煤炭都进一步得到开发,就产生了西电东送的工程。
大家知道我国的交流电频率是50赫兹,这频率是够低的了,很多人玩音响,50赫兹的频率不是所有的喇叭都能够发出的,这是题外话。
从新疆的准葛尔盆地到华北的距离是2500千米,从川西或者云南的滇西到上海距离1900千米,从鄂尔多斯到东北1800千米,请注意一下,这些是西电东送的距离,都超过了1500千米。
为什么要提到1500千米?
前面说了50赫兹交流而且是正弦波,它的周期是20毫秒,波长是6000千米,四分之一个波长是1500千米。
那么上述西电东送的线路会出现什么情况呢?
为了叙述方便,我们先说距离刚好1500千米,四分之一波长就是四分之一周期,电角度是90度。这90度很神奇的,这边电源合闸,1500千米之外的用户要等5毫秒才能有电,他从时间上落后了四分之一周期,从波形上落后了90度,那么这条线路对发电机这一端看到用户那一端,就变成了一段落后90度的负荷,即电感性的,而且是纯电感的,这时的电能是在线路末端和发电机这一段消耗着感性无功功率。如果线路长度不足或者超过1500千米,那么也可以从正弦波的波形图上算得出来都是电感性的,一直到了距离达到3000千米,才变为纯电阻性的,超过3000千米后就变为电容性质,我国输电距离不会超过3000千米,这不讨论。
从上面可以看出,输电距离长了,线路输送的功率有一部分就变成无用功。当然,用户端必须接上负荷,这会多多少少改变一部分输电线路的性质,这比较专业,就不去详细计算了。
现在来说一下另外一个问题,线路的分布电容。
假设高压输电的电压有效值是220千伏,这是很普遍的电压等级了,假设导线半径是3厘米,两根导线之间的距离是5米,我们来算一下两根导线之间的电容量是多少?
根据两平行导线间的每米电容计算公式C=πε/(ln(D/R)),其中π=3.14,ε=1exp(-9)/(36π)是真空介电常数,空气的和真空几乎没有差别,D是两导线距离,单位米,R是导线半径,单位也是米。整理得到C=1exp(-9)/(36ln(D/R))。
计算出上述两根导线之间的电容每米是5.43pF。如果线路长度是100千米,那么线路电容将有5.43X100000=0.543μF,其对50赫兹的容抗是1exp6/(2πfC)=5862欧姆。对220kV电压,两导线之间电容电流是220000/5862=37(A)。
该导线对地电容,仿照上面计算,电容为0.427μF,容抗是7451欧姆,对地泄漏电流达到29.5A。
这漏电流也要在线路上形成电压降和功率损耗。
这就是长距离交流输电的两个特点,一个是线路呈电感性,距离越接近1500千米,就越接近纯电感,二是线路的电容电流。
所以如果是长距离输电,用特高压直流的方式就可以避免上述两个方面的损失。
像已经运行的四川宜宾到上海奉贤换流站的±800kV特高压直流输电线路,线路全长1907公里。工程额定电压±800千伏,额定电流4000A,额定输送功率6400兆瓦,最大连续输送功率7200兆瓦,采用6×720平方毫米的大截面、6分裂导线,换流站每极用12脉动换流阀,每个晶闸管为6英寸,多个串联成独立的换流串,可以单独检修和保养、更换。总共需要晶闸管近6000只。
输送电力每千瓦造价1700元,而±500kV的为1680元。其单位造价低的原因主要是800kV线路比500kV的多输送了1.5倍功率。
来自 电子技术
2015-9-3 13:38:55
1楼
受教
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2楼
好神奇,虽然不懂。
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2015-09-04 01:53:48
3楼
还是打开西部贸易通道,把人口迁移到西部去更好些,即平衡经济,也平衡人口,改善各种资源分布集中的问题,百花齐放,物尽其用,各得所需。
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4楼
如果要用分布电感,分布电容来考虑问题,该用传输线理论。

事实上只有电阻会造成损耗,分布参数会吃无功,发电机提供的无功也会通过电阻而部分损耗。并不是吃掉多少无功就会损耗多少有功,不然的话损耗就会大得不可想象。

不论线路多长,尽管相位会发生变化,但是,三相是同时变化的,三相间的相位关系仍然是120度,并不会因此而影响传输功率。距离长了以后,线路的确有电感,而功角有极限,因此各电压等级可以传送的功率是有极限的。
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2016-02-25 13:11:07
2016-2-25 13:11:07
5楼
无功损耗无论是感性还是容性都可以补偿,电阻损耗没办法补偿,只能提高电压减少损耗.
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