远距离高压输电也需要实现阻抗匹配吗？

mosman

当电信号传输的距离L大于波长λ的1/20时，也即是输电距离大于300公里的时候就要当做传输线来距离，这个时候要考虑阻抗匹配、反射等等问题。
4 L" M9 B5 U7 n, p' {8 A) B+ {传统的输电距离在300公里以内的自然没有什么问题。今天看到一个新闻 “2016年1月11日，准东-皖南(新疆昌吉—安徽宣城)±1100千伏特高压直流输电工程开工建设。这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。”
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% S1 A1 B  C# U1 d0 W- @那么问题来了：这么远的距离(大于 300公里)肯定要考虑阻抗匹配啊，难道也要接一个什么终端耗能电阻来降低信号反射吗？


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oak

cousins 发表于 2016-2-29 16:07
我说了学科有局限性。可没说电磁场理论不能适用。电磁场也分场类型，要加不同的边界条件。

传输线理论基 ...

其实楼主说的已经是属于高频的范畴了，300KM，相对于波长来讲已经属于传输线了，不过实际电力传输过程中不会一次使用这么长的距离，会使用中继分段传输来避免传输线效应。
" ]4 M: c" ^- A; r/ ?) ]+ @还有就是交流电对波形要求很高，同样不允许出现信号变形，否则会影响有效电压和功率传输。

. p# }, i; p4 {) a) V( H# b3 _/ p

mosman

tanghao113 发表于 2016-3-14 14:37
1 g; Y& A* S! \$ t: n' b帮楼主查了下相关数据：
4 L1 W  X. {8 R" q. j9 \6 V% m  b7 k各级电压架空输电线路的输送容量与输电距离是多少？ 答：电力线路在综合考虑技 ...

) P) s8 v, ?9 W谢谢，有用的表格，收藏先。

tanghao113

   帮楼主查了下相关数据：
! {9 j; _* V* ^9 J( b' X3 k1 a各级电压架空输电线路的输送容量与输电距离是多少？ 答：电力线路在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，称为该线路的输送容量。电力线路的额定电压，与其输送距离、输送功率有关。电压越高，输送功率越大，输送距离也越长，其三者的关系见表5-1。
. }2 W. l: {( I% }5 M2 R
& i  b' z5 j8 f4 E1 t5 e6 L
( c# Q9 q9 F8 y表5-1    额定电压、输送容量和输送距离的关系

额定电压(kV)	输送容量(MW)	输送距离(km)
0.4	0.1以下	0.6
10	0.2～2.0	6～20
35	2～10	20～50
110	10～50	50～1 00
220	100～500	100～300
500	1000～1500	250～800 & J& W5 K4 v. S& r/ T$ X

cousins

我说了学科有局限性。可没说电磁场理论不能适用。电磁场也分场类型，要加不同的边界条件。
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1 K5 z3 d/ z# n* D& V6 t' j5 O2 Y传输线理论基于的是时变场，传输线本身的V和I都是基于时变参数，用于准静态场本身就属于跨领域了。你可以用来分析，但是不能简单的套用。像前面简单的用物理结构计算传输线阻抗，用反射理论分析V+,V-，都已经忽略了时变条件，也忽略了频带条件，当然会得出一个不合理的结果。

7 ]: u0 l! W9 H. J同意你的不同学科忽略其他影响观点。同时还是想说，不同学科，有不同限制，不能用DC的理论去做AC，也不能用低频的方式去分析高频，更不要简单套用高频的方式来分析低频。
/ D6 @+ e! l- K& f

雪窖冰天

反射也好，串扰也好，输电线也符合电场磁场理论肯定也是适用的，不过负载阻抗是随时变化的，从源端看到的阻抗也就是变化的，
. B  ^0 x" S! v2 F. ]不过在电力系统中传输线影响的是无功功率，发电厂是通过调节无工功率来匹配阻抗，这是传递功率的一部分。所以再负载端频率始终不会变化。当然电力系统中干扰也是存在的，主要是电机等感性负载带来的。其实分析电路的时候将信号源、传输线、负载一起作为一个整体分析就清晰了。楼上说的分为音频、射频、高速数字学科，有不同理论，其实就是将主要影响的部分提取出来重点分析，其他影响进行简化或者忽略，比如电力系统中负载阻抗影响远远大于传输线，所以忽略掉了传输线或者加入一个固定的补偿值。

mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:45
再补充两个问题：
. o& N$ K% M: |2 [6 X" R2 n; o假设d=1m，a=0.005m

7 Q5 B! O. I9 ]# [! o- o/ a3 I具体数值我不太清楚，查了一下d和输电的电压大小有关，a与功率有关。
假设是500kv的高压输电，d=8m，a=？？ cm(为了减小阻抗，有些是用多股分裂线，等效增加了导线直径，从而增加了单位长度的电容，减小了单位长度的电感，电场分布如下图)

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1 S' H) _" ^) ^6 Q( A8 ]
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mosman

cousins 发表于 2016-2-19 10:25
好。我们先假设你的理论是正确的。
( ~# \7 ?5 N" e6 |那么我有几个问题请你先考虑下：

谢谢版主的回复，虽然我现在还不是很理解你说的，但是我会认真求证。如果其他坛友看到有不同的见解希望不吝赐教啊！！！

cousins

再补充两个问题：
* a5 b! K$ p; k% G9 x9 ]4 P9 w9 y+ [假设d=1m，a=0.005m
) C6 Q* i4 b& V* M! x; h# E
" J+ L  l) b: f我们肉眼也能判断高压线的直径不止1cm吧，至于火零线的间距也到不了1m吧。恐怕你的600欧也不对了。
2 E6 X: `$ j1 K' N2 K* h
! m' I# i" ]# a3 H" m& Y; Y我想再次强调：
传输线特征阻抗到底应该应用于什么条件下。特征阻抗和瞬态阻抗的区别是什么？
# \' Z7 l( Z$ O我们所说的传输线阻抗通常是指瞬态阻抗，其和特征阻抗相等时是基于什么条件。

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cousins

mosman 发表于 2016-2-19 10:00
4 B7 e9 G' \0 x: u: }) _' m我觉得信号和电源不分家。电源的传播产生了信号，信号可以由电源的能量传播来表示。

) X' F: o* J% V: ?好。我们先假设你的理论是正确的。
那么我有几个问题请你先考虑下：

1.你能告诉我你计算的这个公式是基于什么场吗？
* u" }0 P+ u" r2.静态场还是时变场？这两种场最根本的区别是什么？
3.50Hz/60Hz正弦波/余弦波是什么场？
4.信号和电源不分家，那么你告诉我，为什么要分数字和模拟？为什么仪器测试电源和测试信号要用不同的探头？
9 R# L  |# [- K. ~5.为什么要做振荡电路来把低频电源转换成信号？信号为什么不用大功率？
4 d5 }: C1 z8 ~/ U1 J/ ~6.此推导过程来源应该是射频/微波的教程材料。射频和微波频谱范围麻烦一起来回顾下。50Hz/60Hz是处于什么频谱呢?
7.空气的特征阻抗才377欧，我们首先假设你的600欧是对的，你觉得能用什么介质和导体能搭出600多欧特征阻抗的传输线？我们用什么仪器能测出600欧的阻抗？
7 R; f2 Q; H# q: W# o9 C6 |* l8.既然是600欧传输线，请给个推导，咱们的高压传输上百万功率如何解决热耗问题？
; P3 Q8 b  {+ ^; e0 A
- t$ P" a9 m: p# k. Y0 j
你很认真的在纠结一个跨领域的问题。至少，你应该先知道为什么要用高压传输吧,还有公式推导都有哪些限定条件的，不要把条件偷换掉了。
7 y) p! a5 N8 J: h+ Z+ u9 B

  ^. l3 ~7 T% d
0 r: F' K5 a- d6 N& g( f9 E% c' _

mosman

cousins 发表于 2016-2-18 21:45
6 C6 d, r9 k0 F6 O* c% b9 |. V再次补充：电源是电源，信号是信号。
你用电磁波传输的概念去偷换低频电流传输的概念本身就是错误，我陪你 ...

我觉得信号和电源不分家。电源的传播产生了信号，信号可以由电源的能量传播来表示。

mosman

我所用的计算公式如下：
3 a' _: K  J. ~3 ] (其中η=真空波阻抗,d=两导线距离，a导线半径)
4 |/ X1 q' {+ P! v假设d=1m，a=0.005m，那么z=630ohm

% d! ~7 J; z# f
0 D2 F+ J" q; ?2 R$ o$ Q0 E7 c/ S

另外付公式推导过程：
" R$ K3 c+ A9 \7 S3 y1 v! P1 X" h




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cousins

: Y/ K; K( N6 v4 Z# h8 @0 {2 Z& q* O
! u, B' W4 f* D4 C( \9 W  h4 }  ?再次补充：电源是电源，信号是信号。
你用电磁波传输的概念去偷换低频电流传输的概念本身就是错误，我陪你以信号的方式去分析电源只是想告诉你，即使你以信号的方式分析也是不需要考虑匹配。
6 B* Q5 e  J& Y4 C/ f电磁波传输是以传输线的方式，而低频电流传输是以电子流动方向的方式。
/ g1 R* m4 _9 S: v" O: _! K7 l
那么多前人都将高频低频分开来了，音频、射频、高速数字、学科都有不同理论，请先想想为什么会这样区分，不要生搬硬套。
1 c, @- b+ n5 H% l; e

cousins

mosman 发表于 2016-2-18 15:37
/ S0 W7 _; W3 U4 |/ O2 R高压输电不需要判断逻辑，但是如果存在能量反射也会带来一些问题，比如反射造成的电压尖峰超过绝缘等级造 ...

1 y& m6 P- q" f: @! q+ ]9 X( \# R600欧你是怎么算的？Z=V/I，V达到上千V，电流直接从火线耦合到零线几乎为0，怎么能得出传输线的阻抗为600欧？？？？
6 w( q4 m  e1 h4 B4 U: E* w. Y! k

击穿的问题，你忽略了一个非常重要的东西就是变压器和储能电容。何况这里不存在你所担心的发射。

5 O3 U* U0 K. t( A





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mosman

cousins 发表于 2016-2-18 14:54
6 n4 {  P7 D: @5 k* i首先，信号考虑反射是主要针对低功率逻辑判断来说的，市电高功率传输的电源功率需要判断什么逻辑？什么逻辑 ...

高压输电不需要判断逻辑，但是如果存在能量反射也会带来一些问题，比如反射造成的电压尖峰超过绝缘等级造成电气击穿。阻抗不会无穷大吧？我估算下来600欧姆左右。