第3章 电力线路及运行维护

第3章电力线路及运行维护3.1电力线路的结构3.2电力线路的损耗计算3.3电力线路导线截面的选择3.4架空线路的运行和维护3.5线路的检修3.6电缆线路的运行和维护3.7实训3.1电力线路的结构电力线路按电压高低分，有低压（1kV及以下）、高压（1KV~220kV）、超高压(220kV及以上）等线路。电力线路按结构型式分，有架空线路、电缆线路。3.1.1架空线路的结构架空线路由导线、电杆、绝缘子和线路金具等主要元件组成。如图3-1所示。为了防雷，在110kV及以上线路架空线路上还装设有避雷线（架空地线），以保护线路全长，35KV的线路在靠近变电所1~2km的范围内装设避雷线，作为变电所的防雷措施，10KV及以下的配电线路，除了雷电活动强烈的地区，一般不需要装设避雷线。图3-1架空线路的结构1-低压导线2-针式绝缘子3-横担4-低压电杆5-横担6-高压悬式绝缘子串7-线夹8-高压导线9-高压电杆10-避雷线1.导线和避雷线（1）导线和避雷线的材料。导线的常用材料有铜、铝、钢。表3-1铜、铝、钢材料的特性比较及特点材料20℃电阻率（Ω·mm2/m）比重（g/cm3）抗拉强度（Mpa)材料特点说明铜0.01828.9390铜导线具有良好的导电性能，较高的机械强度，但重量大，价格高，表面易形成氧化膜，抗腐蚀能力强铝0.0292.7160铝导线质轻价廉，有较好的导电性能，机械强度较差，表面形成的氧化膜可防继续氧化，但易受酸碱盐的腐蚀钢0.1037.851200钢的导电率最低，但机械强度很高，且价格较有色金属低，在空气中易锈蚀，钢线须镀锌以防锈蚀架空线路的导线，除变压器台的引线和接户线采用绝缘导线以外，均用裸导线，一般采用多股绞线，其中以铝绞线及钢芯铝绞线应用最广。架空线路一般情况下采用铝绞线（LJ）。在机械强度要求较高和35kV及以上的架空线路上，则多采用钢芯铝绞线（LGJ）。其横截面结构如图3-2所示。这种导线的线芯是钢线，用以增强导线的抗拉强度，弥补铝线机械强度较差的缺点，而其外围用铝线，取其导电性较好的优点。由于交流电流在导线中通过时有集肤效应，交流电流实际上只从铝线部分通过，从而弥补钢线导电性差的缺点。钢芯铝绞线型号中表示的截面积，就是其中铝线部分的截面。例如LGJ-120，这120即指其铝线（L）部分截面积为120mm2。避雷线主要作用是在雷击时，将雷电流引入大地，使电力线路免受大气过电压的破坏，起着保护线路的作用。避雷线采用机械强度高的镀锌钢绞线。截面积一般为25~75mm2。图3-2钢芯铝绞线（2）导线在电杆的排列方式。导线的排列方式有水平排列和三角形排列，导线在电杆的排列方式，如图3-3所示。三相四线制低压架空线路的导线，一般都采用水平方式排列，如图3-3（a）所示。由于中性线的电位在三相对称时为零，而且其截面也较小（一般不小于相线截面的50％），机械强度较差，所以中性线一般架设在靠近电杆的位置。三相三线制架空线路的导线，可采用三角形方式排列，如图3-3（b）和图3-3（c）所示，也可水平排列，如图3-3（f）所示。多回路导线同杆架设时，可采用三角、水平方式混合排列，如图3-3（d）所示，也可全部采用垂直方式排列，如图3-3（e）所示。电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上面，电压较低的线路应架设在下面。图3-3导线在电杆的排列方式1-电杆2-横担3-导线4-避雷线（3）导线间的距离。在正常情况下，线路各相导线受风力作用而摆动是“同步”的。但在风向，风速变化的情况下，有时会不“同步”。如果线间距离过小，导线在档距中间可能会过于接近，从而发生放电或跳闸。根据运行经验，导线的水平距离可采用表3-2所列的数值。表3-2线间最小距离电压等级档距（米）40及以下5060708090100110120高压0.600.650.700.750.850.901.001.051.15低压0.300.400.450.50—————安全距离或限距为了保证电力线路安全运行，规定了导线最低点对地面或建筑物之间的距离，称为安全距离或限距。其导线对地面和水面的最小允许距离，见表3-3所示。表3-3导线对地面和水面的最小允许距离（米）线路经过地区的特点线路电压等级高压低压1.居民区6.562.非居民区5.553.不能通航及不能浮运的河、湖冬季至冰面554.不能通航及不能浮运的河、湖至最高水位算起335.居民密度很小，交通困难的地区（牧区、草原、湿地、沙漠、山岳地带）4.54同杆架设回路间的允许垂直距离不应小于表3-4所列数值。表3-4同杆架设回路间的允许垂直距离（米）导线排列方式直线杆分支或转角杆高压与高压0.80.45~0.60高压与低压1.21.0低压与低压0.500.30导线的最小净空距离不应小于表3-5所示。电压等级过引线、引下线距相邻导线导线距拉线、电杆、构架表面高压0.300.20低压0.150.05表3-5导线的最小净空距离（米）线路的档距一般可采用表3-6的数值，而耐张段长度不宜超过2千米。表3-6线路的档距（米）电压地区高压低压城镇40~5040~50郊区60~10040~60（4）导线的弧垂当导线悬挂点等高时，连接悬挂点之间水平线与导线最低点之间的垂直距离，称为导线的弧垂（也叫驰度）。弧垂的大小直接关系到线路的安全运行。弧垂过小，容易断线或受振动断股；弧垂过大，则可能影响对地限距，在风力等作用下容易混线短路。在同一档距内，各相导线的弧垂应力求一致，允许误差不大于0.2米。（5）导线的连接由于制造和施工等原因，线路上不可避免地会出现接头。导线的连接点是运行的弱点，所以在施工时应尽量减少接头。规程规定导线接头的机械强度不应低于原导线机械强度的90％，接头处电阻值或电压降值与等长度的导线的电阻或电压降值之比不得超过2.0倍。2.电杆、横担和拉线（1）电杆。电杆（杆塔）是导线的支柱。杆塔按材质可分为木杆、钢筋混凝土杆和铁塔三类。钢筋混凝土杆经济耐用，不易腐蚀不受气候影响，维护简单，但笨重，运输和架设不方便；木杆现已基本被钢筋混凝土杆所取代，铁塔牢固可靠，使用寿命长，但耗用钢材多、易腐蚀、维护费用高，一般用于110kV及以上的输电线路。根据电杆在线路中的不同作用和受力情况，可分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆、分支杆和跨越杆等，各种杆型在低压架空线路上的应用示意，如图3-4所示。图中1、5、11、14为终端杆，２、9为分支杆，3为转角杆，4、6、7、10为直线杆（中间杆），8为分段杆（耐张杆），12、13为跨越杆。①耐张杆塔。它的作用是将线路适当的分段，并能控制事故范围，在事故情况下承受断线拉力，而在正常情况下承受导线和避雷线的不平衡张力。②转角杆塔。又称角度杆塔，使用在线路的转角处，也起线路分段及控制事故范围的作用，在正常情况下承受导线角度的合力，而在事故情况下则承受断线张力。③终端杆塔，又称尽头杆塔，应用在线路起止点处，正常情况下承受导线的一侧拉力。④分支杆塔。它用在线路的分支处，其受力情况为直线杆和终端杆塔的总和。⑤跨越杆塔。它以耐张杆塔的形式跨越重要的河流，铁路，公路及其他架空电力线路和通讯线等。其结构形式和耐张杆相同、但比耐张杆塔高。⑥直线杆塔。又称中间杆塔，直线杆有普通直线杆，跨越直线杆等，它们都是应用在线路的直线部分，在正常情况下主要承受导线的垂直荷重和水平荷重。当两侧档距相差悬殊或一侧发生断线时，直线杆塔还要承受由此而产生的不平衡张力。1、5、11、14为终端杆，２、9为分支杆，3为转角杆，4、6、7、10为直线杆（中间杆），8为分段杆（耐张杆），12、13为跨越杆。（2）横担。横担安装在电杆的上部，用来安装绝缘子以架设导线。常用的横担有铁横担、木横担和瓷横担三种。铁横担用角钢制成，坚固耐用，但易锈蚀，应作镀锌或涂漆等防锈处理。目前铁横担在工厂中应用很广，已基本上取代了木横担。瓷横担广泛应用于工厂供电的高、低压架空线路上，集横担与绝缘子的作用于一体，兼作绝缘与固定导线之用，它结构简单、施工方便，并能有效利用杆塔高度，降低线路造价。瓷横担易碎，在安装和使用中应避免机械损伤。（3）拉线。拉线作用是为了平衡电杆各方面的受力，防止电杆倾斜。拉线可用多股直径4mm的镀锌铁线绞制而成，或使用截面不小于25mm2的镀锌钢绞线。3．架空线路的绝缘子和金具架空线路的绝缘子又叫瓷瓶，用来固定导线，并使导线之间、导线与电杆横担之间绝缘。绝缘子要具有一定的电气绝缘强度和机械强度。架空线路的绝缘子有针式、蝶式、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子的外形结构，如图3-5所示。（a）针式（b）蝶式（c）悬式（d）瓷横担绝缘子图3-5绝缘子的外形结构架空线路的金具又叫铁件，是用来连接导线、安装横担和绝缘子等用的。常用的金具如图3-6所示。图3-6常用的金具（a）直脚及绝缘子（b）弯脚及绝缘子（c）穿芯螺钉（d）花篮螺钉（e）U形抱箍（f）悬式绝缘子及金具1-球头挂环2-悬式绝缘子3-碗头挂板4-悬垂线夹3.1.2电缆线路的结构1．电力电缆的分类及特点电力电缆的型号规格很多，分类方法很多：①按电压等级分：1kV及以下为低压电缆；3~35kV为中压电缆；60kV及以上为高压电缆。②按电缆导电线芯截面分：有2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、625、800mm2共19种规格。③按电缆芯数分，有单芯、双芯、三芯、四芯四种。④按传输电能的形式分：分为直流电缆和交流电缆。⑤按特殊需求分：有输送大容量电能的电缆、阻燃电缆和光纤复合电缆等品种。⑥按电缆绝缘材料和结构分：可分为纸绝缘电缆、挤包绝缘电缆和压力电缆三大类。（1）纸绝缘电缆是绕包绝缘纸带后浸渍绝缘剂（油类）作为绝缘的电缆。油浸纸绝缘电缆的结构如图3-7所示，它具有耐压强度高、耐热性能好和使用寿命较长等优点，但是它工作时其中的浸渍油会流动，因此其两端安装的高度差有一定的限制，否则电缆低的一端可能因油压过大而使端头胀裂漏油，而高的一端则可能因油流失而使绝缘干枯，耐压强度下降，甚至击穿损坏。图3-7油浸纸绝缘电缆的结构1-缆芯（铜芯或铝芯）2-油浸纸绝缘层3-麻筋（填料）4-油浸纸（统包绝缘）5-铅包6-涂沥青的纸带（内护层）7-浸沥青的麻被（内护层）8-钢铠（外护层），9-麻被（外护层）（2）挤包绝缘电缆又称固体挤压聚合电缆，它是以热塑性或热固性材料挤包形成绝缘的电缆。目前，挤包绝缘电缆有聚氯乙烯（PVC）电缆、聚乙烯（PE）电缆、交联聚乙烯（XLPE）电缆和乙丙橡胶（EPR）电缆等。这些电缆使用在不同的电压等级：聚氯乙烯电缆用于1~6kV；聚乙烯电缆用于1~400kV；交联聚乙烯电缆用于1~500kV；乙丙橡胶电缆用于1~35KV。现在，在35kV及以下电压等级，交联聚乙烯电缆已逐步取代了油浸绝缘电缆。图3-8为交联聚乙烯绝缘电力电缆1-缆芯（铜芯或铝芯）2-交联聚乙烯绝缘层3-聚氯乙烯护套（内护层）4-钢铠或铝铠（外护层）5-聚氯乙烯外套（3）压力电缆是在电缆中充以能够流动、并具有一定压力的绝缘油或气的电缆。油浸纸绝缘电缆的纸层间，在制造和运行过程中，不可避免地会产生气隙。气隙在电场强度较高时，会出现游离放电，最终导致绝缘层击穿。压力电缆的绝缘处在一定压力状态下（油压或气压），抑制了绝缘层中形成气隙，使电缆绝缘工作场强明显提高，可用于63kV及以上电压等级的电缆线路。为了抑制气隙，用带压力的油、压缩气体填充是压力电缆的结构特点。2．电力电缆的敷设（1）电缆敷设的一般要求①电缆在任何敷设方式及其在任何路径条件的上下、左右改变部位，都应满足电缆的弯曲半径要求。②电缆群敷设在同一通道中位于同侧的各层支架上时，应符合以下规定：应按电压等级由高至低的电力电缆、控制电缆、信号电缆和通信电缆的排列顺序排列。当水平通道中含有35kV以上高压电缆，或为满足引入盘柜时弯曲半径的要求时，电缆敷设宜按“由下而上”的顺序，同一工程应按统一的排列顺