第一章-架空电力线路基本知识

1第一章电力线路基本知识第一节概述一、电力线路的作用电能是现代社会必不可少的二次能源，可由水力、风力等机械能，煤炭、石油等燃烧产生的热能，太阳的光能和原子核裂变时产生的原子能等多种一次能源转化而来。受资源或环境条件的制约，发电厂和负荷中心往往相距很远。如水力发电厂建在江河流域中上游水位落差大的地方，风力发电厂建在风力强劲的人烟稀少的空旷地区，火力发电厂建在煤炭、石油和其它能源的产地，核电站则需要建在有比较稳定的地质结构、有充足的冷却水和淡水供应、具有稳定的气象环境、低人口密度、与空中、水上航道有足够的安全距离等条件的地方。大的电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，我国多集中于江河的中下游和沿海地带。因此必须用送电线路来把电能从发电厂输送到电力负荷中心。另一方面，为了保证安全可靠、经济合理地供电，需将使用不同能源的孤立运行的发电厂用输电线路连接起来，组成统一的电力系统。要把电能送达电力用户的用电设备，还需要建设配电线路。简言之，电力线路在电力系统中起着输送和分配电能的作用。二、电力线路的分类电力线路的分类方法因侧重点不同而异，常见有如下几种方法。（一）按输送电能的性质分为交流输电线路和直流输电线路。直流输电与交流输电相比的优点是线路建设费用较低，没有稳定性的问题，可将非同期或异周波的电网联系起来，不增大电力系统的短路容量。目前，发电和用电设备主要用交流电，而由交流电变为直流电及其逆变所需的换流设备造价较高，故直流输电仅用于高电压长距离送电线路。（二）按电压等级分为输电线路和配电线路。从发电厂将电能输送到变电所的高压电力线路叫做输(送)电线路，电压等级一般为35kV及以上。其中，又分为高压输电线路，超高压输电线路和特高压输电线路。在我国，通常称35～220kV的线路为高压输电线路，330～750kV的线路为超高压输电线路，750kV以上线路为特高压输电线路。电压等级越高，输送能量越大，输送距离越远。担负分配电能任务的电力线路称为配电线路。其中，1～20kV的线路称为高压配电线路，用于从变电所将电能送至配电变压器，电压等级一般为20kV、10kV或6kV。1kV以下的线路称为低压配电线路，用于将电能从配电变压器送至各用电点，按我国标准，其电压等级一般为0.38、0.22kV。（三）按结构分为架空线路和绝缘线路，绝缘线路又分为架空绝缘线路和地下电缆线路。架空线路是指用绝缘子和杆塔将裸导线架设于地面上的线路。用裸导线架设的架空线路，与绝缘线路相比，具有结构简单、加工制造容易、施工简便、建设速度快、施工周期短，投资少、经济效益高，散热条件好、输送容量大，容易发现运行线路中的故障并易于修复等优点。其缺点一是在发生断线事故时，未跳闸前电线的电压对外界有很大的危险性；二是短路时可能因电动力造成混线；三是在穿越树林时易引起短路或接地故障。绝缘线路采用绝缘导线或电缆建设。与架空明线相比，采用绝缘线路的显著优点，一是在发生断线事故时，仅在电线断头处有电，线路其它部分对外无电，从而降低了对外界的危险性；二是使用架空绝缘导线即可避免架空明线可能由电动力造成混线，在穿越树林时易引起短路或接地故障之类的事故。因此，采用绝缘线路有利于降低线路事故率，提高城市供电网的安全可靠性。在城市中采用地下电缆线路将使街道更加美观。绝缘线路的缺点，一是散热条件差、输送容量较小；二是建设成本较高，电压越高，绝缘部分所占成本的比例越大；三是地下电缆线路不易检修。三、架空输电线路的结构和组成元件图1-1架空输电线路的结构（一）输电线路的结构每一条架空输电线路都有若干基杆塔，在杆塔上部用绝缘子金具串支撑着导线，如图1-1所示。相邻杆塔中心线之间的水平距离l称为档距。相邻两基承力杆塔之间的几个档距组成一个耐张段，如图中#1~#5杆塔为一个耐张段，该耐张段由4个档距组成。如果耐张段中只有一个档距，如图中#5和#6杆塔之间，则称为孤立档。一条输电线路总是由多个耐张段组成的，其中包括孤立档。2线路跨越通航大河流、湖泊或海峡等，因档距较大(在1000m以上)或杆塔较高(在100m以上)，导线选型或杆塔设计需特殊考虑，且发生故障时严重影响航运或修复特别困难的耐张段称为大跨越。（二）输电线路的组成元件架空输电线路的组成元件主要有导线、架空地线（或称避雷线，简称地线）、金具、绝缘子、杆塔、拉线和基础，如图1-2所示。导线用来传输电流、输送电能。一般输电线路每相采用单根导线，对于超高压大容量输电线路，为了减小电晕以降低电能损耗，并减小对无线电、电视等的干扰，多采用相分裂导线，即每相采用两根、三根、四根或更多根子导线，子导线间的间距用间隔棒控制。地线悬挂于杆塔顶部，并在每基杆塔上均通过接地线与接地体相连接。当雷云放电雷击线路时，因地线位于导线的上方，雷首先击中地线，并借以将雷电流通过接地体泄入大地，从而减少雷击导线的几率，保护线路绝缘免遭雷电过电压的破坏，起到防雷保护作用，保证线路安全运行。杆塔用来支持导线和地线及其附件，并使导线、地线、杆塔之间，以及导线和地面及交叉跨越物或其它建筑物之间保持一定的安全距离。图1-2输电线路的组成元件绝缘子是线路绝缘的主要元件，用来支承或悬吊导线使之与杆塔绝缘，保证线路具有可靠的电气绝缘强度。金具在架空线路中起着支持、固定、接续、保护导线和地线及紧固拉线的作用。杆塔基础是将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜、倒塌、下沉等的设施。第二节导线和地线的型式和截面的选择一、导线型式的选择架空电力线路常用导线是铝绞线和钢芯铝绞线，其中铝绞线只用于小档距的配电线路。钢芯铝绞线是在镀锌钢绞线的外层再扭绞若干层铝股线而成的。由于交流电的集肤效应，电流的大部分集中在导线外层通过，导线中心基本不通过电流，所以钢芯铝绞线外层用导电性能好的铝，内层用机械强度高的钢，从而充分利用了两种材料的优点，在输电线路工程中得到普遍使用。通过改变铝股和钢芯的截面比，还可以制造出不同强度的导线以适应多种设计条件的需要。例如按输送电流选择的导线的标称截面为150mm²,档距不大的耐张段用LGJ-150/20，遇到大档距或大高差时用LGJ-150/35。在钢芯铝绞线的某一层间均匀地涂敷防腐材料，即为防腐型钢芯铝绞线，它具有对酸、碱、盐等气体腐蚀的抵抗力，用于沿海及有腐蚀的环境中。常用导线的型号和名称如表1-1。其中，LJ、LGJ、LGJF、GJ为GB1194-83、GB1179-83、GB1200-75和GB/T1200-1988标准的表示法，JL、JL/G、JFL/G为GB/T1179-1999标准的表示法。表1-1导线型号和名称型号名称举例LJ、JLLGJ、JL/GLGJF、JFL/GGJ铝绞线钢芯铝绞线防腐型钢芯铝绞线钢绞线LJ-70表示铝绞线标称截面70mm²LGJ-120/20表示钢芯铝绞线，铝股标称截面120mm²，钢芯标称截面20mm²JFL/G-100/17，表示防腐型钢芯铝绞线，铝股截面100mm²，钢芯截面17mm²GJ-35表示钢绞线，标称截面35mm²．（新标准为1×7-7.8-1270-A-GB1200-88）在导线的型号中，其汉语拼音字母的代表意义为：L—铝，G—钢，F—防腐，J—绞线，其排列顺序和方式因标准的颁发时间不同而有不同。二、导线截面选择的要求导线是用来传输电能的载体，导线截面的大小直接影响到线路运行的安全和经济性。因此，电力线路导线截面选择必须满足如下条件：1.线路年运行费低，符合总的经济利益。线路年运行费是指每年为维持线路正常运行而支出的费用，包括电能损失费、折旧费、修理费、维护费等。其中电能损失费、折旧费及修理费是与导线截面有关的。例如，导线截面越大，导线中的电能损耗就越小，但线路的初建投资会增加，线路的折旧费和修理费也随之增加；反之，导线截面越小，线路的初建投资减小，线路的折旧费和修理费也随之减小，但导线中的电能损耗必将增加。因此，必须综合考虑各方面的因素，进行必要的技术经济比较，进行合理选择。2.导线在运行中的温度不应超过其最高允许温度。导线有电阻，在其中通过电流，必定要消耗电能，3使导线温度升高，增加导线运行中的强度损失。工作温度越高，运行时间越长，导线的强度损失越大。为了保证导线长期运行的强度，必须限制导线的最高工作温度。我国现行规程规定，钢芯铝绞线的最高允许温度一般采用+70℃（大跨越可采用+90℃），钢绞线的最高允许温度一般采用+125℃。3.所选用的导线截面必须大于按机械强度所要求的最小截面。4.110kV及以上电压等级的输电线路，导线截面应按电晕条件进行验算。电晕是导线表面的空气在强电场作用下被电离而发生淡蓝光辉的一种现象。导线发生电晕将损耗电能和干扰无线电。5.配电线路导线截面要结合地区配电网规划确定，每个地区导线规格宜采用3～4种。无配电网规划地区不宜小于表1-2所列数值。表1-2配电线路导线截面mm²导线种类1kV～10kV1kV以下主干线分干线分支线主干线分干线分支线铝绞线及铝合金线120（125）70（63）50（40）95（100）70（63）50（40）钢芯铝绞线120（125）70（63）50（40）95（100）70（63）50（40）铜绞线——16503516绝缘铝绞线1509550957050绝缘铜绞线———705035注：（）为圆线同心绞线（见GB/T1179-1999）三、导线截面选择与校验的方法对于架空输电线路，首先是按经济电流密度选择导线截面，再校验导线热稳定条件、电压降、电晕条件、机械强度条件。对于架空配电线路，则先按电压降来选择导线截面，然后再校验其它条件。大跨越的导线截面，一般按载流量选择，再通过技术经济比较确定。（一）按经济电流密度选择导线截面。经济电流密度应根据各个时期的电线价格、电能成本及线路工程特点等因素分析决定，一般表现为最大负荷利用小时数的函数，如图1-3所示。图1-3铝导体的经济电流密度采用经济电流密度选择导线截面可以使线路运行有最好的经济效果。根据给定的线路在正常运行方式下的最大负荷电流Imax和年最大负荷利用小时数tmax，即可按经济电流密度J计算出导线的经济截面A为maxIAJ(mm2)（1-1）从相关手册中选取一种与A最接近的标准截面的导线，然后再按其它的技术条件校验截面是否满足要求。（二）按载流量选择或校验导线截面。导线的载流量是按导线的发热条件计算的最大持续电流。所选的最大容许持续电流应当大于该线路在正常或故障后可能提供的最大持续电流。1.裸导线载流量的计算导线的载流量与导线的电阻、直径、表面状况、温升和环境温度、日照强度、风速等因素有关，其计算公式为'()/RFStIPPPR（A）（1-2）式中RP—单位长度导线的辐射散热功率，W/m；4485.67[(273)(273)]10RaaPDE44115.67[(273)(273)]10aadE（1）D，d—分别为以m和mm为单位计量的导线外径；4E—导线表面的辐射散热系数，光亮的新线为0.23~0.40，旧线或涂黑色防腐剂的线为0.9~0.95；θ—导线表面的平均温升，℃；θa—环境温度，℃；FP—对流散热功率，0.4850.57FfePR，W/m；（2）f—导线表面空气层的传热系数，252.42107()102fa，W/m.℃；（3）eR—雷诺数，3/10/eRVDVd；（4）V—垂直于导线的风速，m/s；ν—导线表面空气层的运动粘度，581.32109.6()102a，m²/s；（5）SP—日照吸热功率，310SSSSSPJDJd，W/m；（6）S—导线表面的吸热系数，光亮的新线为0.35~0.46，旧线或涂黑色防腐剂的线为0.9~0.95；JS—日光对导线的日照强度，W/m2。当天晴、日光直射导线时，可采用1000W/m²。'tR—每米导线的交流电阻，'12ttRRRR，/m；（7）tR—每米导线的直流电阻，2020[1(20)]tRRt，/m；（8）20R—导线在2