输电线路基础知识

电力线路基础知识电力系统中电厂大部分建在动力资源所在地，如水力发电厂建在水力资源点，即集中在江河流域水位落差大的地方，火力发电厂大都集中在煤炭、石油和其他能源的产地；而大电力负荷中心则多集中在工业区和大城市，因而发电厂和负荷中心往往相距很远，就出现了电能输送的问题，需要用输电线路进行电能的输送。因此，输电线路是电力系统的重要组成部分，它担负着输送和分配电能的任务。输电线路有架空线路和电缆线路之分。按电能性质分类有交流输电线路和直流输电线路。按电压等级有输电线路和配电线路之分。输电线电压等级一般在35kV及以上。目前我国输电线路的电压等级主要有35、60、110、154、220、330kV、500kV、1000kV交流和±500kV、±800kV直流。一般说，线路输送容量越大，输送距离越远，要求输电电压就越高。配电线路担负分配电能任务的线路，称为配电线路。我国配电线路的电压等级有380/220V、6kV、l0kV。架空线路主要指架空明线,架设在地面之上，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，易对周边环境造成电磁干扰。输电电缆则不受气象和环境的影响，主要通过电缆隧道或电缆沟架设，造价较高，发现故障及检修维护等不方便。电缆线路可分为架空电缆线路和地下电缆线路电缆线路不易受雷击、自然灾害及外力破坏，供电可靠性高，但电缆的制造、施工、事故检查和处理较困难，工程造价也较高，故远距离输电线路多采用架空输电线路。输电线路的输送容量是在综合考虑技术、经济等各项因素后所确定的最大输送功率，输送容量大体与输电电压的平方成正比，提高输电电压,可以增大输送容量、降低损耗、减少金属材料消耗，提高输电线路走廊利用率。超高压输电是实现大容量或远距离输电的主要手段，也是目前输电技术发展的主要方向。输电专业日常管理工作主要分为输电运行、输电检修、输电事故处理及抢修三类。输电专业管理有几个主要特点：一是，工作危险性高。输电线路检修一般需要进行高空作业，对工作人员的身体素质、年龄和高空作业能力要求很高，从安全角度考虑，一般40岁以上人员很难再胜任输电线路高空检修作业工作；输电带电作业需要在不停电的情况下，实行带电高空作业，对技术和人员素质要求更高，因此该工作危险性较高。一般说来，输电检修人员可以从事输电运行工作，但输电运行人员不一定能从事输电检修工作。二是，输电事故具有突发性。输电事故处理和抢修工作属于突发性事故抢修工作，不可能列入正常的输电检修工作计划，在输电事故抢修人员和业务管理上与输电检修差异较大。三是，施工环境大都比较恶劣。受输电成本和发电厂、水电站位置的影响，大多数输电线路架设在地广人稀的高山、密林、荒漠地区，施工环境恶劣，条件艰苦，很多施工设备和材料无法通过车辆运送，导致线路的建设和维护难度增大。在事故抢修管理方面，对于一般事故抢修，可通过加强对抢修事故的统计分析，了解事故发生的规律，深入分析后确定需要配备的日常抢修工作人员数量；对于日常工作人员不能完成的抢修事故可通过外围力量的支持协作来完成，如破坏性较大的台风、地震、雪灾等严重自然灾害发生时，对输电网络影响较大，造成的电网事故比较集中，因此可以集中一个地市、全省甚至是全国电力系统的力量，开展事故抢修工作。第一节电力线路的结构架空输电线路的主要部件有: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。如图所示。图架空输电线路一、导线和避雷线导线是用来传导电流、输送电能的元件。输电线路一般都采用架空裸导线，每相一根，220kV及以上线路由于输送容量大，同时为了减少电晕损失和电晕干扰而采用相分裂导线，即每相采用两根及以上的导线。采用分裂导线能输送较大的电能，而且电能损耗少，有较好的防振性能。（一）架空导线的排列方式导线在杆塔上的排列方式：对单回线路可采用上字形、三角形或水平排列，对双回路线路可采用伞形、倒伞形、干字形或六角形排列，见图4—1。a三角形；b上字形；c水平形；d伞形；e倒伞形；f干字形；g六角形图4-1导线在杆塔上排列方式示意图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。由于我国铝的资源比铜丰富，加之铝和铜的价格差别较大，故几乎都采用钢芯铝线。避雷线一般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。避雷线的作用是减少雷击导线的机会，提高耐雷水平，减少雷击跳闸次数，保证线路安全送电。（二）导、地线分类导、地线一般可按所用原材料或构造方式来分类。1、按原材料分类裸导线一般可以分为铜线、铝线、钢芯铝线、镀锌钢绞线等。铜是导电性能很好的金属，能抗腐蚀，但比重大，价格高，且机械强度不能满足大档距的强度要求，现在的架空输电线路一般都不采用。铝的导电率比铜的低，质量轻，价格低，在电阻值相等的条件下，铝线的质量只有铜线的一半左右，但缺点是机械强度较低，运行中表面形成氧化铝薄膜后，导电性能降低，抗腐蚀性差，故在高压配电线路用得较多，输电线路一般不用铝绞线；钢的机械强度虽高，但导电性能差，抗腐蚀性也差，易生锈，一般都只用作地线或拉线，不用作导线。钢的机械强度高，铝的导电性能好，导线的内部有几股是钢线，以承受拉力；外部为多股铝线，以传导电流。由于交流电的集肤效应，电流主要在导体外层通过，这就充分利用了铝的导电能力和钢的机械强度，取长补短，互相配合。目前架空输电线路导线几乎全部使用钢芯铝线。作为良导体地线和载波通道用的地线，也采用钢芯铝线。2、按构造方式分类按构造方式的不同，裸导线可分为一种金属或两种金属的绞线。一种金属的多股绞线有铜绞线、铝绞线、镀锌钢绞线等。由于输电线路采用较少，故这里不作介绍。两种金属的多股绞线主要是钢芯铝绞线，绞线的优点是易弯曲。绞线的相邻两层绕向相反，一则不易反劲松股，再则每层导线之间距离较大，增大线径，有利于降低电晕损耗。钢芯铝线除正常型外，还有减轻型和加强型两种。见图4-1222。图4-1222二、杆塔杆塔是电杆和铁塔的总称。杆塔的用途是支持导线和避雷线，以使导线之间、导线与避、导线与地面及交叉跨越物之间保持一定的安全距离。杆塔现场水泥杆图如下：图5（一）杆塔按材料分类一般可以按原材料分为水泥杆和铁塔两种。1、水泥杆（钢筋混凝土杆）电杆是由环形断面的钢筋混凝土杆段组成，其特点是结构简单、加工方便，使用的砂、石、水泥等材料便于供应，并且价格便宜。混凝土有一定的耐腐蚀性，故电杆寿命较长，维护量少。与铁塔相比，钢材消耗少，线路造价低，但重量大，运输比较困难。水泥杆有非预应力钢筋混凝土杆和浇制前对钢筋预加一定张力拉伸的预应力钢筋混凝土杆两种。目前，输电线路使用较多的是非预应力杆。2、铁塔铁塔是用型钢组装成的立体桁架，可根据工程需要做成各种高度和不同形式的铁塔。铁塔有钢管塔和型钢塔。铁塔机械强度大，使用年限长，维修工作量少，但耗钢材量大、价格较贵。在变电所进出线和通道狭窄地段35～110kV可采用双回路窄基铁塔。（二）杆塔按用途分类按用途分为直线杆、耐张杆、转角杆、终端杆和特种杆五种。特种杆又包括：跨越通航河流、铁路等的跨越杆，长距离输电线路的换位杆、分支杆。1、直线杆直线杆（见图4-1a、g）又叫中间杆。它分布在耐张杆塔中间，数量最多，在平坦地区，数量上占绝大部分。正常情况下，直线杆只承受垂直荷重（导线、地线、绝缘子串和覆冰重量）和水平的风压。因此，直线杆一般比较轻便，机械强度较低。2、耐张杆耐张杆（见图4-1d、e）也叫承力杆。为了防止线路断线时整条线路的直线杆塔顺线路方向倾倒，必须在一定距离的直线段两端设置能够承受断线时顺线路方向的导、地线拉力的杆塔，把断线影响限制在一定范围以内。两个耐张杆塔之间的距离叫耐张段。3、转角杆线路转角处的杆塔叫转角杆（见图4-1b）。正常情况下转角杆除承受导、地线的垂直荷重和内角平分线方向风力水平荷重外，还要承受内角平分线方向导、地线全部拉力的合力。转角杆的角度是指原有线路方向风的延长线和转角后线路方向之间的夹角，有转角30°、60°、90°之分。4、终端杆线路终端处的杆塔叫终端杆。终端杆是装设在发电厂或变电所的线路末端杆塔。终端杆除承受导、地线垂直荷重和水平风力外，还要承受线路一侧的导、地线拉力，稳定性和机械强度都应比较高。5、特种杆特种杆主要有换位杆、跨越杆和分支杆等。超过10km以上的输电线路要用换位杆进行导线换位；跨越杆设在通航河流、铁路、主要公路及电线两侧，以保证跨越交叉垂直距离；分支杆也叫“T”型杆或叫“T接杆”，它用在线路的分支处，以便接出分支线。（三）水泥电杆的规格水泥杆有等径环形水泥杆和锥形水泥杆两种。等径环形水泥杆的梢径和根径相等，有300mm和400mm两种，一般制作成9m、6m和4.5m等三种长度，使用时以电、气焊方式进行连接。锥型水泥杆一般用在配电线路上，输电线路的转角杆塔、耐张杆塔、终端杆塔和直线杆塔，均采用等径水泥杆。锥型水泥杆的梢径有190mm和230mm两种。（四）横担（参见图5）杆塔通过横担将三相导线分隔一定距离，用绝缘子和和具等将导线固定在横担上，此外，还需和地线保持一定的距离。因此，要求横担要有足够的机构强度和使导、地线在杆塔上的布置合理，并保持导线各相间和对地（杆塔）有一定的安全距离。横担按材料分为铁横担、瓷横担。横担按用途分为直线横担、耐张横担、转角横担。三、绝缘子绝缘子是一种隔电产品，一般是用电工陶瓷制成的，又叫瓷瓶。另外还有钢化玻璃制作玻璃绝缘子和用硅橡胶制作的合成绝缘子。绝缘子的用途是使导线之间以及导线和大地之间绝缘，保证线路具有可靠的电气绝缘强度，并用来固定导线，承受导线的垂直荷重和水平荷重。换句话说，绝缘子既要能满足电气性能的要求，又要能满足机械强度的要求。按照机械强度的要求，绝缘子串可组装成单串、双串、V形串。对超高压线路或大跨越等，由于导线的张力大，机械强度要求高，故有时采用三串或四串绝缘子。绝缘子串基本有两大类，即悬垂绝缘串和耐张绝缘子串。悬垂绝缘子串用于直线杆塔上，耐张绝缘子串用于耐张杆塔或转角、终端杆塔上。1、普通型悬式瓷绝缘子普通型悬式瓷绝缘子（见图4-2）按金属附件连接方式可分为球型连接和槽型连接两种。输电线路多采用球型连接。图4-2普通型悬式瓷绝缘子图4-3针式瓷绝缘子图4-4耐污型悬式瓷绝缘子2、针式绝缘子针式绝缘子（见图4-3），主要用于线路电压不超过35kV，导线张力不大的直线杆或小转角杆塔。优点是制造简易、价廉，缺点是耐雷水平不高，容易闪络。3、耐污型悬式瓷绝缘子普通瓷绝缘子只适用于正常地区，也就是说比较清洁的地区，如在污秽区使用，因它的绝缘爬电距离较小，易发生污闪事故，所以在污秽区要使用耐污型悬式瓷绝缘子（见图4-4），以达到污秽区等级相适应的爬电距离，防止污闪事故发生。4、悬式钢化玻璃绝缘子悬式玻璃绝缘子（见图4-5）具有重量轻、强度高，耐雷性能和耐高、低温性能均较好。当绝缘子发生闪络时，其玻璃伞裙会自行爆裂。5、瓷横担绝缘子瓷横担（见图4-6）绝缘水平高，自洁能力强，可减少人工清扫；能代替钢横担，节约钢材；结构简单、安装方便、价格较低。图4-5悬式钢化玻璃绝缘子图4-6瓷横担绝缘子图4-7合成绝缘子6、合成绝缘子合成绝缘子（见图4-7）是一种新型的防污绝缘子，尤其适合污秽地区使用，能有效地防止输电线路污闪事故的发生。它和耐污型悬式瓷绝缘子比较，具有体积小、重量轻、清扫周期长、污闪电压高、不易破损、安装运输省力方便等优点。四、电力线路金具输电线路导线的自身连接及绝缘子连接成串，导线、绝缘子自身保护等所用附件称为线路金具。线路金具在气候复杂、污秽程度不一的环境条件下运行，故要求金具应有足够的机械强度、耐磨和耐腐蚀性。金具的用途和分类金具在架空电力线路中，主要用于支持、固定和接续导线及绝缘子连接成串，亦用于保护导线和绝缘子。按金具的主要性能和用途，可分以下几类：1、线夹类线夹是用来握住导、地线的金具。根据使用情况，线夹分为耐张线夹（见图4-8）和悬垂线夹（见图4-9）