架空输电线路基础知识
来源:广元市环保局 浏览量:4161 发布时间:2017-01-19 分享:


2016-10-24 

概述

输电线路是联系发电厂、变电所与用电设备的一种传送电能的装置,它分架空线路和电缆线路两种。高压输电线路是电力工业的大动脉,是电力系统的重要组成部分。本次主要介绍架空输电线路。

电力线路有输(送)电线路和配电线路之分。由发电厂向电力负荷中心输送电能的线路以及电力系统之间的联络线路称为输(送)电线路,由电力负荷中心向各个电力用户分配电能的线路称为配电线路。

电力线路按电压等级分为低压、高压、超高压和特超高压线路。电压等级在1kV以下的是低压线路,10kV及以上的是高压线路,500kV及以上的是超高压线路,750kV及以上的是特高压线路。

输电线路按线路架设材料不同分为架空输电线路和电缆输电线路。输电线路按电流的性质分为交流和直流线路。架空输电线路按杆塔上的回路数目分为单回路、双回路和多回路线路。




1. 架空输电线路的主要设备

架空输电线路主要由导线、避雷线、绝缘子、金具、杆塔、基础以及接地装置等部分组成。

1.1导线

其功能主要是输送电能。线路导线应具有良好的导电性能,导线是架设在杆塔上,长期处于野外,承受各种气象条件和各种荷载,因此对导线除要求导电性能好外,还要求具有较高的机械强度、耐震性能,一定的耐化学腐蚀能力,且价格经济合理。任何导线故障,均能引起或发展为断线事故。

线路导线目前常采用钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线、防腐钢芯铝绞线。

1.1.1 钢芯铝绞线

国产钢芯铝绞线的标准先后有(D)57-1962、JB·649-1965、GB1179-1974、GB1179-1983《铝绞线及钢芯铝绞线》、GB/T1179-1999《圆线同心绞架空导线》(等同于IEC6089-1991)和GB/T1179-2008《圆线同心绞架空导线》五种。目前后三种应用较为广泛。


1.1.2 常用架空导地线的型号及其意义

L—铝;

G—钢;

J—绞;

Q—轻型;

J—加强;

F—防腐;

X—稀土;

LJ—硬铝绞线

LGJ—钢芯铝绞线

LGJQ—轻型钢芯铝绞线

LGJJ—加强型钢芯铝绞线

LGJF—防腐型钢芯铝绞线

GJ—钢绞线

注:以上为GB1179-1983标准

JL/G1A、JL/G1B、JL/G2A、JL/G2B、JL/G3A--钢芯铝绞线

JL/G1AF、JL/G2AF、JL/G3AF--防腐性钢芯铝绞线

G1A、G1B--普通强度钢线(单线金属的电阻率为191.57nΩ·m,对应于9%IACS)

G2A、G2B--高强度钢线(单线金属的电阻率为191.57nΩ·m,对应于9%IACS)

G3A--特高强度钢线(单线金属的电阻率为191.57nΩ·m,对应于9%IACS)

注:以上为GB1179-2008标准


1.2.3 钢芯铝绞线型号


常用的GB 1179-83标准


现用用的GB 1179-2008标准

防腐钢芯铝绞线。防腐钢芯铝绞线的规范、结构和机电性能与普通钢芯铝绞线完全相同,所不同的是表面涂抹防腐剂,并在型号中加“F”,即“LGJF”以示区别,该线共分轻防腐、中防腐和重防腐三种。常见型号可以见《钢芯铝绞线老规程(GB1179-74)主要技术参》与《钢芯铝绞线老规程(GB1179-83)主要技术参》。

现在南方电网导线主要采用铝包钢芯铝绞线,铝包钢芯铝绞线的表示的意义见《输电线路常用架空导、地线型号表示及含义》,铝包钢芯铝绞线的详细参数见《【资料】电力线路中常用铝包钢芯铝绞线参数》。


1.2地线

地线又称架空避雷线,地线架设在导线的上空,其作用是保护导线不受直接雷击,由于架空地线对导线的屏蔽,及导线、架空地线间的藕合作用,从而可以减少雷电直接击于导线的机会。当雷击杆塔时,雷电流可以通过架空地线分流一部分,从而降低塔顶电位,提高耐雷水平。避雷线根数视线路电压等级、杆塔型式和雷电活动程度而定,可采用双地线和单地线。

目前110kV及以上电压等级的送电线路一般为双架空地线。如果地线发生故障,造成断线。避雷线断线后可能碰在导线上,即能造成导线间的短路,影响正常供电。 

另外架空地线有绝缘、不绝缘和部分绝缘之分。架空地线常采用镀锌钢绞线,铝包钢绞线等良导体,可以降低不对称短路时的工频过电压,减少潜供电流。兼有通信功能的采用光缆复合架空地线(OPGW)。 

1.3绝缘子

是输电线路绝缘的主体,其作用是悬挂导线并使导线与杆塔、大地保持绝缘。绝缘子不但要承受导线的垂直荷重,水平荷重和导线张力。因此,绝缘子必须有良好的绝缘性能和足够的机械强度。输电线路常用绝缘子有:盘形悬式瓷质绝缘子、盘形悬式玻璃绝缘子、棒形悬式复合绝缘子。按承载能力大小分为70、100、160、210、300kN等。每种绝缘子又分普通型、防污型等多种类型。


1.2.1 盘形悬式瓷质绝缘子

国产瓷质绝缘子,存在劣化率很高,需检测零值,维护工作量大。遇到雷击及污闪容易发生掉串事故,在南网目前已逐步被淘汰。


1.2.2 盘形悬式玻璃绝缘子

具有零值自爆,但自爆率很低(一般为万分之几)。维护不需检测,钢化玻璃件万一发生自爆后其残留机械强度仍达破坏拉力的80%以上,仍能确保线路的安全运行。遇到雷击及污闪不会发生掉串事故。


普通型绝缘子


防污型绝缘子

常见的绝缘子参数见《盘形悬式交流玻璃绝缘子主要技术参数》。


1.2.3 棒形悬式复合绝缘子

具有防污闪性能好、重量轻、机械强度高、少维护等优点,

常见的绝缘子型号见《复合悬式绝缘子》与《35kV、110kV、220kV交流合成绝缘子主要技术参数》。


1.2.4 绝缘子型号的意义

悬式绝缘子(瓷或玻璃)


棒形悬式复合绝缘子


1.4金具

在架空输电线路上,将杆塔、绝缘子、导线、地线及其他电气设备按照设计要求,连接组装成完整的送电体系所使用的零件,统称为金具。对金具的要求是强度高,防腐性能好,连接可靠,转动灵活,面接触,防止点接触。金具按其主要性能和用途一般分为五大类:悬垂线夹、耐张线夹、连接金具、接续金具、防护金具。


1.4.1 各类金具用途


1.4.1.1 悬垂线夹

悬垂线夹悬挂导、地线时,应能承受垂直档距内的全部荷载,并且在线路正常运行或断线时不允许导、地线在线夹内滑动或脱离绝缘子串。


表中型号中字母及数字意义为: 

X——悬垂线夹; 

G——固定; 

U——U形螺丝;

数字——适用导线组合号; 

附加字A——带碗头挂板;

B——带U形挂板。 




1.4.1.2 耐张线夹

各类耐张线夹的破坏荷载应不小于安装导线或避雷线的计算拉断力,其对导、地线的握力,压缩性耐张线夹应不小于导、地线计算拉断力的95%,螺栓型耐张线夹应不小于导线计算拉断力的90%。耐张线夹有三大类,即:螺栓式耐张线夹;压缩型耐张线夹;楔型线夹。

螺栓式耐张线夹是借U型螺丝的垂直压力与线夹的波浪形线槽所产生的摩擦效应来固定导线。


表中型号中字母及数字意义为: 

N——耐张;

L——螺栓;

D——倒装式;

数字——适用导线组合号。 

压缩型耐张线夹它是由铝管与钢锚组成。钢锚用来接续和锚固钢芯铝绞线的钢芯、然后套上铝管本体,以压力使金属产生塑性变形,从而使线夹与导线结合为一整体,采用液压时,应用相应规格的钢模以液压机进行压缩。

表中型号中字母及数字意义为: 

N——耐张;

Y——压缩;

数字——适用导线的标称截面;分子表示铝截面; 


楔型线夹用来安装钢绞线,紧固架空地线及拉线杆塔的拉线。它利用楔的劈力作用,使钢绞线锁紧在线夹内。


表中型号中字母及数字意义为: 

N——耐张

X——楔形

T——可调

U——U形

数字——适用钢绞线 组合号。 


1.4.1.3 连接金具

连接金具分为专用连接金具和通用连接金具。专用连接金具是直接连接绝缘子的,故其连接部位的结构尺寸与绝缘子相配合。通用连接金具是用于将绝缘子组成两串、三串或更多串数,并将绝缘子串与杆塔横担或与线夹之间相连接,也用来将地线紧固或悬挂在杆塔上,或将拉线固定在杆塔上等。根据用途不同一般有球头挂环、碗头挂环、U型挂环、直角挂板、平行挂板、延长环和二联板等。

球头挂环



碗头挂环





U型挂环



PH挂环(又称延长环)、ZH挂环(又称直角环)



U型螺栓



各类挂板



各类联板




1.4.1.4 接续金具

用于接续各种裸导线、地线,接续金具承担与导线相同的电气负荷,大部分接续金具承担导、地线的全部张力。按接续方法的不同,接续可分为绞接、对接、搭接、插接和螺接等几种。定型的接续金具按施工方法和结构形式的不同分为钳压接续金具、液压接续金具、爆压接续金具、螺栓接续金具及预绞丝缠绕的螺旋接续金具五类。普洱电网架空输电线路常用的有对接、搭接、螺接。

接续金具接续时必须满足以下条件:1、接续点的机械强度,应不小于被接续导线计算拉断力的90%;2、接续点的电阻,应不大于被接续等长导线的电阻;3、接续点在额定电压下,长期通过最大负荷电流时,其温升不得超过导线的温升。

并沟线夹


型号中字母及数字意义为: 

 J—接续;

BB—并沟,避雷线;

B——并沟;

数字——适用导线及钢绞 线组合号。


JY型压接管(液压)


型号中字母及数字意义为: 

J——接续管;Y——圆形;数字——适用导线的标称截面; 分子表示铝截面;分母表示钢截面。 


钳压管


型号中字母及数字意义为: 

J——接续管;T——椭圆;数字——标称截面,mm2,分子 表示铝截面,分母表示钢截面;数字后附加字母L——铝绞线。 


1.4.1.5 防护金具

包括用于导、地线的机械防护金具及用于绝缘子的电气防护金具两大类。


防振锤

机械防护金具有防止导、地线振动的护线条、防振锤、间隔棒及重锤。



型号中字母及数字意义为: 

F——防振锤;D——导线;G——钢绞线;数字——FD型为适用导线组 合号;FG型为适用钢绞线截面,mm2。 



间隔棒



型号中字母及数字意义为: 

F——防护;

J——间隔棒;

Q——球绞式;

数字——前二位表示间隔距离 (cm),后一位表示导线组合号。 


护线条


型号中字母及数字意义为: 

F——防护;Y——预绞丝;H——护线条;B——补修条;数字——适 用导线截面;分子表示铝截面;分母表示钢截面。 


均压屏蔽环

电气防护金具有绝缘子串用的均压环、防止产生电晕的屏蔽环及均压和屏蔽组成整体的均压屏蔽环。



型号中字母及数字意义为: 

F——防护;

J——均压环;

P——屏蔽环;

数字——表示适用电压。 附加字母

N——耐张绝缘子串用;X——悬垂绝缘子串用;B——变电;

S——双联;

L——轮型;

D——单联。



1.5杆塔

杆塔是用来支承导线和避雷线及其附件的支持物,以保证导线与导线或避雷线、导线与地面或交叉跨越物、导线与杆塔等有足够的安全距离。

杆塔按材料分,可分为钢筋混凝土杆和铁塔两大类。

按作用受力分,杆塔可分为直线杆塔、承力杆塔(承力杆塔分为耐张、转角、终端、分歧杆塔、耐张换位杆塔、耐张跨越杆塔)和悬垂转角杆塔。

1.5.1 根据线路杆塔的用途分类及代号含义


直线塔

1.5.1.1直线塔(Z)

用于线路的直线中间部分,以悬垂的方式支持导、地线,主要承受导、地线自重或覆冰等垂直荷载和风压及线路方向的不平衡拉力。

1.5.1.2 直线转角塔(Z)

除起直线塔的作用外,还用于小于5°的线路转角。


耐张塔

1.5.1.3 耐张塔(N)

以锚固的方式支承导线和地线,能将线路分段,限制事故范围,便于施工检修;其机械强度较大,除承受直线杆塔承受的荷载外,还承受导、地线的直接拉力,事故情况下承受断线张力。


转角塔

1.5.1.4 转角杆塔(J)

用于线路转角处,一般是耐张型的。除承受耐张塔承受的荷载外,还承受线路转角造成的合力。


终端塔

1.5.1.5 终端杆塔(D)

用于整个线路的起止点,是耐张杆塔的一种形式,但受力情况较严重,需承受单侧架线时全部导、地线的拉力。


分支塔

1.5.1.6 分支杆塔(F)

用于线路的分支处。受力类型为直线杆塔、耐张杆塔和终端杆塔的总和。

1.5.1.7跨越塔(K)

用于高度较大或档距较长的跨越河流、铁路及电力线路杆塔。


换位塔

1.5.1.8 换位杆塔(H)

用于较长线路变换导线相位排列的杆塔。


1.5.2 按杆塔外形或导线布置型式代号含义

S——上字型

C——叉骨型(鸟骨型)

M——猫头型

V——V字型

J——三角型

G——干字型

Y——羊角型

B——酒杯型

SZ——正伞型

SD——倒伞型

T——田字型

W——王字型

A——A字型

Me——门型

Gu——鼓型


1.5.3 杆塔材料和结构代号含义

G——钢筋混凝土电杆

T——自立式铁塔

X——拉线式铁塔


1.5.4 分级代号含义

同一种杆塔型式按荷重不同进行分级,其分级代号用角注1、2、3……表示。


1.5.5 高度代号含义

杆塔高度是指横担对地面的距离(m),称为呼称高,一般用数字表示。


1.5.6 铁塔型号表示方法

铁塔型号一般由字母及数字共六个部分组成

上例中表示,该塔为220kV直线酒杯型自立铁塔,第一级呼称高33m。 


小编注:实际工程中杆塔命名请参考国网、南网的典型设计中的命名规则及《输电杆塔命名规则》(DL/T 1252-2013  )。国网、南网的典型设计的命名及使用条件我们将后期做专题与大家分享。


1.5.7 钢筋混凝土杆型号表示方法


钢筋混凝土电杆型号与铁塔型号的表示方法基本相同,通常不写出线路电压等级的代号。


  杆塔按回路数分类还可分为单回杆塔,双回杆塔和多回杆塔。


1.6基础

基础指杆塔的地下部分,主要是稳定杆塔,能承受杆塔、导线、架空地线的各种荷载所产生的上拔力、下压力和倾覆力矩。


插入式角钢


地脚螺栓


铁塔基础

基础的分类

1、按杆塔型式分,可分为直线杆塔基础、耐张杆塔基础、转角杆塔基础和特种杆塔基础

2、按基础受力方式分,可分为下压基础、上拔基础和倾覆基础。

 3、按基础结构型式分,可分为:

(1)、常用各种电杆基础型式:杆根直埋基础、钢管套装基础、现场浇制钢筋混凝土基础、现场浇制重力式混凝土基础。

(2)、常用各种铁塔基础型式:角钢插入式混凝土基础、地脚螺栓式混凝土基础、钢筋混凝土基础、重力式混凝土基础、圆形(方形)钢筋混凝土预制基础、预制三角架式钢筋混凝土基础、混凝土条底板角钢支架基础、角钢插入式金属基础、角钢支架式金属基础、灌注式深桩基础、扩底短桩基础、低桩承台基础、高桩承台基础、高桩框架基础、直锚式岩石基础、承台式岩石基础、嵌固式岩石基础、主角钢插入式基础、掏挖式基础、联合基础。


混凝土杆基础主要是防止倾覆,铁塔基础主要是防上拔、下压,普洱电网一般采用的是杆根直埋、角钢插入式混凝土基础和地脚螺栓式混凝土基础。


对电杆及拉线宜采用预制装配式基础,即底盘、卡盘、拉线盘,俗称“三盘”。


1.7接地装置

接地装置由接地体(极)和接地引下线所组成。

接地体(极)是指埋入地中并直接与大地接触的金属导体,其作用是能迅速将雷电流在大地中扩散泄导,以保持线路有一定的耐雷水平,减少线路雷击事故。杆塔接地电阻值愈小,其耐雷水平就愈高。分为水平接地体和垂直接地体。

接地引下线指杆塔的接地螺栓与接地体连接用的在正常情况下不载流的金属导体。

接地电阻指接地体对地电阻和接地引下线电阻的总和。而工频接地电阻则是通过接地体流入地中工频电流求得的电阻。

土壤电阻率是表征土壤导电能力的参数。


水泥杆


铁塔



2. 输电线路专业术语

1、档距:相邻两基杆塔之间的水平直线距离,称为档距。


2、弧垂:对于水平架设的线路来说,导线相邻两个悬挂点之间的水平连线与导线最低点的垂直距离,称为弧垂或弛度。


3、限距:导线对地面或对被跨越设施的最小距离。一般指导线最低点到地面的最小允许距离。


4、水平档距:相邻两档距之和的一半。


5、垂直档距:相邻两档距间导线最低点之间的水平距离。


档距、限距、弛度、水平档距、垂直档距示意图 


6、代表档距:一个耐张段里,除弧立档外,往往有多个档距。由于导线跨越的地形、地物不同,各档距的大小不相等,导线的悬挂点标高也不一样,各档距的导线受力情况也不同。而导线的应力和弧垂跟档距的关系非常密切,档距变化,导线的应力和弧垂也变化,如果每个档距一个一个计算,会给导线力学计算带来困难。但一个耐张段里同一相导线,在施工时是一道收紧起来的,因此,导线的水平拉力在整个耐张段里是相等的,即各档距弧垂最低点的导线应力是相等的。我们把大小不等的一个多档距的耐张段,用一个等效的假想档距来代替它,这个能够表达整个耐张力学规律的假想档距,称之为代表档距或称为规律档距。

7、杆塔高度:杆塔最高点至地面的垂直距离,称为杆塔高度。


8、杆塔呼称高度:杆塔最下层横担至地面的垂直距离称为杆塔呼称高度,简称呼称高。 


9、悬挂点高度:导线悬挂点至地面的垂直距离,称为导线悬挂点高度。 



10、线间距离:两相导线之间的水平距离,称为线间距离。


11、根开:两电杆根部或塔脚之间的水平距离,称为根开。



12、架空地线保护角:架空地线和边导线的外侧连线与架空地线铅垂线之间的夹角,称为架空地线保护角。


13、杆塔埋深:电杆(塔基)埋入土壤中的深度称为杆塔埋深。


杆塔高度、呼称高、悬挂点高度、线间距离、根开、避雷线保护角、杆塔埋深示意图


14、跳线:连接承力杆塔(耐张、转角和终端杆塔)两侧导线的引线,称为跳线,也称引流线或弓子线。 


15、导线的初伸长:当导线初次受到外加拉力而引起的永久性变形(延着导线轴线伸长),称为导线初伸长。


16、分裂导线:一相导线由多根(有2根、3根、4根)组成型式,称为分裂导线。它相当于加粗了导线的“等效直径”,改善导线附近的电场强度,减少电晕损失,降低了对无线电的干扰,及提高送电线路的输送能力。


17、导线换位:送电线路的导线排列方式,除正三角形排列外,三根导线的线间距离是不相等。而导线的电抗取决于线间距离及导线半径,因此,导线如不进行换位,三相阻抗是不平衡的,线路愈长,这种不平衡愈严重。因而,会产生不平衡电压和电流,对发电机的运行及无线电通信产生不良的影响。送电线路设计规程规定“在中性点直接接地的电力网中,长度超过100km的送电线路均应换位”。一般在换位塔进行导线换位。


18、导(地)线振动:在线路档距中,当架空线受到垂直于线路方向的风力作用时,就会在其背风面形成按一定频率上下交替的稳定涡流(如图2-3示),在涡流升力分量的作用下,使架空线在其垂直面内产生周期性振荡,称为架空线振动。


当涡流的频率恰好与架空线的自振频率相同时,将会形成架空线的稳定振动波,这种稳定的振动波将在架空线内部产生交变应力,长期作用会造成架空线的损伤。最严重的地方是架空线线夹出口处。防振锤的安装位置最好在“波峰”点处,使其上下甩动幅度最大,从而起到消耗最大振动能量的作用。 


19、雷暴日:一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。平均年雷暴日不超过15的地区称为少雷区,超过15但不超过40的地区称为中雷区,超过40但不超过90的地区称为多雷区,超过90的地区称为雷电活动特殊强烈地区。


20、反击:雷电直击于线路架空地线或杆塔时,雷电流一部分经架空地线流向线路两侧,大部分经杆塔及接地装置流入大地,引起塔顶电位升高,而造成绝缘子串的闪络放电,这种现象称为反击。雷电反击过电压与雷电参数,杆塔型式、高度和接地电阻等有关。


21、绕击:雷电绕过架空地线直击于导线,而造成绝缘子串的闪络放电,这种现象称为绕击。


22、线路的耐雷水平:线路遭受雷击时,绝缘子串不发生闪络的最大雷电流幅值,称为该线路的耐雷水平。用Io表示,(KA)。雷电流幅值一般不超过100KA,雷电的极性有正、有负。负极性的雷电占85%左右。线路的耐雷水平与绝缘子串的U50%雷电冲击电压,杆塔的冲击接地电阻,杆塔塔型及对地高度等有关。


23、雷电保护接地:为雷电保护装置(避雷针、避雷线和避雷器等)向大地泄放雷电流而设的接地。


24、跨步电压:接地短路(故障)电流流过接地装置时,地面上水平距离为0.8m的两点间的电位差,称为跨步电位差,即跨步电压。(如下图左侧所示)。


25、接触电压:接地短路(故障)电流流过接地装置时,大地表面形成分布电位,在地面上离设备水平距离为0.8m处与设备外壳,架构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处,两点间的电位差,称为接触电位差,即接触电压。(如下图右侧所示)


跨步电压和接触电压示意图


26、电晕现象:在带电的高压导线周围会产生电场,如果电场强度超过了空气击穿强度时,就使导线周围的空气电离而呈现局部放电现象,这种现象叫电晕现象。


27、污闪:指绝缘子的电瓷(玻璃)表面沉积了带有导电物质的污秽层,当遇到雾、露和毛毛雨等潮湿气候条件时,污秽层受潮,表面电导增大,泄漏电流增加,产生局部放电,在工频电压作用下,这种局部放电发展成为电弧闪络。这种现象称为绝缘子污闪。



3. 架空输电线路相关图例

35kV输电线路水泥杆




直线双杆



直线单杆


110kV输电线路铁塔



直线单回路塔



直线双回路塔


220kV输电线路铁塔


直线塔



耐张塔



终端塔


500kV输电线路铁塔


直线单回路塔



直线双回路塔



耐张塔



紧凑型铁塔



跨越塔




换位塔


架空输电线路反措实施图(图点击放大阅读)





架空输电线路典型缺陷及外部隐患图



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