输电架空线路

输电线路按构造可分为电缆线路和架空线路。架空线路的共性内容,见词条上级,本词条重点讲述输电架空线路的特点。

简介

从电源向电力负荷基地运送电能的线路称为输电线路。为保证输电线路带电导线与地面之间保持一定的距离,必须用杆塔支撑导线。

架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成,架设在地面之上。

按照输送电流的性质,输电分为交流输电和直流输电。

19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高,以致输电能力和效益受到限制。

19世纪末,直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功,迎来了20世纪电气化社会的新时代。

组成

架空输电线路的组成元件主要有导线、避雷线(简称地线)、金具、绝缘子、杆塔、拉线和基础等。

导线

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,但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,即采用两根、三根、四根或更多根导线(常为环形固定)。

避雷线与接地体

避雷线悬挂于杆塔顶部,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,因避雷线位于导线的上方,雷首先击中避雷线,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,起到防雷保护的作用,保证线路安全运行。

一般只有110KV以上电压等级线路才全线架设,其材料常采用镀锌钢绞线。

杆塔

杆塔用来支持导线和避雷线及其附件,并使导线、避雷线、杆塔之间,以及导线和地面及交叉跨越物或其他建筑物之间保持一定的安全距离。

绝缘子和绝缘串

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。

由于它不仅受到机械力和电压作用,而且还要承受大气中有害气体的侵蚀。因此要求它具有足够的机械强度、绝缘水平和抗腐蚀能力。

金具

输电线路金具在架空输电线路中起着支持、固定、接续保护导线和避雷线的作用,且能使接线坚固。

金具种类很多,按照金具的性能及用途可分为线夹、连接金具、保护金具和拉线金具四大类。

基础

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。

如钢筋混凝土杆若直接埋入土中,由于电杆横截面积小,则在一般土壤中电杆都会下沉。此时为防止电杆下沉,往往在电杆底部垫一块面积较大的钢筋混凝土制板—底盘,底盘就是防止电杆下沉的基础。拉线的作用一方面提高杆塔的强度,承担外部荷载对杆塔作用力,以减少杆塔的材料消耗量;另一方面,连同拉线棒和拉线盘,起到将杆塔固定在地面上,以保证杆塔不发生倾斜、倒塌的作用。铁塔基础根据地形、地质和施工条件的不同,所采用的类型也不同。

优点

与地下输电线路相比较,架空线路建设成本低,施工周期短,易于检修维护。

因此,架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。

通常所称的输电线路就是指架空输电线路。通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来,输送或交换电能,构成各种电压等级的电力网络或配电网。

电压等级

输电的基本过程是创造条件使电磁能量沿着输电线路的方向传输。线路输电能力受到电磁场及电路的各种规律的支配。以大地电位作为参考点(零电位),线路导线均需处于由电源所施加的高电压下,称为输电电压。

输电线路在综合考虑技术、经济等各项因素後所确定的最大输送功率,称为该线路的输送容量。输送容量大体与输电电压的平方成正比。因此,提高输电电压是实现大容量或远距离输电的主要技术手段,也是输电技术发展水平的主要标志。

从发展过程看,输电电压等级大约以两倍的关系增长。当发电量增至4倍左右时,即出现一个新的更高的电压等级。

  • 通常将35~220KV的输电线路称为高压线路(HV)
  • 330~750KV的输电线路称为超高压线路(EHV)
  • 特高压电网是使用±800千伏及以上的直流电或1000千伏及以上交流电输电的电网,也称为特高压线路(UHV)。

一般地说,输送电能容量越大,线路采用的电压等级就越高。采用超高压输电,可有效的减少线损,降低线路单位造价,少占耕地,使线路走廊得到充分利用。

我国第一条世界上海拔最高的“西北750KV输变电示范工程”——青海官亭至甘肃兰州东750KV输变电工程,于2005年9月26日正式投入运行。“1000KV交流特高压试验示范工程”——晋东南—南阳—荆门1000KV输电线路工程,于2006年8月19日开工建设。该工程起自晋东南1000KV变电站,经南阳1000KV开关站,止于荆门1000KV变电站,线路路径全长约650.677Km。

此外,还有±500kV高压直流输电线路、±800kV特高压直流输电示范工程。±500kV主要有葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线。向家坝-上海±800kV特高压直流输电示范工程是我国首个特高压直流输电示范工程。工程由我国自主研发、设计、建设和运行,是世界上运行直流电压最高、技术水平最先进的直流输电工程。

线路保护

输电线路的保护有主保护与后备保护之分。

主保护

主保护一般有两种纵差保护和三段式电流保护。而在超高压系统中主要采用高频保护。

后备保护

后备保护主要有距离保护,零序保护,方向保护等。

电压保护和电流保护由于不能满足可靠性和选择性一般不单独使用一般是二者配合使用。且各种保护都配有自动重合闸装置。而保护又有相间和单相之分。如是双回线路则需要考虑方向。

在整定时则需要注意各个保护之间的配合。还要考虑输电线路电容,互感,有无分支线路。和分支变压器,系统运行方式,接地方式,重合闸方式等。

还有一点重要的是在220KV及以上系统的输电线路,由于电压等级高故障主要是单相接地故障,有时可能会出现故障电流小于负荷电流的情况。而且受各种线路参数的影响较大。在配制保护时尤其要充分考虑各种情况和参数的影响。

路径选择

路径选择和勘测是整个线路设计中的关键,方案的合理性对线路的经济、技术指标和施工、运行条件起着重要作用。为了做到既合理的缩短路径长度、降低线路投资又保证线路安全可靠、运行方便,一条线路有时需要徒步往返3~5趟才能确定出最佳方案,所以线路勘测工作是对设计人员业务水平、耐心和责任心的综合考验。

在工程选线阶段,设计人员要根据每项工程的实际情况,对线路沿线地上、地下、在建、拟建的工程设施进行充分资料搜集和调研,进行多路径方案比选,尽可能选择长度短、转角少、交叉跨越少,地形条件较好的方案。综合考虑清赔费用和民事工作,尽可能避开树木、房屋和经济作物种植区。

在勘测工作中做到兼顾杆位的经济合理性和关键杆位设立的可能性(如转角点、交跨点和必须设立杆塔的特殊地点等),个别特殊地段更要反复测量比较,使杆塔位置尽量避开交通困难地区,为组立杆塔和紧线创造较好的施工条件。

杆塔选型

不同的杆塔型式在造价、占地、施工、运输和运行安全等方面均不相同,杆塔工程的费用约占整个工程的30%~40%,合理选择杆塔型式是关键。

输电杆塔

对于新建工程若投资允许一般只选用1~2种直线水泥杆,跨越、耐张和转角尽量选用角钢塔,材料准备简单明了、施工作业方便且提高了线路的安全水平。

对于同塔多回且沿规划路建设的线路,杆塔一般采用占地少的钢管塔,但大的转角塔若采用钢管塔由于结构上的原因极易造成杆顶挠度变形,基础施工费用也会比角钢塔增加一倍,直线塔采用钢管塔,转角塔采用角钢塔的方案比较合理,能够满足环境、投资和安全要求。

针对多条老线路运行十几年后出现对地距离不够造成隐患的情况,在新建线路设计中适当选用较高的杆塔并缩小水平档距可提高导线对地距离。在线路加高工程中设计采用占地小、安装方便的酒杯型(Y型)钢管塔,施工工期可由传统杆塔的3~5天缩短为1天,能够减少施工停电时间。

存在问题

雷击

雷雨季节遭受雷击机会很多。线路遭受雷击有三种情况:

  1. 雷击于线路导线上,产生直击雷过电压;
  2. 雷击避雷线后,反击到输电线上;
  3. 雷击于线路附近或杆塔上,在输电线上产生感应过电压。

无论是直击雷过电压还是感应过电压,都使得导线上产生大量电荷,这些电荷以近于光的速度(每秒30万公里)向导线两边传播,这就是雷电进行波。

直击雷过电压,轻则引起线路绝缘子闪烙,从而引起线路单相接地或跳闸,重则引起绝缘子破裂、击穿、断线等事故,造成线路较长时间的供电中断。雷电进行波顺线路侵入到变电站,威胁电气设备的绝缘,造成避雷器爆炸、主变压器绝缘损坏等事故,直接影响了变电站的安全运行。

覆冰

在低温雨雪天气里,天气寒冷时,由于湿度高,大量水气凝聚在导线表面造成覆冰,容易造成电力系统的冰冻灾害。

覆冰时保杆两侧的张力不平衡,会出现导线断落冲击荷载造成倒杆;结冰的电线遇冷会收缩,风吹引起震荡,电线有时会因不胜重荷而断裂,即使不断舞动时间过长,也会使导线、塔杆、绝缘子和金具等受到不平衡冲击而疲劳损伤。

由覆冰、舞动引起的输电线路倒杆(塔)、断线及跳闸事故会给电力系统的输电线路造成重大的损害,更会威胁到电网的安全稳定运行和供电系统运行的可靠性。

外力破坏

外力破坏电力线路引起的故障越来越多,情况也较复杂,分布面广。

  • 在山区,开山炸石很容易炸伤绝缘子、炸断导线
  • 在线路经过的下方燃烧农作物,火焰和浓烟易导致线路跳闸
  • 在线路保护区内施工的大型吊车、挖掘机有时会碰断导线,撞坏塔杆等
  • 还有些不法分子受到经济利益的驱使盗窃塔材、拉线等电力设施
  • 以及在输电线路下钓鱼、违章施工等
目录
1.
简介
2.
组成
3.
优点
4.
电压等级
5.
线路保护
6.
路径选择
7.
杆塔选型
8.
存在问题
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