在电网中,从发电厂用电的的电力线都算广义的输电线路。线路可分为架空线路和电缆线路。其中架空线路由显眼的杆塔和悬在空中的导线组成,暴露在空气中。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,看起来也比较吓人。
一、架空线路的组成
架空线路最直观的认识,如上图所示就是:杆塔+导线。
往细的讲两者还可以分为很多个的部件,有导线、杆塔、绝缘子、横担、金具、拉线和基础等,参见下图:
架空线路因为只是传输,功能较单一,且因在户外恶劣环境,结构越简单可靠越好。为了便于分类学习,我们把杆塔上及安装在其上的组件算为“杆塔类”,把导线及在线路中间悬挂的组件算“导线类”。
二、杆塔1.杆塔本体:架空线路的杆塔用以支撑导线及其组件,以使导线之间、导线与避雷线、导线与地面及交叉跨越物之间保持一定的安全距离,因此电压越高,塔的高度越高,占地面积越大。
按材质有钢筋混凝土杆、木杆和铁塔、铝合金杆之分。木结构杆塔因强度低、寿命短、维护不便,并且受木材资源限制,在中国已经被淘汰。水泥杆经久耐用,不受气候影响,不易腐蚀,维护简单,应用最为广泛,但重量大,安装难是缺点,随着经济上升,钢铁金属结构杆越来越多,特别是高压输电网,基本都是铁塔。
杆塔横担:是杆塔中重要的组成部分,它的作用是用来安装绝缘子及金具,以支承导线、避雷线,并使之按规定保持一定的安全距离。
塔窗:两横担与塔身之间构成的空气间隙,在杆塔设计时利用间隙圆方法确定的安全距离。
呼称高:又叫呼高,指铁塔最下层导线横担下平面至杆塔中心桩施工基面(最长腿的底脚板或基础顶面)的垂直距离。
2.杆塔的种类:作为输电线路中主力支撑的大家伙,杆塔按其功能,可分为直线杆塔、耐张杆塔、分歧杆塔、转角杆塔、跨越杆塔和换位杆塔。
直线杆塔:在正常情况下,直线杆塔能承受线路侧面的风力,但不承受线路方向的拉力。直线杆占电杆数的80%以上。
特点:位于线路的直线段上,仅作支持导线。绝缘子及金具用。不承受顺线路方向的导线的拉力。机械强度要求不高,造价低。
直线杆塔耐张杆塔:耐张杆塔位于线路直线段上的几个直线杆之间。这种电杆在断线事故或假设线时紧线的情况下,能承受一侧导线的拉力。其杆顶结构要比直线杆的杆顶结构复杂的多,两个耐张杆之间的距离叫耐张段,一般为1~2km。
作用:起到将线路分段和控制事故范围的作用,同时给在施工中分段进行紧线带来很多方便。
耐张杆塔转角杆塔:转角杆塔位于线路改变方向的地方。这种电杆可能是耐张型的,也可能是直线型的。转角杆塔除承受导线等的垂直荷载和风压力外,还承受导线的转角合力,合力的大小决定于转角的大小和导线的张力。
由于转角杆塔两侧导线拉力不在一条直线上,一般用拉线来平衡转角处的不平衡张力。
转角杆塔终端杆塔:终端杆塔位于导线的首端和终端,也就是发电厂或是变电站出来的第一基杆塔,或线路最末端的都是终端杆塔。它是一种能承受单侧导线等的垂直荷载和风压力,以及单侧导线张力的杆塔。
终端杆塔跨越杆塔:跨越杆塔位于线路跨越铁路、公路、河流等处,是高大、加强的耐张型杆塔。
跨越杆塔分支杆塔:分支杆塔位于线路的分支处。这种电杆在主线路方向上有直线型与耐张型两种,在分路方向则为耐张型。
分支杆塔杆塔基础:架空电力线路杆塔的地下装置统称为杆塔基础。基础用于稳定杆塔,使杆塔不致因承受垂直荷载、水平荷载、事故断线张力和外力作用而上拔、下沉或倾倒。
较小的水泥杆:基础相对铁搭较为简单的,采用底盘、卡盘、拉线盘,即“三盘”。“三盘”通常用钢筋混凝土预制而成,也可采用天然石料制作。
底盘:用于减少杆根底部地基承受的下压力,防止电杆下沉。
卡盘:用于增加杆塔的抗倾覆力,防止电杆倾斜。
拉线盘:用于增加拉线的抗拔力,防止拉线上拔。
铁塔基础:杆塔有的高达百米,要承担数公里的线路的拉力和重力,牢固的基础非常重要,要挖深地基,钢筋混凝土加固,多桩支撑,工程量堪比给楼打地基。
超高压铁塔的超大地基三、杆塔附属物绝缘子:绝缘子是一种隔电部件,其用途是使导线与导线之间以及导线与大地之间绝缘,支持、悬吊导线,并固定于杆塔的横担之上。故绝缘子应具有良好的绝缘性能和机械强度,并能承受各种气象条件的变化而不破裂。
金具:架空线路的金具主要用于固定导线和横担,包括线夹、横担支撑、抱箍、垫铁、连接金具等金属器件。金具按照性能和用途分类,一般可分为支持、紧固、连接、连续、保护和拉线等。
支持金具:支持金具用于将导线固定在直线杆塔的绝缘子串上,或将避雷线悬挂在直线杆塔上,也可用于在换位杆塔上支持换位导线以及耐张转角杆塔跳线的固定。
XGU-1、2、、4型
悬垂线夹紧固金具:紧固金具主要是指耐张线夹,用在耐张、转角、终端杆塔的绝缘子串上固定导线和避雷线。
耐张线夹连接金具:连接金具的作用是将悬式绝缘子组装成串,并将一串或数串绝缘子串连接,悬挂在杆塔横担上。联结金具分为专用联结金具和通用联结金具两类:
专用联结金具:是直接用来联结绝缘子的,其连接部位的结构尺寸与绝缘子相配合。
通用连接金具:用于将绝缘子组成两串、三串或更多串数,并将绝缘子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。
普通连接金具保护金具:保护金具的作用主要是保护架空送电线路的电气和机械部分不受损害。分电气和机械两大类:
机械类保护金具:是为了防止导线、避雷线因受震动而造成断股。
电气类保护金具:是为了防止绝缘子因电压分布不均匀而过早损坏。
拉线金具:拉线金具的作用主要是固定拉线杆塔,包括从杆塔顶端引至地面拉线之间所有的零件。
可变抱箍、UT型线夹、开体花兰与圆头花兰
避雷器
接地系统:把线路上避雷器、铁塔、地线等导入大地的相关设施,主要功能就是当铁塔、地线等这些本不应该带电的设备带电时,将它们所带的电流导入大地的设施。
防振装置:架空线路上电线受风的作用经常出现的是均匀低风速下的微风振动,为了避免这种振动造成的损害,就有了防振锤。当导、地线发生微风振动时,悬挂在线缆上的防振锤随着线缆的运行而振动,使得防振锤钢绞线股间相互摩擦,将传递至防振锤上的振动能量转化钢绞线股间的摩擦热能而耗散掉,从而有效抑制线缆的微风振动。
驱鸟装置
警示牌/型式牌
拉线
杆上设备:配电杆塔上有变压器、断路器、熔断器等一次设备,不视为杆塔的一部分。然后有像监控摄像头、巡检机器人、覆冰、山火、风摇等各类监测装置,装在杆上但也不算杆塔的一部分。
四、导线及附属物导线本体:架空导线架设在空中,要承受自重、风压、冰雪荷载等机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀,同时还受温度变化的影响,运行条件比较恶劣。
圆线同心绞架空导线架空线路应广泛采用钢芯铝绞线或铝绞线,其导线的界面应该要满足最大的负荷需求。所以,高压架空线的铝绞线截面不得小于50平方毫米,芯铝绞线截面不小于5平方毫米;空线截面不16平方毫米。
除此之外,截面的选择还应满足电压损失不大于额定电压的5%(高压架空线)、或2%~(对视觉要求较高的照明线路),并应满足一定的机械强度。
导线的种类:导线按结构可分为单股导线、多股绞线和复合材料多股绞线及绝缘导线四大类。架空电力线路一般都采用多股裸导线,但近几年来城区内的10kV架空配电线路逐步改用架空绝缘导线。其优点较多,线路故障明显降低,一定程度上解决了线路与树木间的矛盾,降低了维护工作量,线路的安全可靠性明显提高。
导线分裂:与我们通常认为的ABC相根电缆不一样,高压线路为抑制电晕放电和减少线路电抗为采取“导线分裂”传输。分裂导线不同于常规导线,它是由三根或四根单芯导线经过某种工艺制造在一起的一种可分裂的导线,或者称导线束。这种分裂导线不仅仅是形式上与常规导线不同,由于分裂导线可使导线周围磁场分布改变,从而等效地增大了导线半径,减小了导线电抗;同时也改变了导线周围的电场分布,使导线的电纳也相应增大。
间隔棒:间隔棒一般安装在档距中间,相隔50~60m安装一个。二分裂、四分裂、六分裂、八分裂导线的间隔棒,分裂导线安装间隔棒后与无间隔棒的振动振幅比较,二分裂导线减小50%,四分裂导线减小87%,90%。
避雷线:避雷线装设在导线上方,且直接接地,作为防雷保护之用,以减少雷击导线的机会,提高线路的耐雷水平,降低雷击跳闸率,保证线路安全送电。
架空线路距离长,且暴露旷野之中,遭受雷击的机会较多,会根据网路的电压等级、负荷的重要性,以及所经地段雷电日的多少和投资情况,沿全线或仅在变电所进、出线段装设避雷线。多拉这根钱要多花钱,所以只会在高压线路上装。