《架空输电线路设计讲座》章详解

架空输电线路设计讲座三峡大学：孟遂民2011.7一、输电线路在电力系统中的地位1.电力生产过程第一章输电线路基本知识电力系统电力网电力线路发电厂开关站（变电站）变电站用电设备配电线路输电线路2.电力系统、电力网N个二、架空输电线路的组成导线地线绝缘子（串）线路金具杆塔和拉线基础架空输电线路传导电流，输送电能又称避雷线。防止雷电直击导线，同时在雷击杆塔时起分流作用，对导线起耦合和屏蔽作用，降低导线上的感应过电压用来支持或悬挂导线和地线，保证导线与杆塔间不发生闪络，保证地线与杆塔间的绝缘输电线路所用金属部件（除杆塔螺栓外）的总称杆塔：钢筋混凝土杆和铁塔的总称。作用：支持导线、地线及其它附件；相导线以及地线之间彼此保持一定的安全距离；导线对地面、交叉跨越物或其他建筑物等具有允许的安全距离拉线：平衡杆塔的横向荷载和导线张力，减少杆塔根部的弯矩支承杆塔，传递杆塔所受荷载至大地导泄雷电流入地，保证线路具有一定耐雷水平接地装置1、导线和地线导线和地线通称架空线（1）常用架空线：铝绞线、镀锌钢绞线、钢芯铝绞线、分裂导线。基本都是多股线丝的绞合线。（2）最常用钢芯铝绞线。原因：1）交流电的集肤效应，四周电阻率较小的铝部截面主要起载流作用，既有较高的导电率；2）机械荷载则主要由芯部的钢线承受，又有较好的机械强度。(3)分裂导线的特点:我国220kV和330kV线路多用二分裂导线，500kV线路多用四分裂导线结构：使用普通型号的导线，安装间隔棒保持其间隔和形状。优点：其表面电位梯度小，临界电晕电压高，单位电抗小，导纳大，且无需专门制造。（3）常用架空线的型号、规格①《圆线同心绞架空导线（GB/T1179－1999）》：型号、规格号、绞合结构及本标准编号表示。JL/G1B−500−45/7GB/T1179－1999表示由45根硬铝线和7根B级镀层普通强度镀锌钢线绞制成的钢芯铝绞线，硬铝线的截面积为500mm2，查得镀锌钢线的截面积为34.6rnm2。JGlA−40−19GB/T1179－1999表示由19根A级镀层普通强度镀锌钢线绞制成的镀锌钢绞线，相当于40mm2硬铝线的导电性，查得钢线的面积为27l.1mm2。型号第一个字母均用J，表示同心绞合。单一导线在J后面为组成导线的单线代号，组合导线在J后面为外层线（或外包线）和内层线（或线芯）的代号：二者用“/”分开；在代号后可用字母F表示采用涂防腐油结构。规格号：表示相当于硬拉圆铝线的导电截面积，单位为mm2。绞合结构用构成导线的单线根数表示：单一导线直接用单线根数，组合导线采用前面为外层线根数，后面为内层线根数，中间用“/”分开。绞线常用的单线有：硬铝线（L）、高强度铝合金线（LHA1、LHA2）、镀锌钢线（G1A、G1B、G2A、G2B、G3A，其中1、2、3分别表示普通强度、高强度、特高强度镀锌钢线，A、B表示镀层厚度普通、加厚）、铝包钢线（LB1A、LB2B、LB2）。②在《镀锌钢绞线（YB/T5004−2001）》的标准中：钢绞线按断面结构分为13、17、119、137四种；按公称抗拉强度分为1270MPa、1370MPa、1470MPa和1570MPa四级；按钢丝锌层级别分为特A、A、B三级。例如：结构17、直径6.0mm、抗拉强度1370MPa、A级锌层的钢绞线标记为：17−6.0−1370−A−YB/T5004−2001。③《铝绞线、钢芯铝铰线的规格和性能GB1179-83》：由材料、结构和标称载流面积三部分组成。材料和结构以汉语拼音的第一个字母大写表示，载流面积以平方毫米数表示。LGJ-300/50GB1179-83标称截面铝300mm2、钢50mm2的钢芯铝铰线；LJ-120GB1179-83标称截面为120mm2的铝绞线；LGJF-150/25GB1179-83标称截面铝150mm2、钢25mm2的防腐型钢芯铝绞线。《铝合金绞线、钢芯铝合金绞线GB9329−88》：LHAJ-400GB9329-88标称截面为400mm2的热处理铝镁硅合金绞线；LHBGJ-400/50标称截面为铝合金400mm2、钢50mm2的钢芯热处理铝镁硅稀土合金绞线。材料和结构以汉语拼音的第一个字母大写铝钢截面比正常型钢芯铝绞线铝部截面积在GB1179−74中，按铝钢截面比的不同，将钢芯铝绞线分为正常型（LGJ）、加强型（LGJJ）和轻型（LGJQ）三种。型号后的数字仅表示铝部的标称截面。如：LGJ−185GB1179−74（4）导线截面的选择原则：导线截面的选择应从其电气性能和机械性能两方面考虑，保证安全经济地输送电能。大跨越的导线截面宜按允许载流量选择，并应通过技术经济比较确定。按经济电流密度初选导线截面再按允许电压损失、发热、电晕等条件校验方法：（5）地线的选择地线架设的一般规定①是否架设。②长度及单、双。35kV输电线路，不宜沿全线架设地线。110kV输电线路，宜沿全线架设地线，但年平均雷暴日数不超过15或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线。在年平均雷暴日数超过15地区的220kV～330kV输电线路，应沿全线架设地线，山区宜采用双地线。500kV输电线路应沿全线架设双地线。③保护角。500kV输电线路宜采用10～15，330kV线路及220kV双地线线路宜采用20左右，山区110kV单地线线路宜采用25左右。两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。④在档距中央，在气温+15℃、无风的气象条件下，导线与地线之间的距离D≥0.012l+1（m）档距，m地线的选择地线常用镀锌钢绞线、钢芯铝绞线、OPGW型复合光纤以及铝合金绞线、钢芯铝包钢绞线、铝包钢绞线等。分为：一般地线、绝缘地线、屏蔽地线和复合光纤地线四种。表1−5地线采用镀锌钢绞线时与导线的配合导线型号LGJ−185/30及以下LGJ−185/45～LGJ−400/50LGJ−400/65及以上镀锌钢绞线最小标称截面(mm2)3550702、绝缘子和绝缘子串常用绝缘子悬式绝缘子重要性能指标：击穿电压、爬电距离（泄露距离）、机电破坏负荷，见表1-6。型号公称高度（mm）公称盘径（mm）爬电距离（mm）工频电压有效值(kV)不小于雷电全波冲击耐受电压峰值(kV)不小于机电破坏负荷(kN)1分钟湿耐受击穿XP−70，LXP−701462552954011010070XP−100，LXP−10014625529540110100100XP−120，LXP−12014625529540110100120XP1−160，LXP1−16014625530540110100160XP−210，LXP−21017028033542120105210XP−300，LXP−30019532037045120110300XWP−701462554004512012070XWP−10016028045045120120100XWP−12016028045045120120120XWP−16015530040050120130160XHP−21017030047050120130210XHP−30019532046050120140300LXZP−16017032054565130140160LXZP−21017032054565130140210LXZP−30019540063570140150300LXQP−12014025530545120100210XDP−70CXDP−70CN20016016030110可调间隙：10～30mm间隙20mm时工频放电电压：8～3070XDP−100CXDP−100CN21017017030110可调间隙：10～30mm间隙20mm时工频放电电压：8～30100绝缘子串：悬垂串、耐张串。悬垂串的受力特点：在线路正常运行时，主要承受垂直线路方向荷载；在断线时，还要承受断线拉力。绝缘子选择：2个方面：绝缘（片数）；机电强度（型号）。eaUnh爬电比距，cm/kV。按高压架空线路污秽分级标准选取每联绝缘子的片数额定电压单个绝缘子的爬电距离悬垂串的片数：爬电比距：单位工作电压所要求的爬电距离，cm/kV。按表1−9选取。一般地区：每一悬垂串的绝缘子片数为标称电压(kV)110220330500单片绝缘子的高度(mm)146146146155绝缘子片数(片)7131725表1-10操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串的最少片数海拔高度1000m～3500m的地区：悬垂串的绝缘子数量按式下式计算10.1(1)nnH高杆塔：对于全高超过40m有地线的杆塔，高度每增加10m，应比表1-10的数量增加一个绝缘子;全高100m以上的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验并结合操作过电压和雷电过电压的计算确定。污秽地区：线路通过空气污秽地区时，宜采用防污绝缘子，也可增加普通绝缘子的个数，其泄漏比距应按表1-9选取。海拔高度，km一般地区的绝缘子数量高海拔地区的绝缘子数量耐张串的受力特点：耐张串除承受垂直线路方向的荷载外，主要承受正常和断线情况下顺线路方向的不平衡张力。耐张串的片数：110～330kV多一片，500kV多二片。但悬垂串的绝缘子数量已超过表1-9的规定值时，耐张串绝缘子的数量可不再增加。绝缘子串的安全系数和联数（1）安全系数：不应小于表1−11所列数值。瓷质盘形绝缘子尚应满足正常运行情况、常年荷载状态下安全系数不小于4.5。常年荷载是指年平均气温下绝缘子所受的荷载。[]JJTTk绝缘子的额定机电破坏负荷绝缘子的机械强度安全系数情况针式盘形瓷横担金具最大使用荷载2.52.73.03.0断线—1.82.01.8断联—1.5—1.5表1-11绝缘子和金具机械强度的最低安全系数(2)最大使用荷载：在常年、断线、断联情况下，绝缘子的相应最大使用荷载[TJ]，可按下式计算：（3）联数①机械强度不足时，怎么办？换用大吨位绝缘子。采取双联和多联解决。所需绝缘子的联数可根据其所受最大荷载确定，即：[]JGNT绝缘子的联数绝缘子承受的最大荷载双联及以上的多联绝缘子串应验算断一联后的机械强度。②在重要跨越处：如铁路、高等级公路和高速公路、通航河流以及人口密集地区，悬垂串宜采用独立挂点的双联悬垂绝缘子串结构。（一）线夹作用：握持架空线。它应具有足够的强度和握持力，合理的线槽形状，较小的电磁损失，并能较好地适应架空线的振动。悬垂线夹：在直线杆塔上，与悬垂绝缘子串相配合使用。耐张线夹：在耐张杆塔上，与耐张绝缘子串相配合使用。跳线线夹：接续跳线用的，主要是并沟线夹和压缩跳线线夹，归属接续金具。3、常用金具线路金具是输电线路所用金属部件（除杆塔螺栓外）的总称。线路金具种类繁多，用途各异。常用的有线夹、接续金具、连接金具、保护金具以及拉线金具等。（1）悬垂线夹悬垂线夹根据可转动点位置不同，分为如下图示中心回转型（a）、提包型(b)、上扛型(c)三类。（2）耐张线夹常用的耐张线夹有螺栓型、压接型和螺旋型几种，如下图所示：（3）接续金具电线的制造长度是有限的，架线时需要用接续金具连接起来。常用的接续金具是压接管和跳线线夹，架空线的修补管也归于此类。（4）连接金具连接金具主要用于绝缘子串与杆塔和线夹的连接。可分为八大类：球头和碗头、直角和平行挂板、延长环和环板、U型挂板和U型拉板、U形环、U形螺丝、联板、调整板等，如图所示（5）保护金具保护金具主要有保护架空线的防振锤、阻尼线、护线条，保持子导线间距的间隔棒，绝缘子串的电气保护金具均压屏蔽环，以及重锤等。防振锤用于抑制架空输电线路上的微风振动，保护线夹出口处的架空线不疲劳破坏。间隔棒用于维持分裂导线的间距，防止子导线之间的鞭击，抑制次档距振荡，抑制微风振动。间隔棒有刚性和阻尼式两大类。均压屏蔽金具属电气保护金具，用来控制绝缘子和其它金具上的电晕和闪络的发生。常用的有均压环和屏蔽环等。（6）拉线金具拉线金具包括从杆塔顶端至地面拉线基础的出土环之间的所有零件（拉线除外），主要用于拉线的紧固、调节和连接。常用拉线金具如图所示。杆塔分为电杆和铁塔两大类（1）电杆：分