输电线路基本知识

输电线路基本知识

第一节概述

1 电能

电能是能量的一种表现形式。

电能的优点

可简便地转换为另一种形式的能量。

可经过高压输电线路长距离输送，供远方用电。

现代化的大型电厂距负荷中心很远，需要把电厂（站）和负荷中心连接起来，产生了承担这一任务的高压、超高压和特高压输电线路。

2 电力系统组成

电力系统主要由五部分组成，即发电厂的发电机与升压变电所、输电线路、降压变电所、配电系统和用户。

电力网（或称电网）包括变电所和各种不同电压等级的输电线路。

35～220 kV的线路称为高压输电线路

330～750kV的线路称为超高压输电线路

±800kV和1000kV的线路称为特高压输电线路

3 电网

地区电网――110kV～220 kV输电线路及变电站

区域电网――220 kV～500 kV输电线路及变电站

跨省大电网――330 kV～750 kV输电线路及变电站

全国各个大电网尽可能连起来，大电能的输送――±800 kV直流和1000kV 交流

第二节输电线路的分类、组成

1 输电线路的分类

1) 按结构（架设方法）分类

架空输电线路和电缆线路

2) 按输电电压分类

低压配电线路、高压配电线路、高压输电线路、超高压输电线路、特高压输电线路

3) 按电流性质分类

交流输电线路和直流输电线路

2 架空输电线路组成

架空输电线路主要由基础、杆塔、拉线、导线、避雷线（光缆）、绝缘子、金具以及接地装置。

1）基础

杆塔的地下部分的总体统称基础，它是输电线路的重要组成部分，一般基础投资占本体投资的15％～30%，工期占施工总工期的30%～50%。

钢筋混泥土杆基础有地下部分电杆和三盘（底盘、卡盘和拉线盘）。

钢管杆基础有钢管桩基础、钢筋混凝土基础和联合桩基础。

铁塔基础有大块混凝土基础、钢筋混凝土基础、主角钢插入式基础、掏挖式基础、岩石基础、金属基础、机扩基础、爆扩桩基础、灌注桩基础、联合桩基础、圆柱固结式基础、人字形基础、联合基础。

2)杆塔

杆塔按其作用及受力分为承力杆塔和直线杆塔二种。

承力杆塔又分为耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、分支杆塔及耐张换位杆塔五种，在正常情况下均承受具有各自特点的力的作用，在断线时都能承受断线拉力。

直线杆塔也有普通直线杆塔、直线小转角直线杆塔、换位直线杆塔及跨越直线杆塔四种，用于线路直线段上，支持导线垂直和水平荷载。

3) 导线

导线是架空输电线路主要组成部分，其作用是传导电能。

导线必须具有良好的导电性能。

导线由铝、钢、铜等材料制成，也可使用铝合金。它们具有导电率高，耐热性能好，机械强度高，耐振、耐腐蚀性能强，质量轻等特点。

常用的导线有铝绞线、钢芯铝绞线、铝合金线、铝包钢绞线、硬铜线等，现在也有碳纤维、陶瓷等大容量耐热导线。

在高压输电线路中还经常采用分裂导线。一般线路采用一根导线，所谓分裂导线指每相采用相同截面、相同型号的两根或两根以上导线。采用分裂导线可提高线路的输送容量、减少电晕损耗和对无线电等的干扰。

分裂导线有双分裂导线、三分裂导线、四分裂导线、六分裂导线和八分裂导线。分裂导线具有表面电位梯度小、临界电晕电压高的特性外，还有单位电抗小；单位导纳大；用普通标号导线组成，制造较方便；安装间隔棒可减少导线振动。

4)避雷线（架空地线、光缆）

输电线路中，除了输送电能的导线外，还有防止雷击导线而在杆塔顶上架设的架空地线，称避雷线。

现在在架空地线中通以通讯用的光纤（OPGW）,作为变电站之间的通讯和继电保护用，这种架空地线称为光纤复合架空地线。

5）绝缘子

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电气绝缘强度。

绝缘子分类：

按连接方式分类：悬式绝缘子主要有球型和槽型二种。

按绝缘子介质分类：钢化玻璃悬式绝缘子、瓷质悬式绝缘子、半导体釉悬式绝缘子、合成绝缘子和棒悬式绝缘子。

按承载能力大小分类：分为40、60、70、100、160、210kN和300kN七个等级。

绝缘子串

绝缘子串的组装形式分为悬式绝缘子、和耐张绝缘子两类。

悬式绝缘子有单串、双串、V形串

耐张绝缘子有单串、双串、三串、四串。

6）线路金具

通常把输电线路使用的金属部件总称为金具，主要用于支持、固定、连接导线及绝缘子连接成串，也用于保护导线和绝缘体。它可以把导线连接在绝缘子串上，也可以把绝缘子串固定在杆塔横担上，还可以防止导线的振动。

按金具的性能和用途可分为线夹、连接金具、接续金具、保护金具和拉线金具五大类。

线夹有悬垂线夹和耐张线夹两类。

悬垂线夹用于将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子上，或将避雷线悬挂在直线杆塔上，悬垂线夹承受导线（或避雷线）垂直方向和顺线方向的荷载，要求悬垂线夹对导线（或避雷线）应有一定的握力。

耐张线夹用于将导线固定在耐张杆塔的耐张绝缘子串上，以及将避雷线固定在承力杆塔上。线夹必须有足够的机械强度，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。

连接金具主要用于绝缘子串与杆塔和导线线夹的连接，分为专用连接金具（如球头挂环和碗头挂板）和普通连接金具（如直角挂板、U形挂环、二联板）两大类。

接续金具用于连接导线及避雷线终端接续，接续非直线杆塔的跳线及补修损伤断股的导线或避雷线。架空线路常用的接续金具有钳压管、压接管、补修管、并沟线夹及跳线夹等。

保护金具分为机械和电气两大类。

线路上常用的保护金具有防振锤、护线条、间隔棒、均压环、屏蔽环等。

拉线金具主要用于拉线杆塔拉线的紧固、调整和连接，包括从杆塔顶端引至地面拉线之间的所有零件，根据使用条件，可分为紧线、调节及连接三类。

线路上常用的拉线金具有锲形线夹、UT型、拉线用U形环、钢线卡子等。

第三节架空输电线路的运行环境及要求

1 能耐受沿线恶劣气象的考验

架空输电线路设计气象条件三要素：风速、覆冰厚度和气温。

我国各主要地区组合后的气象条件归纳为九个典型气象区，设计时结合本地区实际气象条件与典型气象区相比较，采用其中最接近的某一典型气象区数值。

2 合理的选择导线的型式、截面和应力

1) 导线型式

钢芯铝绞线的结构形式是在镀锌钢绞线的外层再扭绞若干层铝绞线。由于交流电的集肤效应，电流大部分集中在导线外层通过，导线的中心基本不通过电流，所以钢芯铝绞线外层采用导电性能好的铝，内层采用机械强度高的钢，从而充分利用了两种材料的优点。

导线的机械物理特性主要是导线瞬时破坏应力、导线弹性系数、热膨胀系数和导线的质量。

导线瞬时破坏应力

对导线作拉伸试验，将测得的瞬时拉断力除以导线的截面积，即为瞬时破坏应力。

导线弹性系数

指在弹性限度内，导线受拉力作用时，其应力与相对变形的比值。

热膨胀系数

导线温度每升高1℃引起的相对的变形，称为导线的热膨胀系数。

导线的质量

常以每千米导线的质量值表示，单位为kg/km。

2）导线截面选择的要求

导线是用于传输电能的导体，导线截面的大小直接影响到线路运行的经济性，因此输电线路导线截面选择必须满足：

线路年运行费低，符合总得经济利益。

导线在运行中的温度不应超过其最高允许温度。

所选定的导线截面必须大于按机械强度所要求的最小截面。

3 必须满足电气间隙和防雷要求

4 能承受各种气象条件的荷载作用

第四节导线应力弧垂

1、导线的比载

在进行导线受力分析时，首先须明确作用在导线上的荷载，作用在导线上的荷载有导线的自重、导线复冰重和导线所受垂直于线路方向的水平风压，用符号“g”表示。

在导线的应力弧垂分析中，常用的比载有垂直、水平、综合比载三类。

1）垂直比载

自重比载（g1）：导线自重比载即导线自身重力引起的比载。

冰重比载（g2）：当导线上复有冰层时，其冰筒重力由导线来承受。将1m长导线上的复冰荷载折算到每平方毫米导线截面积上的数值。

复冰时垂直总比载（g3）：自重比载和冰重比载之和。

2）水平比载

水平比载是由导线受垂直于线路方向的水平风压引起的比载。有无冰时导线风压比载（g4）和复冰时的风压比载（g5）

3）综合比载

在有风气象条件下，作用在导线上的荷载有垂直方向的自重、冰重比载和水平方向的风压比载，因此导线的综合比载为这两个方向的比载的几何和。

无冰有风时的综合比载（g6）

有冰有风时的综合比载（g7）

特别需要注意，上述比载有7种，再使用时应根据计算气象条件和计算目的正确选用相应的比载。

2、导线应力概念

导线单位横截面积上的内力称为导线应力。

悬挂于两基杆塔之间的一档导线，在导线自重、冰重、风压等荷载作用下，任一横截面上均有一内力存在。导线应力是指导线单位横截面积上的内力。因导线上作用的荷载是沿导线长度均匀分布的，所以一档导线中各点的应力是不相等的，且导线上某点应力的方向与导线悬挂曲线该点的切线方向相同。从而可知，一档导线中其导线最低点应力的方向是水平的。

所以，在导线应力、弧垂分析中，除特别指明者外，导线应力都指档中导线最低点的水平应力，常用σ0表示。

导线机械强度允许的最大应力称为最大允许应力，用〔σmax〕表示。架空送电线路设计技术规程规定，导线和避雷线的设计安全系数不应小于2.5。

3、弧垂与应力的关系

导线弧垂的一般定义是指导线悬挂曲线上任意一点至两側悬挂点连线的垂直距离。

f x =

g l2 / 8σ0

导线弧垂与应力成反比，与档距平方成正比，即应力越大，弧垂越小；档距越大，弧垂越大。当悬点等高时，档中最大弧垂发生在档距中点，即导线最低点。

4、线长与应力的关系

线长增量ΔL与导线应力σ0的平方成反比。从而可知，在一定档距l时，线长发生变化，而应力将随线长增量成平方倍变化，弧垂也成平方倍变化。因此，在施工紧线过程中，当导线浮空，弧垂将达到设计值时，应放慢牵引速度。

在运行、维护过程中，常用绝缘绳或其他方法直接测出导线与被交叉跨越物间相同的垂直距离。但测量时往往并非最大弧垂气象条件，所以需将测得的垂直距离换算到最大弧垂气象条件时的垂直距离，然后进行校验。

第五节水平档距和垂直档距

1、水平档距和水平荷载

某杆塔的水平档距就是该两侧档距之和的算术平均值。水平档距是用来计算导线传递给杆塔水平荷载的。

2、垂直档距和垂直荷载

垂直档距就是塔两侧导线最低点之间的水平距离。

是随气象条件变化的，所以对同一悬点，所受垂直力大小是变化的，甚至可能在某一气象条件下收下压力作用，当气象条件变化后，在另一气象条件下则受上拔力作用。

3、杆塔的上拔校验

在实际工程中，有的杆塔垂直档距或某侧垂直档距分量可能出现负值。对于直线杆塔，如垂直档距为负值，悬点受上拔力作用，将使横担承受向上的弯曲力矩，从而影响横担的机械强度和稳定；同时，由于导线上拔，使悬垂绝缘子串的风偏角增大，造成导线对杆塔的空气间隙不足，危及安全运行。对耐张杆塔，如某侧垂直档距分量为负值，且其上拔力足以使耐张绝缘子串上翘时，将引起绝缘子瓷裙积水、积雪和积污，从而降低绝缘子强度。因此，必须对杆塔进行上拔校

验，以便采取相应措施。

4、导线的状态方程式

悬挂于两悬挂点间的一档导线，当气象发生变化，即导线上作用的荷载或环境气温发生变化时，其悬挂中的导线线长也随之变化，进而引起导线的应力、弧垂发生相应的变化。为保证导线在施工与运行中的安全可靠性，就必须掌握这种导线应力随气象条件变化导线的状态方程，就是这一规律的数学表达式，在已知一种气象条件及应力时，应用状态方程式就可以求另一种气象条件下的应力。

5、导线应力计算控制条件

对一确定的耐张段，影响导线应力大小的因素主要为气温和荷载（比载）。因此可能出现最大应力的气象条件有最低气温、最大覆冰和最大风速。综上所述，导线应力计算的控制条件有如下四种：最大使用应力和最低气温、最大使用应力和最大覆冰、最大使用应力和最大风速以及年平均运行应力和年平均气温。

6、代表档距

一般情况下，耐张段中各档导线在一种气象条件下的水平张力（水平应力）总是相等或基本相等的，这个相等的水平应力可称为该耐张段内导线的代表应力，而这个代表应力所对应的档距就称为该耐张段的代表档距。

7、临界档距

当代表档距由零逐渐增大，在代表档距较小时，导线应力主要受气温的影响，最低气温将是应力控制的气象条件；当代表档距不断增大，应力受气温的影响的程度逐渐减少，而受比载影响的程度逐渐增大；当代表档距很大时，应力完全由比载决定，而与气温无关，最大比载所对应的气象条件将是应力控制气象条件。由此，进而可以推想，在这个变化过程中，必然存在这样一个代表档距，即在此代表档距时，最大比载和最低气温两种气象条件的导线应力分别等于各自的控制应力。这个代表档距即为两种控制条件之间的临界档距。

8、最大垂直弧垂

最大垂直弧垂可能在最高气温或最大垂直比载（覆冰无风）气象条件时出现。对于一确定的耐张段，其最大垂直弧垂气象条件必为其中之一。

第六节输电线路施工图

输电线路施工图是各项设计原则和设计思想的具体体现，是从事输电线路施工的依据，也是从事输电线路运行和检修的重要文件。

一般来说输电线路施工图有以下六部分：

1 总体部分

线路路径图、杆塔一览图及使用条件一览表（包括基础）、线路杆塔明细表、线路平断面图、线路换位图（包括相位图）、与通讯关系平行关系图等。

2 导线部分（机电施工图）

导线、避雷线机械特性曲线图、安装曲线图、特殊耐张段安装表、跳线安装表、间隔棒安装表。

3 杆塔部分

杆塔加工图和组装图（按各种不同的塔型分别出卷册图）

4 基础部分

基础施工图和组装图（各种不同的塔型分别出施工图或组装图）

5 绝缘子、金具部分

输电线路绝缘子、金具、附件的组装图，如悬垂绝缘子串组装图、耐张垂绝缘子串组装图、跳线安装图、间隔棒安装图、防振锤安装图等。

6 接地部分

由于输电线路杆塔形式不同，经过地区土壤电阻率不同，接地装置的形式也将不同。设计部门根据具体情况，选择了相应的接地型号，并提出了相应的安装要求。

第七节架空输电线路施工的工艺流程

1 输电线路施工

分为准备工作、施工安装和启动验收三大部分

输电线路工艺流程

分为现场调查、备料加工、复测分坑、基础施工、材料运输、杆塔组立、导地线架设、接地装置装设、线路防盗、分项工程检查、竣工验收和资料移交等12个环节。

2 架空电力线路施工工程类别划分

一条线路或一个标段的架空电力线路工程定为一个单位工程；每个单位工程分为若干个分部工程；每个分部工程分为若干个分项工程；每个分项工程又分为若干相同单元工程。

输电线路单位工程分为土石方工程、基础工程、杆塔工程、架线工程、接地工程、线路防护设施六个分部工程。

3检查（检验）项目分类原则

检查（检验）项目分为：关键项目、重要项目、一般项目与外观项目。

施工质量评定标准是按单元工程、分项工程、分部工程、单位工程制定的，均分为优良、合格与不合格三个等级。

3 不合格项目处理及处理合格后的质量评定

1）凡不合格的工程项目在竣工验收前已经发现即自行处理者，仍按按评级标准参加评定。

2）凡关键项目、重要项目在竣工验收中发现有不合格的工程项目者，一次修复达优良者仍可评为优良级，否则不得评为优良级。

3）凡不合格项目，经设计者研究同意且业主认可，可降低要求或加固处理者，仍可准予合格，但该项目不得评为优良级。

4）凡经有关方面共同鉴定，确定非施工原因造成的质量缺陷，若经修改设计或更换不合格设备、材料后，仍可参加正常评级。