一電力系統(tǒng)的組成和輸電線路的分類

1、一電力系統(tǒng)的組成和輸電線路的分類（一）電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)主要由五部分組成，即發(fā)電廠的發(fā)電機與升壓變電所、輸電線路、降壓變電所、配電系統(tǒng)和用戶。發(fā)電廠的發(fā)電機發(fā)出的電能，經過升壓變壓器、輸電線路送到變電所降壓后，送到配電系統(tǒng)，再由配電線路把電能分配到各用戶，這樣一個整體稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中除發(fā)電機和用電設備外的部分，即輸變電設備及各種不同電壓等級的電力線路所組成部分，稱之為電力網。電力系統(tǒng)加上發(fā)電廠的動力部分所組成的整體，稱之動力系統(tǒng)。1發(fā)電廠發(fā)電廠的基本任務是把其他形式的能量轉變?yōu)殡娔?，發(fā)電廠按所用能量，可分為水力發(fā)電、火力發(fā)電和原子能發(fā)電，另外還有太陽能、風力、地熱、潮汐和沼氣等發(fā)電

2、。目前，我國已形成的大型電力系統(tǒng)中，主要以火力發(fā)電為主。發(fā)電廠的主要設備有發(fā)電機、汽輪機、水輪機和鍋爐等。2變電所變電所（站）是轉換和分配電能的場所，發(fā)電廠發(fā)出的電能通過升壓變電所升壓后由輸電線路輸出，降壓變電所（站）則將線路輸送來的電能降壓后分配至配電系統(tǒng)。變電所（站）主要由升（降）壓變壓器、斷路器、互感器及二次設備構成。3輸電線路輸電線路是電力網的重要組成部分，線路三相導線分別與兩端變壓器的三個繞組連接。因此，輸電線是以三相交流輸電，每相導線分別用字母U、V、W表示（或以黃綠紅三種顏色表示）。線路每三相稱為一回路或單回路，由電源向電力負荷中心輸送電能的線路稱為輸電線路。為減少電能在輸送過程

3、中的損耗，根據(jù)輸送距離和輸送容量的大小，輸電線路采用各種不同的電壓等級。目前我國輸電線路采用的電壓等級有35、60、110、220、330、500、750kV。在我國，通常稱35220kV的線路為高壓輸電線路，330750kV的線路為超高壓輸電線路，1000kV及以上電壓等級的線路為特高壓輸電線路。此外，擔負分配電能任務的線路，稱為配電線路。我國配電線路的電壓等級有：380/220V、6kV和10kV，其中把1kV以下的線路稱為低壓配電線路，110kV線路稱為高壓配電線路。4配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)一般分為高壓配電網和低壓配電網，高壓配電網的電壓一般為635kV，有些大城市已發(fā)展到110kV或220k

4、V，低壓配電網的電壓為380V和220V的三相四線制。5用戶用戶是指在供電部門管轄范圍內的工業(yè)企業(yè)，它包括屬用戶所有的變電所、線路和各種用電設備。（二）輸電線路的分類1輸電線路按結構分類輸電線路可分為電纜線路和架空線路。架空輸電線路和電纜線路相比，具有投資省、易于發(fā)現(xiàn)故障、便于維修等特點，故遠距離輸電線路多采用架空輸電線路。本書只介紹高壓架空輸電線路的基礎知識。一般來說，線路輸送容量越大，輸送距離越遠，要求輸電電壓就越高。輸電線路的輸送容量和線路電壓的平方成正比。下表列出了輸電線路的電壓、輸送容量和輸送距離的關系。線路電壓（kV）輸送容量（MVA）輸送距離（km）線路電壓（kV）輸送容量（MV

5、A）輸送距離（km）352102050330200800200600110105050150500100015001508502201105001003007502000250050010002輸電線路按電流性質分類架空輸電線路又可分為交流和直流輸電。目前，電力系統(tǒng)絕大多數(shù)采用三相交流輸電，隨著交流輸電容量的增大、線路距離的增長以及電網的復雜化，系統(tǒng)穩(wěn)定性問題日益突出。另一方面，高電壓遠距離輸電線路感抗、容抗所引起的電壓變化，需要裝設大量的補償設備，以解決無功補償、穩(wěn)定性、操作過電壓等一系列問題。這就使得操作運行復雜化，投資增大。高壓遠距離直流輸電與之相比有著顯著的優(yōu)點，現(xiàn)在世界上已有許多條高

6、壓直流輸電線路在運行。我國已有±500kV直流輸電線路在運行。（1）直流輸電的基本原理。包括直流線路和兩個換流站。兩個換流站的直流端，分別接在直流線路的兩端，交流端分別連接兩個交流系統(tǒng)。換流站裝有換流器，它的功用是實現(xiàn)交流電和直流電之間的變換。（2）直流輸電的優(yōu)點。一般認為直流輸電與交流輸電相比的優(yōu)點是：架空線路或電纜線路的建設費用較低，沒有穩(wěn)定性問題，對長距離輸電有利，可將非同期或異周波的電網聯(lián)系起來，不增大電力系統(tǒng)的短路容量。輸送功率相同時，線路造價低，線損較小，運行費用較低。兩端交流電力系統(tǒng)不需要同步運行，輸電距離不受電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定性的限制。線路的電流、功率易于調節(jié)、控制。（

7、3）高壓直流輸電的主要用途：適用于遠距離大功率輸電；適用于海底電纜輸電；可進行不同額定頻率或相同額定頻率非同步運行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡；用地下電纜向用電密度高的城市供電。直流輸電的經濟長度與兩端換流設備的造價有關。隨著晶閘管換流技術的發(fā)展，使直流終端設備與線路造價之比不斷下降。美國西屋公司最近聲稱，直流輸電的經濟長度是500600kV以上。我國水利資源主要在西南部，但用電負荷較多的是東南沿海地區(qū)，輸電距離都在1000kV以上，特別是三峽的開發(fā)建設，更體現(xiàn)了遠距離高壓直流輸電的明顯優(yōu)越性。我國目前建設的第一條葛洲壩上海超高壓直流輸電線路的情況是：電壓等級為±500kV，導線為4

8、5;LGJQ300型，輸送容量為120×104kV，線路長度為1080km。二架空輸電線路的結構及各元件的作用和類型（一）架空輸電線路的結構為保證輸電線路帶電導線與地面之間保持一定距離，必須用桿塔來支撐導線。相鄰兩基桿塔中心線之間的水平距離l稱為檔距，相鄰兩基承力桿塔之間的幾個檔距組成一個耐張段，該耐張段由4個檔距組成。如果耐張段中只有一個檔距則稱為孤立檔。一條輸電線路總是由多個耐張段組成的，其中包括孤立檔。（二）架空輸電線路各元件的作用和類型架空輸電線路的組成元件主要有導線、避雷線、金具、絕緣子、桿塔、拉線和基礎。它們的作用和類型分述如下。1導線導線用來傳輸電流、輸送電能。一般輸電

9、線路每相采用單根導線，對于超高壓大容量輸電線路，為了減小電暈以降低電能損耗，并減小對無線電、電視等訊號的干擾，多采用相分裂導線，即每相采用兩根、三根、四根或更多根導線。我國第一條330kV劉家峽水電站天水關中超高壓輸電線路采用了雙分裂導線，而目前我國在500kV輸電線路中推薦采用四分裂導線，亦有六分裂導線。我國第一條750kV青海官亭甘肅蘭州東的超高壓輸電線路采用的是六分裂導線。架空導線和避雷線通常用鋁、鋁合金、銅和鋼材料做成，它們具有導電率高、耐熱性能好、機械強度高，耐振、耐腐蝕性能強、質量輕等特點，常見的導線種類、用途及選用原則見下表。導線種類、用途及選用原則導線類型品種型號用途及選用原則

10、硬鋁線鋁絞線LJ對35kV架空線路鋁絞線截面不得小于35mm2，對35kV以下線路不小于25mm2。鋼芯鋁絞線鋼芯鋁絞線LGJAl/Ag>4.5鋼芯鋁絞線用于一般地區(qū)，Al/Ag4.5鋼芯鋁絞線用于重冰區(qū)或大跨越地段。鋁合金絞線鋁合金單線鋁合金絞線LHLHAJLHBJ抗拉強度高，可減少弧垂，降低線路造價，單股線在線路上不許使用。鋼芯鋁合金絞線鋼芯鋁合金絞線LHAGJLHBGJ抗拉強度高，用于超高壓線路及大跨越地段。防腐型鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線輕防腐中防腐LGJFLHAGJF1LHBGJF1LHAGJF2LHBGJF1用于沿海及有腐蝕性氣體的地區(qū)。鋁包鋼絞線鋁包鋼絞線GLJ線路的大跨越

11、及地線通信使用。壓縮型（光體）鋼芯鋁絞線壓縮型LGJYAl/Ag>4.5適用于農村、山區(qū)小檔距及具有一定拉力強度的線路，Al/Ag4.5適用于農村、山區(qū)大檔距拉力強度較大的線路。與普通鋼芯鋁絞線比較，同截面時強度高，同強度時外徑小，空氣動力系數(shù)低，故承受風壓荷載、冰雪荷載較小。硬銅線硬圓銅單線硬銅絞線TYTJ銅導線在一般情況下不推薦使用。必須使用銅線時，導線最小截面規(guī)定如下：35kV以上線路不許使用單股線；絞線截面不小于25mm2；10kV及以上線路單股線截面不小于16mm2，絞線截面不小于16mm2。鍍鋅鋼線鍍鋅鐵單線GY一般均作架空避雷線使用。用作導線時，35kV以上架空線路不許使用

12、單股線，絞線截面不小于16mm2。10kV以下線路單線直徑不小于3.5mm，絞線截面不小于10mm2，大跨越段可采用高強度鍍鋅鋼絞線做芯線或導線，但做導線時應有較高的電阻率。鍍鋅鋁絞線GJ架空輸電線用的電線，一般采用以單根金屬線為中心，將數(shù)根乃至數(shù)十根導線繞制而成的絞線。目前采用的電線多為兩種以上不同金屬材料制成的絞線?，F(xiàn)在的輸電線路多采用中心為機械強度高的鋼線，周圍是電導率較高的硬鋁絞線的鋼芯鋁絞線。鋼芯鋁絞線比銅線電導率略小，但具有機械強度高、質量輕、價格便宜等特點，特別適用于高壓輸電線。鋼芯鋁絞線由于其抗拉強度大、弧垂小，所以可以使檔距放大。鋼芯鋁絞線按其鋁、鋼截面比的不同，分成正常型、

13、加強型和輕型三種。在高壓輸電線路中，采用正常型較多。在超高壓線路中采用輕型較多。在機械強度高的地區(qū)，如大跨越、重冰區(qū)等，采用加強型的較多。至于采用哪種類型導線，應通過技術經濟論證后確定。國標中，鋼芯鋁絞線的標號是由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。例如：LGJ型，表示正常型鋼芯鋁絞線；LGJJ型，表示加強型鋼芯鋁絞線；LGJQ型，表示輕型鋼芯鋁絞線。歐美國家是用ACSR表示鋼芯鋁絞線。鋁合金線比純鋁線有更高的機械強度，大致與鋼芯鋁絞線強度相當，但重量比鋼芯鋁絞線輕，因而弧垂減小，檔距可放大，可使桿塔基數(shù)減少或降低高度，但導電性能比鋁線稍差。因此，鋁合金線有一定的優(yōu)越性，但目前在生產尚有一定困難，故

14、我國只在個別線路上使用。國外生產的鋁合金線，機電性能良好。如日本生產的1號鋁合金線抗拉強度為308.7MPa（N/mm2）；美國生產的6201鋁合金線抗拉強度為313.6333.2MPa，均大于我國生產的鋼芯鋁絞線的抗拉強度。此外，還有以下幾種特殊用途的導線：（1）大檔距導線。國外大跨越中，要求導線具有特高抗拉強度，采用硅銅線、鍍鋅鋼線、鋁包鋼線等。（2）防腐蝕導線。線路經過海邊及污穢地區(qū)，為提高導線的抗腐蝕能力，延長使用壽命，制造了各種防腐蝕導線，如鍍鋁鋼線、鋼芯涂防腐油等。北歐一些國家生產鋼芯鋁絞線時，鋼芯就涂以凡士林進行防腐蝕保護。意大利跨越麥西拿海峽的導線涂有防腐劑。美國用鍍鋁鋼線作鋼

15、芯。（3）自阻尼導線。這種導線又稱防振導線，加拿大、挪威等國已使用，認為使用它可以提高運行應力而加防振措施，已引起各國的重視。（4）光滑導線。光滑導線由于外徑較普通導線略小，可減少導線承受的風和冰荷載，由于表面光滑可減少導線舞動現(xiàn)象。在歐洲、美國、日本都已得到應用。（5）分裂導線。一般每相2根為水平排列，3根為正三角形或兩上一下倒三角形排列，4根為正方形排列，六根為鼓形排列。分裂導線在超高壓線路得到廣泛使用。它除具有表面電位梯度小、臨界電暈電壓高的特性外，還有以下優(yōu)點：單位電抗下，其電氣效果與縮短線路長度相同；單位導納大，等于增加了無功補償；用普通標號導線組成，制造較方便；分裂導線裝間隔棒可減

16、少導線振動，實測表明雙分裂導線比單根導線減少振幅50，減少震動次數(shù)20，四、六分裂減少更大。（6）擴徑導線。為了減少電暈損耗，可增大導線直徑，330kV線路曾采用K2722型鋼芯鋁絞線擴徑導線，鋁截面為300.8mm2，作用相當于LGJ300型導線，但直徑擴大了2.2mm。2避雷線（架空地線）和接地體輸電線路中，除了輸送電能的導線外，還有防止雷擊導線而在桿塔最高處架設的架空地線，當雷擊桿塔時，避雷線對導線起分流耦合和屏蔽作用，降低導線絕緣子上的感應過電壓。最近在架空地線中通以通信的光纖，這種架空地線稱為光纖復合架空地線。避雷線懸掛于桿塔頂部，并在每基桿塔上均通過接地線與接地體相連接，當雷云放電

17、雷擊線路時，因避雷線位于導線的上方，雷首先擊中避雷線，并借以將雷電流通過接地體泄入大地，從而減少雷擊導線的幾率，保護線路絕緣免遭雷電過電壓的破壞，起到防雷保護作用。避雷線大致總結有以下幾種作用：（1）防止雷直擊導線。（2）雷擊塔頂時對雷電流有分流作用，減少流入桿塔的雷電流，使塔頂電位降低。（3）對導線有耦合作用，降低雷擊塔頂時導線絕緣上的電壓。（4）對導線有屏蔽作用，降低導線上的感應過電壓。3線路金具通常把輸電線路使用的金屬部件總稱為金具。金具在架空線路中主要用于支持、固定、連接導線及絕緣子連接成串，也用于保護導線和絕緣體。它可以把導線連接在絕緣子串上，也可以把絕緣子串固定在桿塔橫擔上，還可以

18、防止導線的振動。（1）金具的分類和用途。金具的類型繁多，按照金具的性能和用途可分為線夾、連接金具、連續(xù)金具、保護金具和拉線金具五大類。（2）線夾。線夾有懸垂線夾和耐張線夾兩類，懸垂線夾型號標記的組成如下：例如：CGU固定型懸垂式線夾；CGF防暈型懸垂線夾；CGH鋁合金懸垂線夾；CSH加強型懸垂線夾。1）懸垂線夾。懸垂線夾用于將導線固定在直線桿塔的懸垂絕緣子串上，或將避雷線懸掛在直線桿塔上，也可用于換位桿塔上支持換位導線以及非直線桿塔上跳線的固定。懸垂線夾承受導線（或避雷線）垂直方向和順線方向的荷載。要求懸垂線夾對導線（或避雷線）應有一定的握力。導線固定方式：導線（或避雷線）放在線夾本體槽內，用

19、壓板和U形螺絲固定并壓緊導線。2）耐張線夾。耐張線夾用于將導線固定在承力桿塔的耐張絕緣子串上，以及將避雷線固定在承力桿塔上。耐張線夾根據(jù)使用和安裝條件的不同，分為螺栓型和壓縮型兩大類：螺栓型耐張線夾，用于導線截面小于或等于240mm2的情況，其破壞荷載為2080kN；壓縮型耐張線夾，用于導線截面大于或等于300mm2的情況。避雷線耐張線夾一般采用楔型線夾。當鋼絞線作為避雷線其截面超過70mm2時，則采用壓縮型耐張線夾。線夾必須有足夠的機械強度。各類耐張線夾的破壞荷載應不小于安裝導線或避雷線的計算拉斷力。壓縮型耐張線夾的握力應不小于導線或避雷線計算拉斷力的95。螺栓型耐張線夾的握力應不小于導線計

20、算拉斷力的90。3）連接金具。連接金具主要用于絕緣子串與桿塔和導線線夾的連接，可將懸式絕緣子連接成串，并將一串或數(shù)串絕緣子串連接或懸掛在桿塔橫擔上。懸垂線夾、耐張線夾與絕緣子串的連接，拉線金具與桿塔的連接，均要使用連接金具。根據(jù)使用條件，分為專用連接金具和通用連接金具兩大類。專用連接金具用于絕緣子串，其連接部位的結構和尺寸必須與絕緣子相同。線路上常用的專用連接金具有球頭掛環(huán)和腕頭掛板，球頭掛環(huán)分別用于連接懸式絕緣子上端鋼帽及下端鋼腳。通用連接金具適用于各種情況下的連接，以荷重大小劃分等級，荷重相同的金具具有互換性。線路上常用的通用連接金具有直角掛板、U形掛環(huán)、二聯(lián)板等。連接金具的機械強度一般不

21、是按導線的荷載選擇，而是按絕緣子的機械強度確定，每一種型式的絕緣子配備一套與其機械強度相同的金具?？紤]金具的互換性，定型金具按破壞荷載分為4、7、10、12、16、20、25、30、50、60等10個等級。例如XP60型絕緣子所配金具的破壞荷載不小于60kN，即應選等級標記為“7”的金具，其破壞荷載為69kN，相應的金具如U7、QP7、W7A型等。連接金具所用的螺栓、銷釘直徑和銷釘孔等，也力求統(tǒng)一，相互配合。連接金具的破壞荷載和與相應的連接螺栓直徑如下表所示。標記471012162025305060破壞荷載（kN）396998118157196245294490585螺栓公稱直徑（mm）M16

22、M16M18M22M24M27M30M36M42M48（4）連續(xù)金具。聯(lián)系金具用于連接導線及避雷線終端接續(xù)，接續(xù)非直線桿塔的跳線及補修損傷斷股的導線或避雷線。架空線路常用的接續(xù)金具有鉗接管、壓板管、補修管、并溝線夾及跳線夾等。導線本身連接時，當其截面為240mm2可采用鉗接管連接。若導線截面為300mm2及以上時，因其導線張力較大，如仍采用鉗接管連接，其連接強度不能滿足要求，故應采用壓接管連接。用壓接管連接導線時，先用鋼管將導線的鋼芯壓接連接，然后將導線外部套入鋁管壓接。避雷線采用鋼絞線，無論截面大小均采用鋼壓接管用壓接方法連接。（5）保護金具。保護金具分為機械和電氣兩大類。機械類保護金具是為

23、了防止導線、避雷線因受振而造成斷股。電氣類保護金具是為了防止絕緣子因電壓分布不均勻而過早損壞。線路上常用的保護金具有防振錘、護線條、間隔棒、均壓環(huán)、屏蔽環(huán)等。（6）拉線金具。拉線金具主要用于拉線桿塔拉線的緊固、調整和連接，包括從桿塔頂端引至地面拉線之間的所有零件。根據(jù)使用條件，拉線金具可分為緊線、調節(jié)及連接三類。緊線零件用于緊固拉線端部，與拉線直接接觸，必須有足夠的握著力。調節(jié)零件用于調節(jié)拉線的松緊。連接零件用于拉線組裝。線路上常用的拉線金具有楔型線夾、UT型線夾、拉線用U形環(huán)、鋼線卡子等。4絕緣子和絕緣串絕緣子是線路絕緣的主要元件，用來支承或懸吊導線使之與桿塔絕緣，保證線路具有可靠的電氣絕緣

24、強度。我國在高壓輸電線路上使用的絕緣子已趨向統(tǒng)一化和系列化，它主要包括針式絕緣子、瓷擔式絕緣子、懸式瓷質絕緣子和懸式玻璃絕緣子等。隨著輸電線路電壓等級的提高和對新材料的開發(fā)，近年來還出現(xiàn)半導體釉絕緣子、合成絕緣子等。然而到目前為止，我國用得最廣、最多、最悠久的還是懸式瓷質和玻璃絕緣子，本書主要討論這兩種絕緣子。首先敘述絕緣子的分類、標志、構造和架空輸電線路對絕緣子性能的基本要求等。（1）按連接形成分類。懸式絕緣子的種類很多，可分別按連接方式、絕緣介質材料和承載能力大小分類。按連接方式分，懸式絕緣子主要有球型和槽型兩種。球形絕緣子是用球頭和鋼帽中的球窩相連。為防止球頭從球窩內脫出，在球窩內，球頭底部加“W”或“R”形