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架空线路基础1


架空线路设计
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第一章架空线路基本知识 第一节 架空线路的应用 架空线路的定义 架空线路的组成: 导线 避雷线、电杆(杆塔)、 绝缘子串和金具等主要元件组成。 架空线路的的显著优点:线路结构简单、施工周期短、 建设费用低、输送容量大、维护检修方便。

1.导线
常用导线材料有

两种:铝、钢 架空线路的导线结构的三种形式: (1)、单股线 (2)、单金属多股线 (3)、复合金属多股绞线 高压架空线路不允许采用单股导线,所以实际上架空线路上均采用多 股绞线。其优点是: 钢芯铝绞线有较好的机械强度,并且有较高的电导率。所以,钢芯铝 绞线被广泛应用在35KV及以上的线路中。 架空线路的型号:由导线材料、结构和载流截面积三部分组成 分裂导线一般使用在330kV以上。

2.避雷线
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避雷线 一般采用有较高强度的镀锌钢绞线。

二、输电线路有关的几个术语
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一般来说,电压越高,输送的功率越大,输送的距离越远。 1、档距 相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离称为档距。 2、弧垂 导线上任一点到悬挂点连线之间在铅垂方向的最大距离 3、限距 导线到地面的最小距离称为限距。 4、电晕现象 就是带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象,常发 生在不均匀电场中电场强度很高的区域内(例如高压导线的 周围,带电体的尖端附近)。其特点为:出现与日晕相似的 光层,发出嗤嗤的声音,产生臭氧、氧化氮等。

5、跳线 连接承力杆塔(耐张、转角和终端杆塔)两侧导线的引线,也 称引流线或弓子线 ? 6、导线(地线)振动 在线路档距中,当架空线受到垂直于线路方向的风力作用时, 在其背风面会形成按一定频率上下交替的稳定涡流,在涡流升力 分力作用下,架空线在其垂直面内产生周期性震荡,称为架空线 振动 ? 7、导线换位 送电线路的导线排列方式,除正三角形外,三根导线的线间 距离不相等,而导线的电抗取决于半径及线间距离,因此,导线 如不进行换位,三相阻抗是不平衡的,线路越长这种不平衡越严 重,因而会产生不平衡的电流和电压,对发电机的运行及无线电 通信产生不良影响。送电线路设计规程规定:“在中性点直接接 地的电力网中,长度超过100km的送电线路均应换位。”一般在 换位塔进行导线换位。

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1、杆塔的种类 架空电力线路中架设导线的支持物有钢筋混凝土 杆、铁塔及木杆,总称为杆塔。 按杆塔的作用分: 直线杆塔——又称中间杆塔,用于线路直线中间 部分。这种杆塔在平坦地 区 , 一般占杆塔总数的 80%左右。
耐张杆塔——又称承力杆塔,与直线杆塔相比, 其强度较大,可承 受导线 和地线的拉力。耐张杆 塔将线路分隔成若 干耐张段,以便 于施工和检修。 转角杆塔——用于线路的转弯处,有直线型和耐张 型两种。

三、杆塔的种类及金具

(4)、终端杆塔 位于线路的首、末端。即发 电厂或变电站进线、出线的第一基杆塔。 (5)、跨越杆塔 位于线路与河流、山谷、铁 路等交叉跨越的地方。分为直线型和耐张型。

(6)、换位杆塔 用来进行导线换位的。分为 滚式换位用的直线型换位杆塔和耐张型换位 杆塔。

2、金具
在架空输电线路中起着支持、紧固、连接、保护导线和避雷线 的作用,并且能使拉线紧固。可分为: ? (1)、支持金具 即悬垂线夹 悬垂线夹按其性能可分为固定性和释放型两种。 固定性悬垂线夹适用于导线和避雷线。 释放线夹 角度>30导线滑落 使用有限。 ? (2)、紧固金具 即耐张线夹,用于将导线和避雷线固定在 非直线杆塔(如耐张、转角、终端杆塔等)的绝缘子串上, 承受导线和避雷线的拉力。 ? (3)、连接金具 分类: 专用连接金具和通用连接金具 专用连接金具用于连接绝缘子,其连接部位的结构和尺必 须与绝缘子相同。有球头挂环和碗头挂板。 通用连接金具适用于各种情况下的连接,以负荷大小划分等 级。分类:直角挂板、U型挂环、二联板等。

(4)、接续金具 用于连接导线及 避雷线的端头, 接续非直线杆塔的跳线及补修损伤断股的导线或避 雷线。主要有并沟线夹及跳线线夹等。 ? (5)、保护金具 分为机械和电气两大类。 主要 有防震锤、护线条、间隔棒、均压环、屏蔽环等。 ? (6)、拉线金具 主要用于固定拉线杆塔。 根据 使用条件,可分为紧线、调节和连接三类。 ? 线路常用的拉线金具有楔型线夹、UT形线夹、拉 线用U形环、钢线卡子等。
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第二节 架空线路设计气象条件
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对线路力学计算影响较大的主要因素是风速、覆冰及气温。 一、气象条件的收集和用途 气象资料收集的内容和用途: (1)、历年极端最高气温 用以计算导线最大弧垂和导线 发热。 (2)、历年极端最低气温 用以计算杆塔强度,检验导线 上拔力等。 (3)、历年年平均气温 用于确定年平均气温,计算导线 的年平均气温时的应力,以确定导线的防振设计。 (4)、历年最大风速及最大风速月的平均气温 这是线路设 计气象条件的主要资料。最大风速时计算杆塔和导线机械强 度的基本条件之一。 (5)、地区最多风向及其出现频率 用于考虑导线防振设 计、防腐及绝缘子串的防污设计。 (6)、导线覆冰厚度 用于计算杆塔和导线的机械强度以及 验算不均匀覆冰时,垂直排列的导线间接近距离。 (7)、年平均雷电日数 作为防雷设计的依据。

2、设计用气象条件的组合及典型气象区
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设计用气象条件又风速、气温和覆冰组合而成。在 进行气象条件组合时应满足的条件:

(1)、各种气象条件的组合情况 ? 1)、线路正常运行情况下的气象条件组合 此时 最严重的气象条件有最大风、覆冰及最低气温三种 情况。 ? 2)、线路事故情况下的气象条件组合 这里指断 线情况 ? 3)、线路安装和检修情况下的气息条件组合 (2)、典型气象区 我国划分为九个典型气象区

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外过电压---- 又称雷电过电压、大气过电压。 由大气中的雷云对地面放电而引起的。分直击雷过电压和感 应雷过电压两种。雷电过电压的持续时间约为几十微秒,具 有脉冲的特性,故常称为雷电冲击波。 直击雷过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的 过电压。雷闪击中带电的导体,如架空输电线路导线,称为 直接雷击 。 感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面,在放电过程中 由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备 (包括二次设备、通信设备)上感应出的过电压。 因此,架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。 通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。

? 内过电压-----

电力系统内部运行方式发生改 变而引起的过电压。有暂态过电压、操作过 电压和谐振过电压。 ? 暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故 障,使电力系统经历过渡过程以后重新达到 某种暂时稳定的情况下所出现的过电压,又 称工频电压升高。

自动重合闸装置--------是将因故障跳开后的断路器 按需要自动投入的一种自动装置。电力系统采用自 动重合闸装置,极大地提高了供电的可靠性,减少 了停电损失,而且还提高了电力系统的暂态稳定水 平,增强了线路的送电容量。 ? 闪络-------指高压电器(如高压绝缘子)在绝缘表面发 生的放电现象,称为表面闪络,简称闪络. ? 污闪 ---介质表面沾染污秽时所引起的沿表面放电。 简称污闪。固体介质表面沾染污秽又同时变潮后, 污秽层中所含的可溶性盐类和酸、碱等溶于水膜, 形成离子电导,使污秽表面通过较大泄漏电流;
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第三节 架空线路的设计及路径选择

架空线路设计的两个阶段:初步设计和施工图设计。 ? 初步设计是工程设计的重要阶段,主要的设计原则, 都在初步设计中明确,应尽全力研究透彻。 ? 施工图设计是按照初步设计原则和设计审核意见所作 的具体设计。由施工图纸和施工说明书、计算书、地面 标桩等组成。 一、初步设计 ? 一般要编写设计书及附图、设备材料清单、施工组织设 计、概算书等四卷设计。即: ? 为确定设计原则,需编写初步设计书并附有关图纸。 ? 为工程建设加工订货,需编写设备材料清单。 ? 为国家有计划地进行经济建设,安排工程资金和施工单 位合理底使用资金,需编写概算书。 ? 为合理地组织施工,需编写施工组织设计。

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二、施工图设计 初步设计上报上级主管部门后,上级主管 部门进行初步审查,提出审核意见。设计 单位根据审核意见进行施工图设计。 具体 包括:施工图总说明书附图;线路平断面 图及杆塔位明细表;机电施工图及说明书; 杆塔施工图及说明书;基础施工图及说明 书;大跨越设计施工图及说明书;通行保 护施工图及说明书;预算书;勘测资料; 工程设计档案资料。

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三、线路的选择
要使输电线路既安全可靠,又经济合理,必须对线路情 况作全面细致的调查研究,在线路起止点间选出一个全 面符合国家建设各项方针政策的最合理的线路路径。 选线一般分为室内图上选线和现场选线两种。 1、室内图上选线 其步骤为: (1)、先在图上标出线路起止点、必经点,然后根据收 集的资料,考虑各种因素,按照线路最短原则,选出几 个方案,比较后保留两个较好的方案。 (2)、向邻近或交叉跨越设施的有关主管部门征求线路 路径的意见,并签订有关协议。 (3)、进行现场踏勘,验证图上方案是否符合实际。经 过上述工作后,再通过计算经济比较,选出一个合理的 方案。 2、现场选线 现场选线是把室内选定的线路在现场落实、移到现场; 为定线、定位工作确定线路的最终走向。

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五、路径选择原则 (1)、应遵守国家有关法律和法令。 (2)、应尽可能使线路长度最短,转角少,角度小,特殊跨越少,水 文地理条件好,投资少,省材料,施工方便、运行方便、安全可靠。 (3)、沿线交通便利,便于施工、运行。 (4)、线路尽可能避开林木地带、公园等。 (5)、路径选择尽可能避免坼迁。 (6)、线路应避开不良地质地段。 (7)、应尽量少占农田。 (8)、应避免与同一河流工程设施多次交叉。 六、选线的技术要求(具体) (1)、线路与建筑物评选交叉,线路与特殊管道叫查或接近,线路与 各种工程设施交叉或接近时,应符合规程要求。 (2)、线路应避开沼泽地、水草地、易积水及盐碱地、湿陷地带。 (3)、线路尽量避开地震裂度为六级以上的地区和断裂带。 (4)、线路应避开污染区,或在污染源的上风向通过 (5)、线路转角点

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第四节 导线与避雷线的选择 一、确定导线和避雷线的截面 1、导线选择 考虑能量损耗、建设投资这两个互相矛盾的因素,采用按经济电流密度 选择导线截面,以便使线路运行有最好的经济效果。 各种电压等级下,电力线路一般都按经济电流密度选择其导线的截面。 导线经济截面 S=Imax/J
其中S是导线的经济截面,I是线路的计算电流.J经济电流密度

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从相关手册中选出一种与S最接近的标准截面的导线,然后再按其它技 术条件效验截面是否满足要求,这些技术条件是: (1)、电晕效验 ( 目的:降低能量损耗) 对于110KV及以上电压等级的线路,要按电晕条件效验导线截面。 (2)、机械强度效验 ( 目的:保证电力运行安全可靠) 一切电压等级的电力线路都要具有必要的机械强度。 对于跨越铁路、通航河流和运河、公路、通信线路和居民区的线路, 其导线截面应不小于35mm. 通过其它地区的线路最小容许截面: 35kV以上线路为 25mm。 35kV及以下线路为 16mm 【注意】 任何线路都不许使用单股导线。

(3)、热稳定效验 一切电压等级的电力线路都要按发热条件效验导线截面。 所选导线的最大容许持续电流应大于该线路在正常或故障后运行方式下可能通过的 最大持续电流。 (4)、电压损耗效验 对于10kV及以下电压等级线路,如果电压调整问题不能或不宜(经济上不合算) 由别的措施解决时,可按允许电压损耗选择导线截面。 注意】 在效验过程中,若不满足上述技术条件中的哪一条,则应按该术条件4决定 导线截面。

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二、避雷线的选择 避雷线的防雷功能: ①、防止雷直击导线 ②、雷击塔顶时对雷电流有分流作用,减少流入杆塔的雷 电流,使塔顶电位降低。 ③、对导线有耦合作用,降低雷击塔顶时塔头绝缘(绝缘子 串和空气间歇)上的电压。 ④、对导线有屏蔽作用,降低导线上的感应国电压。 对各级电压线路架设避雷线的要求规定: (1)、330kV及500kV线路应沿全线架设双避雷线。 (2)、220kV线路应沿全线架设避雷线。在山区, (3)、110kV线路一般沿全线架设避雷线。在雷电活动特 殊强烈区,宜架设双在少雷区或运行经验证明活动轻微区, 可不沿全线架设避雷线,但应装设自动重合闸装置。 (4)、60kV线路,负荷重要且所经地区年平均雷暴日数为 30以上地区,宜沿全线架设避雷线。 (5)、35kV及以下线路,一般不沿全线架设避雷线。

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二、导线在杆塔上的排列方式及线间距离 1、导线在杆塔上的排列方式 布置方式有三类:水平排列 垂直排列 三角形排列 2、导线的线间距离 概念 :当导线处于铅垂静止位置时,它们之间的距离叫线间距离。 确定线间距离,要考虑两方面的情况: 一是导线在杆塔上的布置形式及杆塔上的间隙距离。 二是导线在档距中央相互接近时的间隙距离。 取两种情况的较大者,决定线间距离。 (1)、按导线在杆塔上的绝缘配合决定线间距离 (2)、按导线在档距中央的工作情况决定线间距离 水平排列的导线由于非同步摆动在档距中央可能互相接近。 垂直排列的导线由于覆冰不均匀或不同时脱冰上下摆动或受风作用而舞 动等原因,上下层导线也可能互相接近。

? 三、避雷线与导线间的距离 ? (1)、对边导线的保护角应满足防雷的要求。

330kV线路及双避雷线220kV线路,一般采用 20度 ? 山区单避雷线线路,一般用25度 ? 大跨越档高度超过40m的杆塔,应小于20度 ? 对发电厂及变电所的进线段,一般小于20度, 最大不应超过30度 (2)、双避雷线线路,两避雷线间距离不应超 过避雷线与导线间垂直距离的5倍。

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第五节 绝缘子的选择 一、绝缘子的种类及选择 绝缘子是用来支承和悬挂导线,并使导线与杆塔绝缘。 绝缘子的形式:针式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担绝缘子等 1、针式绝缘子 它用于电压不超过35kV的线路上以及导线拉力不大的线路上, 主要用于直线杆塔和小转角杆塔。 其特点:制造简易、廉价、担耐雷水平不高,雷击不容易闪 络。 2、悬式绝缘子 1)普通型----它广泛用于电压为35kV以上的线路,通常把它 们 组装成绝缘子链使用。 2)耐污型3) 钢化玻璃绝缘子

? 3、瓷横担绝缘子

它同时起到横担和绝缘子作用的一种新型 绝缘子结构。 ? 其特点: 它能在断线时转动,可避免因断 线而扩大事故。
? ? 4.棒式绝缘子

? 5.合成绝缘子

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二、悬式绝缘子的片数确定 绝缘子在工作中所受到的影响因素:各种大气环境、工作 电压、内部过电压、大气过电压 1、按正常工作电压决定每串绝缘子的片数 三种电压中,以工作电压数值为最低。当工作电压长期作 用于绝缘子,当绝缘子表面被污染且污秽受潮时,就可能 发生不均匀发热、泄漏电流加大导致热游离而发生污闪。 为防止污闪的发生,目前采用的主要方法时保证绝缘子串 有一定的泄露距离。 单位泄露距离也叫泄漏比距。它表示线路绝缘或设备外绝 缘泄漏距离与线路额定线电压的比值。

? 2、根据内部过电压校验
? 绝缘子串在内部过电压下不应发生闪络,概

率应很低。因此要求绝缘子串的操作冲击湿 闪电压大于操作过电压的数值。 ? 如果绝缘子手册或产品目录上设有绝缘子的 操作冲击湿闪电压,或对于220kv及以下线路, 可以用于工频湿闪电压换算成冲击湿闪电压。

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3、校验,耐雷水平要求

大气过电压下,并不是要求线路绝缘不 发生闪络,而是要求线路绝缘具有一定的耐 雷水平。 ? 耐雷水平----雷电击中杆塔顶部时,线路绝缘 不至于发生闪络的雷电流大小 如220kv 为80--120kA
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?(耐雷水平除了和绝缘水平有关外,还和杆

塔接地电阻、电杆电感、避雷线根数等因素 有关。)


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