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1、输电线路基础,hyq2009年5月,输配电线路基础知识输配电线路的施工,本次培训内容有那些?,二、架空输电线路的结构及各元件 的作用,三、导线机械计算基础知识,第一讲 输电线路的基本知识,一、电力系统的组成,第一讲 输电线路的基本知识,一、电力系统的组成,1、电能优点,易于将其它形式的能转化为电能 便于远距离输送（输电线路、电缆） 电能集中，分配自由 速度快（30万km/s），能量大，能做到约时停送电,输电线路是电力系统中实现电能远距离传输的一个重要环节，包括架空线路和电缆线路。,电力生产示意图,G,电能用户,发电机,升压变压器,降压变压器,输电线路,电力系统,电力网,动力系统,配电线路,2、
2、电力系统的组成,基本概念,电力系统=发电厂+变电所+输配电线路 +用户动力系统=电力系统+动力装置电力网=升、降变电所+输配电线路,目前我国输电线路采用的电压等级有：35、60、110、220、330、500、750KV35220KV的线路为高压输电线路330750KV的线路为超高压输电线路1000KV及以上电压等级的线路为特高压输电线路我国称电压380/220V、6KV、10KV为配电线路，其中1KV以下线路为低压配电线路，110KV为高压配电线路。,输电线路、配电线路,1、输电线路的分类,二、架空输电线路的结构及 各元件的作用,1导线,2避雷线,3绝缘子,4杆塔,5拉线,6线夹,7拉线盘,
3、8底盘,9防振锤,2、架空输电线路的结构,3、元件的作用和类型,（1）导线,作用,用来传输电流、输送电能。,一般输电线路每相采用单根导线，对于超高压大容量输电线路多采用分裂导线，即每相采用两根、三根、四根或更多分裂导线。导线一般采用铝、铝合金、铜和钢材料做成。架空输电线一般采用以单根金属线为中心，将数根乃至数十根导线绕制而成的绞线。如LGJ,特殊用途导线：A、大档距导线 采用硅铜线、镀锌钢线、铝包钢线B、防腐导线 采用镀铝钢线、钢芯涂防腐油C、自阻尼导线 （或称防振导线）D、光滑导线E、分裂导线F、扩径导线,作用,(2)避雷线（架空地线）,避雷线悬挂于杆塔顶部，并在每基杆塔上均通过接地线与接地
4、体相连接。雷首先击中避雷线，从而保护线路绝缘。,防止雷击导线而在杆塔最高处架设的架空地线，当雷击杆塔时，避雷线对导线起分流耦合和屏蔽作用，降低导线绝缘子上的感应过电压。,避雷线作用：（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，降低雷击塔顶时对导线绝缘上的电压；（4）对导线有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。,(3)绝缘子和绝缘子串1）绝缘子,作用,用于支承或悬吊导线使之与杆塔绝缘，保证线路具有可靠的电气绝缘强度。,我国在高压线路上使用的绝缘子已趋向统一化和系列化,主要包括,1、针式绝缘子,2、瓷担式绝缘子、悬式瓷质绝缘子
5、,3、悬式玻璃绝缘子,悬式绝缘子主要有球型和槽型,1）按连接方式分,2）按绝缘介质分,1、钢化玻璃悬式绝缘子,2、瓷质悬式绝缘子,3、半导体釉、合成绝缘子、棒悬式绝缘,3）按承载能力大小分,40、60、70、100、160、210、300KN七个等级,钢化玻璃绝缘子特点制造全过程可以实行机械化、自动化制造工厂所需投资比瓷质绝缘子厂低玻璃绝缘子机械强度高，可以降低制造成本和线路造价由于玻璃透明性，在外形检查时容易发现小裂缝和内部损伤缺陷由于钢化玻璃绝缘子具有出现各种损伤时均会发生自破的特点，所以运行中可以不必进行预防性试验，从而减轻劳动强度，提高经济效益。由于钢化玻璃绝缘子表面强度高，表面不易产
6、生裂缝，老化慢。,瓷质绝缘子特点它所用介质材料具有输电线路所要求的特性，机械负荷、电气性能以及热机械性能等都能满足各级电压的要求，所以一直使用。弱点：在污秽潮湿条件下，绝缘性能急剧下降，常产生局部电弧，严重时会发生闪络。绝缘子串或单个绝缘子的电压分布不均匀，在电场集中部位常引起电晕，极易导致瓷体老化。,半导体釉绝缘子特点在绝缘子外层含半导体釉，使表面温度比环境温度高出几度，从而在雾与严重污秽环境中可防止形成潮湿。,合成绝缘子特点是一种高强度优质轻型绝缘，质量轻，体积小，运输费用低，安装方便、省时，可省去清洗和检测零值绝缘子等工作，强度大，各种电气性能好，内外绝缘基本相等，属于不击穿型结构。,棒
7、悬式绝缘子特点它是一种不击穿型结构；长棒型金具数量相对减少，大大减轻金具锈迹引起的污闪事故；电气性能优良，爬电比距的增大，使耐污性能在为提高；无线电干扰水平大大改善；根本不存在零值或低值绝缘子的问题，从而省去了对绝缘子的检测、维护和更换。,绝缘子型号一般由第一部分：字母表示绝缘子类型；第二部分：数字表示绝缘子的机电破坏荷载；第三部分：字母表示绝缘子特征。,4）绝缘子的标识含义,第一部分字母主要有：X悬式绝缘子；W耐污绝缘子；IX悬式钢化玻璃绝缘子；XH钟罩型绝缘子；P机械破坏负荷；Y圆柱头结构,第二部分数表示机电破坏负荷值：40、60、70、100、160、210、300KN,第三部分字母表示
8、绝缘子的特征主要有：C槽形连接；D大爬电距离,训练：XP-70C；XP-210D；XHP1-160；LXY-210,2）绝缘子串,有悬垂绝缘子串和耐张绝缘串,悬垂绝缘子串用于直线杆塔上；,耐张绝缘子串用于耐张、转角和终端杆塔，承受导线的全部张力,还有棒形悬式合成绝缘子串，用于高压输电线路，尤其是污秽地区。,(4)杆塔,作用,用来支持导线和避雷线及其附件,并使导线、避雷线、杆塔之间，以及导线和地面及交叉跨越物或其他建筑物之间保持一定的安全距离。,分类,按受力的特点可分为：直线型杆塔：直线杆塔、直线转角杆塔、直线跨越 杆塔和直线换位耐张型杆塔：耐张杆塔、转角杆塔、跨越杆塔和终 端杆塔,按其材料可分
9、为：钢筋混凝土杆、铁塔、木杆,按维持结构整体稳定性分：自立式、拉线式,直线型杆塔在正常时只承受导线和避雷线的自重、冰重和风力，不承受顺线路方向的水平张力，故强度要求低。特点：直线型杆塔的绝缘子串垂直悬挂,耐张型杆塔在正常时除承受导线和避雷线的自重、冰重和风力外，还需承受顺线路方向的水平张力（即承受架空线两侧的水平张力），故强度要求高。特点：耐张型杆塔的绝缘子串水平悬挂,终端杆塔位于线路的首、未端只承受单侧的水平张力,转角杆塔设于线路转角处，因此两侧的导线、避雷线不在一条直线上，故需承受角度合力。,转角杆塔,顺线方向拉力,顺线方向拉力,角度合力,转向内角,线路转角,跨越杆塔位于线路跨越河流、山谷
10、、铁路、公路等地方,换位杆塔是在110kV及以上的送电线路线路中，SDJ3架空关电线路设计技术规程规定：在中性点直接接地的电力网中，长度超过100Km的线路均应换位。进行一次完全换位称为一个换位循环，其长度不宜大于200Km。,各种杆塔组合，为一条输电线路，其中80%为直线杆塔，几基直线杆塔后为一耐张杆塔。,直线杆,耐张杆,档距,耐张段,孤立档,相邻两基杆塔中心线之间的水平距离L称为档距,相邻两基承力杆塔之间的几个档距构成一个耐张段,如果耐张段中只有一个档距称为孤立档,(5)金具,作用,在架空线路中主要用于支持、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
11、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。,分类,按性能和用途分：线夹、连接金具、接续金具、保护金具和拉线金具；,是将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜、倒塌、下沉等的设施,(6)基础,作用,底盘防止电杆下沉,拉线提高杆塔的强度，承担外部荷载对电杆作用力，将电线杆固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜和倒塌的作用。,架空输电线路将电能从发电厂输送到负荷中心,沿途需翻山越岭,跨江过河,既要以受严寒酷暑,还要承受风霜雨雪,这样对架空输电线路提出了与大自然相适应的特殊要求.,4 架空输电线路的运行环境及要求,(一)能耐受沿线恶劣气象的考验,沿线自然气象状况对架空输电线路的影响有电气
12、和机械两个方面,气象参数有风速、,覆冰厚度、,气温、,空气湿度、,雷电活动的强弱,对机械强度有影响的为风速、覆冰厚度、及气温称为架空输电线路设计气象条件三要素,风速,风对架空输电线路的影响主要有：首先，风吹在导线、杆塔及其附件上，增加了作用在导线和杆塔上的荷载；,其次，导线在由风引起的垂直线路方向的荷载作作用下，将偏离无风时的铅垂直面，从而改变了带电导线与横担、杆塔等接地部件的距离；,第三、导线在稳定的微风（0.58m/s）的作用下将引起振动;在稳定的中速风（815m/s）的作用下将引起舞动;导线的振动和舞动都将危及线路的安全运行。,覆冰厚度,输电线路覆冰对输电线路安全运行威胁有三个方面：一是
13、由于导线覆冰，荷载增大，引起断线、连接金具破坏、甚至倒杆等到事故；二是覆冰严重，使导线弧垂显著增大，造成导线与被跨越物或对地距离过小，引起放电闪络事故；三是由于不同时脱冰使导线跳跃，易引起导线间以及导线与避雷线间闪络，烧伤导线或避雷线。,覆冰大致分为雾淞冰和雨淞冰,雾淞冰密度较小（约0.10.4g/mm2），呈针状或羽毛状结晶。,雨淞冰密度较小（约0.50.9g/mm2），冻成浑然一体的透明状冰壳，附着力很强。,气温,气温的变化，引起导线热胀冷缩，从而影响架空输电线路的弧垂和应力。气温越高，导线由于热胀引起的伸长越大，所以需考虑导线对被交叉跨越物和对地距离应满足要求，反之，气温越低，线长缩短越
14、多，应力增加越多，所以需考虑导线机械强度应满足要求。,组合气象条件和典型气象区,在工程中，只要把握对线路各部件起控制作用的气象条件即可把握所有气象条件输电线路的影响。结合实际、慎重分析气象规律，又适合线路上的技术经济合理及设计方便性组合气象条件,组合气象条件一般常用的九种：,最高气温,最低气温,年平均气温,最大风速,最大覆冰,内部过电压（操作过电压）,外部过电压（大气过电压）,安装情况,事故断线,根据我国不同地区的气象情况和多年的运行经验我国各主要地区组合的气象条件归纳为九个典型气象区，其参数的组合,(二)合理地选择导线的型式、载面、和应力,导线型式,导线应选择导电率高、耐热性能好、具有一定的
15、机械强度，且重量轻、制造方便、价格低廉的材料,提问：符合这些条件的应该是怎样的呢？,材料：铜、铝、钢,型号：铝绞线（LJ）、钢芯铝绞线（LGJ）、防腐钢芯铝绞线（LGJF）、镀锌钢线（GJ）,导线的机械物理特性主要有：瞬时破坏应力、弹性系数、温度热膨胀系数及导线的质量,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,P瞬时破坏应力，MPa,P瞬时拉断力，N,导线载面积，mm2,导线弹性系数；在弹性限度内，导线受拉力的作用时，其应力与相对变形的比值,导线的弹性系数，MPa,导线受力时的应力，MPa,导线受力时的相对变形,作用于导线的轴向拉力，N,l，l导线受拉引起的绝对伸长和
16、原长，m,热膨胀系数；导线的温度每升高10C引起的相对变形,导线的温度热膨胀系数，1/0C,导线由于温度变化所发生的相对变形,t温度变化量，OC,导线的质量；以每千克导线的质量值表示，单位kg/km，可查表,导线截面选择的要求,线路年运行引用,符合总的经济利益:是指维持正常运行而每年支出的费用,它包括电能损失费、折旧费、修理费、维护费。,导线运行中的温度不应超过其最高允许温度:我国规定，钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线可采用+700C（大跨越可采用+900C ），镀锌钢绞线可采用+1250C 。,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,110kV电压等级的输电线路，导线截面应按电晕条件进
17、行验算。规程规定：海拔不超过100m地区的35kV线路不必验算电晕；110kV线路，当导线的最小直径为9.6mm时不必验算电晕。,导线的应力和弧垂,导线单位横截面积上的内力为导线应力,导线上任意点至导线两侧悬挂点的连线之间的铅垂距离称为导线上该点的弧垂,fx,导线上应力和弧垂的大小相互联系的，在架设导线时，导线的松紧程度直接关系到导线及杆塔的受力大小和导线对被跨越物及地面的距离，也是线路设计、施工和运行的重要技术参数。,(三)必须满足电气间隙和防雷要求,输电线路的电气间隙内容,以一基杆塔为例：,二是导线和杆塔接地、导线和被交叉跨越物、导线和地面之间的距离,输电线路的防雷要求：导线与避雷线间的距
18、离应按防雷保护要求确定，并保证输电线路具有一定的耐压水平，才能保证线路运行的可靠性。,(四)能承受各种气象条件的荷载作用,一是导线和导线、导线和避雷线之间的距离,三 导线机械计算基础,建设一条架空线输电线路,必须符合经济合理、安全适用的原则。既要充分利用材料的强度，又要保证安全运行。 对于悬挂在架空线路杆塔上的导线，当外界温度变化时，将会引起导线的伸缩；而导线上的荷载变化，也将引起导线的弹性变形，这两种现象都使导线的长度发生变化。由计算可知：档距一定时，导线长度的微小变化会导致导线应力和弧垂的很大变化，,概述,1、导线应力弧垂分析,导线长度的缩短，将使导线应力增大，弧垂减小；反之，导线伸长，将
19、使导线应力减小，弧垂增大。显然，在线路设计时，必须计算导线的 和 ，确定和掌握导线在各种气象条件下的应力和弧垂的变化，并保证当导线应力最大时，其值不超过导线强度允许值，而当导线弧垂最大时，要保证导线的对地安全距离，从而保证线路设计经济合理、运行安全可靠。,应力,弧垂,导线的比载,比载定义,作用在导线上的荷载有导线的自重、导线覆冰重和导线所受垂直于线路方向的水平风压。,工程上用比载来计算导线的荷载，因此,比载即单位长度、单位截面导线上的荷载。符号“g”表示，单位N / m.mm2,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。,垂直比载,1、自重比载g1,导线自重比载即导线自身重
20、力引起的比载 G导线计算质量kg/km A导线截面积，mm2 g1 导线自重比载,导线上覆有冰层时,其冰筒重力由导线承受.将1m长导线上的覆冰荷载折算到每平方毫米导线截面积上的数量称为冰重比载,2、冰重比载g2,水平比载,b覆冰厚度，mm d导线计算直径，mmV1m长冰筒的体积，cm3 g2 导线冰重比载，N/m.mm2,3、覆冰时垂直总比载g3,当导线覆冰时，其垂直总比载为自重比载和冰重比载之和。g3 = g1+ g2,1、无冰时导线风压比载g4,作用于导线上的风压是由空气运动时的动能所引起的。单位体积空气的动能作用在导线单位面积上的“理论风压”为p0=0.6132。,考虑到整个档距的风速不
21、可能一样大，且导线所受风压与其体形有关，所以计入风速不均匀系数和风载体形系数，则作用于1m长度导线上风压为：P=0.613Cd2 x10-3。则无冰时风压比载为：,P1m导线上风压，N 设计风速，m/sg4风冰时风压比载，N/m.mm2C风载体形系数，当导线直径d=17mm时,C=1.1风速不均匀系数，,在有风气象条件时,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.,2、覆冰时导线风压比载g5,综合比载,1、无冰有风时综合比载g6,2、有冰有风时综合比载g7,3、无冰无风时综合比载g8,思考:综合比载中为会么没有有冰无风时的综
22、合比载?,2、 导线应力的概念,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。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。,取导线最低点O至任意一点P的一段导线分析：设P点应力为x，方向为P点的切线方向，同理O点,将x分解为垂直方向1和水平方向2两个分应力。根据静力平衡条件2 = 0 ，即档中导线各点应力的水平分量均相等，且等于导线最低点应力0 。所以除特别指明外，导线应力都指档中导线最低点的水平应力。,悬挂于两基杆塔间的一档导线，其弧垂与应力的关系：弧垂越大，则导
23、线的应力越小；反之，弧垂越小，应力越大。因此，从导线强度安全角度考虑，应加大导线弧垂，从而减小应力，以提高安全系数。但是，若片面地强调增大弧垂，则为保证带电导线的对地安全距离，在档距相同的条件下，必须增加杆高，或缩小档距，其结果使线路基建投资成倍增加，同时，在线间距离不变的条件下，增大弧垂也就增加了运行中发生混线事故机会。,导线机械强度允许的最大应力称为最大允许应力max架空送电线路设计规定，导线和避雷线的设计安全系数不应小于2.5。,一条线路施工过程中，一般应使导线在各种气象条件中，当出现最大应力时的应力恰好等于max,把最大应力控制在比最大允许应力的某一水平上，即安全系数K2.5。把设计时
24、所取的最大应力气象条件时导线应力的最大使用值称为最大使用应力。max。max=TP/KA=p/K当K=2.5时，有max =max ，这时称导线按正常应力架设；当K2.5时，有max max ，这时称导线按松驰应力架设；,提问：现场有哪些地方用松驰应力架设？为什么？,工程中，一般导线安全系数均取2.5，变电所进出线档的导线最大使用应力常是受变电所进出线构架的最大允许拉力控制的；对档距较小的其他孤立档，导线最大使用应力则往往是受紧线施工时的允许过牵引长度控制；对个别地形高差很大的耐张段，导线最大使用应力又受导线悬挂点应力控制；以上均为松弛应力架设。,3、 悬点等高时导线弧垂、线长和 应力的关系,
25、悬挂在杆塔上的一档导线，由于档距很大，导线材料的刚性对导线悬挂于空中的几何形状影响很小。作用于导线上的荷载是沿导线线长均匀分布的，可以把导线悬挂曲线看成是一条理想柔韧的悬链线，其解析方程为悬链线方程。工程中在允许误差的前提下，取其简化形式（1）将沿线长均匀分布的荷载简化为沿档距两侧导线悬挂点的连线均匀分布,由此得到一套计算式为斜抛物线式。,导线悬挂曲线解析方程式,在工程中，当悬点高差h和档距l之比大于等于10%时,则可以应用斜抛物线式。,在工程中，当悬点高差h和档距l之比小于10%时,则可以应用平抛物线式。,只有悬点高差h很大或档距很大，要求精确计算时，才应用悬链线式进行计算。,已知悬点A、B
26、等高的一档导线，档距L，在一定的气象条件下，导线最低点应力为0，比载为g，并设比载沿档距均匀分布，现取OP段导线进行分析,过导线最低点建立直角坐标系，并设导线任意点P的切向应力为0，导线截面积为A，则OP段导线在三个力作用下处于平衡状态。,作用于O点，水平向左的张力T0=0A作用于P点，切线方向的张力T=XA作用于OP段导线上的总荷载 W=gxA 于是， 根据静力平衡条件MP=0 所以， T0 y =1/2Wx， 代入整理得,弧垂和应力的关系,导线弧垂是指导线悬挂曲线上任意一点至两侧悬挂点连线的垂直距离。,导线弧垂是指导线悬挂曲线上任意一点至两侧悬挂点连线的垂直距离。,La，Lb的含义如图所示
27、，若La=Lb=L/2，则,结论：导线弧垂与应力成反比，与档距的平方成正比，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。,任意点应力和最低点应力的关系,同一档距内,导线各点的应力是不相等的.如图设导线最低点应力为0,P点应力为X,W为作用在OP段导线上的总荷载,作用于x/2处,则有:,T0=0AT=XAW=gxA,将T分解为水平分量Tx和垂直TY根据静力平衡条件有:X=0,TX=T0=0A Y=0,TY=W=gxA,T=,因此x=0+gyx,线长和应力的关系,悬挂于两侧悬点间的一档导线的线长，可根据弧线的长度,沿其全档进行积分可得：,进一步
28、整理可得：,一档导线长度L和档距,相比，其增量为：,几个档距的概念,水平档距：该杆两侧档距之和的算术平均值,水平档距是用平计算导线传递给杆塔的水平荷载。,垂直档距：计算杆塔两侧档导线最低点O1和O2之间的水平距离,式中正负号选取原则：以计算杆塔导线悬点高为基准，分别观测前后两侧导线悬点，如对方悬点低则取正，对方悬点高则取负,垂直档距特性：当悬点等高时，水平档距与垂直档距相等，且不随气象条件变化；垂直档距的大小和档距、高差及气象条件有关，当档距、高差一定时，垂直档距随气象条件变化而变化；垂直档距的大小和地形有关，则杆塔高差h,m2,m1,h1,h2,O1,O2,代表档距：连续档耐张段中各档导线在一定气象条件下的水平张力（水平应力）总是相等或基本相等的，这个水平应力所对应的档距称为该耐张段的代表档距。,临界档距：当代表档距由零逐渐增大，在 较小时，导线应力主要受控于气温的影响；当 不断增大时，导线应力主要受控于比载，在这个变化过程中必然存在一个代表档距，此代表档距最大比载和最低气温条件的导线应力分别等于各自的控制应力，这个代表档距称为两种控制条件之间的临界档距。,
