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【普及】教你认识不同种类的输电线路

   日期:2014-09-17     来源:能源观察网    浏览:483    
核心提示:即便是学电的、在电力系统工作的人都不一定认识输电线路,输电工程的确太复杂了,基本算纯工程性问题,想了解并不容易。本文教你认识各种输电线路。

实话说,即便是学电的、在电力系统工作的人都不一定认识输电线路,输电工程的确太复杂了,基本算纯工程性问题,想了解并不容易。

什么是输电杆塔?

先说说输电杆塔的概念,输电导线是由输电杆塔一段一段撑起来的,高电压等级的用“铁塔”,低电压等级的比如居民区里见的一般用“木头杆”或“水泥 杆”,合起来统称“杆塔”。高电压等级的线路需要有更大的安全距离,所以要架得很高,只有铁塔才能有能力负担数十吨的线路,一根电线杆架不了这么高、也没 这么大支撑力,所以电线杆都是较低电压等级的。至于多高电压算高,多低算低,这个回头细说。

对了,电压等级都是说线电压,ABC三相中任意两相之间的电压。家里用的220V是相电压,是三相中任意一相对大地的电压。实际家里用电是380V线 电压的(220V的根号3倍),只是到了楼门口了,才三相分开,比如ABC三相各入一栋楼的三个单元。380V电压等级在电力系统也叫0.4kV电压等 级,对比下目前的1000kV特高压输电线路,差2500倍,颤抖吧~

我们在旅行沿途看到的一般都是输电铁塔,至于塔型什么的没啥意思就不说了,猫头塔、酒杯塔、门型塔、V字塔都是“象形”的,看样子就知道。输电线路也分直流和交流(DC和AC),直流好认但不是很常见,国内的线路就那么几条,碰上不容易。

下图就是±800kV云南至广东的输电线路。

铁塔是T型的,下面吊着两回输电线路,一边正极,一边负极,至于为啥正极和负极要分这么多股线,咱们等到讲交流线路的分裂导线时再说。仔细看铁塔上面 还伸出来了两个小“角”,一边也各一条“细线”,这不是输电用的,而是避雷用的避雷线,也叫地线。(避雷概念参见“雷电轶事与防雷”,回复“雷电”)

交流线路的小秘密

交流线路对于我们,几乎是“大宝天天见”。

交流的一回线路有ABC三 相,输电铁塔最顶端顶着的是避雷线。雷暴多地区或电压等级高的线路是两根避雷线,雷暴不严重或电压等级低的线路可以减少到一根避雷线,这个是从工程实际和 省钱的角度选择的,反正大家看到最顶端细细的一或两根线就知道是避雷线了。避雷线都是跟铁塔相连的,为的是把雷击时的电流能顺着铁塔引到地里面去。

不过在接的时候,避雷线和杆塔中间是有段绝缘体或绝缘子的,小编仔细看过,能看到跳线。这样的目的是可以在雷击时方便击穿泄流,同时在平时减少输电损 耗。如 果避雷线直接连着铁塔,则线中对导线的感应电流会直接流入大地,导致输电损耗(本点特别感谢清华大学电机系王家福博士的补充)。下图就是只有一根避雷线的 线路。

避雷线一般都高电压等级的空旷地区的输电铁塔用,咱们看到的电线杆上一般很少有避雷线,一是电线杆一般是在城市内,有其他更高的建筑可以被雷劈;二是本来低电压等级的电线杆就送不了多少电,还要架根避雷线的成本就高了。

避雷线下面就是输电线路了,根数都是3的倍数,3根线的叫一回线,6根线的叫两回线,12根的就叫四回线了,每一回里都有ABC三相的三根线。上面这 张图我们就叫“同塔双回”线路,一边是一回线。之所以一个塔上有多回线路,主要是考虑输送容量和占地面积,所以也衍生出了“线路长度”和“回路长度”的概 念,对同塔双回而言,回路长度是线路长度的2倍,以此类推。下图是个同塔四回的,如果是不同电压等级的,则上面导线的电压要高于下面导线的电压,电压越高 对地的安全距离要求越高。

避雷线和输电导线其实也很好区分,一个是直接顶在杆塔上的,一个是需要用绝缘子串悬挂在杆塔上的。杆塔上是地电位,没有绝缘子串的绝缘,导线就直接对杆塔短路了。

怎么看输电线路?

看输电线路,能分清电压等级是首位的,这决定了是哪条线,大概输送多少功率,输送多远距离。对于不同的电压等级怎么区分呢?小编的方式是“三看”:看导线分裂数、看绝缘子串长度、看杆塔高度。

先说分裂数,正如下面这张图片显示的,对于ABC三相中的每一相导线,都是分成好几股的,比如下面这个特高压输电线路就分了8股,叫“八分裂”导线。 之所以一相导线要分裂成好几股,是要把导线的“等效直径”扩大,相当于用几股较细的导线(相对较细,其实也有女生的手腕子粗),围成一个近似圆形,相当于 把整相的导线直径“等效”扩大了。

扩大“导线直径”有这么几个原因:一是交流电有“趋肤效应”,因为自感的原因,电流大部分都在导线表面流动,导体中间几乎没有电流,把导体弄成管状可 以简约材料减轻重量,既然是管状,不如弄成分裂导线代替管状线;二是高压输电线电流很大,要求导线的电阻低,电阻与导线的面积成反比,因此本来要用很粗管 状导线代替,现在就用分裂导线了(在变电站里还是用管母线);三是导线越粗,导线表面电场强度就越低,电晕就越小,电晕是对电能的损耗,我们当然希望把导 线弄粗些,降低表面场强及电晕(电晕是一种放电现象,雨天在输电线周围可能会听到“兹兹”的声音,那就是电晕的声音,夜里也能看到导线在发微弱的光,当然 电晕也不是只有坏处,以后可以细说)。

由电晕的“兹兹”声,也会带来无线电干扰,这也是为什么直流导线也要分裂的原因,都是为了降低电晕。在1000kV以下还有750kV的超高压输电线 路,这个电压等级只在我国的西北电网使用,欧洲倒也有765kV这个电压等级的线路。750kV电压等级一般用六分裂的导线。500kV的是按规程是四分 裂导线,不过据小编观察,现在六分裂导线居多了,尤其在大城市周边,可能是输送功率大了。220kV的一般是两分裂,110kV及再往下的电压等级就不用 分裂导线了,单根就行,电晕已经不严重了。(以上文字特别感谢国网经研院的武宏波博士补充)不过可能因送电功率大的原因,某些地方也能见到220kV四分 裂,110kV两分裂。三分裂的导线理论上有,但小编还真没怎么见过。

再说绝缘子片数。导线分裂数比较好数,数清楚几根线就知道是多高电压等级的了。除了看分裂数,也可以数绝缘子的片数,不过比较费眼,熟了的话扫一眼就 知道。绝缘子是飞碟状的,一个飞碟算一片绝缘子,绝缘子串是把若干飞碟串起来,就如下图所示,隔离导线与杆塔用的。一片绝缘子大概的厚度是15厘米,串7 片差不多一米。

下表是电压等级与对应的绝缘子片数,如果高海拔、污秽重的地区或者重要的塔,片数还要增加几片。基本可以看出1片绝缘子可以承受1-1.5万伏特的电 压,但随着电压等级的升高,承压的非线性越强。实际上,绝缘子片数选择是个工程问题而不是科学问题,因为空气的击穿实在太复杂了,算是算不出来,只能做试 验试出来,不同地区不同环境,绝缘子片数可能差别很大,下表只算个参考。

当然不同类型的绝缘子,要求的片数也不同,下图那张1000kV特高压的图,小编用肉眼数了下,大概接近60片了,真是好长。。。

除了数分裂数和绝缘子片数,还可以看看杆塔的高度,虽然设计规程上没有规定杆塔要多高,但非常详细地规定了输电导线距离其他物体的最小距离。输电线路一档大约500米,导线是要下垂的,尤其是天气热和用电负荷大的时候,导线热胀冷缩,会下垂的更厉害。

所以规定中明确写了各电压等级的输电线路的导线对各种物体的最小距离。例如在居民区导线对地面最小距离分别为35~110kV是7米,220kV是 7.5米,330kV是8.5米,500kV是14米,750kV为19.5米。如果考虑导线弧垂和绝缘子长度,则110kV大概离地面十几 米,220kV和330kV是二十几米,500kV是三四十米,750kV是五十几米,1000kV是七八十米,换算成楼房高度,那分别是5层楼、8层 楼、12层楼、18层楼和25层楼,有点具象了吧。不过这都很粗略,根据气候和地形不同,高度是要调整很大的。

总体来说,区分电压等级最容易看的是导线分裂数,最准确能判断的是绝缘子片数,最有震撼力的是杆塔的高度。不过说实话,送电线路是门很大的实验科学, 大多数公式都是大量工程经验的总结,没有什么完美的理论,各种地形地貌各种气候条件,都要从实践中得真知。因而我们应该敬重总变电工人以及科研工作者们, 是他们大量的辛勤劳动,才让电从远方送到我们的城市。

我们能看到的输电线路,都是地形地貌比较好的地区,要知道崇山峻岭中、大川大河上也都有输电线路,尤其是给偏远地区送电,铁塔和电线材料都是人拉肩扛上去的,相当辛苦!可以说连公路都没有的地方,可能会有输电线路,真的要向送变电工作人员们致敬!

除了上面的避雷线和下面的输电导线外,有时候还能看到输电导线的下面有一根细线,不过并不常见,一般是在接地条件很不好的山区或者雷击频繁跳闸的地区才有这么一根线。这根线就是耦合地线,利用电磁感应原理,分流一部分雷电流,使得绝缘子串两端的电位差小于击穿电压。

输电线上神秘的小风车

最后说说输电杆塔上的小玩意儿。Look!猜猜这个刺儿和橘黄色的小风车是干嘛的?

答案揭晓:都是防鸟的!倒刺是防止鸟筑巢,用在铁塔上;小风车是驱赶鸟的,一般用在电线杆上。下次可以留意下哈!

为啥输电杆塔跟鸟过不去呢?因为鸟粪是导致输电线路短路故障的重要原因。鸟粪是导电的,排放到绝缘子串上时,很会构成导线的对地短路通道,所以输电线 路都很怕“愤怒的小鸟”。。。除了鸟以外,蛇、鼠、黄鼠狼、或者翼展太长的大鸟都可能导致输电线路的对地或相间短路。大树也会,所以也要定期修剪树木。 哎,送变电同志不容易啊,还得和各种动植物打交道。

(鸟粪闪络机理:鸟粪铺满绝缘子也未必闪络。因为污闪必须污秽润湿,而鸟粪会干。一般鸟粪闪络,是在鸟粪下降过程中,形成细长的导电通道,相当于短路了部分绝缘距离,所以才发生闪络。本要点特别感谢清华大学电机系王家福博士指出)





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