配电线路基础知识

一、配电线路的基本结构

(一)配电线路的分类

根据电力网在电力系统中的作用和功能区别,我国将电力线路按电压等级划分为输电线路和配电线路。其中,输电线路以传输电能为工作目的,电压等级包括:220kV、330kV为高压输电;500kV、750kV(含±600kV)为超高压输电;1000kV(含±800kV)及以上为特高压输电。

按照原能源部与建设部联合颁布的《联合电力网规划设计导则》规定,电压等级在35～110kV的电力网称为高压配电网、10kV电力网为中压配电网、380V/220V(或称0.4kV)电力网为低压配电网。

配电线路是以分配电能为工作目的的电力线路。包括:高压配电线路,主要用于区域内的电能分配,其线路主要在35kV、110kV变电站间进行电能的分配传送。中压配电线路,主要用于小区域内的电能分配;其线路主要在35kV变电站与10kV变压器台、箱式变间进行电能的分配传送。低压配电线路:主要用于直接对用电设备的电能分配;其线路主要实现10kV变台、箱式变与低压用户用电设备的连接,从而达到完成电能的分配的目的。

(二)架空配电线路的基本要求

1.电网的额定电压

能使电力设备正常工作的电压称额定电压。各种电力设备,在额定电压下运行,其技术性能和经济效果最好。

电力线路的正常工作电压,应该与线路直接相连的电力设备额定电压相等。但由于线路中有电压降或称电压损耗存在,所以线路末端电压比首端要低。为使设备端电压与电网额定电压尽可能接近,取UN=(U1+U2)/2为电网的额定电压。其中U1、U2分别为电网首末端电压。

2.对配电线路的要求

(1)保证供电可靠性。对用户提供可靠的电力,实行不间断供电。为提高电力系统的供电可靠率,必须采取以下措施。

1)采用优质、运行安全、性能稳定,在使用期不检修或少检修的电气设备。

2)采用多次具有重合功能的重合器和线路分段器,以缩小停电面积和减小停电时间。

3)改革现行的管理制度和管理方法,其中包括检修制度、清扫制度、登检制度以及试验制度等。同时还要加强可靠性统计和可靠性管理。

(2)保证良好的电能质量。所谓电能质量是指电压、频率、波形变化率的各项指标。

1)电压变化率。当系统的负荷变化时,过大的电压变化,将会导致运行在系统中的电气设备偏离额定电压过大、运行特性劣化,导致损耗增加。我国规定的允许电压偏移标准为35kV及以上用户为±5%,10kV及以下用户和低压电力用户为±7%,低压照明用户为+7%～-10%。

2)频率变化。频率是电力系统运行稳定性的质量指标,过大的频率变化,将直接导致系统稳定性下降。同时,频率降低时,会引起电动机转速降低,乃至引起其拖动的生产机械的效率下降。我国电力系统的频率标准为50Hz。

3)波形的变化。近代电力系统中引入了大量的整流负荷,诸如电弧炉、电解炉、可控硅控制的电动机等。这些设备形成了各种高次谐波源,向系统输送大量的高次谐波。高次谐波不但会使电源电压的正弦波发生畸变,而且还会导致计量仪表产生较大的误差,使计量不准,发生大量丢失电量的现象。因此,规程中要求系统中任一高次谐波的瞬时值不得超过同相基波电压瞬时值的5%。

除此之外,还要求配电线路的运行必须经济,在保证对负荷正常供电的前提下,线路的运行成本最低。

二、配电线路的基本组成及各元件的作用

架空配电线路主要由基础(卡盘、底盘、拉盘)、架空地线、导线、电杆、横担、拉线、绝缘子和线路金具及等元件组成。

(一)导线

导线是架空线路的主要元件之一,导线担负着向用户分配传送电能的作用。因此,要求导线应具备良好的导电性能以保证有效的传导电流,另外还要保证导线能够承受自身的重量和经受风雨、冰、雪等外力的作用,同时还应具有抵御周围空气所含化学杂质侵蚀的性能。所以用于低压架空电力线路的导线要有足够的机械强度,较高的导电率和抗腐蚀能力,并且应尽可能的质轻、价廉。

1.导线的材料

导线的常用材料有:铜、铝、钢和铝合金等。其物理特性见表5-1。

表5-1　导线材料的物理特性

由表5-1可见,铜的导电性能好,机械强度高,耐腐蚀性能强。但由于铜的质量大,价格较贵,产量较少,而其他工业需求量大,所以架空电力线路的导线多采用铝线或钢芯铝绞线,一般都不采用铜线。

2.导线的型号

架空线路导线的型号是用导线材料、结构和载流截面积三部分表示的。导线的材料和结构用汉语拼音字母表示。如:T—铜,L—铝;G—钢,J—多股绞线,TJ—铜绞线,LJ—铝绞线,GJ—钢绞线,HLJ—铝合金绞线,LGJ—钢芯铝绞线。

3.导线在电杆上的排列方式

(1)导线的排列方式。高压架空配电线路多采用三角形排列,低压架空线路一般采用水平排列;多回路导线可采用三角形排列、水平排列或垂直排列。

(2)三相导线排列的次序。三相导线排列的次序为:面向负荷侧从左至右,高压配电线路为A、B、C相;低压配电线路为A、N、B、C相。不同电压等级的电力线路进行同杆架设时,电压较高的架设在上层,电压较低的架设在下层,并尽可能使三相导线的位置对称。分相敷设的低压绝缘线宜采用水平排列或垂直排列。

4.线路挡距及导线间的距离

根据《农村低压电力技术规程》(DL/T499—2001)的规定,线路所经区域及导线所用材料的不同,对线路挡距和导线间距的要求也不同。

(1)线路挡距。农村低压架空配电线路挡距的大小,可参照表5-2所规定的数值进行设置。架空绝缘线路的挡距不宜大于50m,其中10kV架空绝缘线路的耐张段长度不宜大于1km。

表5-2　农村低压架空配电线路的挡距

一般架空配电线路的挡距可参照表5-3。为确保导线的受力平衡,应力求导线弛度一致,弛度误差不得超过设计值的+10%、-5%,一般挡距导线弛度相差不应超过50mm。

表5-3　架空配电线路的挡距　单位:m

(2)导线间距。

1)导线水平线间距离。低压架空配电线路导线的线间距离,在无设计规定的条件下,通常是根据运行经验按线路的挡距大小来确定。在一般情况下导线间的水平距离应不小于表5-4所列数值。

表5-4　低压架空配电线路不同挡距时最小线间距离

根据《农村低压电力技术规程》(DL/T499—2001)的规定,农村低压架空配电线路导线间的水平距离应不小于表5-5规定的要求。10kV绝缘配电线路的线间距离应不小于0.4m,采用绝缘支架紧凑型架设不应小于0.25m。

表5-5　农村低压架空配电线路导线的最小水平距离　单位:m

2)导线的垂直及导线与其他构件的净空距离。当低压线路与高压线路同杆架设时,横担间的垂直距离:直线杆不应小于1.2m;分支和转角杆:不应小于1.0m。沿建筑物架设的低压绝缘线,支持点间的距离不宜大于6m。

导线过引线、引下线对电杆构件、拉线、电杆间的净空距离:1～10kV不应小于0.2m;1kV以下不应小于0.05m;每相导线过引线、引下线对邻相导体、过引线、引下线的净空距离的大小:1～10kV不应小于0.3m;1kV以下不应小于0.15m。

同杆架设的中、低压绝缘线路中,横担之间的最小垂直距离和导线支承点间的最小水平距离见表5-6。

表5-6　 同杆架设的绝缘线路横担之间的最小垂直距离和导线支承点间的最小水平距离

(二)电杆

电杆是架空配电线路中的基本设备之一,电杆在架空配电线路中用于支持横担、导线、绝缘子等元件,使导线对地面和其他交叉跨越物保持足够的安全距离的主要构件。

按所用材质的不同,用于低压架空配电线路的电杆有木杆、水泥杆和金属杆三种。自完成农网改造以后,农村低压架空线路多采用的是钢筋混凝土杆(简称水泥电杆)。钢筋混凝土杆,具有使用寿命长、维护工作量小等优点,使用较为广泛。

1.钢筋混凝土电杆的基本结构

图5-1所示为目前在配电线路中广泛使用的预应力钢筋混凝土电杆(简称:水泥电杆,下同),其结构为环形断面,空心圆柱式,采用离心法浇注而成。

图5-1　钢筋混凝土电杆结构示意图

用于架空电力线路的电杆通常有等径杆和拔梢杆两种。其中,农村低压架空线路较多地采用梢径为150mm,拔梢度为1/75的水泥电杆。这种电杆的壁厚40mm,钢筋保护层的最小厚度应不小于10mm;混凝土标号(或强度)不得低于C40(即:抗压40N/mm2)。

2.电杆的种类

电杆按其在线路中的用途可分为直线杆、耐张杆、转角杆、分支杆、终端杆和跨越杆等。

(1)直线杆又称中间杆或过线杆。用在线路的直线部分,主要承受导线重量及线路覆冰的重量和侧面风力,杆顶结构较简单,一般不装拉线。电杆结构参见图2-34所示。

(2)耐张杆为限制、缩小倒杆或断线的事故范围,架空线路通常将直线部分划分为若干耐张段,在每个耐张段的两侧安装耐张杆。耐张杆除承受导线重量和侧面风力外,还要承受邻挡导线拉力差所引起的沿线路方面的拉力。为平衡此拉力,通常在其前后方各装一根拉线。具体结构参见图2-35所示。(www.xing528.com)

(3)转角杆用在线路改变方向的地方。转角杆分为15°、15°～30°、30°～45°、45°～90°等几种。随线路转角度大小的不同,转角杆的横担结构、拉线安装方式、导线连接方式均有所不同,详细结构参见图2-36～图2-39所示。

(4)分支杆。设在分支线路连接处,分支杆上装拉线,用来平衡分支线拉力。分支杆结构包括丁字分支和十字分支两种。详细结构参见图2-40和图2-41所示。

(5)终端杆。设在线路的起点和终点处,承受导线的单方向拉力,为平衡此拉力,需在导线的反方向装拉线。详细结构参见图2-42所示。

3.电杆荷载

电杆在运行中要承受导线、金具、风力所产生的拉力、压力、弯力、剪力的作用,这些作用力称为电杆的荷载。一般情况下电杆的荷载主分为下列几种。

(1)垂直荷载。由导线、绝缘子、金具、覆冰以及检修人员和工具及电杆的重量等垂直荷重在电杆竖直方向所引起的荷载。

(2)水平荷载。主要是由导线、电杆所受风压以及转角等在电杆水平横向所引起的荷载。

(3)顺线路方向的荷载。顺线路方向的荷载包括断线时所受张力;正常运行时所受到的不平衡张力;斜向风力、顺线路方向的风力等。

(三)横担

横担主要用于支持绝缘子、导线等设备,并使导线间保持一定电气安全距离,以保证线路运行的安全的元件。农网低压配电线路的横担多采用热镀锌角铁横担及陶瓷横担,如图5-2所示。

1.镀锌角铁横担

如图5-2(a)所示为一般水泥电杆多采用的镀锌角铁横担,其规格应根据线路电压等级和导线截面的具体规格通过计算确定而定。但农网低压配电线路中所用角铁的规格不应小于:直线杆一根∠50mm×50mm×5mm;承力杆两根∠50mm×50mm×5mm。

2.瓷横担

如图5-2(b)所示,瓷横担具有良好的电气绝缘性能,可以同时起到横担及绝缘子两者的作用。瓷横担造价较低,耐雷水平较高,自然清洁效果好,事故率也低,可减少线路维护工作,在污秽地区使用,较针式绝缘子可靠。另外还有图5-2(c)所示与瓷横担性能基本相同的复合型绝缘横担,当线路发生断线时,瓷横担和复合型绝缘横担可以自动偏转,避免事故扩大;同时,瓷横担、复合型绝缘横担比较轻,便于施工、检修和带电作业。

3.横担的支撑方式及要求

中、低压配电线路横担的支撑方式与导线的排列方式有关,常见的低压配电线路横担支撑方式如图5-3所示。

图5-2　低压架空电力线路常用横担

(a)镀锌角铁横担;(b)瓷横担;(c)复合型绝缘横担

(1)水平排列横担。在农村低压三相四线制及单相架空配电线路的横担通常采用水平排列方式,其中有单横担、双横担、多回路及分支线路的多层横担等。如图5-3(a)所示。

单横担通常安装在电杆线路编号的大号(受电)侧;分支杆、转角杆及终端杆应装于拉线侧;30°及以下的转角担应与角平分线方向一致。转角杆的转角度在15°以下采用单横担,15°～45°采用双横担,45°以上采用十字双横担。

图5-3　低压架空电力线路常用横担排列方式示意图

(a)水平排列横担;(b)三角形排列横担;(c)三角形排列横担顶头

按规定,水平排列横担的安装应平整,端部上、下和左、右斜扭不得大于20mm。低压配电线路采用水平排列时,横担与水泥杆顶部的距离为200mm。同杆架设的双回路或多回路,横担间的垂直距离不应小于表5-7所列数值。

表5-7　同杆架设线路横担间的最小垂直距离　单位:m

(2)三角形排列方式。图5-3(b)所示为三相三线制架空电力线路导线三角形排列时的横担安装方式,导线为三角形排列的电杆头部通常安装头铁,根据电压等级、电杆位置的要求不同,头铁的结构有所不同,如图5-3(c)所示。

(四)绝缘子

绝缘子是架空电力线路的主要元件之一,通常用于保持导线与杆塔间的绝缘。用于电力线路中的绝缘子通常有陶瓷绝缘子、玻璃钢绝缘子、合成绝缘子等。中、低压配电线路中所用绝缘子主要是陶瓷绝缘子和合成绝缘子。

陶瓷绝缘子简称绝缘子,习惯称瓷瓶,内部结构如图5-4所示。其中瓷体主要用于元件的绝缘,水泥在瓷体与钢件间起连接粘合作用,钢脚和钢帽用于与其他构件的连接。

(1)针式绝缘子又称直瓶或立瓶,如图5-4(a)、(b)所示,针式绝缘子主要用于中、低压配电线路的直线杆上进行导线固定。

(2)蝶式绝缘子,又称茶台,如图5-4(c)所示。它主要用低压配电线路直线或耐张上固定绝缘导线。

图5-4　陶瓷绝缘子的基本结构

(a)针式绝缘子;(b)针式绝缘子;(c)蝶式绝缘子;(d)悬式绝缘子;(e)陶瓷拉线绝缘子;(f)复合拉线绝缘子
1—瓷体;2—水泥;3—钢脚;4—钢帽

(3)悬式绝缘子也称盘形绝缘子,如图5-4(d)所示。通常是由多片串联成绝缘子串,用于中、低压线路的耐张杆或35kV及以上线路的直线杆上,对导线起绝缘保护作用。

(4)拉线绝缘子。如图5-4(e)、(f)所示。安装拉线绝缘子的目的是当拉线穿越或接近导线时,为防止拉线带电可能造成人身触电事故的发生,而对拉线采取的绝缘措施。

(五)金具

在架空配电线路中,用于电杆、横担、拉线及导线、绝缘子间的连接与固定的金属附件被称之为电力线路中的金具。配电线路中的金具通常有:导线线夹、横担金具、拉线金具、连接金具、接续金具。

(1)导线线夹。用于配电线路的导线线夹主要包括悬垂线夹和耐张线夹两部分。

1)悬垂线夹。悬垂线夹如图5-5(a)所示,主要用于35kV及以上线路直线杆上固定导线,并通过悬垂绝缘子与电杆的横担相连接,同时对架空导线实现保护。

2)耐张线夹。耐张线夹是将导线固定在非直线电杆的耐张绝缘子上,常用低压架空配电线路的耐张线夹主要有螺栓式耐张线夹和楔形耐张线夹,如图5-5(b)、(c)所示。

(2)横担金具。横担固定金具主要用于电杆上导线横担的支撑固定,通常由角钢、扁钢等制作而成,经镀锌防腐处理。低压配电线路常用的横担金具有横担抱箍、垫铁、撑铁、U形螺丝等。

(3)拉线金具。用于拉线支撑、调整、固定、连接的金属构件俗称拉线金具。

(4)连接金具。架空配电线路中的连接金具如图5-6～图5-8所示,主要包括球头挂环、碗头挂板、直角挂板、平行挂板、直角挂环、U形挂环等。主要用于架空线路中导线、绝缘子、横担间的连接过渡。

图5-5　悬垂线夹和耐张线夹结构图

(a)悬垂线夹;(b)螺栓式耐张线夹;(c)楔形耐张线夹

图5-6　球头挂环和碗头挂板结构示意图

(a)Q形球头挂环;(b)QP形球头挂环;(c)单联碗头挂板;(d)双联碗头挂板

图5-7　直角挂板和平行挂板的基本结构

(a)Z形直角挂板;(b)ZS形直角挂板;(c)PS形平行挂板;(d)P形平行挂板

(5)接续金具。接续金具主要用于架空线路的导线、非直线杆塔跳线的接续及导线补修等。常用的接续金具有:导线接续管、并沟线夹等。如图5-9和图5-10所示。

图5-8　直角挂环和U形挂环的基本结构

(a)直角挂环;(b)U形挂环

图5-9　导线压接管的基本结构

(a)钢芯铝绞线钳压管;(b)铝绞线钳压管

图5-10　配电线路常用并沟线夹的基本结构

(a)铝绞线用并沟线夹;(b)钢芯铝绞线用并沟线夹