第一节 输电线路的结构

输电线路按结构分为架空线路和电缆线路。架空线路是通过铁塔、水泥杆塔架设在空气中的导线，一般为裸导线。架空线路造价低廉，是目前主要的线路型式，缺点是占用通道面积大。电缆是利用绝缘层将导线（一般为铜线或铝线）包裹起来，一般110kV以上为单相，以下为三相。由于铺设电缆占地面积小，但造价极高，故一般在城市中使用。

一、架空线路的组成

架空线路主要由避雷线、导线、金具 、绝缘子 、杆塔、拉线和基础等元件组成。架空线路的的显著优点是线路结构简单、施工周期短、建设费用低、输送容量大、维护检修方便。

1．导线

导线是线路的主要组成部分，用来传输电流，具有机械强度高、耐磨耐折、抗腐蚀性强、价格便宜等特点。导线常用的材料有铜、铝、钢、铝合金等。结构可分为单股线、单金属多股绞线、复合金属多股绞线三种型式。架空线路导线型号如图7-1所示，是由导线材料、结构和载流面积三部分表示，如LJ-120 LGJ-300/50 。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。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。

图7-1  架空线路导线型号

2．避雷线

避雷线设置于输电导线的上方，用作防雷保护。避雷线又称架空地线，一般采用有较高强度的镀锌钢绞线，架设在杆塔顶部，一根或二根，用于防雷，110-220kV线路一般沿全线架设。常用的截面是25、35、50、70平方毫米，导线的截面越大，使用的避雷线截面也越大。 

3．杆塔

（1）杆塔按其作用分为：直线杆塔、直线转角杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、跨越杆塔、换位杆塔、分支杆塔等。

1）直线塔（z）——用于线路的直线中间部分，以悬垂的方式支持导、地线，主要承受导、地线自重或覆冰等垂直荷载和风压及线路方向的不平衡拉力。

2）直线转角塔——除起直线塔的作用外，还用于小于5°的线路转角。

3）耐张塔（N）——支承导线和地线，能将线路分段，事故范围，便于施工检修；其机械强度较大，除承受直线杆塔承受的荷载外，还承受导、地线的直接拉力，事故情况下承受断线拉力。

4）转角杆塔（J）——用于线路转角处，一般是耐张型的。除承受耐张塔承受的荷载外，还承受线路转角造成的合力。

5）终端杆塔（D）——用于整个线路的起止点，是耐张杆塔的一种形式，但受力情况较严重，需承受单侧架线时全部导、地线的拉力。

6）分支杆塔（F）——用于线路的分支处。受力类型为直线杆塔、耐张杆塔和终端杆塔的总和。

7）跨越塔（K）——用于高度较大或档距较长的跨越河流、铁路及电力线路杆塔。

8）换位杆塔（H）——用于较长线路变换导线相位排列的杆塔。

（2）按根据杆塔材料分：木杆、钢筋混凝土杆塔和铁塔。 

（3）按回路分类分：单回杆塔，双回杆塔和多回杆塔。 

4．金具

架空线路上使用的金属部件，统称为线路金具。起支持、紧固、连接、保护导线和避雷线的作用，金具可分为如下种类。

（1）支持金具（悬垂线夹）：如图7-2所示，起支撑作用，具备固定性和释放性，将导线悬挂于直线杆塔上，有较好的动态应力承受能力，可提供足够的握紧力来保护导线。

图7-2  支持金具

（2）紧固金具（耐张线夹）： 如图7-3所示，承受全张力，将导线或地线连接至终端杆塔、耐张杆塔上 。

图7-3  紧固金具

（3）连接金具：如图7-4所示，专用连接金具和通用连接金具，用于将悬式绝缘子组装成串，并将绝缘子串连接、悬挂在杆塔横担上。 

图7-4  连接金具

（4）接续金具：如图7-5所示，导线用接续条用来连接铝绞线、钢芯铝绞线、铝包钢绞线和铝包钢芯铝绞线等导线，使其达到原有机械强度和导电性能；钢绞线用接续条用来连接钢绞线，使其达到原有机械强度。 

图7-5  接续金具

（5）拉线金具：如图7-6所示, 主要用于固定拉线杆塔。

图7-6  拉线金具

5．杆塔的基础

（1）基础的分类

1）按杆塔型式分，可分为直线杆塔基础、耐张杆塔基础、转角杆塔基础和特种杆塔基础。

2）按基础受力方式分，可分为下压基础、上拔基础和倾覆基础。

（2）基础的选择

基础型式的选择应根据杆塔型式结合沿线地质、所受荷载、施工条件等特点综合考虑，如混凝土杆及钢电杆的基础主要是防止倾覆，铁塔基础主要是防上拔、下压。

在基础选择过程中，应注意以下几点：有条件时，应优先采用原状土基础，如掏挖式、半掏挖式、岩石及桩基础；一般情况下，铁塔宜采用现浇钢筋混凝土或混凝土基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用预制装配式基础或金属基础，必要时可采用桩基础。

6．绝缘子

按介质分为类盘形悬式瓷质绝缘子、盘形悬式玻璃绝缘子、半导体釉和棒形悬式复合绝缘子。

按连接方式分为球型和槽型两种，如图7-7所示。

图7-7  球型和槽型绝缘子

（a） 球型绝缘子；（b） 槽型绝缘子

按承载能力大小分为40、60、70、100、160、210、300kN七个等级。每种绝缘子又分普通型、耐污型、空气动力型和球面型等多种类型。 

按电压等级悬垂串绝缘子片数分为：10kV 1片；35kV 3片；110kV 7片；220kV 13片；500kV 28片。由于线路设计或其他原因为了防止导线遭受雷击，在实际应用中故意增加绝缘子的个数，故片数会有所不同，V型串、倒V型串片数与之不同。

在输电线路上，直线杆塔的绝缘子串是垂直于地面安装的，瓷裙内不易积尘和进水。而耐张杆塔的绝缘子串几乎是与地面平行安装的，瓷裙内既易积尘又易进水，因此绝缘子串的表面绝缘水平下降。另外，耐张杆塔的绝缘子串所承受的机电荷载比直线杆塔要大得多，绝缘子损坏的可能性也大，所以，在耐张杆塔的绝缘子串上比直线杆塔要多装1～2个绝缘子，以提高其载荷和绝缘强度。

7．架空输电线路有关的几个术语

（1）架空线路挡距与垂弧的关系如图7-8所示，相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离称为档距。弧垂是指导线上任一点到悬挂点连线之间在铅垂方向的最大距离。导线到地面的最小距离称为限距。

图7-8 架空线路挡距与垂弧关系示意图

（2）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。 

（3）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.

（4）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.

（5）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。

二、电缆线路的组成

电力电缆一般埋设于土壤中或敷设于室内，沟道，隧道中，具有占地少，受气候条件和周围环境影响小，传输性能稳定、可靠性高，维护工作量少等优点。主要由导电线芯（导体）、电缆护层、绝缘介质、屏蔽层和电缆接头盒五部分组成。

1．导电线芯

导电线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。应采用具有高电导率的金属材料，目前主要是用铜或铝。为了便于运输和敷设，电缆要可以弯曲。为此，电缆的导电线芯常用多根导线扭绞而成。在单芯电缆或分相铅包电缆中，导电线芯常用圆形芯；而在多芯电缆中，为减小尺寸及质量，有时制成扇形芯。

2．电缆护层

电缆护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分、潮气的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。塑料或橡皮绝缘电缆常常就在外面再包以塑料或橡皮层来作护套，而油浸纸绝缘电缆常用铅包或铝包的护套。铅护套柔软、不透水、耐腐蚀，但是机械强度低，而且铅为稀缺的有色金属，正逐渐被铝护套等所替代。铝的密度（2. 7）比铅（11. 34）小得多，所以铝护套轻而结实，但铝中如含有杂质，在运行中可能由于电化学作用等而将护套逐渐电解破坏。

当需要承受较大的机械负荷时，常采用钢带或钢丝恺装。而在恺装层与金属护套间垫有内衬垫层，它是由沥青复合物、聚氯乙烯及浸渍纸带或浸渍电缆麻等所组成。如果电缆需要敷设在可能被腐蚀的场所，在恺甲外面也应包以由这些保护材料所组成的外护层。针对铝包钢带恺装电缆质量仍较大、敷设弯曲半径大的缺点，也有的地方改在三芯扇形芯的铝护套外加上防腐护层及聚氯乙烯外护套，不再加恺装，使质量比恺装电缆约少1/3，且运行情况良好。

3．绝缘介质

绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。在较低电压时，如35kV及以下，国内广泛采用的是粘性浸渍的油纸绝缘、橡皮绝缘、塑料（聚氯乙烯、聚乙烯等）绝缘。更高电压时，大多改用充油电缆、钢管油压电缆、充气电缆等。

橡皮绝缘或丁基、乙丙合成橡胶绝缘电缆，弹性好，柔软可挠，特别适宜用于35kV及以下的移动式供电设备上。塑料绝缘电力电缆也没有敷设落差的，且加工方便，维护简便。其中聚氯乙烯电缆常用到6-10kV，它价格低廉、耐酸耐碱，但介质损耗大、允许工作温度较低（60-70℃以下）、耐老化性能差。因此更高电压的塑料电缆，都采用交联聚乙烯，由于经过交联，线状分子结构变成了网状，这样既保留了聚乙烯原有的优良电气性能，又提高了机械强度和耐热性能。丁丙橡胶的耐热性与交联聚乙烯相近，而耐局部放电的性能比交联聚乙烯还好些，可是损耗较大。所以两者各有优点，110或220kV级的聚乙烯及丁丙橡胶绝缘的电力电缆国外都有采用。

4．屏蔽层

10KV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。电力电缆的屏蔽层的作用有：因为电力电缆通过的电流比较大,电流周围会产生磁场，为了不影响别的元件，所以加屏蔽层可以把这种电磁场屏蔽在电缆内；可以起到一定的接地保护作用，如果电缆芯线内发生破损，泄露出来的电流可以顺屏蔽层流如接地网，起到安全保护的作用。

5．电缆接头盒

（1）终端接头盒

电缆两端都应有终端接头盒，通过它与变压器或架空线相连接。户外终端接头盒都应有密封的瓷套（或环氧树脂套等）以防止潮气进人。正常情况下，单芯的（或分相铅包的）电缆本体中几乎只有垂直于纸层的径向场强，对此油纸绝缘的电气强度是很高的。可是在电缆终端处，附近不仅电场异常集中，而且有很强的轴向分量。如不采取相应的措施，在较低的电压下，就会在这护层边缘处发生电晕甚至滑闪放电，这时仅仅靠增加沿面距离并不会带来显著效果。为要提高放电电压，必须设法改善电场分布，所采用的原则与高压套管中改善电场分布的原则相同。

（2）连接接头盒

当电缆线路较长时，必须在现场用连接接头盒将多根电缆连接起来。连接盒里的电场也不像电缆本体中那样全为径向分布，而且是在现场制作的，条件较差。因此，将载流芯连接后，还需包缠增绕绝缘层，并在两端加上应力锥，使沿此锥面各点的轴向场强均匀化。

充油电缆的连接盒除上述的普遍连接盒外，还有绝缘连接盒和塞止式连接盒。当需要沿线路长度上对电缆护层进行交叉换位时即采用绝缘连接盒，它能使相连的两段电缆的外壳间用环氧树枝片或瓷片沿轴向互相绝缘开来，需要高落差敷设时，为了减少对下终端的静油压力，也可采用塞止式连接盒，使相连的两段电缆间的油路不相连通。

三、输电线路的电压等级

1．输电线路电压等级的划分

（1）架空线路电压等级

架空线路的电压等级有：35kV，66kV，110kV，220kV，330kV，500kV，750kV，±800kV，1000kV 。其中66kV级以下电压等级，称为配电电压； 110kV—220kV电压等级，称为高压； 330kV—500kV电压等级，称为超高压；750kV级以上电压等级，称为特高压。 

（2）电缆线路电压等级

低压电缆：适用于固定敷设在交流50Hz，额定电压3kV及以下的输配电线路上作输送电能用。中低压电缆：一般指35kV及以下，聚氯乙烯绝缘电缆，聚乙烯绝缘电缆，交联聚乙烯绝缘电缆等。高压电缆：一般为110kV及以上，聚乙烯电缆和交联聚乙烯绝缘电缆等。超高压电缆： 275～800kV；特高压电缆：1000kV及以上。

2．输电线路电压等级的意义

输电系统是将发电厂发出的电能输送到消费电能的地区（也称负荷中心），或进行相邻电网之间的电能互送，使其形成互联电网或统一电网。为了降低线路的电能损耗、增大电能输送的距离，发电厂发出的电能通常需要通过升高电压才能接入不同电压等级的输电系统。

                               S=U2/R                                式（7-1）

式中  S——输电容量，单位kVA；

U——施加在该电阻系统的电压，单位kV；

R——该电阻系统的等效电，单位Ω。

可以定性地看出，当电阻一定时输送功率与输电电压的平方成正比。如果输电线路电压提高1倍，输送功率将提高4倍。在选择更高一个电压等级时，通常使相邻两个输电电压之比等于2，多数是大于2，这样做可以使输电系统的输送功率提高4倍以上。从电网的发展过程看，输电电压等级大约也是以两倍的关系增长的。当发电量增至4倍左右时，即出现一个新的更高的电压等级。

3．输电线路电压与输送容量、输送距离的关系

在电压等级不变的情况下，远距离输电意味着线路电能耗损的增加。因此，根据输电线路的长度不同，需要选择的电压等级也不同。当输送电能的功率给定后，提高输电线路的电压等级将降低输电线路的电流，从而减少有功功率和无功功率在输电线路上的电能损耗。另外，提高输电线路的电压等级不仅可以增大输电容量，而且降低输电系统的成本、增加输电线路的走廊利用率。但是，随着输电线路电压等级的提高，虽然输电线路的损耗减小了，可是相应的投资也随之增长。一般通过理论计算和一些经验数据来确定两者之间的最佳结合点，来最终决定输电线路的输电电压等级、最大输送功率和输送距离。表7-1中列出了现有不同输电线路电压等级与输送容量、输送距离的大致范围。

表7-1  输电电压与输送容量、输送距离的关系