一电力系统的组成和输电线路的分类

一．电力系统的组成和输电线路的分类 （一）电力系统的组成

电力系统主要由五部分组成，即发电厂的发电机与升压变电所、输电线路、降压变电所、配电系统和用户。

发电厂的发电机发出的电能，经过升压变压器、输电线路送到变电所降压后，送到配电系统，再由配电线路把电能分配到各用户，这样一个整体称为电力系统。电力系统中除发电机和用电设备外的部分，即输变电设备及各种不同电压等级的电力线路所组成部分，称之为电力网。电力系统加上发电厂的动力部分所组成的整体，称之动力系统。

1．发电厂

发电厂的基本任务是把其他形式的能量转变为电能，发电厂按所用能量，可分为水力发电、火力发电和原子能发电，另外还有太阳能、风力、地热、潮汐和沼气等发电。目前，我国已形成的大型电力系统中，主要以火力发电为主。发电厂的主要设备有发电机、汽轮机、水轮机和锅炉等。

2．变电所

变电所（站）是转换和分配电能的场所，发电厂发出的电能通过升压变电所升压后由输电线路输出，降压变电所（站）则将线路输送来的电能降压后分配至配电系统。变电所（站）主要由升（降）压变压器、断路器、互感器及二次设备构成。

3．输电线路

输电线路是电力网的重要组成部分，线路三相导线分别与两端变压器的三个绕组连接。因此，输电线是以三相交流输电，每相导线分别用字母U、V、W表示（或以黄绿红三种颜色表示）。线路每三相称为一回路或单回路，由电源向电力负荷中心输送电能的线路称为输电线路。为减少电能在输送过程中的损耗，根据输送距离和输送容量的大小，输电线路采用各种不同的电压等级。目前我国输电线路采用的电压等级有35、60、110、220、330、500、750kV。在我国，通常称35～220kV的线路为高压输电线路，330～750kV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。此外，担负分配电能任务的线路，称为配电线路。我国配电线路的电压等级有：380/220V、6kV和10kV，其中把1kV以下的线路称为低压配电线路，1～10kV线路称为高压配电线路。

4．配电系统

配电系统一般分为高压配电网和低压配电网，高压配电网的电压一般为6～35kV，有些大城市已发展到110kV或220kV，低压配电网的电压为380V和220V的三相四线制。

5．用户

用户是指在供电部门管辖范围内的工业企业，它包括属用户所有的变电所、线路和各种用电设备。

（二）输电线路的分类 1．输电线路按结构分类

输电线路可分为电缆线路和架空线路。架空输电线路和电缆线路相比，具有投资省、易于发现故障、便于维修等特点，故远距离输电线路多采用架空输电线路。本书只介绍高压架空输电线路的基础知识。

一般来说，线路输送容量越大，输送距离越远，要求输电电压就越高。输电线路的输送容量和线路电压的平方成正比。下表列出了输电线路的电压、输送容量和输送距离的关系。 线路电压（kV） 输送容量（MVA） 输送距离（km） 35 110 2～10 10～50 20～50 50～150 线路电压（kV） 输送容量（MVA） 输送距离（km） 330 500 200～800 1000～1500 200～600 150～850 第 1 页

第一章 输电线路的基本知识

220 110～500 100～300 750 2000～2500 500～1000 2．输电线路按电流性质分类 架空输电线路又可分为交流和直流输电。目前，电力系统绝大多数采用三相交流输电，随着交流输电容量的增大、线路距离的增长以及电网的复杂化，系统稳定性问题日益突出。另一方面，高电压远距离输电线路感抗、容抗所引起的电压变化，需要装设大量的补偿设备，以解决无功补偿、稳定性、操作过电压等一系列问题。这就使得操作运行复杂化，投资增大。高压远距离直流输电与之相比有着显著的优点，现在世界上已有许多条高压直流输电线路在运行。我国已有±500kV直流输电线路在运行。

（1）直流输电的基本原理。包括直流线路和两个换流站。两个换流站的直流端，分别接在直流线路的两端，交流端分别连接两个交流系统。换流站装有换流器，它的功用是实现交流电和直流电之间的变换。

（2）直流输电的优点。一般认为直流输电与交流输电相比的优点是：架空线路或电缆线路的建设费用较低，没有稳定性问题，对长距离输电有利，可将非同期或异周波的电网联系起来，不增大电力系统的短路容量。输送功率相同时，线路造价低，线损较小，运行费用较低。两端交流电力系统不需要同步运行，输电距离不受电力系统同步稳定性的限制。线路的电流、功率易于调节、控制。

（3）高压直流输电的主要用途：适用于远距离大功率输电；适用于海底电缆输电；可进行不同额定频率或相同额定频率非同步运行的交流系统之间的联络；用地下电缆向用电密度高的城市供电。

直流输电的经济长度与两端换流设备的造价有关。随着晶闸管换流技术的发展，使直流终端设备与线路造价之比不断下降。美国西屋公司最近声称，直流输电的经济长度是500～600kV以上。

我国水利资源主要在西南部，但用电负荷较多的是东南沿海地区，输电距离都在1000kV以上，特别是三峡的开发建设，更体现了远距离高压直流输电的明显优越性。我国目前建设的第一条葛洲坝－上海超高压直流输电线路的情况是：电压等级为±500kV，导线为4×LGJQ－300型，输送容量为120×104kV，线路长度为1080km。

二．架空输电线路的结构及各元件的作用和类型 （一）架空输电线路的结构

为保证输电线路带电导线与地面之间保持一定距离，必须用杆塔来支撑导线。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组成一个耐张段，该耐张段由4个档距组成。如果耐张段中只有一个档距则称为孤立档。一条输电线路总是由多个耐张段组成的，其中包括孤立档。

（二）架空输电线路各元件的作用和类型

架空输电线路的组成元件主要有导线、避雷线、金具、绝缘子、杆塔、拉线和基础。 它们的作用和类型分述如下。 1．导线

导线用来传输电流、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，为了减小电晕以降低电能损耗，并减小对无线电、电视等讯号的干扰，多采用相分裂导线，即每相采用两根、三根、四根或更多根导线。我国第一条330kV刘家峡水电站－天水－关中超高压输电线路采用了双分裂导线，而目前我国在500kV输电线路中推荐采用四分裂导线，亦有六分裂导线。我国第一条750kV青海官亭－甘肃兰州东的超高压输电线路采用的是六分裂导线。

架空导线和避雷线通常用铝、铝合金、铜和钢材料做成，它们具有导电率高、耐热性能好、机械强度高，耐振、耐腐蚀性能强、质量轻等特点，常见的导线种类、用途及

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第一章 输电线路的基本知识

选用原则见下表。

导线种类、用途及选用原则 导线类型 硬铝线 品种 铝绞线 型号 LJ 2用途及选用原则 对35kV架空线路铝绞线截面不得小于35mm，对35kV以下线路不小于25mm。 Al/Ag>4.5钢芯铝绞线用于一般地区，Al/Ag≤4.5钢芯铝绞线用于重冰区或大跨越地段。 2钢芯铝绞线 钢芯铝绞线 LGJ LH LHAJ LHBJ LHAGJ LHBGJ LGJF 铝合金绞线 铝合金单线 铝合金绞线 钢芯铝合金绞线 抗拉强度高，可减少弧垂，降低线路造价，单股线在线路上不许使用。 钢芯铝合金绞线 抗拉强度高，用于超高压线路及大跨越地段。 防腐型钢芯 铝绞线和钢芯 铝合金绞线 轻防腐 中防腐 LHAGJF1 LHBGJF1 用于沿海及有腐蚀性气体的地区。 LHAGJF2 LHBGJF1 铝包钢绞线 压缩型 （光体） 钢芯铝绞线 铝包钢绞线 GLJ 线路的大跨越及地线通信使用。 Al/Ag>4.5适用于农村、山区小档距及具有一定拉力强度的线路，Al/Ag≤压缩型 LGJY 4.5适用于农村、山区大档距拉力强度较大的线路。 与普通钢芯铝绞线比较，同截面时强度高，同强度时外径小，空气动力系数低，故承受风压荷载、冰雪荷载较小。 硬铜线 硬圆铜单线 硬铜绞线 镀锌铁单线 TY TJ GY GJ 铜导线在一般情况下不推荐使用。必须使用铜线时，导线最小截面规定如下：35kV以上线路不许使用单股线；绞线截面不小于25mm；10kV及以上线路单股线截面不小于16mm，绞线截面不小于16mm。 一般均作架空避雷线使用。用作导线时，35kV以上架空线路不许使用单股线，绞线截面不小于16mm。 2222镀锌钢线 镀锌铝绞线 10kV以下线路单线直径不小于3.5mm，绞线截面不小于10mm，大跨越段可采用高强度镀锌钢绞线做芯线或导线，但做导线时应有较高的电阻率。 2架空输电线用的电线，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。目前采用的电线多为两种以上不同金属材料制成的绞线。

现在的输电线路多采用中心为机械强度高的钢线，周围是电导率较高的硬铝绞线的钢芯铝绞线。钢芯铝绞线比铜线电导率略小，但具有机械强度高、质量轻、价格便宜等特点，特别适用于高压输电线。钢芯铝绞线由于其抗拉强度大、弧垂小，所以可以使档距放大。

钢芯铝绞线按其铝、钢截面比的不同，分成正常型、加强型和轻型三种。在高压输电线路中，采用正常型较多。在超高压线路中采用轻型较多。在机械强度高的地区，如大跨越、重冰区等，采用加强型的较多。至于采用哪种类型导线，应通过技术经济论证后确定。国标中，钢芯铝绞线的标号是由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。例如：LGJ型，表示正常型钢芯铝绞线；LGJJ型，表示加强型钢芯铝绞线；LGJQ型，表示轻型钢芯铝绞线。欧美国家是用ACSR表示钢芯铝绞线。

铝合金线比纯铝线有更高的机械强度，大致与钢芯铝绞线强度相当，但重量比钢芯铝绞线轻，因而弧垂减小，档距可放大，可使杆塔基数减少或降低高度，但导电性能比铝线稍差。因此，铝合金线有一定的优越性，但目前在生产尚有一定困难，故我国只在

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第一章 输电线路的基本知识

个别线路上使用。

国外生产的铝合金线，机电性能良好。如日本生产的1号铝合金线抗拉强度为308.7MPa（N/mm2）；美国生产的6201铝合金线抗拉强度为313.6～333.2MPa，均大于我国生产的钢芯铝绞线的抗拉强度。

此外，还有以下几种特殊用途的导线：

（1）大档距导线。国外大跨越中，要求导线具有特高抗拉强度，采用硅铜线、镀锌钢线、铝包钢线等。

（2）防腐蚀导线。线路经过海边及污秽地区，为提高导线的抗腐蚀能力，延长使用寿命，制造了各种防腐蚀导线，如镀铝钢线、钢芯涂防腐油等。北欧一些国家生产钢芯铝绞线时，钢芯就涂以凡士林进行防腐蚀保护。意大利跨越麦西拿海峡的导线涂有防腐剂。美国用镀铝钢线作钢芯。

（3）自阻尼导线。这种导线又称防振导线，加拿大、挪威等国已使用，认为使用它可以提高运行应力而加防振措施，已引起各国的重视。

（4）光滑导线。光滑导线由于外径较普通导线略小，可减少导线承受的风和冰荷载，由于表面光滑可减少导线舞动现象。在欧洲、美国、日本都已得到应用。

（5）分裂导线。一般每相2根为水平排列，3根为正三角形或两上一下倒三角形排列，4根为正方形排列，六根为鼓形排列。分裂导线在超高压线路得到广泛使用。它除具有表面电位梯度小、临界电晕电压高的特性外，还有以下优点：①单位电抗下，其电气效果与缩短线路长度相同；②单位导纳大，等于增加了无功补偿；③用普通标号导线组成，制造较方便；④分裂导线装间隔棒可减少导线振动，实测表明双分裂导线比单根导线减少振幅50％，减少震动次数20％，四、六分裂减少更大。

（6）扩径导线。为了减少电晕损耗，可增大导线直径，330kV线路曾采用K－272－2型钢芯铝绞线扩径导线，铝截面为300.8mm2，作用相当于LGJ－300型导线，但直径扩大了2.2mm。

2．避雷线（架空地线）和接地体

输电线路中，除了输送电能的导线外，还有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。

最近在架空地线中通以通信的光纤，这种架空地线称为光纤复合架空地线。

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体相连接，当雷云放电雷击线路时，因避雷线位于导线的上方，雷首先击中避雷线，并借以将雷电流通过接地体泄入大地，从而减少雷击导线的几率，保护线路绝缘免遭雷电过电压的破坏，起到防雷保护作用。避雷线大致总结有以下几种作用：

（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．线路金具

通常把输电线路使用的金属部件总称为金具。金具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。

（1）金具的分类和用途。金具的类型繁多，按照金具的性能和用途可分为线夹、连接金具、连续金具、保护金具和拉线金具五大类。

（2）线夹。线夹有悬垂线夹和耐张线夹两类，悬垂线夹型号标记的组成如下：

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例如：CGU－固定型悬垂式线夹；CGF－防晕型悬垂线夹；CGH－铝合金悬垂线夹；CSH－加强型悬垂线夹。

1）悬垂线夹。悬垂线夹用于将导线固定在直线杆塔的悬垂绝缘子串上，或将避雷线悬挂在直线杆塔上，也可用于换位杆塔上支持换位导线以及非直线杆塔上跳线的固定。悬垂线夹承受导线（或避雷线）垂直方向和顺线方向的荷载。要求悬垂线夹对导线（或避雷线）应有一定的握力。

导线固定方式：导线（或避雷线）放在线夹本体槽内，用压板和U形螺丝固定并压紧导线。

2）耐张线夹。耐张线夹用于将导线固定在承力杆塔的耐张绝缘子串上，以及将避雷线固定在承力杆塔上。耐张线夹根据使用和安装条件的不同，分为螺栓型和压缩型两大类：①螺栓型耐张线夹，用于导线截面小于或等于240mm2的情况，其破坏荷载为20～80kN；②压缩型耐张线夹，用于导线截面大于或等于300mm2的情况。

避雷线耐张线夹一般采用楔型线夹。当钢绞线作为避雷线其截面超过70mm2时，则采用压缩型耐张线夹。线夹必须有足够的机械强度。各类耐张线夹的破坏荷载应不小于安装导线或避雷线的计算拉断力。压缩型耐张线夹的握力应不小于导线或避雷线计算拉断力的95％。螺栓型耐张线夹的握力应不小于导线计算拉断力的90％。

3）连接金具。连接金具主要用于绝缘子串与杆塔和导线线夹的连接，可将悬式绝缘子连接成串，并将一串或数串绝缘子串连接或悬挂在杆塔横担上。悬垂线夹、耐张线夹与绝缘子串的连接，拉线金具与杆塔的连接，均要使用连接金具。根据使用条件，分为专用连接金具和通用连接金具两大类。

专用连接金具用于绝缘子串，其连接部位的结构和尺寸必须与绝缘子相同。线路上常用的专用连接金具有球头挂环和腕头挂板，球头挂环分别用于连接悬式绝缘子上端钢帽及下端钢脚。

通用连接金具适用于各种情况下的连接，以荷重大小划分等级，荷重相同的金具具有互换性。线路上常用的通用连接金具有直角挂板、U形挂环、二联板等。

连接金具的机械强度一般不是按导线的荷载选择，而是按绝缘子的机械强度确定，每一种型式的绝缘子配备一套与其机械强度相同的金具。考虑金具的互换性，定型金具按破坏荷载分为4、7、10、12、16、20、25、30、50、60等10个等级。例如XP－60型绝缘子所配金具的破坏荷载不小于60kN，即应选等级标记为“7”的金具，其破坏荷载为69kN，相应的金具如U－7、QP－7、W－7A型等。

连接金具所用的螺栓、销钉直径和销钉孔等，也力求统一，相互配合。连接金具的破坏荷载和与相应的连接螺栓直径如下表所示。 标记 4 7 10 12 16 20 25 30 50 60 破坏荷载（kN） 39 69 98 118 157 196 245 294 490 585 螺栓公称直径（mm） M16 M16 M18 M22 M24 M27 M30 M36 M42 M48 （4）连续金具。联系金具用于连接导线及避雷线终端接续，接续非直线杆塔的跳线及补修损伤断股的导线或避雷线。架空线路常用的接续金具有钳接管、压板管、补修管、并沟线夹及跳线夹等。

A－带腕头挂板；B－带U形挂板；C－下垂式K－上扛式；T－提包式数字－适用导线组合号U－U形螺丝；J－加强型；F－防晕；H－铝合金G－固定；S－线夹；C－悬垂第 5 页

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导线本身连接时，当其截面为240mm2可采用钳接管连接。若导线截面为300mm2及以上时，因其导线张力较大，如仍采用钳接管连接，其连接强度不能满足要求，故应采用压接管连接。用压接管连接导线时，先用钢管将导线的钢芯压接连接，然后将导线外部套入铝管压接。避雷线采用钢绞线，无论截面大小均采用钢压接管用压接方法连接。

（5）保护金具。保护金具分为机械和电气两大类。机械类保护金具是为了防止导线、避雷线因受振而造成断股。电气类保护金具是为了防止绝缘子因电压分布不均匀而过早损坏。

线路上常用的保护金具有防振锤、护线条、间隔棒、均压环、屏蔽环等。

（6）拉线金具。拉线金具主要用于拉线杆塔拉线的紧固、调整和连接，包括从杆塔顶端引至地面拉线之间的所有零件。根据使用条件，拉线金具可分为紧线、调节及连接三类。紧线零件用于紧固拉线端部，与拉线直接接触，必须有足够的握着力。调节零件用于调节拉线的松紧。连接零件用于拉线组装。

线路上常用的拉线金具有楔型线夹、UT型线夹、拉线用U形环、钢线卡子等。 4．绝缘子和绝缘串

绝缘子是线路绝缘的主要元件，用来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。

我国在高压输电线路上使用的绝缘子已趋向统一化和系列化，它主要包括针式绝缘子、瓷担式绝缘子、悬式瓷质绝缘子和悬式玻璃绝缘子等。随着输电线路电压等级的提高和对新材料的开发，近年来还出现半导体釉绝缘子、合成绝缘子等。然而到目前为止，我国用得最广、最多、最悠久的还是悬式瓷质和玻璃绝缘子，本书主要讨论这两种绝缘子。首先叙述绝缘子的分类、标志、构造和架空输电线路对绝缘子性能的基本要求等。

（1）按连接形成分类。悬式绝缘子的种类很多，可分别按连接方式、绝缘介质材料和承载能力大小分类。

按连接方式分，悬式绝缘子主要有球型和槽型两种。

球形绝缘子是用球头和钢帽中的球窝相连。为防止球头从球窝内脱出，在球窝内，球头底部加“W”或“R”形弹簧销。它既可以防止球头从球窝内脱出，又可用专用工具将弹簧销从球窝内拉出，便于更换。由于它具有施工方便的特点，所以使用广泛。

槽形连接的特点是两只绝缘子之间用槽形连接，即钢帽上端的双槽与另一只绝缘子钢脚下端的单槽相连后用销子锁住。销子另一端有一小孔，以便穿入开口销，可防止销子脱落用这种槽形方式连接的绝缘子在更换时只要将销子拔出，绝缘子就能脱卸，施工方便，使用也很广泛。

（2）按绝缘子介质分类。绝缘子按介质分时，主要有钢化玻璃悬式绝缘子、瓷质悬式绝缘子、半导体釉和合成绝缘子。

1）钢化玻璃绝缘子。以玻璃为介质的钢化绝缘子已广泛地应用在500kV及以下的输电线路上，一部分已用在750kV和1100kV试验线路上。目前全世界使用数量已超过2亿片。①制造钢化玻璃绝缘子的全部过程可以实现机械化、自动化。②制造钢化玻璃绝缘子的一个工厂所需投资，比新建一个制造瓷质绝缘子厂的投资低。③玻璃绝缘子的机械强度高，钢化玻璃强度80～120MPa（而陶瓷为40MPa），它是瓷质强度的2.3倍，若以单摆冲击试验来说，它是瓷质绝缘子的1～1.7倍（平均值），因而使用钢化玻璃绝缘子可以大大减少绝缘子的构造材料和质量，可以降低成本和线路造价。④由于玻璃的透明性，在外形检查时容易发现细小裂缝和内部损伤等缺陷。⑤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，所以在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。据粗略零值工作又要占绝缘子工作量的50％。我国1981年第一批投产之一的某500kV线路，由于当时带电测零的工具尚未得到解决，在1984年7月对该线75000只绝缘子进行高空停电绝缘遥测，所花的劳力和时间是可想而知的。

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第一章 输电线路的基本知识

而使用玻璃绝缘子省去检测工作，减轻供电工人的劳动强度提高经济效益非常显著。⑥由于钢化玻璃绝缘子表面强度高，使表面不易产生裂缝，玻璃介质在1/50μs冲击时，其平均击穿强度达1700kV/cm。

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