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为什么采用分裂导线?

作者:广州乾晋通用设备有限公司 浏览: 发表时间:2023-09-13 15:59:59

1、为什么要用分裂导线

我国煤炭、水能及风能等资源丰富,石油和天然气相对较少,是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一。我国能源资源分布极不均衡,总体上来说西部煤炭资源丰富,水利资源主要集中在云南、四川、西藏等水位落差较大的西南省份,风能资源则主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部(东北、华北、西北)地区。全国电力负荷中心主要集中在工业及农业生产基地及人口密度的华东及珠三角等地区地区。大型电厂除非特殊原因一般都建设在能源基地,因此就产生了能源输送问题--远距离输电,而“西电东输” 就是实现电能输送的主要方式。

一般来说,远距离、大容量能源输送时,每提高输送电能容量,一是需要提高线路的导线截面,二是需要提高输电线路的电压等级。

当线路采用的导线截面较大时,由于电力的的趋肤效应,使得导线通流的有效面积,并不按导线增加的面积成比例地增加,因此单纯加大导线尺寸带来的效果并不明显。再者如果把单根导线做得过粗,即使是多股绞制而成也会变得无法施工,一般认为当导线截面积达1520平方亳米(直径44亳米)时,就巳经接近单根导线所容许的最大尺寸了。故用一根导线已经不能满足载流量的要求,需要几根导体才能满足电流量要求,为了使各导线的电抗基本一样,将几根导线用线路金具组成笼型的分裂导线形状①。这样的笼型的分裂导线与单根导线相比,导线等效直径增大,电抗减小,输电能力提高。

另外,随着电压不断提高,输电线路的导线发生电晕的概率亦相应增加,当输电线路电压超出220kV后,导线对空气的电晕现象概率增大,尤其是大雾天,剧烈的电晕甚至会造成放电事故。为了减少电晕,就得加大导体等效直径,均匀导线周围的电场分布,分裂导线的等效直径就是分裂导线组成的几何圆直径,虽然中间是空的,但是已经能够很好地遏制电晕的产生了。如果用如此大直径的实心导线,不仅重量大,且由于趋肤效应,导线中间也不能有效地利用。

从上可知,采用分裂导线为 抑制电晕放电 和 减少线路电抗,提高输电线路输电容量所采取的一种导线架设方式。每相导线由几根直径较小的分导线组成,各分导线间隔一定距离并按对称多角形排列,而且布置在正多边形的顶点上。

分裂导线不同于常规导线, 分裂导线不仅仅是形式上与常规导线不同,由于分裂导线可使导线周围磁场分布改变,从而等效地增大了导线半径,减小了导线电抗;同时也改变了导线周围的电场分布, 使导线的电纳也相应增大。分裂导线与常规导线相比有明显的优势,将分裂导线应用于低压配电网,可以减少电压降, 有效地提高线路的自然功率因数, 从而改善中低压电网的电能质量。



2、分裂数及间距

分裂导线一般用在220kV及以上的高压、超高压及特高压架空输电线路(为论述方便,以下统一简称高压输电线路或输电线路),110kV及35kV输电线路也有极少部分采用分裂导线。根据国内的运行经验, 220kV ~ 330kV 一般采用双分裂导线;500kV(含直流)一般采用四分裂;750kV一般采用六分裂导线;±800kV一般采用六分裂或八分裂导线;1000kV及±1100kV一般采用八分裂导线。在国内,高压输电线路采用分裂导线一般有双分裂、三分裂、四分裂、六分裂及八分裂导线。

根据国内已有的线路经验,分裂导线间距一般在400mm~700mm之间,国内一般 220kV ~ 330kV双分裂导线间距为400mm(紧凑型350mm),500kV四分裂导线间距为450mm~ 500mm,750kV六分裂导线间距为400mm,1000kV八分裂导线间距为400mm,±800kV六分裂导线间距为450mm②。准东-华东±1100kV八分裂导线间距根据收集的资料为550mm/500mm。

3、分裂导线的优缺点

3.1 分裂导线的优点③

3.1.1 可提高线路的输电能力

因为与单根导线相比,分裂导线能使输电线的电感减小、电容增大,使其对交流电的波阻抗减小,提高线路的输电能力。经研究表明:当每相导线的截面恒定时,从单根导线过渡到分裂导线,线路的输送能力随之增加,每相分裂为两根导线时增加21%,分裂为三根时增加33%。


3.1.2 限制电晕的产生及其带来的相关危害

由于高压输电线的周围会产生很强的电场,而架空导线的主要绝缘介质是空气。因此当导线表面的电场强度达到一定数值时,该处的空气可能被电离成导体而发生放电现象。夜间有时可以看到高压线周围笼罩着一层绿色的光晕(电晕),其实质是在高压线路中的一种尖端放电现象。电晕的出现会消耗电功率和电能,引起电晕损耗。

电晕的产生除了损耗输电功率外,还会产生电磁辐射,造成对无线电台、导航设备及电视的干扰,会显著地影响电磁环境的正常状态。有时还会产生使人感到烦躁不安的电晕噪声。此外,电晕还将使导线表面产生电腐蚀,降低输电线的使用寿命。因此,在设计和运行高压输电线路时,应尽量避免电晕的产生。

由于电晕的产生主要取决于导线表面的电场强度的大小,而在相同的工作电压下,导线表面的电场强度大小与其截面有关;当导线的截面愈大,其表面的场强愈小,反之则愈大。可见增大导线的截面是一种解决思路.但对于高压线路来说,单纯依靠增大导线截面的办法来限制电晕的产生是不经济的,需另辟蹊径。经研究发现:若采用分裂导线,可显著地降低导线表面的场强。在减缓电场强度上,分裂导线可以达到和分裂导线一样粗细地单导线同样的效果。可见分裂导线相当于增大了每相导线的直径,可限制电晕的产生及带来的相关危害。

3.1.3 能提高输电的经济效益

采用分裂导线技术不仅能有效地减小电晕损耗,而且在电晕条件相同的电场强度下,分裂导线可允许在高压输电线上采用更小截面的导线,所以采用分裂导线会降低输电成本,把导线分裂成两根的输电成本要比不分裂的低2%~14%。


3.1.4 提高输电线路的可靠性

高压输电线路的稳定性要求很高,而它所经过地区的地表条件和气候往往很复杂。如果采用单根导线,若它某处存在缺陷,引起问题的几率较大。相反,多根导线在同一位置都出现缺陷的可能性很小,所以应用分裂导线可以提高线路的稳定性。

3.2 分裂导线的缺点

3.2.1 引起次档距振动

以上阐述的都是分裂导线的优点,其实采用分裂导线也有它的不足。当架空导线采用双分裂及多分裂导线时,分裂导线在风荷载作用下,其中一根或多根子导线不可避免地处在前方子导线形成的尾流中,由于尾流效应,使得下风的子导线更容易吸收风的输入能量,从而发生的低频大振幅的次档距振动,导致分裂导线互撞和鞭击,易使导线在间隔棒线夹处疲劳断股,使间隔棒线夹松动。

3.2.2 覆冰舞动

在《输电线路覆冰舞动的形成条件、电气间隙及机械强度校核计算浅析》一文中我们介绍过输电线路舞动必须具备的三个必要条件,即“不均匀覆冰”,“风的激励”以及“线路的结构和参数”。其中线路参数是舞动发生的内在因素,当覆冰时采用分裂导线,分裂导线扭转刚度比单导线大,容易产生偏心覆冰,因此分裂导线比单导线更容易产生覆冰舞动。从而因为舞动会造成线路闪络、跳闸、杆塔螺栓松动、脱落;严重时会发生金具及绝缘子损坏,导线断股、断线,甚至倒塔,导致重大电网事故。


3.2.3 短路振动

分裂导线在线路短路时,各子导线流过同一方向的大电流,在电磁力作用下,同相的几根子导线相吸,使每个次档距内都会产生一个半波长的碰击振动(振荡),造成间隔棒和导线的碰击损伤等。

除上以外分裂导线还会在运行中存在垂直排列时子导线发生“粘贴”、间隔棒滑移等常见有害问题。


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