输电线路工程基础知识

输电线路工程基础知识 The manuscript was revised on the evening of 2021

一、紧凑型铁塔：一种多回路同塔架设紧凑型输电线路铁塔，它是由塔体、绝缘子串及横担组成，其特点是，塔体每回路三层横担从上到下依次缩短，相应的绝缘子串采用V型结构。新型的结构使每回路的垂直相间距离可以明显减少，水平排列及两回路之间的水平距离也有了明显减小，从而使每回路的自然输送功率比常规多回路同塔的每回路有了明显提高，输电线路走廊也有了明显压缩，同时不仅输送单位容量的工程造价有大幅度下降，而且还能节省工程建设投资。

二、架空输配电线路的组成

1、架空输配电线路主要由基础、杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具及接地装置等部件组成。

导线的作用是传递电能。为保持导线对地面或其他建筑物的安全距离，必须将导线架设在杆塔上。杆塔和导线之间用绝缘子串连接，使导线与杆塔绝缘。杆塔要稳定耸立于地面之上，必须借助基础。为了避免直接雷击导线，在杆塔顶部设有避雷线以作保护。在杆塔处地下设有接地装置，用接地引下线或杆塔本身可将雷电流导人大地。

2、用将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路。它由、、、、等组成。导线由导电良好的金属制成，有足够粗的截面（以保持适当的通流密度）和较大（以减小电晕放电）。超高压输电则多采用分裂导线。架空地线(又称避雷线）设置于输电导线的上方，用于保护线路免遭雷击。重要的输电线路通常用两根架空地线。绝缘子串由单个悬式（或棒式）绝缘子串接而成，需满足绝缘强度和机械强度的要求。每串绝缘子个数由输电电压等级决定。杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要

支撑结构。架空输电线路在设计时要考虑它受到的气温变化、强风暴侵袭、雷闪、雨淋、结冰、洪水、湿雾等各种自然条件的影响，还要考虑电磁环境干扰问题。架空输电线路所经路径还要有足够的地面宽度和净空走廊。

下面仅介绍架空输电线路主要部件

1．杆塔

杆塔是钢筋混凝土电杆与铁塔的总称。杆塔的呼称高指杆塔最下层横担至基础顶面的垂直距离。杆塔全高指杆塔呼称高与塔头的高度之和。杆塔的档距指相邻杆塔导线悬挂点之间的水平距离。

(1)杆塔的分类。杆塔按其作用及受力分为承力杆塔和直线杆塔两种。

承力杆又可分为耐张杆塔、转角杆塔、终端杆塔、分支杆塔及耐张换位杆塔5种。它们在正常情况下均承受具有各自特点的力的作用，在断线时都能承受断线拉力。采用耐张绝缘子串悬挂导、地线。

直线杆塔也有普通直线杆塔、换位直线杆塔和跨越直线杆塔等，它们都用于线路直线段上，支持导线垂直和水平荷载，有的直线杆塔也能兼小转角。采用垂悬绝缘串挂导、地线。

杆塔又可分为有拉线与无拉线两种类型。拉线可以承受大风载荷及断线荷载，这样可以减轻杆塔的结构，节省原材料。

(2)钢筋混凝土电杆。钢筋混凝土电杆是220kV以下输配电线路最广泛使用的杆塔材料。它坚实耐久，维护工作量少，结构简单，可分段组装满足各种跨越高度要求。其缺点是易产生裂纹、笨重，给运输、施工带来不便。防止裂缝的最好办法，就是在电杆浇注时将钢筋预拉，使混凝土在承载前就受到一个预压应力。当电杆承载时，受拉区混凝土所受拉应力与预压应力部分抵消而不致产

生裂纹，这种电杆叫预应力钢筋混凝土电杆。使用预应力钢筋混凝土电杆，可以节省大量钢材，壁厚也相应减少，故杆重减轻、价格下降，是今后的发展方向。

(3)铁塔。铁塔是用角钢焊接或螺栓连接的钢架。它坚固、可靠，使用年限长，但钢材消耗大、造价高、施工工艺复杂、维护工作量大。220kV以下线路中，铁塔多用于交通不便和地形复杂的山区，或一般地区的大荷载的终端、耐张、大转角、大跨越等处。拉线铁塔可节省大量钢材，较多用于直线塔。

对于新建工程若投资允许一般只选用1～2种直线水泥杆，跨越、耐张和转角尽量选用角钢塔，材料准备简单明了、施工作业方便且提高了线路的安全水平。对于同塔多回且沿规划路建设的线路，杆塔一般采用占地少的钢管塔，但大的转角塔若采用钢管塔由于结构上的原因极易造成杆顶挠度变形，基础施工费用也会比角钢塔增加一倍，直线塔采用钢管塔，转角塔采用角钢塔的方案比较合理，能够满足环境、投资和安全要求。

三、碎石=吨/立方米，中砂=吨/立方米，粗砂=吨/立方米

三相三线制

电力系统高压架空线路一般采用三相三线制，三条线路分别代表a，b，c三相，我们在野外看到的输电线路，一回即有三根线（即三相），三根线可能水平排列，也可能是三角形排列的；对每一相可能是单独的一根线（一般为钢芯铝绞线），也有可能是分裂线（电压等级很高的架空线路中，为了减小电晕损耗和线路电抗，采用分裂导线，多根线组成一相线，一般2—4分裂），没有中性线，故称三相三线制。

三相四线制

在低压配电网中，三相四线制供电能同时供出220V、380v两种不同的，因而得到广泛应用。输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代表A,B,C 三相，不分裂，另一条是中性线N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的），故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V相间电压中获得220V线间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。

三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后约不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。

输电线路简称电力铁塔，按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔（更换导线相位位置塔）、终端塔和跨越塔等，它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在60m以下的铁塔，在铁塔的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。

线路杆塔分类：

①按结构材料可分为木结构、钢结构、铝合金结构和钢筋混凝土结构杆塔几种。木结构杆塔因强度低、寿命短、维护不便，并且受木材资源限制，在中国已经被淘汰。钢结构有桁架与钢管之分。格子形桁架杆塔应用最多，是超高

压以上线路的主要结构。铝合金结构杆塔因造价过高，只用于运输特别困难的山区。钢筋混凝土电杆均采用离心机浇注,蒸汽养护。它的生产周期短,使用寿命长，维护简单，又能节约大量钢材。采用部分预应力技术的混凝土电杆还能防止电杆裂纹，质量可靠，中国使用最多。

②按结构形式可分为自立塔和拉线塔两类。自立塔是靠自身的基础来稳固的杆塔。拉线塔是在塔头或塔身上安装对称拉线以稳固支撑杆塔，杆塔本身只承担垂直压力。这种杆塔节约钢材近40%，但是拉线分布多占地，对农林业的机耕不利，使用范围受到限制。由于拉线塔机械性能良好，能抗风暴袭击和线路断线的冲击，结构稳定，因而电压越高的线路应用拉线塔越多。加拿大魁北克在735千伏线路上又新创出一种悬链塔,经济效益很好。各国在研究1000千伏以上线路时，多以这种塔型为主要对象。

③按使用功能可分为承力塔、直线塔、换位塔和大跨越高塔。按同一杆塔所架设的输电线路的回路数，还可分为单回、双回和多回路杆塔。承力塔是输电线路上最重要的结构环节。它分段设立，将导线的耐张绝缘子串锚挂在塔上，承担两侧导线、地线的挂线张力和事故时的不平衡拉力。这种杆塔便于分段施工，可制约运行中发生事故的范围。承力塔又可分为耐张塔、转角塔和终端塔。直线塔是线路上用得最多的结构。它只承担导线、地线的悬挂作用以及气象荷载。直线塔的技术设计数据是决定全线路杆塔经济指标的关键。换位塔是实现导线换位，以使输电线路参数平衡的杆塔。中国以60～80公里为一个整循环换位段(有的国家有200公里不换位的线路)。大跨越高塔(见图)指跨越通航的江河的大跨度高塔。这样可以避免在江河中安装铁塔所带来的一系列不便

(如设计复杂、基础施工费用大、工期长等)，通常设计双回路跨越线路。世界上 220千伏、档距在1000米以上的大跨越约90处，中国有10处。中国在跨越塔中最先采用钢筋混凝土烟囱式塔型(武汉跨长江和汉江的跨越塔)，耗钢指标低，运行维修方便。以后又采用钢管塔(南京跨长江,高米)、拉线钢结构塔(黄埔跨珠江，高190米)。线路杆塔输电线路沿线水文地质条件变化很大，因地制宜选用基础形式非常重要。基础类型有两大类：现场浇制和预制。浇制基础按塔型、地下水位、地质和施工方法又分为原状土基础(有岩石基础和掏挖基础)、爆扩桩和灌注桩基础，以及普通混凝土或钢筋混凝土基础。预制基础有电杆用的底盘、卡盘和拉线盘，有铁塔用的各种类型装配式预制混凝土基础和金属基础;还有预制∮300～∮550管桩。基础抗上拔和抗倾覆的理论计算，各国正在按不同的基础形式和不同土质条件分别研究处理，使之更加合理可靠而经济。

2．基础

杆塔的地下部分的总体统称为基础。它是输电线路重要组成部分，一般基础投资占本体投资的15％～30％，工期占施工总工期的30％～50％。

钢筋混凝土杆基础通常由地下部分、电杆和三盘(底盘、卡盘和拉线盘)组成。三盘一般由钢筋混凝土预制而成，也有用天然石材做成。

铁塔基础根据铁塔类型、地形地质及施工条件的不同，采用不同类型。

送电线路的杆塔基础按照施工方式分为预制基础、桩式基础和岩石基础。

预制基础通常是工厂加工预制，现场吊拼装。送电线路预制基础主要用于混凝土杆及拉线基础。

现浇基础是在杆塔位处浇制的混凝土基础。现浇基础按照受力特点分为刚性基础和柔性基础。

桩式基础是由桩与连接桩的承台构成。一般用于地质条件较差，地下水位较高的地域。有预制桩和钻孔灌注桩基础。

岩石基础是在岩石上打孔，把钢筋和地脚螺栓浇在岩石里的基础。

现浇阶梯型基础（刚性基础）图

3．导线

导线是架空送电线路主要组成部分，其作用是传导电能。导线的种类、性能和截面的大小，不仅对杆塔、避雷线、绝缘子、金具有影响，而且直接关系到线路的输送能力、运行的可靠性和建设费用的大小。

导线必须具有良好的导电性能。此外，由于架空线路导线架设在空中，要承受自重、风压、冰雪荷载等机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀，故要求导线有较高的力学强度和较好的抗腐蚀性能。

导线由铝、钢、铜等材料制成，在特殊情况下也可使用铝合金。铜是理想的导线材料，但由于铜资源少、价格高，使用不多。为了提高导线力学强度，架空线路导线采用绞合的多股导线，常用的有铝绞线、钢芯铝绞线，少数情况下也采用铝合金线、铝包钢绞线及硬铜线。钢芯铝绞线中铝线部分和钢线部分截面积的比值不同，力学强度也不同，可分为普通钢芯铝绞线(铝钢截面积之比值为～、加强型钢芯铝绞线(比值为4～和轻型钢芯铝绞线(比值为～。

在高压输电线路中还经常采用分裂导线。一般线路每相采用一根导线。所谓分裂导线系指每相采用相同截面、相同型号的两根或两根以上的导线。相分裂导线多用于电压为220kV以上的线路。采用分裂导线可提高线路送电容量、减少电晕损耗和对无线电的干扰。

4．避雷线和拉线

避雷线架设在杆塔顶部，其作用是保护线路导线、减少雷击机会、提高线路耐雷水平、降低线路雷击跳闸次数，从而提高线路运行的安全可靠性，保证连续供电。

根据线路重要性及线路通过地区雷电活动情况，每条线路按规程要求可在杆塔上架设一条或两条避雷线。根据运行经验，避雷线的型号可按线路的导线型号选择。

为满足开设避雷线载波、减少对通信设施的干扰、降低能耗等要求，在

220kV及以上线路中，也有采用良导体作避雷线的。

杆塔拉线用来抵消杆塔上不平衡荷载，以减少杆塔材料的消耗量，降低造价。拉线由上部、下部和拉线盘三部分组成。拉线上部和避雷线通常都采用镀锌钢绞线。

5．绝缘子

绝缘子是输电线路绝缘的主体，其作用是悬挂导线并使导线与杆塔、大地保持绝缘，它具有力学强度高，绝缘性能良好，不受温度急剧变化的影响，耐自然侵蚀及抗老化等特点。绝缘子一般都采用瓷和钢化玻璃，也有用合成材料的。

架空送电线路常用的绝缘子有针式绝缘子、悬式绝缘子、蝶式绝缘子、瓷横担绝缘子等。用硅橡胶做裙边的合成绝缘子已被广泛使用。针式绝缘子用于不超过23kV线路上，根据绝缘子爬距（绝缘子的导体沿绝缘子表面到绝缘子铁脚的最短距离)的不同，分为普通型和加强型两种。针式绝缘子根据其铁脚型式不同，分为短脚、长脚和弯脚三种。

悬式绝缘子一般组成绝缘子串，用于不同电压等级线路上。目前我国生产的悬式绝缘子有普通型和防污型两类。普通型悬式绝缘子有新系列(XP)、老系列(X)和钢化玻璃(LXP)三大类。新系列产品尺寸小、质量轻、性能好、金属附件连接结构标准化，将逐步取代老系列产品。钢化玻璃绝缘子除了有新系列优点外，还具有强度高、爬距大、不易老化、维护方便、零值自爆等优点。

防污型悬式绝缘子，按伞形结构的不同，分为双层伞型和钟罩型两种。

瓷横担绝缘子有全瓷式和胶装式两种，前者直接绑扎，后者瓷头都带有连接金具，可以

悬挂线夹。安装方式有水平式(边相用)和垂直式(顶相用)两种。由于采用可转动结构，断线时瓷横担可转动，使电杆承受的拉力缓和，避免断线事故扩大；实心结构不易击穿，不易老化，爬距长，绝缘水平高；易清扫，自洁性能好，减

少线路维护工作；结构简单，安装方便；能充分利用电杆高度，降低线路造价。

(2)绝缘子串的组装形式。

玻璃绝缘子针式绝缘子支持绝缘子

1)悬垂绝缘子串组合。①单串悬垂绝缘子串组装。②双串悬垂绝缘子串组装。

2）耐张绝缘子串组合。①单耐张绝缘子串组装，②双耐张绝缘子串组装 7．接地装置

35kV以上线路，当避雷线遭受雷击时，必须用金属导体将雷电流导人大地。接地装置包括接地引下线和接地极，接地引下线可利用水泥杆内钢筋或金属杆塔本身，也可另用钢绞线从避雷线上引下接地。接地极一般是用一根或几根导体(扁钢)组成的伸长辐射状构成。

6．金具

架空输电线路的金具是指用于安装导线、避雷线、拉线、绝缘子串，并与杆塔连接的零件。线路金具按性能和用途大致可划分为悬垂线夹、耐张线夹、连接金具、接续金具、保护金具、拉线金具6大类。型号编制一般按名称第一个汉语拼音字母代表。

（1）金具种类

1）悬垂线夹。悬垂线夹用于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的避雷线支架上。

2)耐张线夹。导线用耐张线夹一般分为两类。第一类用螺丝将导线压紧固定，线夹只承受导线全部张力，而不导通电流，这类称螺栓型耐张线夹；第二类称为压缩型耐张线夹，采用液压机或爆炸压接方法将导线的铝股、钢芯与线夹锚压在一起，线夹本身除承受导线的全部拉力外，还是导电体，这类线夹适用于安装大截面导线。

3)连接金具。连接金具分专用连接金具和通用连接金具两类。专用连接金具是直接用来连接绝缘子的，故其连接部位的结构尺寸和绝缘子相配合，如球头挂环、碗头挂板、球头环和碗头双联等。通用连接金具可将绝缘子组成两串、三串或更多串，并将绝缘子与杆塔横担或与线夹之间连接，也用来将避雷线紧固或悬挂在杆塔上，或将拉线固定在杆塔上等。根据用途不同，通用连接金具有U形挂环、U形螺丝、U形挂板、U形拉板、直角挂板、延长环、环板和联板等。

4)接续金具。接续金具用于接续导线及避雷线、接续非直线杆塔的跳线及修补损伤的导线及避雷线。

常用的线路接续金具有接续管、补修管及并沟线夹等。其中圆形接续管用于大截面导线接续及避雷线的接续；椭圆形接续管用于中、小截面导线的接续；补修管用于导线、避雷线的补修；并沟线夹用于导线及避雷线作为跳线时的接续。

5)保护金具。保护金具用于保护导线、避雷线、绝缘子，使之不受损伤和正常运行。

常用的保护金具有防振锤、防振环、预绞丝护线条、预绞丝补修条、重锤和间隔棒等。其中防振锤和防振环起抑制导线、避雷线振动的作用；预绞丝护线条用于保护导线；预绞丝补修条用于导线损伤的修补；重锤起抑制悬垂绝缘子串及跳线绝缘子串摇摆过大及直线杆塔上导线、避雷线上拔的作用；间隔棒用于固定分裂导线排列的几何形状；均压环可改善绝缘子串绝缘子间的电压分布。

6)拉线金具。拉线金具主要用于固定拉线杆塔，包括从杆塔顶端引至地面拉线棒之间的所有零件。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，必须有足够的握紧力；调节零件用于调节拉线的松紧；连接零件用于拉线的组装。常用的拉线金具有UT 形线夹、楔形线夹、拉线二联板等。