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电力知识图谱:电力站房、架空线路、电缆线路

发布时间: 2024-03-10& 作者: 新闻中心

  通常说电力设备的时候,会按一二次设备讲,但这种介绍方法对新人很不友好,因为一二次设备分得细、藏得深,新入门的同学没有直观感觉。这次我们按更直观方式介绍:电力站房、架空线路和电缆线路,这三者是组成电网的最显而易见的设备。

  最早所有的线路都是架空线,从发电机出来就是架空线路,电缆、变压器、杆塔都在户外,风吹雨打的,可靠性自然不如有建筑物保护的设备。随着经济好了,可靠性要求高了,电力设备就开始入站或入管了,像变压器、开关之类的,放到建筑物(箱体)内,就是站内设备,架空线路是明线、裸导线,加了绝缘皮等保护设施,埋进地下管网,就是电缆线路。

  之前有说变压器和电缆像是电力网的节点和(毛细)血管,更直观的角度,也可以说站房和线路是电力网的骨干节点和血管,这里介绍下电力站房、架空线路和电缆线路中的电力设备。

  电力站房就是放置关键电力设备如变压器、开关、电缆及附属等,根据功能不同可大致分为变电站、配电站、开闭所等等。

  其中,变电站处于电网的初始端,把发电厂发出来的电能输送到较远的地方,必须把电压升高,变为高压电,到用户附近再按需要把电压降低。

  而配电站房处在电网的末端,任务是将电送到用电设备或用户的站,包括开闭所、环网站、配电室、箱式变电站等。

  在很多外行人看来,不太能分清楚之间的差别,今天我们就主要了解变电站、配电站、开闭所的作用,差别等等。

  变电站,就是改变电压的场所。主要设备是盘柜与变压器,不过占地面积较大,根据不同电压等级及容量不同占地不同,所以会有人叫它变电站。这个是广义的,狭义上,我们说变电站,通常是指66kV及以上的高压降压站,而35kV及以下的降压变电站,我们一般叫配电站或变电所。

  为了减少输电线损,输电线种要高压送电,把小电压变大电压的变电设备就是升压站。升压站是一个使通过的电荷电压变换的整体系统。升压站通常只存在于发电站连接电网端,远离城市和居民,一般人很少见到。

  如上文所说,狭义上我们说的变电站是指66kV及以上的高压降压站,这个归电网的输变配中的“变”电专业管理。从升压站后最高1000kV 变电站算起到城市侧的220kV、110kV(66kV很少见)变电站,中间的1000~66kV的变电站就是狭义的变电站。

  对于66kV以上的主网变电站,占地都在千平以上,能够说是变压器的别墅,主网变压器因发热量大,都是露天的,盘柜等设备再放进“别墅内的房间”,相当于围墙围起来的大型户外变+开关所。绝大部分变电站都是有人值守的,有办公区生活区。

  上文说了,10kV以下的“变电站”叫变电所,其实电网工作没人叫变电所,都叫配电站、配电室、配电房。

  传统的线kV以上进线的叫配电站;没变压器的,场地小的只有10kV低压线叫配电房,但因为现在站房越建越紧凑(地皮贵啊),小型配电房也有变压器了,索性大家都叫配电站了,和狭义的“变电站”好区分。

  配电站,通俗点说就是完成变压、分配电能的一个独立场所,或建筑物内的一个区域内。变电站是变压器的别墅,那配电站就是小平房。配电站通常是全封闭了,面积在50~200平之间,无人值守,定期人工巡检,现在有上监控系统。

  配电房是指带有低压负荷的室内配电场所,主要为低压用户配送电能,设有中压进线(可有少量出线)、配电变压器和低压配电装置。

  如图所示,一般小区配电房分配较集中,供多个单元用电。单元用电以照明(包括楼宇照明,应急照明,航空照明等)和电梯电源为主;

  而防火隔离区域用电,则集中在普通照明,应急照明,排烟风机,排水泵;其他用电例如雨水回收控制柜等。

  箱式变电站,又叫预装式变电所或预装式变电站,是一种高压开关设备、配电变压器和低压配电装置,就是紧凑型配电室。

  箱式变将变压器降压、低压配电等设备高度集成,安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱,按面积算是变压器的棺材房哈,但比起架空变环境好太多了,比配电室又省面积,非常适合于城网建设与改造,特别是马路边最多这个设备。一些临时的建设区如矿山、工地等也会使用箱变,相对架空来说更安全,相对配电室来说更省钱,用现在的线 开闭所

  开闭所指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所,是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施,位于电力系统中变电站的下一级。其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。当然,区域变电站也具有开闭所的功能,但需明确的是,开闭所是区别于变电站而言的。

  开闭所也指用于接收电力并分配电力的供配电设施,高压电网中称为开关站。一般设在车站、货场附近、电力机务段、枢纽站等大宗负荷处。

  开闭所能够将供电臂分段,事故时缩小事故范围,提高供电的可靠性、灵活性;减少变电所的复杂性;不改变电压大小,只扩大馈线回路数,相当于配电所。

  它可以合理地配置电源,给大家供电。这样的一个作用是很重要的,电能是大家很需要的一种能量。

  说到站房科普,得说下“站房对人体有没有辐射”。若不是因为电是必不可少的,小区大妈一定会把站房像移动基站一样驱赶。但大型变电站(参见上图)的规模更吓人了,如果在居民楼附近,就是居民不抗议,楼价也会受影响。

  在知乎上搜索配电站房的时候,会看到很多人提问:小区里的配电房对人体有没有辐射。

  从科学上说,配电房在产生交流电的同时也会产生一些辐射,但是辐射量很低,肯定在国家的标准范围内,可能只比冰箱、电脑等家电的辐射略高一点。而且,配电房的供电设施有墙所隔,而普通的砖墙就可以将辐射基本屏蔽掉,所以配电房的辐射对人体不会有什么影响,国际流行病学研究也从没有过认定。不过,配电房虽没什么辐射污染,但是嗡嗡的噪音却可能有些吵人。

  而变电站还有输电线路附近所产生的辐射主要为50HZ工频电磁辐射。根据大量现场实测资料表明,工频电磁辐射的影响区域十分有限,变电站较大的电场强度集中进出线附近,其它方位的工频强度在2kV/M以下。近几十年来国际电网发表的大量科学证据说明,在20kV/M以下的供频电磁辐射对人体健良影响。

  目前世界上电压等级最高的昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电线kV及以下的线路称为配电线路,主要担负分配电能的任务,归属配电部门管理。

  线路又分为架空线路和电缆线路。架空线路最常见,由显眼的杆塔和悬在空中的导线组成,暴露在空气中。电缆线路则埋在地下或水下。目前城市线路的缆化率慢慢的升高,在城里周边是电缆线路的比架空线路多,但因为埋在地下,所以大家都没有感觉。

  架设及维修较为方便,成本较低,但容易受到气象和环境(如大风、雷击、污秽、冰雪等)的影响而引起故障,同时整个输电走廊占用土地面积较多,易对旁边的环境造成电磁干扰,看起来也比较吓人。

  电缆线路安全性高,占地少,极少受气象影响,故障率较低。缺点时造价高,检修麻烦,管沟会占用地下生态系统,同时因散热难以承载高压线 架空线路的组成

  往细的讲两者还可大致分为很多个的部件,有导线、杆塔、绝缘子、横担、金具、拉线和基础等,参见下图:

  架空线路因为只是传输,功能较单一,且因在户外恶劣环境,结构越简单可靠越好。为便于分类学习,我们把杆塔上及安装在其上的组件算为“杆塔类”,把导线及在线路中间悬挂的组件算“导线 杆塔本体

  架空线路的杆塔用以支撑导线及其组件,以使导线之间、导线与避雷线、导线与地面及交叉跨越物之间保持一定的安全距离,因此电压越高,塔的高度越高,占地面积越大。

  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(PS:笔者在制作一个PPT时网上找了一张电工爬木杆的图,被说根本不是中国的)

  横担是杆塔中重要的组成部分,它的作用是用来安装绝缘子及金具,以支承导线、避雷线,并使之按规定保持一定的安全距离。

  两横担与塔身之间构成的空气间隙,在杆塔设计时利用间隙圆方法确定的安全距离。

  又叫呼高,指铁塔最下层导线横担下平面至杆塔中心桩施工基面(最长腿的底脚板或基础顶面)的垂直距离。

  作为输电线路中主力支撑的大家伙,杆塔按其功能,可分为直线杆塔、耐张杆塔、分歧杆塔、转角杆塔、跨越杆塔和换位杆塔。

  转角杆塔位于线路改变方向的地方。这种电杆可能是耐张型的,也可能是直线型的。

  转角杆塔除承受导线等的垂直荷载和风压力外,还承受导线的转角合力,合力的大小决定于转角的大小和导线的张力。由于转角杆塔两侧导线拉力不在一条直线上,一般用拉线来平衡转角处的不平衡张力。

  分支杆塔位于线路的分支处。这种电杆在主线路方向上有直线型与耐张型两种,在分路方向则为耐张型。

  基础相对铁搭较为简单的,采用底盘、卡盘、拉线盘,即“三盘”。“三盘”通常用钢筋混凝土预制而成,也可采用天然石料制作。

  杆塔有的高达百米,要承担数公里的线路的拉力和重力,牢固的基础很重要,要挖深地基,钢筋混凝土加固,多桩支撑,工程量堪比给楼打地基。

  紧固金具主要是指耐张线夹,用在耐张、转角、终端杆塔的绝缘子串上固定导线. 连接金具

  连续金具大多数都用在架空电力线路的导线和避雷线连接和终端的接续,以及非直线杆塔跳线的接续和导线. 保护金具

  架空线路上电线受风的作用常常会出现的是均匀低风速下的微风振动,为了尽最大可能避免这种振动造成的损害,就有了防振锤。当导、地线发生微风振动时,悬挂在线缆上的防振锤随着线缆的运行而振动,使得防振锤钢绞线股间相互摩擦,将传递至防振锤上的振动能量转化钢绞线股间的摩擦热能而耗散掉,从而有效抑制线 驱鸟装置

  然后有像监控摄像头、巡检机器人、覆冰、山火、风摇等各类监测装置,装在杆上但也不算杆塔的一部分,顺带提下。

  架空线路应广泛采用钢芯铝绞线或铝绞线,其导线的界面应该要满足最大的负荷需求。所以,高压架空线平方毫米,芯铝绞线平方毫米;空线平方毫米。除此之外,截面的选择还应满足电压损失不大于标称电压的5%(高压架空线(对视觉要求比较高的照明线路),并应满足一定的机械强度。

  分裂导线不同于常规导线,它是由三根或四根单芯导线经过某种工艺制造在一起的一种可分裂的导线,或者称导线束。 这种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。

  和上面的间隔棒功能差不多,使相间导线保持一定几何距离、且具有规定绝缘强度的金具。个人感觉两者从功能上应该合为一类,可能是制作的过程不同才分为二类。

  线路分为架空线路和电缆线路,上篇我们已讲完了架空线路,接下来继续学习电缆线路。

  架空线路完整的说法由杆塔线路+通道走廊组成,但架空线路的“通道走廊”是自然环境,我们说的时候并没有把“通道走廊”含进设备介绍中讲。

  用高电导率材料(铜或铝)制成。根据敷设使用条件对电缆柔软程度的要求,每根线芯可能由单根导线或多根导线绞合而成,通常是用多股导线. 绝缘层

  绝缘层是使导线与导线、导线与包护层互相绝缘,保证电能输送,导线与绝缘层是构成线缆产品(裸电线类除外)一定要具有的两个基本构件。

  绝缘材料有橡胶、沥青、聚乙烯、聚氯乙烯、棉、麻、绸、油浸纸和矿物油、植物油等。

  电缆屏蔽层采用金属化纸或半导体纸带作为内屏蔽层,外屏层有时还外扎铜带或编织铜丝带。

  金属屏蔽层包裹在绝缘屏蔽层外,金属屏蔽层一般都会采用铜带或铜丝,它是将电场限制在电缆内部,保护人身安全的关键结构。也是保护电缆免受外界电气干扰的接地屏蔽层。

  保护层的作用是防水、阻燃耐火和防腐蚀,为保护绝缘和整个电缆正常可靠工作。

  许多专用于良好外部环境(如清洁、干燥、无机械外界的力的作用的室内)中的线缆产品,或者绝缘层材料本身就具有一定的机械强度、耐气候性的产品,就可以没有保护层这一构件。

  橡胶护套与塑料护套特性相比:橡胶护套弹性和柔韧性会较高,耐老化,但工艺相对复杂。而塑料护套的机械性能、防水能力较好,且资源丰富、价格实惠公道、加工方便,因此市面应用更加广泛。

  需要行业同仁注意的是,还有一类金属护套,金属护套既有机械保护作用又有上面要说到的屏蔽作用,还具有防腐蚀性、抗压抗拉性和阻水性等特性,可以有效的预防水分及其他有害于人体健康的物质进入到电缆绝缘内部,因此被广泛地用作耐湿性较差的油浸纸绝缘电力电缆的护套中。

  正如边界是战争第一交火处,在电缆线路中,接头是最容易出现故障的地方。对于电缆本体的各项要求,如导体截面及表面特性、半导电层、金属屏蔽层、绝缘层及护层等各部分的要求也适用于对电缆附件,尤其是中间接头,即中间接头的每个部分应对应于电缆所有的每个部分。终端头也基本一样,只是外绝缘有所特殊。

  终端头集防水、应力控制、屏蔽、绝缘于一体,拥有非常良好的电气性能和机械性能,能在各种恶劣的环境条件下经常使用。具有重量轻、安装便捷等优点。

  维护不便,如果要维护,就需要把覆土挖开,仅建议用在不考虑维护,或能接受这种维护方式的地方。直埋时一般是需要垫黄沙的。

  相比直埋就是埋进土里,在电缆管沟的电缆,多了一层水泥罩,对本体的保护更好一些,且全程可开盖检查,方便运维检修。

  相对下面的介绍的管网方式比,较不美观且易受破坏,对人的危险性也较大,因此大多数都用在发电厂、变电站的周边或在人少钱也少的地方铺设。>

  以管沟形式的埋线的,还会沿线路部署电缆井,方便检修维护。目前主流方式都是采用电缆管沟埋设。

  大量地减少了电缆线路所占道路断面(走廊)。减少对电缆的外力破坏和机械损伤。消除因土壤中有害于人体健康的物质引起的保护层化学腐蚀。

  3.3.4 电缆隧道电缆的别墅。隧道也是“管网”,但是大到可以走人的管,单看这气势,就知道价格是飞上天了,每米的造价依据环境约8000-20000(不含电力设备),也就是一公里千万往上。就算是一二线城市也没几个地方能用上专用的电缆隧道。>

  前面有说过电缆线路相对架空线路的缺陷之一就是散热不好,不适合超高压线路敷设,但这是对常见的电缆管网来说,电缆隧道这么大的面,就能解决散热,因此,超高压线 电缆线路附属装置及智能化

  电缆电缆相对架空线路来说,因为是深埋地下,维护不便 ,又是未来的发展趋势,因此电缆线路的智能化运维是智能电网的一个重要组成,前景极好。


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