專利名稱：屏蔽式高壓架空線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓架空線路，用于超過40kV的種種電壓，尤其用于超過100kV的種種電壓，它有架空牽拉的相導(dǎo)線，由一個架桿結(jié)構(gòu)所支承。
屏蔽式高壓架空線路，即PAS線路，使用有塑料包層的導(dǎo)線，而不是常規(guī)的裸導(dǎo)線。絕緣子往往是一種橫向連接的聚乙烯，XLPE(PEX)。薄層絕緣被量定尺寸，以便經(jīng)受由導(dǎo)線碰撞在一起而產(chǎn)生的電壓應(yīng)力，以及在中壓范圍內(nèi)，還經(jīng)受與樹木或諸如此類的物體之間的接觸。
自八十年代初期以來芬蘭就建造用于20kV電壓的PAS線路。一條PAS線路往往為昂貴得多的地下線路的解決辦法提供了一種選擇余地。此外，用于20kV電壓的PAS線路在使用中比常規(guī)的架空線路更可靠，因?yàn)閷?dǎo)線碰撞在一起并不通常引起破裂或損壞導(dǎo)線。
芬蘭電氣檢查局(SETI)的No.T68—91公報規(guī)定了用于20kV電壓的無金屬殼層的有塑料包層的架空線路的種種要求。按照這個公報，對一條PAS線路的導(dǎo)線普遍應(yīng)用與一條裸架空導(dǎo)線同樣的間距要求，因?yàn)閷?dǎo)線包層并不滿足屏蔽接觸的要求。然而當(dāng)使用PAS導(dǎo)線時在某些地方所述規(guī)則可以違反。這些例外中最有意義的是在導(dǎo)線固定點(diǎn)之間的最小間距，它可以是當(dāng)前規(guī)則中所規(guī)定的間距的三分之一。此外，離樹木的距離可以比常規(guī)線路小50％稍多，因?yàn)閷?dǎo)線的絕緣經(jīng)受一棵倒下樹木的傾斜甚至達(dá)數(shù)月。這樣就減少了導(dǎo)線走廊的必要寬度，并且因此減少了土地征收的費(fèi)用。對用于110kV及更高的高壓線路沒有對應(yīng)的規(guī)則，因?yàn)樵谑褂弥袥]有110kV及更高的(例如220kV，400kV)絕緣架空線路。在當(dāng)前使用中，架桿結(jié)構(gòu)、絕緣子及絕緣和導(dǎo)線安裝主要針對裸導(dǎo)線設(shè)計。即使一條110kV的PAS線路經(jīng)受一棵樹木傾斜其上達(dá)兩三小時，因?yàn)橛袕?qiáng)泄漏電流和無線電干擾，不能容許樹木與導(dǎo)線接觸。由雷擊引起的閃絡(luò)或電暈效應(yīng)早先根本就沒有對這些電壓額定值和導(dǎo)線作研究，因?yàn)橄襁@樣的高壓線路的絕緣除了至多注重解決如果導(dǎo)線比先前相互間靠得更近以及距周圍樹木更近時，由導(dǎo)線接觸所產(chǎn)生的短路問題之外，并沒有注重解決其它種種問題。
在過去十年期間，對輸電線產(chǎn)生的電磁場亦愈加注意。在美國的一些州以及在意大利已經(jīng)規(guī)定了輸電線的電磁場的限幅。由架空線路產(chǎn)生的電磁場能夠通過導(dǎo)線的相對配置得到減少。相互間盡可能近地布置導(dǎo)線，例如在一個等邊三角形的頂點(diǎn)，使獲得的場最小。在電力線路中，裸導(dǎo)線碰撞在一起產(chǎn)生短路。防止碰撞在一起及電暈效應(yīng)所要求的最小間距，以及缺少適當(dāng)?shù)呐c耐久的絕緣，實(shí)際上阻止了使用除常規(guī)布置導(dǎo)線方法以外的方法。在芬蘭最通常使用的安裝方法是在塔架上水平安裝，能減小架桿結(jié)構(gòu)的高度。導(dǎo)線之間的最小間距對110kV大約是3.5m，并且因此線路空隙的寬度在應(yīng)用200m的跨度時將至少是16m。然而，實(shí)際上用于一條常規(guī)導(dǎo)線的相間距大約是4.5m，并且必要的線路空隙是26m。
因此，上述因素已經(jīng)導(dǎo)致了一種局面，其中至少對中壓和高壓架空線路，將導(dǎo)線相互間更靠近些，由于經(jīng)濟(jì)的原因(例如縮窄導(dǎo)線走廊)以及由于環(huán)境的原因(減小電磁場的影響范圍)，將非常優(yōu)越與有利，但是靠當(dāng)前技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是與高壓線路的施工原則相抵觸的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種高壓架空線路，它顯著地減小相導(dǎo)線之間所需要的間距，并且因此提供一種適合更窄導(dǎo)線走廊的架空線路，以及與當(dāng)前架空線路相比產(chǎn)生更小的電磁場。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，本發(fā)明的高壓架空線路的特征在于，導(dǎo)線被絕緣，在架桿的支承點(diǎn)處導(dǎo)線之間的間距比避免導(dǎo)線之間接觸所需要的最小間距小，以及在垂直方向至少有兩根導(dǎo)線安排在不同的高度。
通過適當(dāng)選擇與配置一條按照本發(fā)明的架空線路的相導(dǎo)線，以及為了發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線類型就不同的試驗(yàn)投入了大量的工作，本發(fā)明的高壓架空線路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。這種線路解決了與常規(guī)結(jié)構(gòu)的輸電線路有關(guān)的若干問題。例如就110kV塔架線路來說，導(dǎo)線走廊能夠從當(dāng)前16m的最小寬度減小到10m(△安裝)。從另一方面來說，通過垂直排列導(dǎo)線，大大減小架桿高度。電磁場的強(qiáng)度亦從當(dāng)前線路的場強(qiáng)得到了顯著地減小，如下文將要看到的那樣。
本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例的特征在隨后權(quán)利要求中陳述。
如下將參照附圖用例子更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1表示在本發(fā)明中使用的一種屏蔽導(dǎo)線的一個例子，圖2表示一個曲線圖，其中，作為相間距的一個函數(shù)，不同導(dǎo)線的表面場強(qiáng)的比率與電暈起始場強(qiáng)作了比較，圖3表示對不同的導(dǎo)線排列在地面的電場的強(qiáng)度，圖4表示對不同的導(dǎo)線排列在地面的磁通量的密度，以及圖5—8表示用于不同架空線路的架桿結(jié)構(gòu)的例子。
圖1表示一種能夠使用在本發(fā)明的一條屏蔽式高壓架空線路中的Nokia SAX-355導(dǎo)線。導(dǎo)線的電流傳輸部分是一個圓形的鋁合金導(dǎo)線，由絲線3絞合與裝填。導(dǎo)線殼層1是半導(dǎo)體塑料，用于中和電場，以及用于防止在金屬導(dǎo)線的表面產(chǎn)生放電點(diǎn)。絕緣層2是尤其用在高壓線路中的可以橫向連接的XLPE塑料(PEX塑料)，其中最外層有大約1.5mm的厚度，被涂漆上碳黑以便達(dá)到耐受風(fēng)雨。此外導(dǎo)線數(shù)據(jù)為耐受風(fēng)雨與抗紫外線輻射結(jié)構(gòu)，外徑39mm，質(zhì)量1730kg/km，致斷負(fù)載108kN以及負(fù)載額定值660A。110kVSAX導(dǎo)線用一層遠(yuǎn)比一條常規(guī)電纜結(jié)構(gòu)中薄得多的絕緣塑料層屏蔽。絕緣被量定尺寸，以便在跨度之內(nèi)耐受相導(dǎo)線碰撞在一起的情況。在一個試驗(yàn)中，其中在兩根導(dǎo)線之間施加120kV的電壓，導(dǎo)線碰撞在一起540,000次沒有擊穿。此外，對同樣的導(dǎo)線做了一個17天的倚靠試驗(yàn)，在這個試驗(yàn)中導(dǎo)線相互倚靠其上沒有擊穿。
在按照本發(fā)明的絕緣導(dǎo)線的最小間距下，導(dǎo)線容許相互碰撞，例如在短路力或風(fēng)的作用下。必要的最小間距因此必須根據(jù)其它適用情況，而不是根據(jù)用于短路情況的準(zhǔn)則來計算。在芬蘭版No.A4—86，電氣檢查局，赫爾辛基1986中，電氣安全規(guī)則提供了分析導(dǎo)線最小間距(空氣絕緣)的一個出發(fā)點(diǎn)，它規(guī)定用于裸110kV導(dǎo)線的剛性結(jié)構(gòu)的最小要求是1.15m。
按照本發(fā)明的由絕緣相導(dǎo)線組成的架空線路的絕緣配合分析從兩個假設(shè)出發(fā)—架桿的頂部結(jié)構(gòu)防護(hù)整個跨度；以及—在一個耐壓水平的沖擊電壓下以10％的概率發(fā)生相對地?fù)舸妷簭?qiáng)度偏差是3％。
其目的是量定相與相之間的空隙，以便在相與地間隙中的擊穿足以比相與相之間間隙中的擊穿更可能。按照上述假設(shè)的計算表明，為了使相與地之間的擊穿概率與相與相之間的擊穿概率相比是10倍，相與相之間的空隙只需要比相與地之間的空隙大3％。如果期望的概率是100倍，相與相之間的空隙必須分別大6％。
由于本申請人使用的110kV絕緣子串的放電距離是87cm，以及在這個電壓的自由空隙是90cm，因此設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)是在相與相之間帶電部分的最小間距是100cm，也就是超過相與地空隙的10％或更多。當(dāng)遵照這樣量定尺寸時，由雷電產(chǎn)生的過電壓將極可能會引起單相接地故障而不是兩相短路。
由于在由絕緣相導(dǎo)線組成的本發(fā)明的架空線路中容許有比正常要小的相間距，因此亦必須交代在110kV電壓下由導(dǎo)線電暈放電可能帶來的種種問題。因此，作為相間距的一個函數(shù)，導(dǎo)線表面場強(qiáng)對電暈起始場強(qiáng)的比率在123kV的電壓下作了計算。圖2示出了結(jié)果。按照本申請人使用的量定尺寸準(zhǔn)則，這個比率在已建立的地區(qū)可以有0.72的最大值，而且在其它地區(qū)可以有0.77的最大值。
計算結(jié)果取決于所使用的導(dǎo)線。在試驗(yàn)的兩種導(dǎo)線ACSR305/39 Duck和ACSR152/25 Ostrich中，發(fā)現(xiàn)使用Duck導(dǎo)線相間距能夠減小到60cm而沒有任何電暈放電問題。對Nokia SAX 355導(dǎo)線亦適用大致相同的情況。使用Ostrich導(dǎo)線，為了使表面場強(qiáng)為同樣的數(shù)量級，相間距必須擴(kuò)大到130cm。從曲線圖中也可看到，當(dāng)導(dǎo)線垂直安排時(Don)，就電暈性能來說，比水平排列(Port)實(shí)現(xiàn)了更為優(yōu)越的相間距數(shù)值。
因此，總之可以說，絕緣的相導(dǎo)線之間的最小距離可以與剛性結(jié)構(gòu)中使用的最小距離為同一數(shù)量級，至少就110kV架空線來說如此。
因此按照本發(fā)明已經(jīng)證明，屏蔽式導(dǎo)線能夠大量減小相間距以及削減導(dǎo)線走廊，或者減小架桿結(jié)構(gòu)的高度。因此由于有更小的相間距，與常規(guī)線路相比，PAS線路的主要優(yōu)點(diǎn)還包括產(chǎn)生微小的電磁場。圖3表示多條曲線，說明對不同的導(dǎo)線類型在地面的高壓架空線路的電場強(qiáng)度。圖4表示對應(yīng)的磁通密度。按照表1，比較包括一條常規(guī)的非絕緣線路，用標(biāo)準(zhǔn)的3—3.5m的相間距按水平、三角形及垂直排列，以及一條PAS線路，按水平、垂直、三角形及△排列，并且相間距是1.15m。種種排列的例子示于圖5—8。在圖5中導(dǎo)線具有垂直排列，在圖6和圖7中具有△排列(導(dǎo)線安排在一個等邊三角形的頂點(diǎn))，以及在圖8中具有常規(guī)水平排列。在所有圖中標(biāo)號4指示這些結(jié)構(gòu)中用于相導(dǎo)線的支承點(diǎn)。相導(dǎo)線固定到架桿或塔架結(jié)構(gòu)上是有彈性的，這樣就消除了導(dǎo)線振動的問題。相導(dǎo)線的絕緣子可以是常規(guī)的絕緣子，以更小的相間距裝配。
用于測量圖3與圖4所示結(jié)果的基本數(shù)據(jù)如下—U＝123kV—負(fù)載電流100A，P＝18MW—PAS導(dǎo)線SAX 355，σ0＝40N/mm2—裸導(dǎo)線ACSR 305/39，σ0＝40N/mm2—避雷針導(dǎo)線AACSR 106/25，σ0＝60N/mm2—電流導(dǎo)線的溫度+15℃
—避雷針導(dǎo)線的溫度+5℃—最低電流導(dǎo)線離地面的空隙在+70℃時是5.9m(容許的最小高度)—跨度ae＝a＝200m就磁場而論，能夠根據(jù)圖3和圖4以及表1作出下述觀察結(jié)果—用一條PAS線路按水平排列導(dǎo)線(圖8)，與一條對應(yīng)的非絕緣導(dǎo)線相比，磁通密度的最大值減小到大約三分之一。在離線路中央的空隙是16m(PAS)和33m(常規(guī))時，磁通密度減小到本底輻射(＝0.1μT)的水平(曲線1與曲線6)。
—按垂直排列導(dǎo)線(圖5)，與一條常規(guī)線路相比，一條PAS線路的磁通密度的最大值減小到大約一半。在離線路中央的空隙是18m(PAS)和33m(常規(guī))時，磁通密度減小到本底輻射的水平(曲線2與曲線7)。
—按三角形排列導(dǎo)線，線路的磁通密度的最大值與一條常規(guī)線路的值無任何顯著程度的不同(曲線3與曲線4)。然而，用PAS導(dǎo)線在離線路中央21m空隙時磁通密度減小到本底輻射的水平，而在一條對應(yīng)的非絕緣線路的情況下該密度是25m。這個相當(dāng)小的差別是由于這一實(shí)事，即除導(dǎo)線間距之外的其它因素，例如自由空隙，決定了導(dǎo)線安排。因此對兩種導(dǎo)線結(jié)構(gòu)大致相同。然而，一條PAS線路所給予的是減小一半的電場強(qiáng)度峰值(圖3)。
—由所產(chǎn)生的場來看，△排列一條PAS線路(圖6與圖7)顯然是最好的解決辦法。與一條常規(guī)的非絕緣塔架線路相比，磁通密度的最大值僅僅約為五分之一，并且在離線路13米距離處磁通密度減小到本底輻射的水平(曲線8)。<
表1.磁場觀察結(jié)果。Bmax＝磁場的通量密度的相對最大值，0.1μT(0.2μT)＝在所示離線路中央的距離處磁通密度減小到這個水平。
對本領(lǐng)域一名技術(shù)人員來說，很明顯本發(fā)明的種種不同實(shí)施例不局限于上面所提供的例子，而是可以在隨后權(quán)利要求的范圍內(nèi)自由地改變。
權(quán)利要求
1.一種高壓架空線路，尤其是一種用于超過100kV的種種電壓的線路，它有架空牽拉的相導(dǎo)線，由一個架桿結(jié)構(gòu)所支承，其特征在于，導(dǎo)線被絕緣，在架桿的支承點(diǎn)(4)處導(dǎo)線之間的間距比避免導(dǎo)線之間接觸所需要的最小間距小，以及在垂直方向至少有兩根導(dǎo)線安排在不同的高度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高壓架空線路，其特征在于，在架桿的支承點(diǎn)(4)處導(dǎo)線之間的間距在110kV電壓時大約是1.15m。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高壓架空線路，其特征在于，導(dǎo)線在架空線路的橫斷平面中按疊置關(guān)系排列。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種高壓架空線路，其特征在于，導(dǎo)線在架空線路的橫斷平面中在一個三角形的頂點(diǎn)上排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓架空線路，尤其是一種用于超過100kV的種種電壓的線路，它有架空牽拉的相導(dǎo)線，由一個架桿結(jié)構(gòu)所支承。按照本發(fā)明，導(dǎo)線被絕緣，在架桿的支承點(diǎn)(4)處導(dǎo)線之間的間距比避免導(dǎo)線之間接觸所需要的最小間距小，以及在垂直方向至少有兩根導(dǎo)線安排在不同的高度。
文檔編號H02G7/20GK1121751SQ94191911
公開日1996年5月1日 申請日期1994年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月27日
發(fā)明者伊爾莫·諾斯瑪, 伊尤·奧賈拉, 凱尤·瑪?shù)賱P恩, 安特洛·欣克里 申請人:依瑪純沃瑪公司, 諾基亞卡佩里公司