高压线电压等级的识别并不复杂,只需观察线路上的一些重要特征即可,遵循以下“三看”秘诀:看杆塔高度、看导线分裂数、看绝缘子串长度。
一、观察杆塔高度
虽然杆塔设计规程未明确规定高度,但详细规定了输电导线与其他物体的最小距离。
500千伏线路铁塔
输电线路一档长度约为500米,导线会自然下垂,特别是天气炎热或用电负荷高时,下垂幅度更明显。规定各电压等级输电线路的导线对各种物体的最小距离,避免导线与物体发生接触。例如,在居民区导线对地面的最小距离分别为:
35~110千伏为7米,
220千伏为7.5米,
330千伏为8.5米,
500千伏为14米,
750千伏为19.5米。
750千伏线路铁塔
考虑到导线弧垂和绝缘子长度,则:
110千伏大概离地面十几米,
220千伏和330千伏是二十几米,
500千伏是三四十米,
750千伏是五十几米,
1000千伏是七八十米。
1000千伏特高压线路铁塔
换算成楼房高度,分别约为5层楼、8层楼、12层楼、18层楼和25层楼。这些高度值仅为参考,实际高度会根据气候和地形因素进行调整。
二、识别导线分裂数
导线分裂数是指输电导线中每相导线的股数,如下图标注所示。例如,1000千伏特高压输电线路的导线分为8股,称为“八分裂”导线。将一相导线分裂成多股的目的在于扩大其“等效直径”。
“八分裂”导线
扩大“导线直径”的主要原因有以下几个:
- 交流电趋肤效应:交流电中的电流主要沿导体表面流动,导体中间几乎无电流,采用管状导线可以节省材料重量。管状导线不如分裂导线,因此使用分裂导线代替管状导线。
- 大电流低电阻:高压输电线电流较大,需要导线的电阻低,这可以通过减小导线的截面积(使用多根较细的导线)来实现。
- 降低电晕:导线越粗,表面电场强度越低,电晕就越小。电晕是对电能的损耗,因此扩大导线直径可以降低表面场强并减少电晕。
电晕放电在雨天输电线周围会发出“兹兹”声,夜间可以看到导线发出微弱的光,但电晕也并非全是坏处。这是另一个话题,以后会有详细解释。
电晕也会产生无线电干扰,因此直流导线同样采用分裂线。这都是为了降低电晕。
在1000千伏以下的电压等级中,还有750千伏的超高压输电线路。该电压等级仅在中国西北电网使用,欧洲则有765千伏的输电线路。750千伏电压等级通常采用六分裂的导线。
由于输送功率较大,某些地方也可能存在 220 千伏四分裂、110 千伏两分裂的情况。三分裂导线理论上存在,但在现实中却很少见到。
三、观察绝缘子片数
什么是绝缘子?在下图红色圆圈中可以看到绿色玻璃长状物体,这就是绝缘子。
绝缘子是一种特殊的绝缘装置,通常由玻璃或陶瓷制成,用于增加爬电距离。其形状类似于飞碟,一个飞碟算一片绝缘子。绝缘子串是将若干个飞碟串联在一起,用于隔离导线和杆塔。下图展示了玻璃钢绝缘子的形状。
接下来,我们将介绍绝缘子片数。导线分裂数量很容易计数,通过计数,可以确定电压等级。除了观察分裂数量,还可以计数绝缘子片数,但比较费眼,熟练后一眼就能看出。
常用的绝缘子还有陶瓷绝缘子和合成绝缘子。下图为陶瓷绝缘子。
一片绝缘子的厚度约为 15 厘米,串联 7 片约为一米。
通常情况下:
750 千伏,32 片
500 千伏,23-25 片
330 千伏,17 片
220 千伏,13 片
110 千伏,7 片
66 千伏,5 片
35 千伏,3 片
如果在海拔高、污秽严重或塔身重要的地区,片数还需要增加几片。一般来说,1 片绝缘子可以承受 1-1.5 万伏特的电压,但随着电压等级的升高,承压非线性越强。实际上,不同地区不同环境,绝缘子片数可能差别很大。不同类型的绝缘子需要的片数也不同。下图中 1000 千伏特高压线的绝缘子,粗略数了一下,大概有五六十片,真是很长……
1000 千伏交流特高压线路绝缘子
总而言之,区分电压等级最简单的观察方式是导线分裂数,最准确的判断方法是绝缘子片数,最具震撼力的评估方式是杆塔的高度。
我们能看到的输电线路,都是地形地貌比较好的地区,但需要注意的是,崇山峻岭和河流湖泊上也有输电线路,特别是为偏远地区送电。这些电塔和电线材料都是工人艰辛拉肩扛上去的,非常不容易!现代年轻人几乎都无法忍受这种艰苦,所以在这里也要向送变电工作人员致以敬意!