電能的傳輸,是電力系統(tǒng)整體功能的重要組成環(huán)節(jié)。發(fā)電廠與電力負荷中心通常都位于不同地區(qū)。在水力、煤炭等一次能源資源條件適宜的地點建立發(fā)電廠,通過輸電可以將電能輸送到遠離發(fā)電廠的負荷中心,使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制。與其他能源輸送方式相比較,輸電具有損耗小、效益高、靈活方便、易于調(diào)節(jié)控制、減少環(huán)境污染等優(yōu)點。
廣義的輸電線路:從發(fā)電到用電的中間線路都算“輸電線路”
狹義的輸電線路:一般來說35kV以上(不含)的屬于主網(wǎng)輸電線路,在電網(wǎng)就簡稱輸電線路(狹義),35kV以下算是配電線路。
圖譜遵循習慣,在本詞條下,如未特別指出,都屬于面向狹義的輸電線路的解釋。
PART1
輸電原理
輸電線路是用變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能升壓后,再經(jīng)斷路器等控制設(shè)備接入輸電線路來實現(xiàn)。
通過輸電,把相距遠的(可達數(shù)千千米)發(fā)電廠和負荷中心聯(lián)系起來,使電能的開發(fā)和利用超越地域的限制,輸電還可以將不同地點的發(fā)電廠連接起來,實行峰谷調(diào)節(jié)。
有時候輸電不只是為了能讓用戶能用上電,還有讓用戶能夠有多路電可用,可備用,提高用電可靠性,當然要多成本多出錢。
PART2
輸電原因
集中發(fā)電效率高,大發(fā)電機組的轉(zhuǎn)換效率高,運維成本低,在每kW·h(千瓦時)上都是更劃算的。
發(fā)電用的煤、水等資源在某地富集,其他地方要用電卻離資源非常遠,就得送電。
送電的成本遠低于送煤、石油等自然資源的成本,屬地將資源轉(zhuǎn)化為電力,再到用能地區(qū),是最經(jīng)濟的方式。
PART3
輸電種類
按照輸送電流的性質(zhì),輸電分為交流輸電和直流輸電。
3.1 交流輸電
交流組網(wǎng)
發(fā)電廠發(fā)出的電能多為三相交流電,通過升壓變壓器,高壓輸電線路和降壓變壓器,配電線路和配電變壓器將電能輸送到用戶。
3.2 直流輸電
將發(fā)電廠發(fā)出的交流電通過整流站變換成直流電,經(jīng)直流電路輸送到受端后,逆變站把直流電轉(zhuǎn)換成交流電送到用戶。
1) 主要應用
遠距離大容量輸電。直流電纜不存在電容電流和電抗其輸送距離不受限制。
非同步聯(lián)網(wǎng)。直流輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),不存在穩(wěn)定性問題及故障連鎖反應。
海底電纜送電。交流電纜線路的輸送受電容電流限制,難以實現(xiàn)遠距離送電。
PART4
輸電電壓等級
輸電電壓等級分類
電從發(fā)電機出來,需要去變壓器升壓,把電壓升高會更利于運輸。
因為傳輸電力是有損耗的,計算方式為I2R,電流越大,發(fā)熱越大,損耗越大,經(jīng)濟性越差,反之,電壓越高,電流就越小,損耗就小,經(jīng)濟性好,所以遠距離傳輸都要用高電壓輸電。
一般主網(wǎng)電壓等級是220kV或者500kV(西北電網(wǎng)是330kV,750kV),升至這個電壓等級后,由輸電線路與電網(wǎng)連接,就叫做并網(wǎng)發(fā)電了。
有人會問U2/R,那把U變小,不是損耗也小嗎,這不是和高壓相反,其實是對線損計算的錯誤理解,如按電壓算,線損是按壓降算的,即(U1-U2)2/R,并不是按超始點的絕對電壓計算。
PART5
輸送電能流程
輸送電能流程
輸送電能總共有:發(fā)電站→升壓變壓器→高壓輸電線→降壓變壓器→用電單位等五個流程。
電力工業(yè)初期,發(fā)電廠建在電力用戶附近,直接向用戶送電,所以那個時候只有發(fā)電和用電兩個環(huán)節(jié)。
隨著電力生產(chǎn)規(guī)模和負荷中心規(guī)模的擴大,發(fā)電中心,如大型火電基地、水電基地和核電基地均遠離電力工作中心,為了讓那些距離遠的電力用戶也用到電,就需要高壓輸電。
PART6
輸電線路的構(gòu)成
按照設(shè)備狀態(tài)檢修定,輸電線路主要劃分為7個單位一1個環(huán)境。
7個單元分別是桿塔、導地線、絕緣子、金具、桿塔基礎(chǔ)、接地裝置、附屬設(shè)施;一個環(huán)境是指通道環(huán)境。
PART7
輸電線路的運維
7.1 輸電線路運維的主要工作:
1) 巡視
定期或臨時去戶外巡視線路,及時發(fā)現(xiàn)線路本體、附屬設(shè)施以及線路保護區(qū)出現(xiàn)的缺陷或隱患,近距離對線路進行觀測、檢查、記錄的工作,并為線路檢修、維護及狀態(tài)評價(評估)等提供依據(jù)。
2) 檢測
輸電線路檢測主要檢測項目保護區(qū)、基礎(chǔ)、桿塔、防雷設(shè)施及接地裝置、導線和絕緣子等等,由線路運行單位負責。是發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、開展設(shè)備狀態(tài)評估、為狀態(tài)檢修提供科學依據(jù)的重要手段。
3) 維修
線路維修應遵循“應修必修,修必修好”的原則。狀態(tài)檢修是在對輸電設(shè)備或部件所處的健康狀態(tài)進行診斷的基礎(chǔ)上,對設(shè)備狀態(tài)量超過狀態(tài)控制值的部位或區(qū)段進行維護和修理的過程。線路狀態(tài)檢修工作包括停電、不停電測試和試驗以及停電、不停電檢修維護工作。
PART8
輸電線路和自然氣象災害
輸電線路因為都在荒山野嶺,且懸空線不是一個很穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),受氣象的影響很大,只要一故障就是實時大面積的影響,所以氣象災害是輸電線路的一個重要研究課題。這里介紹下對輸電線路影響大的氣象災害。
1) 山火
山火就是森林火災,它對輸電線路的安全影響極大,會導致送電通道的多回線路出現(xiàn)同時跳閘的現(xiàn)象,大量的輸電不能正常輸出,影響用電的安全與穩(wěn)定。
所以,對通過林區(qū)的架空輸電線路,應加強巡視和維護,導、地線與樹木間距離應符合有關(guān)規(guī)定。
2) 雷電
雷電對輸電線路的危害極大,有可能直接被擊中,對電網(wǎng)中的變壓器和絕緣薄弱的設(shè)備產(chǎn)生巨大的危害性。它還可能伴隨著跳閘、大面積斷電的現(xiàn)象出現(xiàn)。所以,各電壓等級線路應具備相應的耐雷水平,不滿足要求的應采取措施加以解決。
3) 風災
風災包括了臺風、颶風和強風等,大風可以將輸電桿塔損壞,導線在空中強烈晃動,導致風偏放電、跳閘、斷電等現(xiàn)象。為了更好防止風偏故障的發(fā)生,需在設(shè)計風速、設(shè)計裕度、施工安裝工藝、桿塔塔頭尺寸等多個方面進行加強,以有效預防輸電線路風偏閃絡的發(fā)生,降低跳閘事故機率。
4) 冰災
影響輸電線路正常安全運行的主要氣象災害是導線覆冰。通常輸電線路的覆冰會增大線路與桿塔的負荷,使得導線受風的面積增加,容易使輸電線路誘發(fā)不穩(wěn)定的馳振,導致跳頭、扭動、冰閃跳閘等惡性事故出現(xiàn),從而導致電網(wǎng)出現(xiàn)大范圍的停電現(xiàn)象。
中國近十幾年的輸電線路受到冰災的影響,產(chǎn)生過幾次重大的電網(wǎng)安全事故,如2008年的冰災是最為嚴重的一次,多年罕見持續(xù)的凍雨、冰雪天氣,對南方的多個省區(qū)造成了重要的影響,對電網(wǎng)安全構(gòu)成了極大的威脅。
5) 地質(zhì)災害
滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地震等地質(zhì)災害是影響我國戶外輸電線路運行安全的重要因素,嚴重還會導致大電網(wǎng)解列運行。尤其是地震災害對輸電線路和電網(wǎng)的影響,使多條輸電線路跳閘,導致電力中斷、電廠設(shè)備損壞停運等危害。
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