高容量/效率傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2012年4月27日提交的關(guān)于High- Capacity/Efficiency Transmission Line Design的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列第61/ 639, 126號(hào)的權(quán)益，其通過(guò)引 用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本申請(qǐng)針對(duì)高容量高效交變電流（AC)高架傳輸線(xiàn)路。在一個(gè)實(shí)施例中，具有三相 緊湊三角構(gòu)造的輸電線(xiàn)路由單個(gè)橫臂懸掛。本發(fā)明涉及一種新型傳輸線(xiàn)路，以最大限度地 增大承載能力、環(huán)境適應(yīng)性、成本有效性和公眾接受度。
【背景技術(shù)】
[0003] 與在遠(yuǎn)離負(fù)載中心的區(qū)域中開(kāi)發(fā)的可再生發(fā)電項(xiàng)目組合的清潔、可靠的供電中的 公共利益需要傳輸基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠在長(zhǎng)距離上有效地輸送大量電力。鑒于公眾通常會(huì)反對(duì)高 架傳輸，且尤其是765千伏（kV)(即，美國(guó)的最高傳輸電壓類(lèi)別），電力公司采取構(gòu)筑常規(guī)的 345kV線(xiàn)路，且對(duì)此線(xiàn)路增加串聯(lián)補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)高電壓傳輸?shù)男阅芴卣鳌?br>[0004] 優(yōu)選實(shí)施例的傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)將345kV線(xiàn)路的性能提高至超過(guò)其傳統(tǒng)的能力，而不 依靠昂貴的外部裝置，如，串聯(lián)電容器。在優(yōu)選實(shí)施例中，低輪廓的美觀(guān)特征最大限度減小 了環(huán)境影響和結(jié)構(gòu)成本，試圖改善新傳輸項(xiàng)目的公眾接受度。
[0005] 已經(jīng)通過(guò)工程分析和實(shí)施確立了傳輸線(xiàn)路的承載能力或負(fù)載能力由一個(gè)或多個(gè) 以下因素限制：（i)熱額定值，（ii)電壓降約束，以及（iii)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性限制。熱額定值為 導(dǎo)體和/或終端設(shè)備選擇過(guò)程的結(jié)果，且對(duì)于線(xiàn)路最多限于50英里以?xún)?nèi)。較長(zhǎng)的線(xiàn)路主要 由電壓降和/或穩(wěn)定性考慮限制，這兩者都直接地受線(xiàn)路的取決于長(zhǎng)度的阻抗影響。
[0006] 對(duì)于給定的線(xiàn)路長(zhǎng)度，減小阻抗且因此改善負(fù)載能力的最有效方法在于升高傳輸 電壓類(lèi)別。然而，由于公眾反對(duì)，故構(gòu)筑了具有串聯(lián)補(bǔ)償?shù)亩鄠€(gè)較低電壓的線(xiàn)路來(lái)減小阻抗 和實(shí)現(xiàn)所需的負(fù)載能力目標(biāo)。
[0007] 傳統(tǒng)上，串聯(lián)補(bǔ)償已經(jīng)用作延伸AC系統(tǒng)能力的短期補(bǔ)救方法。另外，在一些區(qū)域 中，串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路用作較高電壓的傳輸?shù)奶鎿Q方案，以在長(zhǎng)距離上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸大量電力。這 些應(yīng)用不變地是伴有諸如次同步諧振（SSR)和次同步控制交互（SSCI)的問(wèn)題，這已知的是 存在電力機(jī)械和電網(wǎng)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。
[0008] 其它問(wèn)題包括系統(tǒng)保護(hù)復(fù)雜性、維護(hù)和備用設(shè)備要求、電力損耗、關(guān)于線(xiàn)路自身壽 命的有限壽命預(yù)期，以及將來(lái)的電網(wǎng)擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)。當(dāng)搭接串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路來(lái)用于新負(fù)載中 心或整體結(jié)合新的發(fā)電源時(shí)，尤其要考慮電網(wǎng)擴(kuò)展性，因?yàn)檫@些發(fā)展：（i)可導(dǎo)致過(guò)度補(bǔ)償 線(xiàn)路段，以及（ii)可超過(guò)有效控制。
[0009] 新傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)（在優(yōu)選實(shí)施例中為345kV)最大限度減小了這些問(wèn)題，同時(shí)本身 對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的長(zhǎng)距離和短距離兩者的大量電力輸送還提供了所需的容量和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，高容量高效率的345kV的高架傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)提供了相 對(duì)于現(xiàn)在在電力公用行業(yè)中使用的典型構(gòu)造的性能優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)提供了使用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)?345kV線(xiàn)路和/或較高壓線(xiàn)路的可行備選方案以用于在長(zhǎng)距離（例如，100英里）上高效傳 輸大量電力；其在設(shè)計(jì)和施工、構(gòu)造和操作的簡(jiǎn)單性、電網(wǎng)擴(kuò)展性、預(yù)期壽命和壽命周期成 本方面是優(yōu)異的。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提出了雙電路（和能夠單電路/雙電路）的線(xiàn)路，其特征在 于，使用導(dǎo)線(xiàn)束的緊湊相間構(gòu)造懸掛在具有較低的美觀(guān)輪廓的結(jié)構(gòu)上。新的結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括 單個(gè)弓形管狀鋼橫臂，其圍繞單個(gè)管狀鋼桿軸對(duì)稱(chēng)地支承兩個(gè)電路。具有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè) (或更多）的導(dǎo)線(xiàn)束的三相分別優(yōu)選以"三角"布置借助于V形串懸垂絕緣體組件和相間 絕緣體保持在一起，同時(shí)保持期望的相與結(jié)構(gòu)的絕緣體組件連接。本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例 改善了傳輸線(xiàn)路的浪涌阻抗負(fù)載（SIL) ( S卩，線(xiàn)路負(fù)載能力量度），減小了其串聯(lián)阻抗、降低 了電阻和電暈（空氣等離子化）損失兩者，且緩解了地面水平處的電磁場(chǎng)（EMF)和可聽(tīng)噪 音影響，所有都以成本效益合算的方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 示例性實(shí)施例的以下描述提到了形成其部分的附圖。該描述通過(guò)示例性實(shí)施例提 供了闡釋。將理解的是，可使用具有機(jī)械和電氣變化的其它實(shí)施例，其結(jié)合了本發(fā)明的范 圍，并未脫離本發(fā)明的精神。
[0013] 除上文提到的特征之外，本發(fā)明的其它方面將容易從附圖和示例性實(shí)施例的以下 描述中清楚，其中若干視圖中的相似參考數(shù)字指出了相同或等同的特征，且在附圖中： 圖1示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的優(yōu)選實(shí)施例； 圖2示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的優(yōu)選實(shí)施例（簡(jiǎn)圖）； 圖3示出了使用中的一種典型的345kV的傳輸線(xiàn)路（現(xiàn)有技術(shù)）； 圖4示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的另一個(gè)實(shí)施例； 圖5示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的另一個(gè)實(shí)施例； 圖6示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的另一個(gè)實(shí)施例； 圖7示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的另一個(gè)實(shí)施例； 圖8示出了本發(fā)明的傳輸線(xiàn)路的另一個(gè)實(shí)施例； 圖9示出了 4導(dǎo)線(xiàn)束的軛板的一個(gè)實(shí)施例； 圖10示出了 3導(dǎo)線(xiàn)束的軛板的一個(gè)實(shí)施例； 圖11示出了 2導(dǎo)線(xiàn)束的軛板的一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 圖1示出了本發(fā)明的345kV雙電路線(xiàn)路設(shè)計(jì)的優(yōu)選實(shí)施例。其特征為流線(xiàn)型的 相對(duì)低輪廓的結(jié)構(gòu)，具有借助于相間絕緣體布置成緊湊的"三角"構(gòu)造的相導(dǎo)線(xiàn)束（〃三角 〃意思是以大致三角形，其具有在30到120度的范圍中的內(nèi)角）。緊湊的三角構(gòu)造具有的 優(yōu)點(diǎn)在于改善線(xiàn)路浪涌阻抗負(fù)載（SIL)、降低串聯(lián)阻抗，以及減小地面水平的EMF影響（"緊 湊"意思是比典型的傳輸線(xiàn)路構(gòu)造相對(duì)緊密的布置，這避免了對(duì)串聯(lián)補(bǔ)償或任何大量串聯(lián) 補(bǔ)償?shù)男枰?緊湊"意思是任何兩相之間10到20英尺的范圍中）。SIL(線(xiàn)路在無(wú)效電 力中獲得自足（即，沒(méi)有凈無(wú)效電力進(jìn)入或離開(kāi)線(xiàn)路）的負(fù)載水平）為測(cè)量相似或不相似 的標(biāo)稱(chēng)電壓下操作的長(zhǎng)線(xiàn)路的相對(duì)負(fù)載能力的方便的"標(biāo)尺
[0015] 圖1的設(shè)計(jì)使用了每相達(dá)到四（或更多）個(gè)導(dǎo)線(xiàn)，提供了線(xiàn)路的熱容量和能量效 率的顯著增益。在四個(gè)導(dǎo)線(xiàn)或更大的線(xiàn)束處于熱原因而認(rèn)為不必要的情形中，本發(fā)明可與 三導(dǎo)線(xiàn)或兩導(dǎo)線(xiàn)束一起使用，其中降低了相關(guān)聯(lián)的成本，但將產(chǎn)生SIL的一些損失。作為備 選，較大線(xiàn)束的較高成本可通過(guò)較小直徑的導(dǎo)線(xiàn)來(lái)降低，同時(shí)保留了大部分SIL改善。另 夕卜，較大線(xiàn)束的較高成本可由較高線(xiàn)路效率引起的電力和能力節(jié)省來(lái)抵消。這些變化將提 出本文所示的本發(fā)明的設(shè)計(jì)的細(xì)化。
[0016] 考慮到傳輸線(xiàn)路布置中涉及的靈敏性，新設(shè)計(jì)的低總體高度和美觀(guān)外形預(yù)計(jì)會(huì)提 高新傳輸項(xiàng)目的公眾接受度。新設(shè)計(jì)有效地容納在345kv構(gòu)造的典型的150英尺寬的路權(quán) (ROW)內(nèi)。
[0017] 圖2示出了圖1中所示的345kV雙電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)圖。其優(yōu)選包括單個(gè)鋼桿軸（1)， 其支承弓形管狀鋼橫臂（2)，這給出了流線(xiàn)型的美觀(guān)低輪廓外形。在大約100英尺下的平均 總體結(jié)構(gòu)高度比具有底部相導(dǎo)線(xiàn)束的相同附接高度的傳統(tǒng)345kV的雙電路設(shè)計(jì)的高度低 大約30%。各個(gè)相均包含多導(dǎo)線(xiàn)，其形成直徑上大約16到32英寸的線(xiàn)束。在示例性實(shí)施例 中，三相之間的間距（大約14英尺、14英尺和18英尺）使用相間絕緣體（7)和（9)來(lái)保 持。這些大小和線(xiàn)束/相布置可變化，則規(guī)定了維護(hù)所需的相間空隙來(lái)保護(hù)線(xiàn)路工人和公 眾。橫臂（2)支承優(yōu)選兩條地線(xiàn)/屏蔽線(xiàn)（12)，其定位成提供與最外相傳導(dǎo)線(xiàn)束（62)的優(yōu) 選零度的屏蔽角。
[0018] 如圖2中所示，弓形管狀鋼橫臂為優(yōu)選的；其提供了在期望位置處的絕緣體組件 附接點(diǎn)，同時(shí)具有簡(jiǎn)單且優(yōu)雅的外形。橫臂形狀可從具有30到50英尺的弓形變至直臂，只 要絕緣體組件的附接點(diǎn)保持期望的相與地面和相與相的空隙。
[0019] 新的345kV設(shè)計(jì)的優(yōu)選構(gòu)造使用了相間絕緣體，其將相導(dǎo)線(xiàn)束保持為緊湊的三角 構(gòu)造，且使用了其它絕緣體，其將這些線(xiàn)束中的各個(gè)附接到結(jié)構(gòu)/橫臂本體上，以最大限度 減小相與相的故障的風(fēng)險(xiǎn)。絕緣體對(duì)（3)和（4)、（6)和（7)、（9)和（10)之間的內(nèi)角優(yōu)選 在100度，但可從60度變化至120度。優(yōu)選的角將在達(dá)到6psf的風(fēng)負(fù)載下將V形串絕緣體 的兩側(cè)保持張緊，該風(fēng)負(fù)載對(duì)應(yīng)于大約50mph的風(fēng)速。例如，絕緣體（3)、（4)、（6)和（10) 可為陶瓷、玻璃或聚合物。
[0020] 相間絕緣體（7)和（9)將具有經(jīng)得起設(shè)計(jì)張力、壓縮和扭力負(fù)載的能力，且保持相 與相的干弧距離和泄漏距離要求。相間絕緣體的屏蔽環(huán)（如果需要）之間的凈距離優(yōu)選不 小于9. 25英尺。相間絕緣體（7)和（9)將優(yōu)選具有與V形串中使用的其它絕緣體相同的 污染性能。這將導(dǎo)致實(shí)際的泄漏距離比相與地面絕緣體的距離三的平方根倍長(zhǎng)。聚合物絕 緣體可在干弧距離上提供較高比率的泄漏距離，以將更多泄漏距離配合到相同總體區(qū)段長(zhǎng) 度中。由于相比于乙撐丙二烯單體（EPDM)橡膠聚合物絕緣體和標(biāo)準(zhǔn)陶瓷或玻璃絕緣體的 較高飛弧應(yīng)力能力，故硅橡膠聚合物絕緣體是優(yōu)選的。
[0021] 如果需要，則屏蔽環(huán)優(yōu)選安裝在聚合物絕緣體的兩端上。對(duì)于陶瓷或玻璃絕緣 體，這需要由電性測(cè)試來(lái)形成。屏蔽環(huán)及其附接將經(jīng)得起穿過(guò)絕緣體的閃絡(luò)的電弧和來(lái)自 雷擊的那些。這些環(huán)和端接頭應(yīng)當(dāng)優(yōu)選在干燥情況下無(wú)電暈。對(duì)于沿絕緣體的縱軸線(xiàn)測(cè) 得的IOmm以上的距離，絕緣體的聚合物部分的任何部分上的60Hz的電場(chǎng)優(yōu)選將不會(huì)超過(guò) 0. 42kVrms/mm〇
[0022] 如圖2中所示，對(duì)于1號(hào)電路（70)，絕緣體⑶通過(guò)稱(chēng)為穿索（16)的連接板懸掛 在弓形管狀鋼橫臂（2)上。絕緣體（4)通過(guò)穿索（13)附接到管狀鋼軸（1)上。絕緣體（3) 和（4)繼而又懸掛第一相導(dǎo)線(xiàn)束（60)的軛板（5)。絕緣體（6)通過(guò)穿索（15)懸掛在橫臂 (2)上，且絕緣體（7)懸掛在軛板（5)上。絕緣體（6)和（7)懸掛第二相導(dǎo)線(xiàn)束（62)的軛 板（8)。絕緣體（9)懸掛在軛板（8)上，且絕緣體（10)通過(guò)穿索（14)附接到管狀鋼軸（1) 上。絕緣體（9)和（10)懸掛第三相導(dǎo)線(xiàn)束（64)的軛板（11)。2號(hào)電路（72)中的絕緣體、 穿索和軛板類(lèi)似于1號(hào)電路（70)中的對(duì)應(yīng)構(gòu)件布置。此構(gòu)造的結(jié)構(gòu)可在平地形條件下具 有大約100英尺的高度。
[0023] 為了比較，現(xiàn)今使用的具有電路一