高容量/效率傳輸線路設計的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請請求享有2012年4月27日提交的關于High- Capacity/Efficiency Transmission Line Design的美國臨時專利申請序列第61/ 639, 126號的權益，其通過引 用并入本文中。
技術領域
[0002] 本申請針對高容量高效交變電流（AC)高架傳輸線路。在一個實施例中，具有三相 緊湊三角構造的輸電線路由單個橫臂懸掛。本發明涉及一種新型傳輸線路，以最大限度地 增大承載能力、環境適應性、成本有效性和公眾接受度。
【背景技術】
[0003] 與在遠離負載中心的區域中開發的可再生發電項目組合的清潔、可靠的供電中的 公共利益需要傳輸基礎結構能夠在長距離上有效地輸送大量電力。鑒于公眾通常會反對高 架傳輸，且尤其是765千伏（kV)(即，美國的最高傳輸電壓類別），電力公司采取構筑常規的 345kV線路，且對此線路增加串聯補償，以實現高電壓傳輸的性能特征。
[0004] 優選實施例的傳輸線路設計將345kV線路的性能提高至超過其傳統的能力，而不 依靠昂貴的外部裝置，如，串聯電容器。在優選實施例中，低輪廓的美觀特征最大限度減小 了環境影響和結構成本，試圖改善新傳輸項目的公眾接受度。
[0005] 已經通過工程分析和實施確立了傳輸線路的承載能力或負載能力由一個或多個 以下因素限制：（i)熱額定值，（ii)電壓降約束，以及（iii)穩態穩定性限制。熱額定值為 導體和/或終端設備選擇過程的結果，且對于線路最多限于50英里以內。較長的線路主要 由電壓降和/或穩定性考慮限制，這兩者都直接地受線路的取決于長度的阻抗影響。
[0006] 對于給定的線路長度，減小阻抗且因此改善負載能力的最有效方法在于升高傳輸 電壓類別。然而，由于公眾反對，故構筑了具有串聯補償的多個較低電壓的線路來減小阻抗 和實現所需的負載能力目標。
[0007] 傳統上，串聯補償已經用作延伸AC系統能力的短期補救方法。另外，在一些區域 中，串聯補償線路用作較高電壓的傳輸的替換方案，以在長距離上點對點傳輸大量電力。這 些應用不變地是伴有諸如次同步諧振（SSR)和次同步控制交互（SSCI)的問題，這已知的是 存在電力機械和電網穩定性的風險。
[0008] 其它問題包括系統保護復雜性、維護和備用設備要求、電力損耗、關于線路自身壽 命的有限壽命預期，以及將來的電網擴展性的挑戰。當搭接串聯補償線路來用于新負載中 心或整體結合新的發電源時，尤其要考慮電網擴展性，因為這些發展：（i)可導致過度補償 線路段，以及（ii)可超過有效控制。
[0009] 新傳輸線路設計（在優選實施例中為345kV)最大限度減小了這些問題，同時本身 對電網內的長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。

【發明內容】

[0010] 在本發明的所有實施例中，高容量高效率的345kV的高架傳輸線路設計提供了相 對于現在在電力公用行業中使用的典型構造的性能優勢。該設計提供了使用串聯補償的 345kV線路和/或較高壓線路的可行備選方案以用于在長距離（例如，100英里）上高效傳 輸大量電力；其在設計和施工、構造和操作的簡單性、電網擴展性、預期壽命和壽命周期成 本方面是優異的。
[0011] 本發明的優選實施例提出了雙電路（和能夠單電路/雙電路）的線路，其特征在 于，使用導線束的緊湊相間構造懸掛在具有較低的美觀輪廓的結構上。新的結構優選包括 單個弓形管狀鋼橫臂，其圍繞單個管狀鋼桿軸對稱地支承兩個電路。具有兩個、三個、四個 (或更多）的導線束的三相分別優選以"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，同時保持期望的相與結構的絕緣體組件連接。本發明的該優選實施例 改善了傳輸線路的浪涌阻抗負載（SIL) ( S卩，線路負載能力量度），減小了其串聯阻抗、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（EMF)和可聽噪 音影響，所有都以成本效益合算的方式實現。
【附圖說明】
[0012] 示例性實施例的以下描述提到了形成其部分的附圖。該描述通過示例性實施例提 供了闡釋。將理解的是，可使用具有機械和電氣變化的其它實施例，其結合了本發明的范 圍，并未脫離本發明的精神。
[0013] 除上文提到的特征之外，本發明的其它方面將容易從附圖和示例性實施例的以下 描述中清楚，其中若干視圖中的相似參考數字指出了相同或等同的特征，且在附圖中： 圖1示出了本發明的傳輸線路的優選實施例； 圖2示出了本發明的傳輸線路的優選實施例（簡圖）； 圖3示出了使用中的一種典型的345kV的傳輸線路（現有技術）； 圖4示出了本發明的傳輸線路的另一個實施例； 圖5示出了本發明的傳輸線路的另一個實施例； 圖6示出了本發明的傳輸線路的另一個實施例； 圖7示出了本發明的傳輸線路的另一個實施例； 圖8示出了本發明的傳輸線路的另一個實施例； 圖9示出了 4導線束的軛板的一個實施例； 圖10示出了 3導線束的軛板的一個實施例； 圖11示出了 2導線束的軛板的一個實施例。
【具體實施方式】
[0014] 圖1示出了本發明的345kV雙電路線路設計的優選實施例。其特征為流線型的 相對低輪廓的結構，具有借助于相間絕緣體布置成緊湊的"三角"構造的相導線束（〃三角 〃意思是以大致三角形，其具有在30到120度的范圍中的內角）。緊湊的三角構造具有的 優點在于改善線路浪涌阻抗負載（SIL)、降低串聯阻抗，以及減小地面水平的EMF影響（"緊 湊"意思是比典型的傳輸線路構造相對緊密的布置，這避免了對串聯補償或任何大量串聯 補償的需要；"緊湊"意思是任何兩相之間10到20英尺的范圍中）。SIL(線路在無效電 力中獲得自足（即，沒有凈無效電力進入或離開線路）的負載水平）為測量相似或不相似 的標稱電壓下操作的長線路的相對負載能力的方便的"標尺
[0015] 圖1的設計使用了每相達到四（或更多）個導線，提供了線路的熱容量和能量效 率的顯著增益。在四個導線或更大的線束處于熱原因而認為不必要的情形中，本發明可與 三導線或兩導線束一起使用，其中降低了相關聯的成本，但將產生SIL的一些損失。作為備 選，較大線束的較高成本可通過較小直徑的導線來降低，同時保留了大部分SIL改善。另 夕卜，較大線束的較高成本可由較高線路效率引起的電力和能力節省來抵消。這些變化將提 出本文所示的本發明的設計的細化。
[0016] 考慮到傳輸線路布置中涉及的靈敏性，新設計的低總體高度和美觀外形預計會提 高新傳輸項目的公眾接受度。新設計有效地容納在345kv構造的典型的150英尺寬的路權 (ROW)內。
[0017] 圖2示出了圖1中所示的345kV雙電路設計的簡圖。其優選包括單個鋼桿軸（1)， 其支承弓形管狀鋼橫臂（2)，這給出了流線型的美觀低輪廓外形。在大約100英尺下的平均 總體結構高度比具有底部相導線束的相同附接高度的傳統345kV的雙電路設計的高度低 大約30%。各個相均包含多導線，其形成直徑上大約16到32英寸的線束。在示例性實施例 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)來保 持。這些大小和線束/相布置可變化，則規定了維護所需的相間空隙來保護線路工人和公 眾。橫臂（2)支承優選兩條地線/屏蔽線（12)，其定位成提供與最外相傳導線束（62)的優 選零度的屏蔽角。
[0018] 如圖2中所示，弓形管狀鋼橫臂為優選的；其提供了在期望位置處的絕緣體組件 附接點，同時具有簡單且優雅的外形。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保持期望的相與地面和相與相的空隙。
[0019] 新的345kV設計的優選構造使用了相間絕緣體，其將相導線束保持為緊湊的三角 構造，且使用了其它絕緣體，其將這些線束中的各個附接到結構/橫臂本體上，以最大限度 減小相與相的故障的風險。絕緣體對（3)和（4)、（6)和（7)、（9)和（10)之間的內角優選 在100度，但可從60度變化至120度。優選的角將在達到6psf的風負載下將V形串絕緣體 的兩側保持張緊，該風負載對應于大約50mph的風速。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)將具有經得起設計張力、壓縮和扭力負載的能力，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（如果需要）之間的凈距離優選不 小于9. 25英尺。相間絕緣體（7)和（9)將優選具有與V形串中使用的其它絕緣體相同的 污染性能。這將導致實際的泄漏距離比相與地面絕緣體的距離三的平方根倍長。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段長 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準陶瓷或玻璃絕緣體的 較高飛弧應力能力，故硅橡膠聚合物絕緣體是優選的。
[0021] 如果需要，則屏蔽環優選安裝在聚合物絕緣體的兩端上。對于陶瓷或玻璃絕緣 體，這需要由電性測試來形成。屏蔽環及其附接將經得起穿過絕緣體的閃絡的電弧和來自 雷擊的那些。這些環和端接頭應當優選在干燥情況下無電暈。對于沿絕緣體的縱軸線測 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的電場優選將不會超過 0. 42kVrms/mm〇
[0022] 如圖2中所示，對于1號電路（70)，絕緣體⑶通過稱為穿索（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線束（60)的軛板（5)。絕緣體（6)通過穿索（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)懸掛第二相導線束（62)的軛 板（8)。絕緣體（9)懸掛在軛板（8)上，且絕緣體（10)通過穿索（14)附接到管狀鋼軸（1) 上。絕緣體（9)和（10)懸掛第三相導線束（64)的軛板（11)。2號電路（72)中的絕緣體、 穿索和軛板類似于1號電路（70)中的對應構件布置。此構造的結構可在平地形條件下具 有大約100英尺的高度。
[0023] 為了比較，現今使用的具有電路一