第2章 配电农网架空线路概论
第一节 配电农网架空线路的定义和分类
配电农网架空线路是指用于供电农村地区的电力分配系统中，采用架空导线作为电力传输的主要方式的一种电力线路。配电农网架空线路将高压电通过变压器降低电压并分配到农村各个用户的线路中。
根据电力传输的不同特点和环境条件，配电农网架空线路可以进行不同的分类。
一、棒线（或称硬线）
棒线是最常见的配电农网架空线路。它的特点是在支撑杆上悬挂直接连接的绝缘导线，常见的有单相线和三相线，适用于分布式散落的农村地区。棒线使用较粗的导线，通常由铜或铝合金制成，以支撑较大的电压和电流负载。它们被直接悬挂在支撑杆上，形成一条直线型的电力传输路径。在电力分配过程中，棒线通过变压器将高压电能降压，并分配给农村地区的用户。相对于其他类型的架空线路，棒线的安装和维护成本较低，适合于农村地区的分布式用电需求。棒线的结构相对简单，由支撑杆和直接悬挂的绝缘导线组成，容易设计、施工和维护。棒线可以根据农村地区分布的需要进行柔性布置，适应不同地形和硬件设施条件。棒线通过直接悬挂在支撑杆上的方式，能够更好地抵抗风力对线路的冲击，以上是棒线的优点。但是，棒线也有一些限制。由于棒线使用较粗的导线，其电流容量相对较低，不适用于大功率传输需求。棒线暴露在外，容易受到恶劣天气、临时性障碍物（如树枝）的影响，导致线路中断或故障。然而棒线作为最常见的配电农网架空线路，具有成本低廉、结构简单和适应性强的特点，适合于分布式散落的农村地区的电力供应。
二、集中式架空线路
集中式架空线路是在农村地区建设较为集中、用电负荷较大的场所所采用的架空线路类型。它通过较大容量的支撑线杆和相应的架空导线进行供电，能够满足农村集中用电的需求。集中式架空线路的设计主要考虑到以下几个方面：①高负荷需求。集中式架空线路通常用于农村地区的集中用电场所，如乡镇中心、村庄或规模较大的农业生产区。这些地方的用电负荷通常较大，需要较大容量的支撑线杆和相应的架空导线来满足供电需求。②提供稳定供电。集中式架空线路被设计为能够提供稳定、可靠的电力，以满足农村地区集中用电场所的需求。较大容量的线杆和导线可以承载更高的电流和电压，降低输电损耗，并确保供电的稳定性。③长距离输电。在一些农村地区，由于场所分布较为分散，供电距离较远，因此需要采用较长距离的架空线路来实现输电。集中式架空线路能够通过连接轴塔（角塔）或直线塔来支撑较长的线路距离。集中式架空线路的具体设计和规格将根据实际情况而定，包括用电负荷、供电距离、地形条件等因素。这种类型的架空线路可提供足够的电力，适应农村地区集中用电场所的要求，并确保供电的稳定性和可靠性。
三、环网架空线路
环网架空线路是一种形成环状回路，多用于较小范围的农村区域供电，具有较短的故障供电距离和较好的供电可靠性。环网架空线路通过连接多个电力配电站或变电站，形成一个封闭的环状回路。这种设计使得电可以从多个方向进入，以增加供电可靠性和灵活性。由于环网架空线路形成了一个封闭的回路，当出现线路故障时，故障点周围的用户可以通过其他路径接受供电，从而缩短了故障供电距离，提高了供电可靠性。环网架空线路的设计允许电力在环状回路中多条路径间流动，当某一条路径发生故障或维修时，仍然可以保证其他路径上的供电，从而提高了供电的可靠性。由于环网架空线路的特点，适用于覆盖较小范围的农村区域供电，如一个村庄或一个农业生产区。环网架空线路能够有效提高农村地区的供电可靠性，并减少故障对用户的影响范围。但需要注意的是，环网架空线路的设计和运行需要充分考虑系统的保护、调控和管理等因素，以确保供电安全和稳定。
四、改造架空线路
改造架空线路是对既有覆盖农村区域的架空线路进行改造升级，以提高电力供应的可靠性、质量和效率。改造可能包括导线更换、支撑结构加固、故障监测设备的安装等。在对架空线路进行改造时，需要考虑以下几个方面。①通过更换现有的导线，如更换为新型的高导电性或绝缘性能更好的导线，可以提升线路的输电能力和耐候性，减少电能损耗，并满足更高的用电负荷需求。②对于老化、腐蚀或结构不稳定的支撑结构，可以进行加固或更换，以确保其稳定性、坚固性和耐候性，这有助于提高线路的安全性和可靠性。③安装故障监测设备，如故障指示器、地线故障指示器等，能够及时检测和定位线路故障，并提供准确的故障信息，帮助运维人员快速排除故障，提高抢修效率。④在必要的情况下，可以采取措施改善线路的绝缘性能，如添加绝缘子、清洗绝缘子等，以减少绝缘故障的发生，提高线路的可靠性。⑤根据具体情况，还可以考虑其他改造和升级措施，如增加线路容量、调整线路布局、引入智能监测与控制系统等，以进一步提高电力供应的可靠性、质量和效率。
通过对既有架空线路的改造升级，可以有效改善农村地区的电力供应状况，提高供电的稳定性和质量，满足不断增长的用电需求。
根据不同国家和地区的电力标准和规范，配电农网架空线路的分类可能略有差异，以上仅是常见的一些分类方式。在实际应用中，根据具体的农村电力供应需求和地理环境等因素，也可能采用混合或其他形式的架空线路配置。
第二节 配电农网架空线路的组成和结构
配电农网架空线路的组成主要包括支撑结构、架空导线、绝缘子、转角杆/转角塔和地线等。这些部分通过合理的布置和安装，共同构成了电力传输系统，确保电能稳定地从供电端传输到各个农村用户。同时，这些结构和设备能够提供必要的电气隔离、支撑和保护功能，确保线路的安全运行和设备的长寿命。
一、支撑结构
支撑结构包括支撑杆、横担和绝缘子等组件，用于固定和支撑架空导线。支撑杆，也称为电线杆或电杆，是架空线路中常见的支撑结构。它通常由木材、金属（如钢铁或铝合金）等材料制成，并用于支撑架空导线的承重和固定。支撑杆有不同的类型和尺寸，根据需要和施工要求，可以选择合适的支撑杆。横担是固定在支撑杆上的横向构件，用于承载和支撑架空导线。它通常由强度高、耐腐蚀的材料制成，如钢铁、铝合金或纤维强化塑料等。横担的设计和安装位置应满足所需的机械强度和电力分布要求。绝缘子是用于支撑架空导线并防止电流漏失的绝缘设备。架空线路中的绝缘子通常采用玻璃、陶瓷或复合材料制成，具有良好的绝缘性能。绝缘子通过连接架空导线和支撑结构，防止导线因支撑结构的接地而发生电流漏失。这些组件共同构成了配电农网架空线路中的基本结构。它们相互配合，使得架空线路能够稳定地承载和传输电能，并确保线路的安全运行。
二、架空导线
通常采用铜或铝合金制成的导线，通过悬挂在支撑结构上进行电力传输。铜和铝合金具有良好的导电性能和机械强度。它们优点较多，比如：质量轻，铝合金的比重较小，相对于铜来说更轻，便于安装和维护；抗腐蚀性好，铝合金具有良好的耐腐蚀性，使得导线在各种环境条件下都具有较长的使用寿命；成本较低，相对于铜制导线而言，铝合金制导线的成本较低，有利于降低线路建设和运维的成本。在配电农网架空线路中，导线被悬挂在支撑结构上，形成线路网络。导线通过支撑结构的绝缘子进行电气隔离，以防止电流漏失和与支撑结构接触。导线的选择取决于具体的应用要求，包括电流负载、电压等级等因素。
三、绝缘子
在配电农网架空线路中，绝缘设备主要是用于支撑架空导线，并确保导线与支撑结构之间的良好电气隔离，以防止电流漏失。绝缘设备通常由玻璃纤维增强塑料（FRP）或复合绝缘子制成。这些绝缘材料具有良好的绝缘性能和耐候性，能够承受一定的机械负荷和环境条件。部分绝缘子也可以使用陶瓷材料制成，但在现代的配电农网中，使用复合绝缘子较为常见。复合绝缘子具有较高的机械强度和耐拉性能，能够承受较大的导线张力和风压力。相对于传统的陶瓷绝缘子而言，复合绝缘子质量轻，便于运输、安装和维护。复合绝缘子具有优良的耐候性和抗紫外线能力，能够在各种恶劣的户外环境下稳定使用。复合绝缘子在干燥、潮湿和污染等条件下都具有良好的绝缘性能，能够保持导线与支撑结构之间的电气隔离。
四、转向装置
在配电农网架空线路中，为了改变线路的走向和连接不同的线路段，通常会使用一些设备和结构，包括转角杆、铁塔和导线挂点等。转角杆（或称转角塔）是一种用于改变线路方向的支撑结构，通常由金属材料制成。转角杆需具有强度高、耐腐蚀性好的特点，可以稳定地承载导线，并使线路顺利转向。铁塔是一种用于支撑和固定架空导线的结构，特别适用于长距离输电线路以及交叉、分岔等复杂情况。铁塔一般由钢铁材料制成，具有较大的承载能力和稳定性。导线挂点（或称悬挂点）用于将架空导线固定在支撑结构上。它通常由金属夹具制成，可以确保导线与支撑结构之间的安全连接并保持一定的张力。这些设备和结构在配电农网架空线路中起到了关键的作用，能够有效地改变线路的走向、连接不同的线路段，并保持线路的稳定运行。它们通过合理的布置和安装，使得架空线路具备适应各种地形和工程要求的能力。
五、地线
在配电农网架空线路中，为了增强安全性和保护设备，通常会使用接地导线，并将其与架空导线平行设置。接地导线是一种专门用于接地装置的导线，它通常由铜或铝合金制成。接地导线与架空导线平行设置，这样就可以将系统的接地电阻降到较低水平，确保故障电流能够及时、安全地通过接地回路释放。通过接地导线能够保护设备免受过流和过压等异常情况的影响。在发生电力系统故障时，接地导线可以提供一条低阻抗路径，将故障电流快速引导至地面，以保护设备和人身安全。
接地导线的设置还有助于减少电磁干扰对周围设备和通信线路的影响。通过将电流引导到地面，可以减少电磁辐射和感应，提高信号传输的可靠性。
接地导线的正确设置和维护对于配电农网的安全运行和设备保护至关重要。它们与架空导线并行，并通过适当的接地设计，可以提供有效的故障电流引导和系统保护功能。
第三节 配电农网架空线路的设备和材料
配电农网架空线路的设备是用于输送电能和支撑电力传输的重要组成部分，它们是确保可靠供电的关键组成部分。这些设备包括架空导线、支撑结构、绝缘子、地线、接地装置、支架和夹具等。
架空导线是承载和输送电能的核心设备，通常由铜或铝合金制成。支撑结构用于固定和支撑架空导线，确保线路的稳定性和安全性。绝缘子用于将架空导线与支撑结构之间电气隔离，防止电流漏失。地线平行于架空导线设置，用于增强线路的安全性，通常由铝合金或镀锌钢丝制成。接地装置用于将架空线路接地，以确保电流正常返回地面。支架和夹具用于固定和连接架空线路的各个部分，确保线路的牢固性和稳定性。它们共同作用就是确保配电农网架空线路的安全、稳定和高效供电。设备的选择和配置应根据具体需求和相关标准规范，以确保线路的可靠运行和电力传输质量。
一、接地装置
接地装置用于将架空线路接地，以确保电流正常返回地面。接地装置包括接地棒和接地线等。接地棒是一种金属杆状的装置，通常由铜或镀锌钢制成。它被连接到架空线路或其他设备上的接地装置，通过与地面接触，提供了一个可靠的导电路径，使电流能够安全地流入地面。接地线也是接地装置的一部分，它通常由铜或铝导线制成，并与接地装置和接地棒相连。接地线的作用是将电流从架空线路引导到接地装置，进而将电流顺利导入地下，确保电流正常返回地面，减少电击和电气设备损坏的风险。接地装置的设计和安装需要根据具体的电力系统要求和安全标准进行。通过合理的接地装置布置和良好的接地系统设计，可以确保线路的安全运行、人身安全以及设备的安全性。
二、支架和夹具
支架和夹具用于固定和连接架空线路中的各个部件，如导线与绝缘子的连接、绝缘子与支撑杆的连接等。支架和夹具通常由钢铁、铝合金等材料制成。这些材料具有坚固耐用、耐腐蚀性好的特点，能够承受架空线路运行中的机械负荷和环境压力。根据具体需求，支架和夹具的形状和结构也会有所不同，以适应不同的连接和固定要求。例如，电线夹是一种常见的夹具，用于将导线固定在绝缘子上。这些电线夹通常采用高强度的铝合金或钢铁材料制成，以确保导线在各种环境下的稳定运行和安全连接。支架和夹具的设计和安装需要考虑电力线路的负荷要求、环境条件和安全标准等因素。通过合理的选择和使用支架和夹具，可以确保架空线路的稳定性、可靠性和安全性。
三、终端和附件
终端和附件用于连接和保护架空线路的终端装置。这些设备包括绝缘套、压接线夹、嵌塞器、绝缘中间子等设备。绝缘套是一种用于保护架空线路终端装置的绝缘材料套管。它被用于绝缘终端装置及其相邻的导线和附件，以确保电流不会发生短路或漏电，同时也提供了保护终端装置免受外部环境影响的功能。压接线夹是一种用于连接导线和终端装置的设备。它通常由金属制成，能够将导线牢固地连接到终端装置上，确保电力的传输和连接的可靠性。嵌塞器被用于固定和支撑终端装置，并提供安全的绝缘效果。它通常由塑料或橡胶等绝缘材料制成，能够防止导线在终端装置内移动或振动，同时具有良好的耐电压和绝缘性能。绝缘中间子是一种用于连接和支撑终端装置的绝缘附件。它通常由瓷质或复合材料制成，具有优异的绝缘性能和机械强度，能够稳定、可靠地连接终端装置，并保护其免受外部环境的影响。这些终端和附件在架空线路中承担重要的连接和保护作用，确保终端装置的安全运行和可靠性。它们的设计和选择应根据具体的电力系统需求和安全标准进行。
以上是配电农网架空线路常见的设备，其具体使用和配置将根据线路的设计要求、环境条件、电力传输需求等因素决定。关键是确保这些设备符合相应的标准和规范，并进行适当的安装和维护，以确保线路的安全运行和稳定供电。
工程人员需根据具体的配电农网要求和设计标准来选择合适的材料。不同的材料和结构能够满足不同的电力传输需求，并确保配电农网的安全和可靠运行。同时，在使用这些材料时，也应遵守相应的安全规范和建设标准，以保证线路的安全性和可靠性。配电农网架空线路常用的材料包括以下几种。
（1）架空导线材料。常见的架空导线材料包括铜和铝合金。在配电农网中，铝合金导线被广泛应用，具有许多优点。铝合金导线具有良好的导电性能，虽然导电性能远远不及铜导线，但它的电导率仍然足够满足配电农网的要求。此外，铝合金导线相较于铜导线更轻便，具有较低的密度，因此在跨越较长距离或悬挂于较高支撑结构时，可以减轻线路负荷和支撑压力。
同时，铝合金导线与铜导线相比还具有以下优点。
①价格相对较低：铝合金作为常见的金属资源，价格较为经济实惠，使得铝合金导线在建设成本方面具备优势。
②耐腐蚀性强：铝合金导线表面通常进行特殊处理以增加防腐蚀性，使其能够在各种环境中保持良好的运行状态。
③适合长距离输电：由于铝合金导线自身质量较轻，其跨越长距离输电的能力优于铜导线，适用于配电农网中的输电主干线路。
铝合金导线作为架空线路的常见材料之一，在配电农网中得到广泛应用。它具有良好的导电性能、轻便性和较低的成本，可以满足较短距离或较低负荷的配电需求，并且能够适应长距离输电的要求。
（2）支撑结构材料。支撑结构通常使用木材、钢铁或铝合金。每种材料都有其特点和适用性。木材是传统的支撑结构材料之一，在某些情况下仍然被广泛使用。它具有低成本、易获得和较好的绝缘性能等优点。木材支撑杆相对简单经济，适用于一些低压配电线路或较短距离的支撑要求。钢铁是一种常见的支撑结构材料，具有较高的强度和耐久性。它能够承受较大的风荷载，适用于长距离输电线路或需要高强度支撑的场景。钢铁支撑结构在一些高压输电线路和复杂地形条件下使用较多。铝合金支撑结构具有轻质、耐腐蚀性好等特点。与钢铁相比，铝合金支撑结构质量较轻，能减轻支撑结构对线路的负荷，同时提供足够的强度和稳定性。铝合金支撑结构常被应用于高压输电线路中，特别是在需要抗风荷载和对线路质量有限制的场景。需要根据具体情况和要求选择合适的支撑结构材料。综上，木材适用于一些简单情况下的一种经济的支撑需求，钢铁和铝合金支撑结构提供更高的强度和耐久性，能够满足复杂环境和特殊要求下的支撑需求。这些材料在支撑结构的设计和建设中都有广泛应用。
（3）绝缘子复合材料。绝缘子用于保持架空导线与支撑结构之间的电气隔离。常见的绝缘子材料包括瓷质、玻璃纤维增强塑料（FRP）和复合材料。瓷质绝缘子是一种常见且历史悠久的绝缘子材料。瓷质绝缘子具有良好的机械强度、高耐压性和耐热性能，能够有效隔离架空导线与支撑结构，并承受线路张力以及环境影响。它在高压输电线路中应用广泛。玻璃纤维增强塑料是由玻璃纤维和树脂基料组成的复合材料，具有良好的绝缘性能和机械强度。FRP绝缘子相较于瓷质绝缘子更轻巧、耐久和抗腐蚀，适用于一些特殊环境或要求质量轻的线路。
复合材料绝缘子由不同材料的层叠组合而成，通常包括玻璃纤维、树脂和其他增强物质。复合材料绝缘子结构设计灵活，可以根据需要进行定制，具有优异的绝缘性能和强度，同时还具有轻量化和耐候性等优点。选择绝缘子材料应根据电力系统的电压等级、负荷要求、环境条件和安全标准进行评估。不同材料的绝缘子都各有优势和适用场景，灵活选择和设计合适的绝缘子材料有助于确保架空线路的电气安全性和稳定性。
（4）地线材料。地线一般采用铝合金或镀锌钢丝制成，具有良好的电导能力和耐腐蚀性，以满足地线的功能和要求。地线的主要作用是提供一条低阻抗的路径，将故障电流引导到地面，并确保系统的安全运行。选择合适的地线材料非常重要，它必须具有良好的导电性能和耐久性，能够承受正常运行和突发故障时的电流负荷，并抵御外界环境因素对地线的侵蚀。铝合金和镀锌钢丝是两种常见的可靠材料，广泛应用于地线的制造。
铝合金地线由铝合金材料制成，具有较高的导电性能和轻质特点。铝合金地线在电导能力方面与铜相比稍逊，但仍能满足地线的要求。此外，铝合金地线还具有良好的耐腐蚀性，能够在不同的气候和环境条件下稳定运行。
镀锌钢丝地线是使用钢丝表面进行镀锌处理的地线。镀锌钢丝具有良好的导电能力和抗腐蚀性，可以在多种环境下使用，特别是在一些潮湿、腐蚀性较高的地区。
（5）接地装置材料。接地装置常采用铜或镀锌钢制成，以确保良好的接地效果。铜因其优异的导电性能和良好的耐腐蚀性而成为常见的接地装置材料之一。铜的导电性能比较优秀，能够提供低电阻路径，有效地将电流引导到地面，确保接地装置的正常运行。此外，铜具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗湿度、化学物质和其他环境因素对接地装置的腐蚀。镀锌钢是另一种常见的接地装置材料。镀锌是将钢表面镀上一层锌，可以提供良好的防腐蚀性。镀锌钢材不仅能够提供稳定和可靠的接地效果，还能够在潮湿、腐蚀性环境下保持良好的性能。无论是铜还是镀锌钢材料，它们都具有良好的导电性能和耐腐蚀性，适合用于接地装置。通过选择合适的材料，并合理设计和安装接地装置，可以确保电流正常返回地面，保障电力系统的安全运行。
（6）支架和夹具材料。支架和夹具在架空线路中常采用钢铁、铝合金或不锈钢等材料，以提供强度和稳定性，确保架空线路的安全连接。钢铁是一种常见的支架和夹具材料，具有较高的强度和稳定性。钢铁制成的支架和夹具能够承受架空线路运行中的机械负荷和环境压力，确保线路的稳定连接。铝合金也是常用的支架和夹具材料之一。铝合金具有较好的强度和轻质性能，能够减轻线路的负荷并提供稳定的连接。铝合金还具有良好的耐腐蚀性，可使电网在各种环境条件下都能保持稳定运行。不锈钢因其抗腐蚀性能而被广泛使用于架空线路的支架和夹具中。不锈钢具有优异的耐候性和抗腐蚀性，能够承受恶劣气候和高湿度条件下的使用，确保线路的长期稳定连接。这些材料在支架和夹具的设计和制造中都有广泛应用。选择合适的材料能够确保支架和夹具具备足够的强度和稳定性，满足架空线路的安全连接要求。根据具体的需求和环境条件，可选用钢铁、铝合金或不锈钢等材料来满足不同的工程要求。
（7）终端和附件材料。终端和附件常采用绝缘材料和可靠的导电材料，如塑料、橡胶等。终端和附件需要使用绝缘材料来确保电流在正确路径上传导，并防止发生对地或对其他导体的短路。常见的绝缘材料包括塑料（如聚乙烯、聚丙烯等）和橡胶（如硅橡胶、丁腈橡胶等）。这些绝缘材料具有良好的电绝缘性能，能够有效隔离电流，同时也具备一定的耐热、耐寒和耐候性，以适应不同的环境条件。连接部分需要使用可靠的导电材料来提供良好的电导通路。一般情况下，终端和附件会使用金属材料，如铜、铝等作为导电材料。金属具有良好的电导性能，能够确保电流的正常传输，并能够承受一定的负荷和环境压力。终端和附件的设计和制造需要综合考虑电气、机械和环境因素。选择合适的绝缘材料和可靠的导电材料能够确保终端和附件的安全连接和良好的功能运行，从而保障架空线路的稳定和可靠运行。同时，为了满足技术规范和安全标准的要求，终端和附件的制造应符合相应的标准和认证要求。需要注意的是，具体材料的选择取决于线路设计和实际运行要求，包括环境条件、预期负荷、杆塔高度等。在使用这些材料时，必须符合相关的标准和规范，确保线路的安全运行和供电质量。