毕业设计（论文）-110kV输电线路设计应用.doc

I xxxx 大学毕业论文大学毕业论文 课题名称 110kV 输电线路设计应用输电线路设计应用 学生姓名学生姓名 xxxxxx 学学 号号 xxxxxx 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 指导教师指导教师 x x 老师老师 II 110kV 输电线路设计应用 电气工程及其自动化 指导老师 xxx 摘要摘要 本设计讲述了架空输电线路设计的全部内容 主要设计步骤是按 架空输电线 路设计 书中的设计步骤 和现实中的设计步骤是不一样的 本设计包括导线 地 线的比载 临界档距 最大弧垂的判断 力学特性的计算 定位排杆 各种校验 代表档距的计算 杆塔荷载的计算 接地装置的设计 金具的选取 在本次设计中 重点是线路设计 杆塔 定位和基础设计 对杆塔的组立施工进行了简要的设计 还 简单地设计基础并介绍基础施工 关键词 导线 避雷线 比载 应力 弧垂 杆塔定位 III 110kV transmission line design applications AbstractAbstract This design tells the story of the entire contents of the overhead transmission line design the main design steps overhead transmission line design book design steps is not the same and the reality in the design steps The design includes wire ground than overload Critical Space the calculation of the maximum sag judgment the calculation of the mechanical properties locate the row of rods various check on behalf of span tower load calculation design of the grounding device fittings selection In this design the focus is on the circuit design tower positioning and basic design assembly and construction of the tower a brief design simple design and describes the foundation construction KeyKey wordswords lead Lightning conductor Than set out in tension Sag Pole Tower IV 目目 录录 前前 言言 VII 第一章第一章 输电线路的基本知识输电线路的基本知识 1 1 1 输电线路的分类输电线路的分类 1 1 2 架空输电线路结构组成和作用架空输电线路结构组成和作用 2 1 3 输电线路施工图输电线路施工图 4 第二章第二章 导线选取导线选取 7 2 1 导线截面的选择导线截面的选择 7 2 2 导线截面的校验导线截面的校验 8 2 3 避雷线的选择避雷线的选择 9 2 4 本章小结本章小结 9 第三章第三章 导线 避雷线应力弧垂分析导线 避雷线应力弧垂分析 10 3 1 架空线路的比载计算架空线路的比载计算 10 3 2 导线许用应力计算导线许用应力计算 13 3 3 导线最大弧垂计算导线最大弧垂计算 14 3 4 本章小结本章小结 21 第四章第四章 金具和绝缘子的选择金具和绝缘子的选择 24 4 1 绝缘子的选择和计算绝缘子的选择和计算 24 4 2 绝缘子串的组装绝缘子串的组装 25 4 3 杆塔的选择杆塔的选择 28 V 4 4 弧垂曲线模板及其选用弧垂曲线模板及其选用 28 4 5 排定杆塔排定杆塔 30 4 6 弧垂曲线模板的制作弧垂曲线模板的制作 30 4 7 水平档距和垂直档距的计算及高差的测量水平档距和垂直档距的计算及高差的测量 31 4 8 本章小结本章小结 31 第五章第五章 杆塔外形的确定杆塔外形的确定 24 5 1 铁塔的结构形式铁塔的结构形式 24 5 2 杆塔外形尺寸的确定杆塔外形尺寸的确定 25 5 3 本章小结本章小结 34 第六章第六章 杆塔荷载及强度校杆塔荷载及强度校 24 6 1 荷载种类及计算条件荷载种类及计算条件 24 6 2 各种档距的确定各种档距的确定 26 6 3 荷载确定及荷载图荷载确定及荷载图 26 第七章第七章 防振设计防振设计 34 7 1 防振判断及防振措施选择防振判断及防振措施选择 34 7 2 防振装置的安装设计防振装置的安装设计 34 第八章第八章 接地设计接地设计 34 8 1 接地设计的条件及相关规定接地设计的条件及相关规定 34 8 2 接地装置的形式选择接地装置的形式选择 35 8 3 接地装置工频接地电阻的计算接地装置工频接地电阻的计算 36 第九章第九章 杆塔基础设计杆塔基础设计 37 VI 9 1 塔基础承受以下几种荷重 塔基础承受以下几种荷重 37 9 2 基础型式的选择基础型式的选择 37 9 3 常用基础的特点常用基础的特点 37 9 4 常用基础技术分析常用基础技术分析 40 9 5 基础选型结论基础选型结论 40 9 6 简述特殊塔位基础简述特殊塔位基础 41 结论结论 36 致致 谢谢 37 参考文献参考文献 37 VII 前前 言言 众所周知 电能在现代社会里已成为国民经济发展和提高人民生活水平必不可 少的能源 电气化的水平标志着现代社会的现代水平 电力作为一个国家的经济命脉不论是对于国家的各种经济建设还是对于普通老 百姓的生活都起着至关重要的作用 而输电线路则是电力不可缺少的一个组成部分 目前我国 大部分地区都面临着缺电这一问题 国家正在加紧电网建设 许多地方新 建和改建了一批输电线路 输电线路的规划设计也就相当重要了 输电线路工程设 计是电力建设的重要组成部分 同时也对输电线路正常运行起着决定性作用 本文针对一条具体的输电线路 110kV 某输电线路进行了设计 其中包括比 载 临界档距 应力弧垂 安装弧垂的计算 排定杆塔位置 进行各种杆塔定位校 验 进行防振设计 选择接地装置 杆塔地基基础设计等 涵盖了输电线路的设计 施工等方面的内容 1 第一章第一章 输电线路的基本知识输电线路的基本知识 1 1 输电线路的分类输电线路的分类 输电线路分类方法很多 按输送电流的种类 可分为交流输电线路和直流输电 线路 按线路架设材料不同 可分为架空输电线路和电缆输电线路 一般主要按电 压等级和回路数分类 1 1 1 电压分级 按线路电压分类输电线路按电压等级分为 35kV 110kV 220kV 330kV 500kV 750kV 1000kV 输电线路 其中 330kV 500kV 750kV 称为超高压输电线路 1000kV 称为特高压输电线路 1 1 21 1 2 按杆塔上的回路数目分类 1 单回路线路杆塔 杆塔上只有三相导线及架空地线的送电线路 称为单回路线路 2 双回路线路 杆塔上有两回三相导线及架空地线的送电线路 称为双回路线路 另外 亦 有 双回路分杆 塔 并行的送电线路 3 多回路线路 杆塔上有三回及以上的三相导线和架空地线的送电线路 称为多回路线路 1 1 31 1 3 按杆塔材料分类 1 铁塔线路 整条送电线路以角钢或钢管组合的铁塔作支持物 这类线路耗 用的钢材比较多 使用土地面积少 整齐美观 使用年限较长 2 混凝土杆线路 整条送电线路以钢筋混凝土电杆作支持物 一般有分段焊 接式和分段焊接与整根拔梢式的钢筋混凝土电杆两种 混凝土电杆可以节约大量钢 材 但拉线杆占地多 且施工运输不便 2 3 钢管杆送电线路 钢管杆指送电线路以分段连接的锥形钢管单杆作支持物 它占地少 美观 便于在市区内架设 4 混合式杆塔送电线路 混合式杆塔送电线路是指电力线路的支持物包括有 铁塔 混凝土杆 钢管杆或钢管组合塔等组成的线路 1 21 2 架空输电线路结构组成和作用架空输电线路结构组成和作用 架空输电线路主要有基础 杆塔 导线 避雷线 绝缘子 金具及接地装置 等 部件组成 导线用来传导电流 输送电能 地线是当雷击导线时把雷电流引入大地 以保 护线路绝缘免遭大气过电压的破坏 杆塔用来支 撑导线和地线 并使导线和导线之 间 导线和地线之间 导线和杆塔之间以及导 线和大地 公路 铁轨 水面 通信 线路等被跨越物之间 保持一定的安全距离 绝缘子是用来固定导线 并使导线与 杆塔之间保持绝缘状态 金具在架空送电线 路中主要用于支持 固定 连接 接续 调节及保护作用 拉线是用来加强杆塔 基础的强度 承担外部荷载的作用力 以减 少杆塔的材料消耗量 降低杆塔的造价 杆塔基础是将杆塔固定于地下 以保证 杆塔不发生倾覆 1 2 11 2 1 杆塔基础杆塔基础 3 杆塔的地下部分 用于稳定杆塔的装置叫基础 基础的作用是将杆塔 导地线 荷载传到土壤 并承受导地线 断线张力等所产生的上拔 下压或倾覆力 杆塔基 础分为电杆基础和铁塔基础两大类 电杆及拉线宜采用预制装配式基础 铁塔宜采 用现浇钢筋混凝土基础 有条件时 应优先采用原状土架空输电线路结构基础 包 括有岩石基础 机扩桩基础 掏挖 半掏挖 基础 爆扩桩基础和钻孔桩基础等 1 2 21 2 2 杆塔杆塔 杆塔是用来支持导线和避雷线及其附件的支持物 以保证导线与导线 导线与 地线 导线与地面或交叉跨越物等有足够的安全距离 1 杆塔的分类 按杆塔在线路上的作用和受力分 杆塔可分为直线杆塔 承力杆塔和特种杆塔 直线杆塔 以悬挂的方式支承导 地线 支承导 地线的重力及作用于它们上 面的风力 但不承受导 地线张力的杆塔 且布置在线路直线上 直线杆塔又称中 间杆塔 可分为普通直线杆塔 换位直线杆塔和跨越直线杆塔 2 承力杆塔 以锚固的方式支持导 地线 除支承导 地线的重力和风力外 还承受导 地线张力的杆塔 承力杆塔可分为以下几种 1 耐张杆塔 作用是对线路分段 承受断线张力 控制事故范围 同时便于施 工与检修 2 转角杆塔 用于线路转角处 在正常情况下承受导地线转角合力 事故 断 线情况下承受断线张力 3 终端杆塔 用于线路起止两端 允许带有转角和符合耐张杆塔受力条件 且 经常承受导地线一侧张力 3 特种杆塔 1 分歧杆塔 用于线路中间需要分歧的地方 2 耐张换位杆塔 用于线路换位处 3 耐张跨越杆塔 用于线路有河流 特大山谷 特高交叉物等地方 悬垂转角杆塔 以悬挂方式支持导地线 杆塔布置在线路的转角处 4 1 2 31 2 3 常规杆塔型号表示方法 常规杆塔型号表示方法 1 按杆塔用途分类代号含义 Z 直线杆塔 D 终端杆塔 ZJ 直线转角杆 塔 F 分支杆塔 N 耐张杆塔 K 跨越杆塔 J 转角杆塔 H 换位杆塔 2 按杆塔外形或导线布置型式代号含义 S 上字型 SZ 正伞型 C 叉骨 型 鸟骨型 SD 倒伞型 M 猫 头型 T 田字型 V V 字型 W 王字型 J 三角型 A A 字型 G 干字型 Me 门型 Y 羊角型 Gu 鼓型 B 酒杯 型 3 杆塔材料和结构代号含义 G 钢筋混凝土电杆 T 自立式铁塔 X 拉 线式铁塔 4 分级代号含义 同一种杆塔型式按荷重不同进行分级 其分级代号用角注 1 2 3 表示 5 高度代号含义 杆塔高度是指横担对地面的距离 m 称为呼称高 一般 用数字表示 6 铁塔型号表示方法 铁塔型号由字母及数字共六个部分组成 例 220 Z B T 33 表示该塔为 220k 直线酒杯型自立铁塔 第一级呼称高 33m 7 钢筋混凝土杆型号表示方法钢筋混凝土电杆型号与铁塔型号的表示方法基 本相同 通常不写出线路电压等级的代号 例 NMeG3 21 表示无拉线耐张门型钢 筋混凝土电杆 第二级呼称高为 21m 1 31 3 输电线路施工图输电线路施工图 输电线路施工图是各项设计原则和设计思想的具体体现 是从事输电线路施工 的依据 也是从事输电线路运行和检修的重要技术指标 一般来讲 输电线路施工 图有以下六部分 1 3 11 3 1 总体部分总体部分 总体部分包括线路路径图 杆塔一览图及杆塔使用条件一览表 线路杆塔明细表 线路平断面图 线路换位图及与通信线路平行关系图等 1 线路路径图 它是通过测量最终确定的线路走向图 一般绘于五万分之一 或十万分之一地形图上 图上绘出了线路起点 终点 转角度数和中间经过位置 它 5 对线路施工中的器材堆放 运输和工地布置以及线路运行中巡线和检修工作安排能起 指导作用 2 杆塔一览图及使用条件一览表 它给出了全年所使用的杆塔型号 高度及使 用条件 并给出了全线所使用各种型号杆塔的数量 3 线路杆塔明细表 它是全线情况的概况 它按杆塔编号逐号写出杆塔 裆距 导地线 附件 接地装置 基础 交叉跨越等的简要 是分析全线概况 进行施工测量和 施工的重要技术文件 其示例如表 1 24 所示 4 线路平断面图 设计根据平断面图定出干他的位置 型号 高度 基础施工基 面和土石方开挖量 施工参照平断面确定放线位置 紧线位置 弧垂观测档 按照交 叉跨越物的垂直距离对照现场情况 在放线 紧线过程中采取保护措施 并在施工后 作为检查依据 5 线路换位图 在导线的各种排列方式中 除等边三角形排列外 其他排列 方式均不能保证倒显得线距间距离相等 从而三相倒显得电感 电容及三相阻抗都不 相等 造成三相电流的不平衡 这种不平衡对发电机 电动机和电力系统的运行以及 输电线路附近的弱电线路均会带来一系列的不良影响 为了避免这些影响 各相导 线应在空间轮流交换导线的位置 以平衡三相阻抗 经过完全换位的线路 其各相导线在空间每一位置的各段长度之和相等 进行一 次完全换位通常称为完成了一个换位循环 在中性点直接接地的电力网中 当线路长度在 100 200km 之间 一般应有一个 换位循环 线路长度大于 200km 则一般宜安排两个或多个换位循环 线路如有换位 应有设计部门提供线路换位示意图和换位安装图 6 与通信线路平行关系图 测量邻近如有通信线路 则应有与通信线路平行关 系图和通信线保护图 1 3 21 3 2 导 地线部分导 地线部分 导 地线部分包括导线 避雷线机械特性曲线图 安装曲线图和特殊耐张段安 装表等 这些图表示施工人员进行导线和避雷线的紧线安装时 确定观测弧垂的依 据 同时也是进行验收和运行检查的依据 6 1 3 31 3 3 杆塔部分杆塔部分 杆塔部分主要有杆塔加工图和组装图 加工图供杆塔制造厂按图加工 组装图 供现场施工人员进行组装 1 3 41 3 4 基础部分基础部分 基础部分包括基础施工图和基础配置表 1 3 51 3 5 绝缘子绝缘子 金具部分金具部分 输电线路绝缘子 金具及附件的组装方式 只要线路上有的都应有组装图 如 悬垂绝缘子串组装图 耐张绝缘子串组装图 防振锤安装图等 以便施工时应用 1 3 61 3 6 接地部分接地部分 由于输电线路杆塔形式不同 经过地区的土壤电阻率不同 接地装置的形式也 将不同 设计部门根据具体情况 选择了相应的接地装置型号 并提出了相应的要 求 7 第二章第二章 导线选取导线选取 一般对于区域性架空线路 首先是按经济电流密度选择导线截面 再校验导线 热稳定条件 电压损耗 电晕条件 机械强度条件 而对于地方性架空线路 首先 按电压损耗来选择导线截面 然后再校验其他条件 2 12 1 导线截面的选择导线截面的选择 架设新建的 110kV 高压架空线路由 110kV 变电站线路出线侧构架起 到 110kV 变电站进线构架止 全线采用铁塔单回架设 全长 1 5kM 全线沿途地形基本以平 原为主 所以导线选择 LGJ 型 采用经济电流密度选择导线截面 可以使线路运行有最好的经济效果 对于各 种电压等级的电力线路一般都可按经济电流密度选择其导线截面 根据给定的线路 在正常运行方式下的最大负荷电流 Ij和最大负荷利用小时数 即可按经济电流密度 J 计算出导线的经济截面 Sj 假设 A 站当前最大负荷为 80MW 待建 110kV 线路设计水平定为 5 年 年平均负 荷增长率为 9 25 即MW 5 80 1 9 25 124 5S cos0 85 即MWcos124 5 0 85105 8PS 根据软导线经济电流密度图 图 2 1 确定 Jec Tmax 3500H 查表得 Jec 1 35 8 图 2 1 软导线经济电流密度表 mm2 3 0 5 3 0 5 124 5 1 732 110 10 249 9 1 35 j N j cccc I SU S JJ 另外 一般地区选用铝钢截面比为 5 3 8 3 的钢芯铝绞线 重冰区或大跨越地 段可选用铝钢截面比小于 4 5 的钢芯铝绞线 以提高机械强度 该地段不属于重冰区或大跨越地段 经过计算得 LGJ 240 40 负荷要求 铝钢 截面比为 6 1 导线 LGJ 240 40 参数如表 2 1 所示 表 2 1 导线 LGJ 240 40 参数 S mm2 D mm q kg km kg mm2 CP 1 E kg mm2 mm2 N 277 7521 66964 32919 10 6800012 755 10 6 2 22 2 导线截面的校验导线截面的校验 2 2 12 2 1 电晕验算电晕验算 电晕校验 电晕现象的发生和大气环境及导线截面有关 为了降低能量损耗 防止产生电晕干扰 按规程规定 海拔不超过 1000m 的地区 对于 110kV 及以上电 压等级的线路 应按电晕条件校验导线截面 所选导线的直径不小于表 2 2 所示数 值 表 2 2 不必验算电晕的导线 适用于海拔小于 1000m 的地区 额定电压 kV 110220330500 9 导线外径9 621 32 21 33 27 4 4 23 7 相应导线型号LGJ 50LGJ 240LGJ 240 2LGJQ 400 3 300 4 2 2 22 2 2 机械强度验算机械强度验算 机械强度校验 为了保证电力运行安全可靠 一切电压等级的电力线路都要具 有必要的机械强度 对于跨越铁路 通航河流和运河 公路 通讯线路和居民区的 线路 其导线截面应不小于 35mm2 通过其他地区的线路最小允许截面 35kV 以上 线路为 25mm2 35kV 以下线路为 16mm2 任何线路都不许使用单股导线 2 32 3 避雷线的选择避雷线的选择 对于各级电压线路架设避雷线的要求有如下规定 1 330kV 及 500kV 线路应沿全线架设双避雷线 2 220kV 线路应沿全线架设避雷线 在山区 宜架设双避雷线 但少雷区除外 3 110kV 线路一般沿全线架设避雷线 在雷电活动特殊强烈地区 宜架设双避 雷线 在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微地区 可不沿全线架设避雷线 但应 装设自动重合闸装置 按规程规定 避雷线与导线配合 应符合表 2 3 的要求 表 2 3 常用导线和避雷线配合表 导线型号LGJ 35 LGJ 50 LGJ 70 LGJ 95 LGJ 120 LGJ 150 LGJ 185 LGJQ 150 LGJQ 185 LGJ 240 LGJ 300 LGJQ 240 LGJQ 300 LGJQ 400 LGJ 400 LGJQ 500 及以上 避雷线型号GJ 25GJ 35GJ 50GJ 70 该输电线路采用单回 LGJ 240 40 的导线 即采用 GJ 50 的避雷线配合 该地区为多雷区 规定表明要全线架设双避雷线 避雷线 GJ 50 参数如表 2 4 所示 表 2 4 避雷线 GJ 50 参数 S mm2 D mm q kg km kg mm2 CP 1 E kg mm2 mm2 N 49 59 0423 712011 5 10 61813005 63 10 7 10 2 42 4 本章小结本章小结 本章对负荷要求 计算 选择出导线 再有导线和避雷线的配合要求 选出避 雷线 在下章中进行导线和避雷线的机械计算 为下面的杆塔外型计算做准备 11 第三章第三章 导线 避雷线应力弧垂分析导线 避雷线应力弧垂分析 3 3 1 1 架空线路的比载计算架空线路的比载计算 在进行架空线路的机械计算时 首先需要进行计算其机械荷载 简称荷载 具 体计算式 机械荷载常用 比载 表示 它是指单位长度和单位截面上导线所承受 的机械荷载 用符号 g 表示 单位为 N m mm2 或 MPa m 作用在架空线路上的荷载有架空线的自重 冰重和架空线所承受垂直于线路方 向的水平风压 因此架空线路的比载分自重比载 冰重比载和风压比载等 3 1 13 1 1 自重比载自重比载 G1G1 架空线路的自重比载为 N m mm2 3 1 3 1 1 9 810 q g S 式中 q1表示每公里导线的重量 kg km S 表示架空线的计算总截面 即架空线实际截面 对钢芯铝绞线等复合 导线为铝和钢截面之和 mm2 3 1 23 1 2 冰重比载冰重比载 G2G2 架空线路的冰重比载为 N m mm2 3 2 3 2 2 27 710 qb db g SS 式中 b 表示覆冰厚度 mm d 表示架空线路的计算直径 mm 3 1 33 1 3 垂直总比载垂直总比载 G3G3 垂直总比载为自重比载与冰重比载之和 见图 3 1 即 3 3 312 ggg 12 图 3 1 垂直总比载示意图 3 1 43 1 4 风压比载风压比载 G4G4 G5G5 架空线路上的风压是有作用于架空线的空气动能所引起的 不覆冰的架空线路风压比载为 N m mm2 2 3 4 9 89 810 16 FCdV P g SLS 3 4 覆冰的架空线路风压比载为 N m mm2 3 2 3 5 2 9 810 16 FC d b V g S 5 式中 V 表示风速 m s 表示风速的不均匀系数 对杆塔取 1 对导线则从表 3 1 中查取 F 表 3 1 风速不均匀系数 设计风速 m s V 2020 V 3030 V 35 V 35 F 1 00 850 750 7 式中 C 表示体形系数 采用下列数值 线径 d 17mm 取 1 2 线径 d 17mm 取 1 1 覆冰时 不论线径大小 取 1 2 F 表示在线路垂直方向的受风面积 32 10FdLm 表示风向与线路轴线的水平夹角 计算风压比载时一般取 90 L 表示档距中架空线路的长度 m 3 1 53 1 5 综合总比载综合总比载 G6G6 G7G7 13 不覆冰的架空线路 综合总比载为自重比载 g1和风压比载 g4的几何和 见图 3 2 即 3 6 22 614 ggg 图 3 2 无冰综合比载示意图 覆冰的架空线路 综合总比载为自重比载 g3和风压比载 g5的几何和 见图 3 3 即 3 7 22 735 ggg 图 3 3 覆冰综合总比载示意图 分别列出已知条件 气象 导线和避雷线参数 见表 3 2 表 3 2 气象 导线和避雷线参数 Vmax m s V冰 m s b mm t冰 tmax tmin tP 251010 540 515 14 S mm2 D mm q kg km kg mm2 CP 1 E kg mm2 mm2 N 277 7521 66964 32919 10 6800012 755 10 6 49 59 0423 712011 5 10 61813005 63 10 7 LGJ 240 40 的比载 3332 1 1 964 3 9 8109 81034 0239 10 277 75 q gN m mm S 3332 2 2 10 1021 66 27 71027 71031 617 10 277 75 qb db gN m mm SS 332 312 34 023931 617 1065 64 10 gggN m mm 22 3332 4 0 85 1 1 21 66 25 9 89 8109 81027 941 10 1616 277 75 FCdV P gN m mm SLS 22 3332 5 2 1 1 2 21 662 10 10 9 8109 81011 036 10 1616 277 75 FC d b V gN m mm S 2222332 614 34 023927 941 1044 027 10 gggN m mm 2222332 735 65 6411 036 1066 562 10 gggN m mm GJ 50 的比载 3332 1 1 423 7 9 8109 81085 97 10 49 5 q gN m mm S 3332 2 2 10 109 27 71027 710108 99 10 49 5 qb db gN m mm SS 332 312 85 97 108 99 10194 96 10 gggN m mm 22 3332 4 0 85 1 2 7 8 25 9 89 8109 81072 76 10 1616 49 5 FCdV P gN m mm SLS 22 3332 5 2 1 1 2 92 10 10 9 8109 81044 13 10 1616 49 5 FC d b V gN m mm S 2222332 614 85 9772 76 10112 62 10 gggN m mm 2222332 735 194 9644 13 10199 90 10 gggN m mm 3 3 2 2 导线许用应力计算导线许用应力计算 根据运行的可靠性要求 导线的最大应力不应超过导线材料的许用应力 在工 程力学中 导线的许用应力按下式计算 15 3 8 P K 式中 为导线的瞬时破坏应力 N mm2 对于各类钢芯铝绞线 是指综合瞬 P 时破坏应力 可从架空线路的机械物理特性表中选用 见表 3 3 k 为架空线的安全系数 表 3 3 架空线路的机械物理特性 架空线路种类 瞬间破坏应力 N mm2 弹性模数 N mm2 线膨胀系数 1 比重 钢芯铝绞线 LGJ 70 及以下 LGJ 95 400 264 6 284 2 7 84 10419 10 6 轻型钢芯铝绞线 LGJQ 150 300 LGJQ 400 700 245 235 2 7 25 10420 10 6 加强型钢芯铝绞 线 LGJJ 150 240 LGJJ 300 400 303 8 313 6 8 13 10418 10 6 7 股 股径 3 5mm 股径 3 5mm 147 137 2 5 88 104 铝绞线 19 股 股径 3 5mm 股径 3 5mm 147 137 2 5 59 104 37 股 137 25 59 104 61 股 132 35 39 104 23 10 62 7 镀锌钢绞线 117618 13 10411 5 10 67 8 110 750kV 架空线路设计技术规程 规定 送电线路导线的设计安全系数不 应小于 2 25 一般 k 2 5 架线安装时不应小于 2 0 避雷线的安全系数宜大于导 线的安全系数 则导线的许用应力为 LGJ 240 40 的安全系数 k 2 5 则 最大使用应力 2 284 2 113 68 2 5 P N mm K GJ 50 安全系数 k 3 0 则 最大使用应力 2 1176 392 3 0 P N mm K 16 3 3 3 3 导线最大弧垂计算导线最大弧垂计算 为了保证架空线路长期安全运行 出应使在不超过强度许用应力外 还应具有 足够的耐振能力 使导线不致因振动引起断股或短线 前者称为强度条件 后者称 为耐振条件 架空线路的耐振能力决定于年平均运行应力的大小 年平均运行应力 即年平均气温时的应力 它的最大允许值见表 3 3 强度条件要求架空线路在任何气象条件下的应力 不超过强度许用应力 耐振 条件要求架空线路在年平均气温下的应力 不超过规定的平均运行应力的上限 强 度条件和耐振条件同时考虑时 最大使用应力控制气象条件的确定须借助于临界档 距来判别 考虑耐震条件时架空线的计算 最大弧垂只可能在最高气温或覆冰无风时出现 气候条件控制气象条件属于第二类气象区 这时的控制气象条件有四个 分别是最 低气温 最大风速 覆冰 年平均气温 临界档距共有六个 分别为四个控制气象 条件两两之间的临界档距 考虑耐振条件后 任两种气象情况的临界档距可根据状态方程式导出 计算公 式为 3 9 22 22 24 24 AB abab L ab ab tt L gg 式中 表示某两种气象情况下的最大使用应力 强度许用应力或平 a b 均运行应力上限 表示某两种气象情况下的比载 a g b g 表示某两种气象情况下气温 a t b t 由输电线路设计基础可知采用防振锤 阻尼线 或另加护线条的架空线平均运 行应力的上限为瞬时破坏应力的 25 规程规定 导线和避雷线的平均运行应力的 上限和相应的防振措施 应符合表 3 4 的要求 表 3 4 架空线路的平均运行应力的上限与防振措施 平均运行应力的上限 瞬时破坏应力平均运行应力的上限 瞬时破坏应力 情况情况防振措施防振措施 LGJLGJGJGJ 档距不超过 500m 的 开阔地区 不需要 1612 17 情况情况防振措施防振措施 平均运行应力的上限 瞬时破坏应力平均运行应力的上限 瞬时破坏应力 LGJLGJGJGJ 档距不超过 500m 的 非开阔地区 不需要 1818 档距不超过 120m不需要 1818 不论档距大小扩线条 22 不论档距大小 防振锤 阻尼线 或 另加护线条 2525 LGJ 240 40 的年平均运行应力上限为 2 0 25 0 25 284 271 05 pi N mm GJ 50 的年平均运行应力上限为 2 0 25 0 25 1176294 pi N mm 3 3 13 3 1 确定临界档距确定临界档距 列出各控制状态的应力 按 g 由小到大排列出 A B C D 分别计算出 max 计算临界档距 LLAB lLBC lLCD lLAC lLAD lLBD 列出关系表 画出逻辑图 确定临界 档距 LGJ 240 40 的各控制状态的应力 见表 3 5 表 3 5 LGJ 240 40 的各控制状态的应力 参数参数最低气温最低气温最大风速最大风速最大覆冰最大覆冰年平均气温年平均气温 最大使用应力 N mm2 max 113 68113 68113 6871 05 比载 N m mm2 3 10 34 023944 02766 5634 0239 气温 510 515 g max 3 10 0 2990 3870 5860 479 顺序编号 ABDC 计算临界档距 LLAB lLBC lLCD lLAC lLAD lLBD 6 223 23 2 22 24 24 24 19 10 5 10 336 5 0 299 10 0 387 10 AB abab L ab ab tt L gg 66 223 23 2 22 24 24 24 12 7551 10 113 68 71 05 24 19 10 5 15 0 299 10 0 479 10 AC acac L ac ac tt Li gg 18 6 223 23 2 22 24 24 24 19 10 5 15 0 0 299 10 0 586 10 AD adad L ad ad tt L gg 66 223 23 2 22 24 24 24 12 7551 10 113 6871 05 24 19 10 10 15 0 387 10 0 479 10 BC bcbc L bc bc tt Li gg 6 223 23 2 22 24 24 24 19 10 105 0 387 10 0 586 10 BD bdbd L bd bd tt Li gg 66 223 23 2 22 24 24 24 12 7551 10 71 05 113 68 24 19 10 155 179 8 0 479 10 0 586 10 CD cdcd L cd cd tt L gg 有效临界档距判别 1 看 A 栏中有无 0 或虚数值 如有 则该栏没有有效临界档距 2 若 A 栏值均大于 0 则三者中的最小值是 A 栏的有效临界档 距 另外两个 舍去 3 用同样的方法判别 B 栏 4 若 A 栏确定的有效临界档距为 lLAC 则 B 栏被隔越 即 B 栏没有有效临界档 距 转至 C 栏进行判断 5 若 A 栏确定的有效临界档距为 lLAD 则 B C 栏均被隔越 6 若 B 栏确定的有效临界档距为 lLBD 则 C 栏被隔越 列表得出控制结果 见表 3 6 表 3 6 控制条件确定 A 舍去 B 舍去 C 取值 336 5 AB L L i AC L L 0 AD L L i BC L L i BD L L 179 8 CD L L 由控制条件列出结果判断图 见图 3 4 19 图 3 4 控制条件结果判断图 GJ 50 的各控制状态的应力 见表 3 7 表 3 7 GJ 50 的各控制状态的应力 参数最低气温最大风速最大覆冰年平均气温 最大使用应力 N mm2 max 382 82382 82382 82287 1 比载 N m mm2 3 10 85 97112 62199 9085 97 气温 510 515 g max 3 10 0 2250 2940 5220 299 顺序编号 ABDC 计算临界档距 LLAB lLBC lLCD lLAC lLAD lLBD 6 223 23 2 22 24 24 24 11 5 10 5 10 338 5 0 225 10 0 294 10 AB abab L ab ab tt L gg 76 223 23 2 22 24 24 24 5 63 10 382 82 287 1 24 11 5 10 5 15 0 225 10 0 299 10 AC acac L ac ac tt Li gg 6 223 23 2 22 24 24 24 11 5 10 5 5 0 0 225 10 0 522 10 AD adad L ad ad tt L gg 76 223 23 2 22 24 24 24 5 63 10 382 82287 1 24 11 5 10 10 15 0 294 10 0 299 10 BC bcbc L bc bc tt Li gg 6 223232 22 24 24 24 11 5 10 105 0 294 10 0 522 10 BD bdbd L bd bd tt Li gg 20 76 223 23 2 22 24 24 24 5 63 10 287 1 382 82 24 19 10 155 197 6 0 299 10 0 522 10 CD cdcd L cd cd tt L gg 列表得出控制结果 见表 3 8 表 3 8 控制条件确定 A 舍去 B 取值 C 舍去 288 5 AB L L i AC L L 0 AD L L i BC L L i BD L L 197 6 取值 CD L L 由控制条件列出结果判断图 见图 3 5 图 3 5 控制条件结果判断图 3 3 2 导线应力和最大弧垂 悬挂于两悬点间的一档导线 当气象条件发生变化 即导线上作用的荷载或环 境温度发生变化时 导线线长会随之发生变化 进而引起导线的应力 弧垂发生相 应的变化 我们用导线的状态方程把这一变化过程计算 表示出来 当某一气象条件 比载 气温 下的应力为以知 欲求得另一气象条 m g m t m 件 比载为 g 气温为 t 下的应力时 即可用下式 3 10 2222 22 2424 m mm m l gl g tt 导线的状态方程是以为未知数的一元三次非齐次方程 除以外 其他参数 均为已知数 则可简写成下式 21 3 11 2 A B 或 3 12 2 BA 式中 3 13 22 2 24 l g A 3 14 22 2 24 m mm m l g Btt 再配合任意弧垂点公式即可求出应力和弧垂 弧垂公式如下 3 15 2 8 l g f 因为该气候区属于第二气候区 所以最大弧垂有可能出现在 覆冰 无风和最 高气温 两种条件下 LGJ 240 40 中 当 L 179 8m 时 受年平均气温控制 71 05 N mm2 t 15 max 当 L 179 8m 时 受最大覆冰控制 113 68 N mm2 t 5 max 因为不受最高温度和覆冰无风控制 所以每档的应力弧垂必须通过导线的状 态方程求出 再用弧垂公式得出最大弧垂 下面以档距为 50m 0 为例 代入数据 2222 m mm 22 m l gl g tt 2424 226226 6262 m 5034 0239105034 02391019 71 05 015 24 12 755 1024 12 755 1012 755 化简得 32 91 529454 解得 即 2 93 053N mm 223 l g5034 0239 10 f0 114262m 88 93 053 以下以每 50m 为一个档距 一直到档距为 500m 列出导线 LGJ 240 40 的弧 垂 详细见表 3 9 安装曲线见图 3 6 22 图 3 6 应力弧垂曲线 表 3 9 导线 LGJ 240 40 弧垂表 L 1 79 8 m 年平均气温控制 档距 m 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 50 0 105 802 0 114 262 0 124 133 0 135 771 0 149 648 0 166 389 0 186 807 0 211 923 0 242 897 0 280 786 100 0 434 7 0 467 987 0 505 91 0 549 194 0 598 591 0 654 784 0 718 265 0 789 167 0 867 128 0 951 243 150 1 017 313 1 088 766 1 167 376 1 253 395 1 346 83 1 447 383 1 554 434 1 667 073 1 784 184 1 904 561 L 1 79 8 m 最大覆冰控制 档距 m 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 23 200 1 417 111 1 496 477 1 582 593 1 675 819 1 776 404 1 884 445 1 999 846 2 122 294 2 251 257 2 386 002 250 2 224 272 2 338 246 2 459 662 2 588 519 2 724 66 2 867 766 3 017 352 3 172 789 3 333 326 3 498 134 300 3 217 868 3 367 074 3 523 463 3 686 702 3 856 334 4 031 788 4 212 398 4 397 438 4 586 145 4 777 751 350 4 399 746 4 582 962 4 772 428 4 967 611 5 167 901 5 372 64 5 581 14 5 792 707 6 006 661 6 222 348 400 5 771 063 5 985 909 6 205 727 6 429 908 6 657 822 6 888 833 7 122 316 7 357 668 7 594 323 7 831 755 450 7 332 402 7 575 916 7 823 037 8 073 176 8 325 758 8 580 226 8 836 053 9 092 747 9 349 856 9 606 969 500 9 083 93 9 352 983 9 624 356 9 897 536 10 17 203 10 44 739 10 72 319 10 99 904 11 27 46 11 54 954 3 43 4 本章小结本章小结 本章计算了导线和避雷线的比载 应力和最大弧垂等等 基本这些都是为了检 验导线的机械性能 下章选择金具和绝缘子 目的得出外塔外型尺寸参数 24 第四章第四章 金具和绝缘子的选择金具和绝缘子的选择 输电线路主要由杆塔 导线 地线 绝缘子 金具等组成 将杆塔 导线 地 线和绝缘子连接起来所用的金属零件 统称为金具 按其性能 用途大致可分为悬 垂线夹 耐张线夹 联结金具 接续金具 保护金具和拉线金具等六大类 绝缘子 按用途可分为悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串两大类 金具主要根据绝缘子串和导线 线径选取 4 14 1 绝缘子的选择和计算绝缘子的选择和计算 4 1 14 1 1 绝缘子片数计算绝缘子片数计算 直线杆塔上悬垂绝缘子串的绝缘子数量 应按表 4 1 所列数量选用 表 4 1 直线杆塔上悬垂绝缘子串的绝缘子数量 电压 kV 3560110154220330500 绝缘子数量 XP 7035710131928 表 4 1 列出的数值适用于架设在一般地区的线路 因为该地区海拔不在 1000m 以上 所以不用进行片数的验算 耐张绝缘子串的绝缘子数量应比悬垂绝缘子串的同型绝缘子多一个 既为 8 个 4 1 24 1 2 绝缘子串数计算绝缘子串数计算 根据 GB 50545 110 750kV 架空送电线路设计技术规程 的规定 绝缘子机械 强度的安全系数 不应小于表 4 2 的数值 表 4 2 绝缘子机械强度的安全系数 绝缘子种类运行程况短线程况 瓷横担3 02 0 悬式绝缘子2 01 3 悬式绝缘子的串数 3 66 562 10277 75 350 39 84 20 806 83370 kG n T 因此 悬式绝缘子的串数取一串 25 各绝缘子的参数见表 4 3 表 4 3 绝缘子参数 产品型号XP 70CXP 70TXP 100XWP2 70XWP2 70CXHP 70 公称结构高度 H146146146146146146主要尺寸 瓷件公称盘径 D255255255255255255 连接形式标记1616161616C16 最小公称爬电距离295295295400400432 机电破坏负荷7070707070100 打击破坏负荷565565678 雷电冲击耐受电压10010010050 1250 12050 12 工频一分钟耐湿电压404040454545 工频击穿电压110110110120120120 参考重量5 35 45 387 28 耐张绝缘子串数的选择 2 1 3 83370 101 903 565 kT n R 因此 耐张串绝缘子的串数取两串 4 24 2 绝缘子串的组装绝缘子串的组装 4 2 14 2 1 悬式绝缘子串组装悬式绝缘子串组装 35 220kV 的输电线路的悬式绝缘子串 一般选用型号为 XP 70 LXP 70 以及 XW1 70 的悬式绝缘子组装 根据绝缘子的允许荷重 单串绝缘子已能满足所选用导