35kv架空线路设计 毕业论文.doc

论文题目: 35kV架空线路设计专 业: 电气工程及其自动化学 生: （签名）_指导教师: （签名）_摘 要为满足陕煤集团柠条塔煤矿的用电安全，建设由110kV变电站35kV配电室出线到陕煤集团柠条塔煤矿35kV变电站的单回路架空送电线路。本次设计新建35kV架空线路来保障柠条塔煤矿的用电安全。本次架空线路设计的主要内容根据当地地形合理选择架空线路径；架空线导线的确定；架空地线的选择；金具的选择；架空线路的防雷设计；杆塔定位、杆塔结构的选择、对地距离及交叉跨越的处理；基础的设计等。 本毕业设计以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定准绳，结合工程实际情况，保证柠条塔煤矿供电可靠，经济性合理，满足各项技术要求。关键词：35kV，线路设计，杆塔，防雷Subject: The Design of 35kV Overhead Line Specialty: Electric Engineering and Automation Name: Zhang Peiyao (Signature) Instructor: Li Zhong (Signature) ABSTRACTTo meet the Shaanxi Coal Group NingTiaota mine electrical safety, construction by the 110kV substation 35kV power distribution chamber outlet to the Shaanxi Coal Group Mine 35kV substation NingTiaota single circuit overhead transmission line. The design of the new 35kV overhead lines to protect NingTiaota mine electrical safety.The main contents of overhead line design reasonable choice according to the local topography overhead line route; overhead line conductors identified; overhead ground wire choices; gold with choice; overhead lines lightning protection design; tower positioning, tower structure selection, ground distance and cross-cutting processing; based design.This paper in order to design task book as the basis for national economic construction policies, technical regulations criterion, combined with practical engineering, to ensure coal supply NingTiaota reliable, economical and reasonable, to meet the technical requirements.KEY WORDS: 35kV, circuit design, tower, Lightning目录第一章 绪论11.1 设计的背景及意义11.2 架空线路设计研究现状11.3本次设计的主要工作2第二章 设计规范要求32.1 路径(参照GB 50061-2010)32.2 路径协议32.3 绝缘子、金具及杆塔3第三章 总体设计思路5第四章 导、地线设计74.1导线设计74.1.1导线的设计74.1.2导线的选择84.1.3 导线的比载84.2 架空地线的设计154.2.1 地线的比载计算154.2.2 计算临界档距、判断控制气象174.3 金具设计194.3.1 绝缘子的设计194.3.2防震锤的设计204.3.3 间隔棒的设计214.4 杆塔结构设计234.4.1 杆塔定位234.4.2 杆塔定位后校验244.4.3 荷载组合气象条件27第五章 基础设计及防雷315.1 基本要求315.2自力式铁塔基础上拨校验315.2.1 土重法计算基础上拨315.3地基压力计算345.3.1单向偏心荷载计算345.3.2 地基承载力设计值355.4 防雷设计375.4.1 一般地区耐雷水平计算385.4.2 耐雷水平和雷击跳闸率385.4.3计算耐雷水平和雷击跳闸率39结 论41附 录42致 谢43参考文献4444第一章 绪论1.1 设计的背景及意义为满足陕煤集团柠条塔煤矿的用电安全，建设由110kV变电站35kV配电室出线到陕煤集团柠条塔煤矿35kV变电站的单回路架空送电线路。柠条塔煤矿位于陕北地区，两变电站之间多为陕北台塬地和一般山地，海拔高度在1200米左右，地广人稀。本次设计新建35kV架空线路来保障柠条塔煤矿的用电安全。本次设计的目的在于通过毕业设计受到一次综合运用所学理论和技能的训练，进一步提高分析问题和解决问题的能力。学会阅读参考文献，收集、运用原始资料的方法以及如何使用规范、手册、产品目录，选用标准图的技能，从而提高个人的设计计算和绘图的能力。1.2 架空线路设计研究现状输电线路按结构分为架空线路和电缆线路。由于电缆线路的技术要求和施工费用远高于架空线路，所以除了特殊情况外，目前广泛采用架空输电线路。输电线路是电力不可缺少的重要组成部分，目前我国部分地区仍面临着缺电这一问题，国家正在加紧电网建设，输电线路的规划设计在这其中起着重要的作用，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！架空电力线路路径的选择是一项非常重要的工作，对架空电力线路的造价和安全性、适用性的影响至关重要。近年来由于工农业设施、市政设施的不断发展，线路路径的选择越来越困难。因此在选择、设计线路时，应认真进行调查。对各种影响因素，如地理条件、地形条件、交通条件、运行和施工条件等，应进行综合比较。对影响路径选择的重要环节，应在选线时进行比较深入的技术经济比较。输电线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电能可以方便的转化为其它形式的能，且易于远距离运送和自动控制。电能最主要输送途径的输电线路好坏也直接影响到电能的输送，所以输电线路的设计显得尤为重要。电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两种。架空线路相比电缆线路来说有许多优点，如成本低、投资少、安装容易、维护和检修方便、易于发现和排除故障等。所以不论是输电线路还是配电线路多数采用架空线路。但是架空线路由于直接暴露于空气中，非常容易受雷击和污秽空气危害，且架空线路要占用一定的地面和空间，有碍交通等，因此在一些特殊环境中架空线路的使用受到限制。1.3本次设计的主要工作（1）根据两变电站之间的实际地形，进行架空线路路径的设计，选择最优路径。线路选径要考虑线路的运行安全、经济合理、施工方便等多方面因素。（2）选择导线型号、地线选择、金具的设计、杆塔定型等，并通过计算验证其可行性，确保输电线路能长期安全运行。（3）线路防雷的设计及基础设计并编制施工手册。防雷是保证线路安全运行的重要工作。在基础设计方面满足成本低、维护检修方便等条件。第二章 设计规范要求2.1 路径(参照GB 50061-2010)架空电力线路路径的选择，应认真调查研究，综合烤炉运行、施工、交通条件和路径长度等因素，统筹兼顾，全面安排，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用。(2)在可能的条件下，应使路径长度最短，转角少，角度小，特殊跨越少，水文地质条件好，投资少，省材料，施工方便，运行安全可靠。(3)市区电力线路的路径，应与城市总体规划想结合。线路路径走廊位置应与各种管线和其他市政设施同一安排。(4)架空线路路径的选择，应符合下列要求：应减少与其他设施交叉；当与其他架空线路交叉时，其交叉点不应该选在被跨越线路的杆塔顶上。3kV以上架空线路，不应跨越储存易燃、易爆物的仓库区域。架空电力线路与火灾危险性的生产厂房和库房、易燃易爆材料堆场以及可燃或易燃、易爆液（气）体储罐的防火间距，应符合现行国家标准建筑设计防火规范（GBJ16-87）的规定。 应避开洼地、冲刷地带、不良地质地区、原始森林区以及影响线路安全运行的其他地区。不宜跨越房屋。2.2 路径协议当跨越与接近重要地区（如铁路、公路、航运、厂矿、邮电、机场等）时，在路径初步确定后，应与有关单位进行协议，取得书面答复文件。此外，还应与市、县规划部门协商，取得规划部门的同意。2.3 绝缘子、金具及杆塔绝缘子和金具的安装设计可采用安全系数设计法。35KV和66KV架空电力线路，宜采用悬式绝缘子。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。全高超过40m的有地线的杆塔，高度每增加10m，应增加一个绝缘子。35KV及以上单回路杆塔，导线可采用三角排列或水平排列；多回路杆塔可采用鼓型、伞型或双三角型排列。第三章 总体设计思路图2-1 架空输电线路设计框图本次设计针对柠条塔煤矿的用电安全建设，保证煤矿的用电可靠性。在本次设计中选用多种方案进行对比，从而选出最佳方案，实现安全性、经济性、可靠性等多方面符合要求。架空线路径的设计我初步拟定三条线路（见附表），在经过对比分析后，确定线路A为本次架空输电线路的路径。线路A相比另两条线路有很多优势：（1）线路B和线路A走径大体相同，但是在35kV出线端跨越树林的跨越点选择不合理，和线路A 相比要砍伐更多树木，不符合路径选择的原则。线路B同时存在耐张段过长的问题，耐张段过长杆塔所受荷载过大，在长时间运行情况下不能保证线路的可靠运行。线路A 相比线路B 有绝对的优势，所以不考虑线路B方案。 （2）线路C也是不合理的。线路C在靠近柠条塔煤矿变电站侧选择跨越居民区和煤场。跨越煤场无法避免，如果跨越居民区的话，架空线到房屋的安全距离要满足要求，无疑增加了杆塔高度，增加了投资。在居民区占地进行基础建设费用同样会增加投资。线路C选择跨越居民区是不合理的。经过对比，线路A的走径是合理的，可以满足要求。线路A 在跨越树林时，选择树木较少的地方。满足选径原则和经济性要求。在线路走径中设计多处转角杆塔，以便在跨越煤场时尽量减少占地，保证经济性要求。转角杆塔同样承受导线等带来的负荷，多处使用转角杆塔使线路在西北IV区大风、覆冰等气象条件下所受影响小，保证线路安全可靠、长期运行。(路径走向示意图见附录)第四章 导、地线设计4.1导线设计4.1.1导线的设计 本次设计针对陕西省榆林市神木县柠条煤矿，参考本线路经过的地区已有线路的运行经验和当地的气象条件，选用全国典型气象区西北IV区：表4-1 全国典型气候IV区项 目气象区西北IV级气象区大气温度（）最高气温+40最低气温-20年平均气温+10覆 冰-5安 装-10内过电压+10外过电压+15风速（米/秒）覆 冰-10安 装10最高气温0最低气温0年平均气温0内过电压10外过电压12.5最大风速25年平均雷暴日（日/年）40覆冰冰厚（mm）54.1.2导线的选择如何选择线路导线截面时电力网设计中的一个重要问题。线路的能量损耗同电阻成正比，增大导线截面可以减少能量损耗。但是线路的建设投资却导线截面积的增大而增加。综合考虑这两个相互矛盾的因素，采用按经济电流密度选择导线截面，这样可以使线路运行有最好的经济效果。根据资料显示，本次设计中的35kV变电站容量为31.5MWA，根据公式可以计算出其最大负荷电流：根据查得最大负荷利用小时数典型值，取最大负荷利用小时数5000h以上。查表得经济电流密度J=1.75经济截面查表选取LGJ-240/30型导线，其标准截面积275.96校验安全载流量：查得LGJ-240/30在导线温度90时，载流量为645A。导线LGJ-240/30型满足要求。机械强度校验：根据规定35kV线路最小允许截面为35，导线LGJ-240/30型满足机械强度要求。按照经济电流密度选择导线，本段线路选用LGJ-240/30型钢芯铝绞线作为本次设计的导线。表4-2 LGJ-240/30参数表导、地线型号根数/直径计算截面mm外径mm计算重Kg/Km安全系数（K）计算拉断力(N)最大设计应力(MPa)年平均运行应力(MPa)铝芯钢芯LGJ-240/3024/3.67/2.4275.9621.6922.22.87562092.9765.084.1.3 导线的比载4.1.3.1 自重比载：=10=32.773104.1.3.2 冰重比载：4.1.3.3垂直总比载：4.1.3.4 无冰风压比载：表4-3 各种风速下的风速不均匀系数a取值表设计风速（m/s）20以下20-3030-3535及以上1.00.850.750.70 4.1.3.5 覆冰时的风压比载：由覆冰时风速v=10m/s, 查表得=1.0,而且C=1.2：4.1.3.6 无冰有风时综合比载： 4.1.3.7 有冰有风时的综合比载：4.1.4计算临界档距，判断控制气象4.1.4.1 导线的允许控制应力:表4-4 可能成为条件排列表条件气象条件最大应力(N/mm2)比载（MPa/m） 温度（C）g/比值（1/m）编号最低气温109.61-20A最大风109.61-5B覆冰109.61-5C年均气温65.51+10D4.1.4.2 计算临界档距并判断控制气象查表得LGJ-240/30导线的弹性系数E=72570，线膨胀系数为2010表4-5 有效临界档距判别表ABC控制条件的控制范围(导线受年平均气温控制)4.1.4.3 求各种状态下的应力弧垂 当气象变化时，架空线所受温度和荷载也发生变化，其水平应力和弧垂也随着变化。导线内的水平应力随气象条件的变化规律可用导线的状态方程来描述。 导线在孤立档距中的状态方程：式中： 求解各气象条件下的应力和弧垂，并利用此数据绘制出导线的机械特性曲线。 表4-6 LGJ第IV气象区导线应力弧垂计算表气象条件最高气温最低气温年均气温最大覆冰档 距应力弧垂应力弧垂应力应力弧垂mMPamMPamMPaMPam5033.4390.29194.9240.10262.5688.8030.15410039.4260.98792.2510.42262.5687.7080.62315044.2791.97788.3490.99162.5686.2341.42620047.9963.24383.9461.85462.5684.7052.58125050.8284.78579.7513.05062.5683.3304.10030052.9966.60876.2004.59662.5682.1915.98635054.6708.71973.4006.49462.5681.2858.23840055.97511.12371.2648.73762.5680.57510.85545057.00513.82369.64511.31462.5680.02013.83450057.82516.82368.41314.22062.5679.58317.172表4-7 LGJ第IV气象区导线应力弧垂计算表气象条件安装事故断线外过电压无风外过电压有风内过电压最大风档 距应力应力应力应力应力应力mMPaMPaMPaMPaMPaMPam5094.94194.92462.56062.59862.75163.37510092.31992.25162.56062.69163.21565.25515088.50388.34962.56062.80163.75467.33720084.20783.94662.56062.90264.24369.18825080.12279.75162.56062.98464.64270.70230076.66576.20062.56063.04764.95371.90135073.93873.40062.56063.09665.19272.84140071.85371.26462.56063.13365.37573.57945070.27169.64562.56063.16265.51874.16250069.06468.41362.56063.18465.63074.6264.1.4.4 计算安装曲线的应力和弧垂 架空线的安装需要不同的温度条件，导线安装时应在安装曲线中对应当时温度进行。已知前面的参数，应用状态方程式求解各施工气象（无风、无冰、不同气温等）下的安装应力，进而求得相应的弧垂。表4-8 同温度下安装曲线的应力档距温度50100150200250300350400450500-1094.94192.31988.50384.20780.12276.66573.93871.85370.27169.064-588.39386.12782.91679.42576.21273.55671.48369.90168.70267.781081.87380.03677.52074.88972.54670.64869.18068.06267.21266.555575.39074.07672.24870.61669.12367.93467.02066.32565.79365.3831068.95968.28067.43166.61865.93865.40464.99664.68464.44564.2601562.59862.69162.80162.90262.98463.04763.09663.13363.16263.1842056.33857.35958.48559.46860.25060.85361.31361.66661.93962.1532550.22252.33954.50156.31057.72558.80959.63860.27660.77361.1633044.31747.68450.85953.41855.39456.90558.06358.95959.65960.213表4-9 不同温度下安装曲线的弧垂档距温度50100150200250300350400450500-100.1040.4261.0011.8703.0714.6226.5238.76811.34614.253-50.1110.4571.0681.9833.2294.8186.7479.01211.60514.52200.1200.4921.1432.1033.3925.0166.9729.25611.86314.79050.1310.5321.2262.2303.5605.2167.1979.49812.11915.055100.1430.5771.3142.3643.7325.4187.4219.73912.37215.318150.1570.6281.4112.5043.9075.6217.6449.97912.62315.579200.1750.6861.5152.6484.0845.8237.86710.21612.87315.837250.1960.7521.6252.7974.2636.0268.08810.45213.12016.094300.2220.8261.7422.9484.4426.2278.30710.68513.36516.3484.2 架空地线的设计 架空地线的作用： (1)减少了雷电直击导线的机会，降低了线路绝缘承受的雷电过电压幅值。当雷击于塔顶或地线上时，塔身电位很高，加在绝缘子串上的电压等于塔身电位与导线电位之差，这个电压一般远比雷直接击中导线时绝缘子串上的电压低，不会导致闪络放电。但是，如果接地电阻很大，则塔身电位将会很高，这时就会发生逆闪络，也就是通常说的“反击”。 (2)对导线有耦合作用。当雷击塔顶或地线时，由于耦合，导线电位将抬高，所以耦合可使绝缘子串上的电