架空输电线路课程设计

架空输电线路课程设计架空输电线路课程设计 班级班级 姓名姓名 学号学号 指导老师指导老师 年年 月月 日日 目录目录 一 设计条件 3 二 设计要求 3 三 整理已知条件 4 四 比载计算 5 五 计算临界档距 判断控制条件 6 六 判定最大弧垂 8 七 计算各气象条件下的应力和弧垂 9 八 安装曲线计算 11 九 画应力弧垂曲线与安装曲线 14 十 感想 14 330Kv 架空输电线路设计架空输电线路设计 一 设计条件设计条件 1 典型气象区 V 区 2 导线型号 LGJ 400 50 3 电压等级 330Kv 二二 设计要求设计要求 列出各气象条件 计算出比载 判断临界档距 最大弧垂气象 画出应力弧垂曲线及 安装曲线 三三 整理已知条件整理已知条件 1 气象条件及其作用气象条件及其作用 气象 项目 最高 气温 最低 气温 最大 风速 强 度 最大 风速 间 距 覆冰 有风 强 度 覆冰 有风 间 距 内过 电压 外过 无风 外过 有风 安装 气象 事故 气象 年均 气温 覆冰 无风 气温40 101010 5 5151515 5 1015 5 换算前00303010101501010000风 速 换算后0032 0 1 32 0 1 10 6 7 10 6 7 16 0 1 010 6 7 10 6 7 000 冰厚0000101000000010 作用校验 电气 间距 计算 导线 强度 计算 强度 校验 电气 间距 校验 杆塔 强度 校验 电气 间距 校验 绝缘 子风 偏后 的间 距 校验 地线 对档 距中 央导 线的 保护 校验 绝缘 子风 偏后 的间 距 检验 安装 时条 件 检验 杆塔 强度 防微 风震 动 校验 电气 间距 表一 2 风速换算风速换算 由于此处的风速是高度为 10 米处的基准风速 而 110 330Kv 输电线路应取离地面 15 米 处的风速 所以应当进行风速高度换算 采用公式 式中 线路设计高度 h 处的风速 m s h v 标准高度 10m 处的风速 m s 0 v 风速高度变化系数 z 为粗糙度指数 为修正系数 在此设计中采用 架空输电线路设计 孟遂民版中表 2 6 规定 取粗糙度等级为 B 则相应的 z 0 16 1 0 则 最大风速时风速换算值为 v 1 067 30 32 01m s 覆冰有风 外过有风 安装气象时风速换算值为 v 1 067 10 10 67m s 内过电压时风速换算值为 v 1 067 15 16 01m s 3 导线参数导线参数 此处采用 LGJ 400 50 导线 其相应参数如下表二所示 0 vvh z h 10 067 1 10 15 10 16 0 z h 7 截面积 A 导线直 径 d mm 弹性系 数 E MPa 温膨 系数 计算拉 断力 N 计算质量 kg km 抗拉强 度 MPa 安全 系数 k 许用应 力 MPa 年均应 力上限 MPa 451 5527 6369000 19 3 10 6 1234001511259 622 5103 8564 90 导线的安全系数取 2 5 控制微风震动的年均气象条件下的年均运行应力设计安全系数取 4 则抗拉强度 许用应力 年均运行应力上限 四四 比载计算比载计算 1 自重比载自重比载 2 冰重比载冰重比载 3 垂直总比载垂直总比载 4 无冰风压比载无冰风压比载 1 外过电压 安装有风 此时风速 v 10 67m s 0 1 c 0 1 f 1 1 sc 2 内过电压 此时风速 v 16 01m s 0 1 c 75 0 f 1 1 sc 3 最大风速 此时风速 v 32 01m s 0 1 c 1 1 sc 计算强度时75 0 f 校验电气间距时61 0 f 2 mmp 0 cp MPa A Tj p 62 259 55 451 123400 95 0 95 0 85 103 5 2 62 259 0 MPa k p 90 64 4 62 259 4 MPa p cp 1082 3210 55 451 80665 9 1511 10 333 1 mMPa A qg 1011 2310 55 451 63 2710 10 728 2710 728 27 333 2 mMPa A bdb 1093 55 3 213 mMPa 10sin 32 4 mMPa A W d v scfc 1079 4 10 55 451 67 10625 0 63 271 110sin 33 2 32 4 mMPa A W d v scfc 1009 8 10 55 451 01 16625 0 63 271 175 0 10sin 33 2 32 4 mMPa A W d v scfc 1033 3210 55 451 01 32625 0 63 271 175 0 10sin 33 2 32 4 mMPa A W d v scfc 1029 2610 55 451 01 32625 0 63 271 161 0 10sin 33 2 32 4 mMPa A W d v scfc 5 覆冰风压比载覆冰风压比载 此时风速 v 10 67m s 0 1 c 2 1 sc 计算强度和检验风偏时均可取0 1 f 6 无冰综合比载无冰综合比载 2 4 2 1 6 1 外过电压 安装有风 1017 331079 4 82 32 3322 6 mMPa 2 内过电压 1080 331009 8 82 32 3322 6 mMPa 3 最大风速 计算强度时 1007 461033 3282 32 3322 6 mMPa 校验风偏时 1005 421029 2682 32 3322 6 mMPa 7 覆冰综合比载覆冰综合比载 2 5 2 3 7 计算强度和校验风偏时 1065 561001 9 93 55 3322 7 mMPa 各气象条件下的比载计算值列于下表三 项目自重比载冰重比载无冰综合 强度 无冰综合 风偏 覆冰综合 强度 覆冰综合 风偏 数据 mMPa 10 3 32 8255 9346 0742 0556 6556 65 五 计算临界档距 判断控制条件计算临界档距 判断控制条件 1 当气象条件变化时 应力随之变化 在应力达到最大时的气象条件即为控制条件 在 输电线路设计时 应考虑的四种气象条件分别为最低气温 最大风速 最厚覆冰 年均气 温 这四种气象条件的有关参数如表四所示 10sin 2 32 5 mMPa A W bd v scfc 1001 9 10 55 451 67 10625 0 63 472 110sin 2 33 2 32 5 mMPa A W bd v scfc 条件条件 项目项目 最大风速最大风速最厚覆冰最厚覆冰最低气温最低气温年均气温年均气温 许用应力许用应力103 85103 85103 8564 90 比载比载 温度温度10 5 1015 排序排序bdac 2 按等高悬点考虑 计算各临界档距按等高悬点考虑 计算各临界档距 由状态方程式 可得临界档距的计算公式为 3 2 0 2 0 00 cos cos24 i i j j ijij ij E ttE l 所以各临界档距如下 m E ttE l a a b b abab ab 16 309 103160 0 4436 0 69000 206900010 3 1924 cos cos24 622 6 3 2 0 2 0 00 虚数 622 6 3 2 0 2 0 00 103160 0 5057 0 69000 256900010 3 1985 10390 64 24 cos cos24 a a c c acac ac E ttE l m E ttE l a a d d adad a 23 108 103160 0 5455 069000 56900010 3 1924 cos cos24 622 6 3 2 0 2 0 00 d 虚数 622 6 3 2 0 2 0 00 104436 0 5057 069000 56900010 3 1985 10390 64 24 cos cos24 b b c c bcbc bc E ttE l 0 mMPa 1 0 m ct 0 3 1007 46 3 1065 56 3 1082 32 3 1082 32 3 104436 0 3 105455 0 3 103160 0 3 105057 0 ij i iji i j ijj j ttE lElE cos 24 cos 24 cos 2 0 3 22 0 2 0 3 22 0 虚数 622 6 3 2 0 2 0 00 bd 104436 05455 0 69000 15 6900010 3 1924 cos cos24 b b d d bdbd E ttE l m E ttE l c c d d cdcd 82 164 103160 0 5057 069000 206900010 3 1990 6485 103 24 cos cos24 622 6 3 2 0 2 0 00 cd 将结论列于下面表五 可能的控制条件a 最低气温 b 最大风速 c 年均气温 d 最厚覆冰 临界档距 m 由上表五可得出如下结论 当代表档距 l164 82m 时最厚覆冰是控 制条件 六 判定最大弧垂判定最大弧垂 此处最大弧垂是指架空线在无风气象条件下垂直平面内档距中央弧垂的最大值 出现 最大弧垂的气象条件是最高气温或覆冰无风 在此设计中采用临界温度法判定最大弧垂 1 临界温度法临界温度法 在某一温度下 架空线在自重比载作用下产生的弧垂与覆冰无风时的弧垂相等 则此温 度称为临界温度 设覆冰无风为第一状态 气温为 比载为 架空线水平应力为 b t 3 b 临界温度为为第二状态 温度为 比载 水平应力为 j t 1 j 则可根据状态方程式解得临界温度计算式为 E tt b bj 3 1 1 2 判定判定 1 当代表档距 l164 82m 时 最厚覆冰为控制条件 第一状态 最厚覆冰 温度 比载 水平应力Ct 5 1 mMP a1065 56 3 1 MPa85 103 1 第二状态 覆冰无风 温度 比载 水平应力Ct 5 2 mMP a1093 55 3 2 待求 2 由状态方程式 1 可求得覆冰无风条件下的应力 2 取代表档距 l 200m 将各数据代入上式得 96 35973863 69 2 2 3 2 采用试凑法可得MPa33 103 2 临界温度C E tt b bj 1 27 6900010 3 19 33 103 1093 55 1082 32 151 63 3 3 1 最高气温 所以最大弧垂发生在最高气温条 1 27 40 max CtCt j 而临界温度 max tt j 12 2 10 3 22 1 102 20 32 2 2 20 cos 24 cos 24 cos ttE lE lE 12 2 10 3 22 1 102 20 32 2 2 20 cos 24 cos 24 cos ttE lE lE 件下 综上所述 在整个档距范围内最大弧垂都发生在最高气温条件下 七 计算各气象条件下的应力和弧垂计算各气象条件下的应力和弧垂 1 各已知条件及参数如下表六所示各已知条件及参数如下表六所示 已知条件年均气温最厚覆冰 控制区间 参数 0 164 82 82 164 tmC 15 5 bmmm 010 vmsm 010 67 10 3 m mMPa m MPa 64 90103 85 2 待求条件的已知参数如下表七所示 待求条件 参数 最高 气温 最低 气温 年均 气温 事故 气象 外过 有风 外过 无风 内过 电压 安装 气象 覆冰 无风 覆冰 有风 强 度 覆冰 有风 风 偏 最大 风速 强 度 最大 风速 风 偏 tmC 40 1015 10151515 5 5 5 51010 bmmm 0000000010101000 vmsm 000010 67016 0110 67010 6710 6732 0132 01 10 3 m mMPa 32 8232 8232 8232 8233 1732 8233 8033 1755 9356 6556 6546 0742 05 3 利用状态方程式求得各条件下的应力与弧垂 列于下表八中 利用状态方程式求得各条件下的应力与弧垂 列于下表八中 由 架空输电线路设计 孟遂民版中表 5 8 规定 导线的应力曲线应当计算表七中的 十三中气象条件 而弧垂曲线只需计算最高气温 覆冰无风 外过无风三种气象条件 1 应力计算 在此取档距范围为 50 800m 间隔为 50m 以档距 400m 为例计算最高气温下的应力和弧垂 档距 l 400m 时 控制条件为最厚覆冰 则可以最厚覆冰为第一状态 最高气温为第二状 82 3265 56 态 第 状态 温度 比载 水平应力Ct 5 1 mMP a1065 56 3 1 MPa85 103 1 第 状态 温度 比载 水平应力Ct 40 2 mMP a1082 32 3 2 待求 2 由状态方程式 代入数据化简得104 49549096 92 2 2 3 2 可采用迭代法求解此方程 令 A 92 96 B 495490 104 则上式变换为 取 96 92 495490 104 22 2 A B 50 0 2 87 58 96 9250 495490 104 1 2 13 57 96 9287 58 495490 104 2 2 46 57 96 9213 57 495490 104 3 2 39 57 96 9246 57 495490 104 4 2 41 57 96 9239 57 495490 104 5 2 40 57 96 9241 57 495490 104 6 2 所以可取 MPa40 57 2 最高气温下相应的弧垂m l fv44 11 40 578 4001082 32 8 23 0 2 计算出各档距与各种气象条件下的应力 并计算出弧垂 列于下表 八 安装曲线计算安装曲线计算 1 架线施工时 常以观测弧垂方式确保线路符合设计要求 因此事先将各种施工气温 12 2 10 3 22 1 102 20 32 2 2 20 cos 24 cos 24 cos ttE lE lE 无冰无风 下的弧垂绘制成相应的曲线 以备施工时查用 安装曲线以档距为横坐标 弧垂为纵坐标一般从最高施工气温至最低施工气温每隔 5 度绘制一条曲线 为了使用方便 提高绘图精度 对不同的档距 可根据其应力绘制成百米档距弧垂 即 0 2 1 100 8 100 f 观测档距 的弧垂可由下式换算l 2 100 100 l ff 此设计中档距范围取 50 800m 间隔 50m 温度介于最高气温至最低气温之间 取 10 40 间隔 各弧垂计算结果如下表九所示 C C 5 2 架空线并不是完全弹性体 初次受张力作用后不仅产生弹性伸长 还会产生永久的 塑蠕伸长 在线路运行初期最为明显 故在线路工程上称为架空线的初伸长 架空线的初 伸长使档内线长增加 弧垂增大 使架空线对地或跨越物的安全距离减小而造成事故 所 以线路设计时必须考虑架空线初伸长的影响 此处采用恒定降温法补偿架空线的初伸长 设架空线单位长度塑性伸长量为 则架空线的应力状态方程式为 J 式中 tttEttEEttE JJJJJ cos coscoscos 说明增大架线应力相当于将架线时的气温降低t 各种导线消除架空线初伸长的降温值如下表 架空线类型铝钢截面比 m 7 71 7 91 铝钢截面比 m 5 05 6 16 铝钢截面比 m 4 29 4 38 钢绞线 降温值 t C 20 2515 201510 此处架空线型号为导线型号 LGJ 400 50 查附表得其铝截面积为 钢截面积 2 73 399mm 为 2 82 51mm 则铝钢截面比 m 所以应当降温 714 7 82 51 73 399 C 20 以档距为 400m 温度 40为例计算应力和百米弧垂C 第 状态 最厚覆冰 温度 比载 水平应力Ct 5 1 mMP a1065 56 3 1 coscos 24 cos 24 cos 2 0 3 2 2 0 2 32 2 JJ J J J EttE lE lE MPa85 103 1 第 状态 无冰无风 温度 比载 水平应力Ct 40 2 mMP a1082 32 3 2 待求 2 由状态方程式 代入数据得104 49549032 66 2 2 3 2 采用迭代法