35kV架空输电线路Ⅱ段初步设计方案.doc

35kV架空输电线路段初步设计方案1设计的原始资料1.1设计情况时代在进步，科技在发展，随着我们日益增长的需求，对电力能源的需求越来越大，高压输电线路作为电能输送的大家伙儿必然也要跟上发展的步伐进行大变革。所以此项目为新建35kV架空输电线路工程,地处*省，属于马变到黑变输电线路工程项目。为满足电网建设的需要，完善马变到黑变输电线路的网络结构，现在对马变到黑变35kV架空输电线路进行初步设计。1.2设计范围我的设计从已经建好的某变110千伏变电站35千伏构架，到拟建35千伏某变变电站电缆间隔，额定电压是35千伏的单回线路工程，我所设计的线路的长度为18.55km(架空)+0.05km（电缆）。设计的依据是实力考察与查阅各书本及规程规范。1.3设计气象条件此项目沿线属于丘陵山地地带，一般山地50%，高山大岭50，本线路沿线海拔高程为14502850米,本设计线路覆冰为10mm冰区根据实地勘察调查，和沿途村民反映*山上结冰比较严重。结合书本，经综合分析确定本工程设计气象条件导线设计覆冰取10mm，地线设计覆冰10mm来进行计算。最大风速取25m/s。表1.3本线路所经地区的自然条件气象条件气温()风速(m/s)覆冰(mm)覆冰-51010最高气温4000最低气温-1000年平均气温1500最大风速-5250外过有风15100外过无风1500续表内过电压15150安装情况0100事故情况-2000雷电日(日/年)40冰比重（kg/m3）0.9 1.4导地线型号及其物理特性我的设计的导线均采用OPPC-16B1-120/20型电线，地线采用JLB1A-50-23AC型铝包钢绞线。地线逐基直接接地。 表1.4导线和地线的机械 物理特性表导线OPPC-16B1-120/20参数表截面积A(mm2)导线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(1/C)计算拉断力(N)单位长度质量(Kg/km)抗拉强度MPa安全系数K许用应力Mpa年均应力上限MPa136.1415.407600018.910-645700494318.8992.833112.56670.35地线JLB1A-50-23AC参数表截面积A(mm2)地线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(1/C)计算拉断力(N)单位长度质量(Kg/km)抗拉强度MPa安全系数K许用应力Mpa年均应力上限MPa49.489.0013410012.910-653440313.341080.033.50308.58192.892 架空线力学计算2.1计算导线2.1.1导线的最大使用应力及平均应力上限计算导线的破坏应力。取导线的设计安全系数为k=2.833，则导线的最大使用应力为:。取平均应力上限安全系数k=4，则导线的平均应力上限为：。2.1.2 导线的比载计算（1）自重比载（2）冰重比载（3）垂直总比载（4）风压比载 假设风向垂直于线路方向即=90，sin=sin90=1，35kv线路=1.0.因线路外径d=15.40mm17mm，则风载体型系数=1.2，基本风压=v/1.6，所以（1） 外过电压，安装有风：v=10m/s，查表得=1.0，所以（2）内过电压： v=15m/s，=1.0，所以（3）最大风速：v=25m/s。计算强度时，=0.85，所以计算风偏时，=0.61，所以（4）覆冰风压比载：v=10m/s计算强度时，=1.0，所以计算风偏时，=1.0，所以（5）无冰综合比载 1） 外过电压安装有风，有 2） 内过电压，有 3） 最大风速 计算强度，有 计算风偏，有 （6） 覆冰综合比载 计算强度，有 计算风偏时，有 表2.1.1比载汇总表项目自重覆冰无风无冰综合无冰综合无冰综合用于强度无冰综合用于风偏覆冰综合用于强度覆冰综合用于风偏数据35.58587.31736.54440.20856.74447.66989.38789.387备注2.1.3计算临界档距（1）可能出现最大应力的控制气象条件有：最低气温、年平均气温、最大覆冰、最大风速，它们对应的比载与应力的比值计算如下。表2.2.1气象条件最低温度最大风速最厚覆冰年均气温（MPa/m）35.58544.19989.38735.585【】（MPa）112.566112.566112.56670.35/【】（1/m）0.3160.3930.7940.506气温t（）-10-5-5+15/【】由小到大编号a b d c气象参数最低气温最大风速覆冰有风年均气温气温-10-5+10+15风速0+25+100冰厚00+100（2）按照等高悬点考虑计算有效临界档距公式为 若按照两种控制条件下架空线许用用力相等，即 则 利用上式计算各临界档距 =18.910-6 E=76000（3）利用上式得到的有效临界档距判别表如下表2.2.2 有效临界档距判别气象条件abcd临界档距（m）判断有效临界档距，确定控制条件某栏有虚数或0，则该栏不起控制条件容易看出为有效临界档距，当l年均气温为控制条件，当实际档距l，最厚覆冰为控制条件。2.1.4判定条件应力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判定最大弧垂。（1）临界温度法 定义 设覆冰无风为第一状态 临界温度为第二状态 则根据状态方程式借的临界温度计算式 （2)判定 1） 当代表档距l106.62时平均气温为控制条件 第一状态：平均气温，温度t=+15，比载=35.585（MPa/m），水平应力=112.57MPa 第二状态：覆冰无风，温度=-5，比载=87.317（MPa/m）水平应力待求证。由状态方程式可求得覆冰无风下应力。取代表档距l=50m，带入数据得 =81.256MPa临界温度=24.4最高气温=40，而临界温度，所以最大弧垂发生在最高气温条件下。2）当代表档距l269.686时最厚覆冰为控制条件 第一状态为最厚覆冰，温度 第二状态覆冰无风，温度=-5，比载=67.98（MPa/m）水平应力待求 由状态方程组 可求得应力。带入各数据得=MPa。临界温度=33最高气温=40，而临界温度，所以最大弧垂发生在最高气温条件下。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。2.1.5绘制应力弧垂曲线各气象类型对应的比载及温度如表2.4.1所示。表2.4.1 气象类型与及其对应的比载温度表气象类型风速（m/s）温度（C）覆冰厚度（mm）比载（N/m-mm2）最高气温0+40035.585最低气温0-10035.585年平均气温0+15035.585事 故0-20035.585外过有风10+15036.544外过无风0+15035.585内过电压15+15040.208安 装100036.544覆冰无风0-51087.317覆冰有风（强度）10-51089.387覆冰有风（风偏）10-51089.387最大风速（强度）25-5056.744最大风速（风偏）25-5048.84（4）应力弧垂表 表2.4.2所示表2.4.2OPPC-16B1-120/20型导线应力弧垂计算表气象条件档距最高气温最低气温年均气温事故安装外过有风外过无风（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（m）5039.000.285105.1470.35119.3091.1470.4570.350.158106.62 46.401.09108.1370.35114.8788.7870.7470.350.719150 45.872.18286.79662.2298.4976.6562.9362.221.60920045.513.9171.36755.6979.5765.2556.6655.693.19525045.296.13861.4051.9466.3158.3153.0351.945.35230045.168.86555.8349.7858.8054.3850.9249.788.04235045.0812.0952.6148.4554.5652.0449.6248.4511.2540045.0215.8150.6247.5951.9950.5648.7747.5914.9545044.9820.0349.3147.0050.3349.5748.1947.0019.1650044.9524.7448.4046.5849.1948.8747.7946.5823.8755044.9229.9547.7546.2748.3848.3647.4746.2729.0860044.9135.6647.2646.0447.7747.9847.2446.0434.7865044.8941.8746.8845.8647.3147.6847.0645.8640.9870044.8848.5646.5945.7146.9547.4546.9145.7147.68气象条件档距覆冰无风内过电压覆冰有风（强度）覆冰有风（风偏）最大风（强度）最大风（风偏）（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa（MPa）5099.200.27570.87103.01103.0199.6298.891 106.62111.821.1172.28112.56112.56101.1998.33150111.402.20465.64112.57112.5793.7488.37200111.033.93260.29112.57112.5786.8178.91250110.766.15957.12112.57112.5782.1672.75300110.578.88455.22112.57112.5779.1968.98350110.4412.1154.03112.57112.5777.2566.61400110.3415.8353.25112.57112.5775.9465.06450110.2720.0452.70112.57112.5775.0364.00500110.2224.7652.31112.57112.5774.3663.24550110.1829.9752.02112.57112.5773.8662.67600110.1435.6851.80112.57112.5773.4862.25650110.1241.8851.63112.57112.5773.1961.92700110.1048.5851.49112.57112.5772.9561.66导线应力弧垂曲线图见附录一2.1.6导线的安装曲线数据绘制安装曲线时以档距为横坐标，弧垂和应力为纵坐标，运用程序（同应力弧垂曲线程序）从最高施工气温至最低施工气温没隔10绘制一条弧垂和应力曲线，程序计算数据如下表1-6：表2.5.1 导线的安装曲线数据表比载单位：N/m-mm2 温度单位：C 应力单位：N/mm2 弧垂单位：m表2.5.1 导线的安装曲线数据表档 距（m）温 度（C）-1001020304050105.1491.0877.1963.6150.6839.00 续表0.4230.4880.5760.6990.8781.141106.62108.1388.5076.1864.8154.7846.400.4110.5030.5840.6860.8110.95915086.8076.0566.5058.2951.4445.870.5120.5850.6690.7630.8650.97020071.3764.3058.3153.2849.0645.510.6230.6920.7630.8350.9070.97725061.4057.2053.5750.4247.6945.290.7240.7780.8300.8820.9330.98230055.8353.2050.8548.7646.8745.160.7970.8360.8750.9120.9490.98535052.6150.8449.2247.7246.3545.080.8450.8750.9040.9320.9600.98740050.6249.3548.1647.0546.0045.020.8790.9010.9240.9450.9670.98845049.3148.3547.4446.5845.7644.980.9020.9200.9380.9550.9720.98950048.4047.6546.9346.2445.5944.950.9190.9340.9480.9620.9760.99055047.7547.1546.5646.0045.4544.920.9320.9430.9550.9670.9790.99060047.2646.7646.2845.8145.3544.910.9410.9510.9610.9710.9810.99165046.8846.4646.0645.6645.2744.890.9490.9570.9660.9740.9830.99170046.5946.2345.8845.5445.2144.880.9550.9620.9700.9770.9840.991导线安装曲线图见附录二2.2计算地线2.2.1 地线的最大使用应力及平均应力上限计算地线的破坏应力。取地线的设计安全系数为k=3.500，则地线的最大使用应力为:。取平均应力上限安全系数k=17.86%，则地线的平均应力上限为：。2.2.2 地线的比载计算（1）自重比载（2）冰重比载（3）垂直总比载（4）风压比载 假设风向垂直于线路方向即=90，sin=sin90=1，35kv线路=1.0.因线路外径d=9.00mm17mm，则风载体型系数=1.2，基本风压=v/1.6，所以（1）外过电压，安装有风：v=10m/s，查表得=1.0，（2）内过电压： v=15m/s，=1.0，所以 （3）最大风速：v=25m/s。计算强度时，=0.85，所以计算风偏时，=0.61，所以（4）覆冰风压比载：v=10m/s计算强度时，=1.0，所以计算风偏时，=1.0，所以（5）无冰综合比载 1） 外过电压安装有风，有 2） 内过电压，有 3） 最大风速 计算强度，有 计算风偏，有 （6） 覆冰综合比载 计算强度，有 计算风偏时，有 表2.6.1 比载汇总表项目自重覆 冰 无 风无 冰 综 合无冰综合无冰综合用于强度无冰综合用于风偏覆冰综合用于强度覆冰综合用于风偏数据62.102168.57563.52769.01294.38179.834173.999173.999备注2.2.3计算临界档距（1）可能出现最大应力的控制气象条件有：最低气温、年平均气温、最大覆冰、最大风速，它们对应的比载与应力的比值计算如下。表2.7.1条件气象最低温度最大风速最厚覆冰年均气温（MPa/m）62.10294.381173.99962.102【】（MPa）308.58308.58308.58192.89/【】（1/m）0.2010.3060.5640.322气温t（）-10-5-5+15/【】由小到大编号abdc 气象参数最低气温最大风速覆冰有风年均气温气温-10-5+10+15风速0+25+100冰厚00+100（2）按照等高悬点考虑计算有效临界档距公式为 若按照两种控制条件下架空线许用用力相等，即 则 利用上式计算各临界档距 =12.910-6 E=53440（3）利用上式得到的有效临界档距判别表如下气象条件abcd临界档距（m） 判断有效临界档距，确定控制条件 某栏有虚数或0，则该栏不起控制条件 容易看出为有效临界档距，当l年均气温为控制条件，当实际档距l，最厚覆冰为控制条件。2.2.4判定条件应力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判定最大弧垂。（1）临界温度法 定义 设覆冰无风为第一状态 临界温度为第二状态 则根据状态方程式借的临界温度计算式 （2)判定 1） 当代表档距l260.2时平均气温为控制条件 第一状态：平均气温，温度t=+15，比载=62.102（MPa/m），水平应力=192.89MPa 第二状态：覆冰无风，温度=-5，比载=168.575（MPa/m）水平应力待求证。由状态方程式可求得覆冰无风下应力。取代表档距l=50m，带入数据得 =168.575MPa临界温度=24.4最高气温=40，而临界温度，所以最大弧垂发生在最高气温条件下。2）当代表档距l260.2时最厚覆冰为控制条件 第一状态为最厚覆冰，温度 第二状态覆冰无风，温度=-5，比载=168.575（MPa/m）水平应力待求 由状态方程组 可求得应力。带入各数据得=168.575MPa。临界温度=33最高气温=40，而临界温度，所以最大弧垂发生在最高气温条件下。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。2.2.5绘制应力弧垂曲线各气象类型对应的比载及温度如表2.9.1所示。表2.9.1 气象类型与及其对应的比载温度表气象类型风速（m/s）温度（C）覆冰厚度 （mm）比载（N/m-mm2） 最高气温0+40035.585最低气温0-10035.585年平均气温0+15035.585事 故0-20035.585外过有风10+15036.544外过无风0+15035.585内过电压15+150 40.208安 装100036.544覆冰无风0+101087.317覆冰有风（强度）10+101089.387覆冰有风（风偏）10+101089.387最大风速（强度）25 -5056.744最大风速（风偏）25-5048.84（4）应力弧垂表 表2.9.2所示表2.9.2 JLB1A-50-23AC型地线应力弧垂计算表气象条件档距最高气温最低气温年均气温事故安装外过有风外过无风（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（m）50150.570.129235.66192.89252.83218.57192.96192.890.101100 153.050.507234.27192.89251.06217.80193.14192.890.402150 156.431.117232.11192.89248.27216.62193.42192.890.905200160.101.939229.36192.89244.67215.16193.75192.891.61260.2164.413.197225.59192.89239.63213.21194.17192.892.725300153.334.556203.96176.41216.15193.98178.08176.413.96 续表350142.716.663180.57159.77190.02173.78161.83159.775.952400135.189.188162.90147.73169.83158.78150.03147.738.408450129.8412.11150.40139.26155.42148.17141.69139.2611.29500125.9915.4141.64133.25145.36140.67135.75133.2514.56550123.1519.07135.40128.90138.24135.28131.43128.9018.22600121.0023.1130.84125.67133.07131.29128.22125.6722.24650119.3527.48127.42123.20129.22128.28125.76123.2026.62700118.0432.22124.79121.29126.27125.95123.85121.2931.36气象条件档距覆冰无风内过电压覆冰有风（强度）覆冰有风（风偏）最大风 （强度）最大风 （风偏）（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa（MPa）50233.330.226193.22233.78233.78228.42227.76100247.600.851194.16248.98248.98231.02228.52150265.241.788195.52267.61267.61234.77229.65200283.402.974197.12286.66286.66239.14231.01260.2304.344.688199.12308.57308.57244.60232.77300303.666.245184.47308.58308.58231.95216.85350302.928.521169.64308.58308.58218.57200.00400302.3111.15158.73308.58308.58208.15187.10450301.8114.14150.90308.58308.58200.23177.56500301.4017.48145.24308.58308.58194.24170.54550301.0721.17141.07308.58308.58189.67165.32600300.8025.22137.94308.58308.58186.14161.37650300.5729.62135.53308.58308.58183.37158.31700300.3834.37133.64308.58308.58181.16155.91地线应力弧垂曲线图见附录三2.2.6 地线的安装曲线数据绘制安装曲线时以档距为横坐标，弧垂和应力为纵坐标，运用程序（同应力弧垂曲线程序）从最高施工气温至最低施工气温没隔10绘制一条弧垂和应力曲线，程序计算数据如下表1-6：表2.10.1 地线的安装曲线数据表比载单位：N/m-mm2 温度单位：C 应力单位：N/mm2 弧垂单位：m档距（m）温度 (C)403020100-1050150.6167.4184.4201.4218.5235.70.510.460.420.390.360.33100153.1168.7184.8201.1217.6234.30.510.460.420.390.360.33150156.4170.6185.3200.6216.2232.10.500.460.420.390.360.33200160.1172.7186.0199.9214.4229.40.480.450.420.390.360.34260.2164.4175.2186.8199.1212.1225.60.470.440.420.390.370.34300153.3162.0171.4181.6192.4204.00.510.480.450.430.400.38350142.7149.1156.1163.6171.8180.60.540.520.500.470.450.43400135.2139.9145.0150.5156.5162.90.570.550.530.520.500.48450129.8133.4137.2141.2145.7150.40.600.580.570.550.530.52500126.0128.8131.7134.8138.1141.60.620.600.590.580.570.56550123.2125.4127.7130.1132.7135.40.630.620.610.600.590.58600121.0122.8124.7126.7128.7130.80.640.630.620.610.600.59650119.4120.8122.4124.0125.7127.40.650.640.630.620.610.60表2.10.1 地线的安装曲线数据表地线安装曲线图见附录四3 架空线金具设计3.1绝缘子串计算3.1.1绝缘子串长度根据初步设计和现场实地调查，线路附近无大的污染源，结合四川电网污秽区分布图2011版，本工程均按C级污秽区设计。根据架空输电线路设计表1-9高压架空线路污秽分级标准（GB/T 16434-1996）绝缘子的爬电比距在220kV以下选择2.53.2cm/kV，本设计选择3.2cm/kV，则：式中：a为爬电比距，cm/kV； n为绝缘子片数； Un为标称电压，kV； h为单个绝缘子的爬电距离，cm，由下表4-2可知；设计所用绝缘子U70BP/146主要尺寸见表5.1.1表5.1.1 绝缘子串主要技术参数绝缘子 型号机械破坏负荷(kN)结构高度（mm）公称直径（mm）爬电距离（mm）工频湿耐受 电压(kV)重量(kg)U70BP/14670146255400425.7表5.1.2 瓷式绝缘子机电特性表型 号机械破坏负荷(kN)最小冲击耐受电压(kV)最小击穿电压(kV)工频电压有效值(不小于) (kV)1min湿耐受电压1min干耐受电压U70BP/146D701204280所以绝缘子片数为所以悬垂串每串3片，耐张串每串4片本设计中在爬电比距=2.75cm/kV的情况，绝缘子片数取为3片，所以绝缘子串长度为3.1.2绝缘子串联数组成绝缘子串的元件的机械强度应满足规程要求，绝缘子的机械强度安全系数，不应小于表3.1.3所列数值。表3.1.3绝缘子和金具机械强度的最低安全系数情 况盘式绝缘子瓷横担复合绝缘子金 具最大使用荷载断 线断 联2.71.81.53.02.03.01.81.52.51.51.5（1）在常年、断线、断联情况下，绝缘子的相应最大使用荷载计算式为：式中：为绝缘子的额定机电破坏负荷，kN； k为绝缘子在常年、断线、断联情况下的机械强度安全系数。根据绝缘子所受最大载荷确定其联数所需要绝缘子的联数，即：式中：N为绝缘子的联数； G为悬垂绝缘子承受的综合荷载。其中： 式中：Gn为导线综合荷载； Gv为绝缘子串的自重； 为导线无冰综合比载； A为导线截面积； L为直线档距的最大值，查书上数据表可知为450m。则： 所以根据表5.1.3可知瓷绝缘子最大使用荷载安全系数为3.0所以：再根据断导线条件确定：式中：TD为断线张力，查输电杆塔及基础设计可知。其为最大使用张力的50%； k绝缘子在断线情况下的最低安全系数，由表可知其值为2.0。综和上面所算的，单联便可以满足要求。（2）在耐张情况下，耐张绝缘子串联数的计算公式为：已知安全系数k=3.0，标称截面为134.14mm2时，导线允许拉断力为TN=45.7kN，所以即绝缘子串在耐张时需要用双联。本设计中耐张取双联，悬垂绝缘子为单联，可以满足要求。3.2 挂线金具编号名 称型 号每组数量单件重kg共计重kg总重kg1U型挂环U-7 10.500.5023.0052U型挂环U-7 10.500.503球头挂环QP-7 10.270.274玻璃绝缘子U70BP/146 35.7017.15碗头挂板W-7A 10.800.806耳轴挂板EB-07/10 11.701.707悬垂线夹XGU-3 12.002.008铝包带110 5m0.0270.135本设计对于直线塔，根据导线型号和机械强度，选择金具如下：耐张杆塔绝缘子及金具表如下编号名 称型 号每组数量单件重kg共计重kg总重kg1U型挂环UL-7 10.700.7035.3852U型挂环U-7 10.500.503球头挂环Q-7 10.300.304瓷质绝缘子U70BP/146D 47.128.45碗头挂板W-7B 11.011.016直角挂板Z-7 10.640.647调整板DB-7 11.701.708耐张线夹NLD-3 12.002.009铝包带110 5m0.0270.135导线单连（N1）耐张金具串组装图4 架空线的防振与防雷措施4.1导线与地线的防振措施架空线是否需要采取防振措施，可根据表4.1.1确定。当采取防振锤防振时，安装设计的内容是确定防振锤的型号、安装个数和安装位置。表4.1.1 导线与地线平均运行应力的上限和防振措施情况防振措施平均运行应力上限（抗拉轻度）钢芯铝绞线钢绞线档距不超过500m开阔区不需要1612档距不超过500m的非开阔区不需要1818档距不超过120m不需要1818续表不论档距大小不需要22不论档距大小防振锤或另加护线条2525表4.1.2 防振锤个数选择档距范围 防振锤数 m架空线直径mm123d12300300-600600-90012d22350350-700700