输电线路课程设计

课程设计(论文)题 目 名 称 制作LGJ-210/35应力弧垂曲线和安装曲线 课 程 名 称 架空输电线路课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系输电线路专业 指 导 教 师 刘家芳 2013年1月6日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业11输电线路学生姓名学号题目名称制作LGJ-300/50的应力弧垂曲线和安装曲线设计时间18、19周课程名称架空输电线路设计课程编号设计地点一、 课程设计（论文）目的结合所学的线路设计知识，要求学生掌握线路设计中各项参数的查表发放，并结合工程实际，掌握具体线路的导线应力弧垂曲线和安装曲线做法，从中对线路设计中所涉及到的导线的比载计算，架空线弧垂、线长和应力的计算，架空线的状态方程式，临界档距，最大弧垂的判定，导线应力弧垂曲线和安装曲线做法有深刻的了解。最终加强学生的线路设计认识及动手能力二、 已知技术参数和条件 气象条件：全国线路设计气象条件汇集 I 区 电压等级 110kV 导线型号 LGJ300/50 三、 任务和要求a) 学生应该完成课程设计说明书的内容，同时还包括导线应力弧垂曲线和安装曲线的绘制图b) 为简明起见，各计算结果应尽量采用表格形式表示c) 每一计算过程应列出所用公式，并带入一组实际数据示范d) 各系数的取值应说明出处和理由注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、孟遂民，李光辉编著，架空输电线路设计，中国三峡出版社，2000.102、邵天晓，架空送电线路的电线力学计算，水利电力出版社，19873、周振山，高压架空送电线路机械计算，水利电力出版社，19874、东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册，水利电力出版社，1991五、进度安排六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 11输电线路 题目名称 制作LGJ300/50 的应力弧垂曲线和安装曲线 课程名称 架空输电线路课程设计 一、学生自我总结 在接到课题之后，我们查找了很多的资料，请教了同学朋友以及老师。整个课程设计下来，我感觉学会了很多，知道了实践和理论之间的差距，学会了团队协作。懂得了只有在学习中多加实践，才能把知识融会贯通。因此在今后的学习中我会坚持理论与实践并重。这次课程设计会是我的一次宝贵的实践经验。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要本课程设计是绘制导线的应力弧垂曲线和安装曲线。通过查有关规程得到了我们所要求的气象区的气象条件以及导线的相关参数，再通过书上的公式我们求出导线的各类比载，用列表法求得临界档距，并判断有效临界档距和控制气象条件，以控制条件为已知状态，利用状态方程式计算不同档距、各种气象条件下架空线的应力和弧垂值，按一定的比例绘制出应力弧垂曲线和安装曲线。本课程设计的重点和难点内容是关于状态方程式的求解，要利用有关计算机方面的知识，但这并不能阻止我们完成这个设计，在和同学的共同努力下我们成功的完成这个课题。在这个课题的设计过程中我们遇到了许多问题，但是也能够在通力合作下解决它们，使我对知识的理解加深了。关键字：架空输电线 弧垂 应力 曲线图目 录摘要I1设计思路11.1应力弧垂曲线图概念11.2架空线应力弧垂曲线计算项目11.3安装曲线构造22设计气象条件32.1气象区32.2导线型号32.3架空线比载43计算临界档距，判定控制条件83.1气象条件的变化83.2临界档距与控制气象条件84应力弧垂曲线114.1已知条件114.2状态方程125安装曲线165.1百米档距165.2绘制安装曲线16总结20参考文献211 设计思路1.1 应力弧垂曲线图概念 应力弧垂曲线图是指各种气象条件下架空线的应力和有关弧垂随档距的变化用曲线表示出来，如下图1.1所示。因此重要是确定各种档距下的应力与弧垂，这样可画出其他的曲线图。根据应力弧垂曲线的特性，得出其制作流程如下所示： 确定工程所采用的气象条件； 依据选用的架空线规格，从书中附录A表查找有关参数和机械物理性能，计算架空线的各种气象条件下的许用应力； 计算各种气象条件下的比载； 计算临界档距，并判定有效临界档距和控制气象条件； 判定最大弧垂出现的气象条件； 计算不同档距、各种气象条件下架空线的应力和弧垂值； 按一定比例绘制出应力弧垂曲线。图1.1 应力弧垂曲线流程图1.2 架空线应力弧垂曲线计算项目 与导线相比，地线不输送电力，故不存在内过电压的其形象情况。地线的应力按应力弧垂曲线的制作顺序确定。另外，地线的应力弧垂曲线也可以档距中央与导线之间的距离D0.012+1（m）的防雷要求为控制条件，同时也应该校验地线的最大需用应力是否在允许知范围内。根据设计的需要，导线、地线的应力弧垂一般按表1.1所列的选项进行计算。表1.1 架空线应力弧垂曲线计算项目计算项目气象条件最高气温最低气温最大风（强度）最大风（风偏）覆冰无风最厚冰（强度）最厚冰（风偏）内过电压外过无风外过有风安装情况事故气象年均气温应力曲线导线地线弧垂曲线导线地线表格中符号“”表示该项需要计算，符号“”表示该项不需要计算 1.3 安装曲线图构造安装曲线图是指可能施工温度下架空线的无冰、无风气象下弧垂随档距变化的曲线。在架线施工时，常以观测弧垂方式确保线路符合设计要求，根据它的定义，在设计安装曲线时，主要是将各种气象条件下的弧垂绘制成曲线，如图1.2所示。图1.2 安装曲线框图（图中所指弧垂为百米弧垂）2 设计气象条件2.1 气象区本设计是在气象区为的条件下进行的架空输电线路设计，从书上查表得到计算所要用到的气象区数据列出下表2.1：表2.1 计算气象条件项目气象最高气温最低气温最大风最厚覆冰内过电压外过无风外过有风安装有风事故气象年均气温气温()+40-20-5-5+15+10+15-10-10+10风速(m/s)002510150101000冰厚(mm)000100000002.2 导线型号导线型号为LGJ300/50 ，查教材书附表A得到其有关参数，列于下表2.2中：表2.2 导线计算参数标称截面截面积外径计算拉断力N单位长度质量300/50348.3624.261210 导线型号为LGJ300/50，它的铝占的根数为26，钢占的根数为7，从书上查表可得到他的最终弹性系数为E=76000（N/），线膨胀系数=（1/），而且计算拉断力的95%为绞线的综合拉断力，所以可以得到架空线的抗拉强度为则可以得到抗拉强度为MPa 架空线的许用应力是指架空线弧垂最低点所允许使用的最大应力，工程上称为最大使用应力。本设计中，架空线的设计安全系数k设为2.5，计算许用应力的方程式为：之所以需要安全系数，是由于悬挂点的应力有可能大于弧垂最低点的应力，还有振动时产生的附加应力而且断股后架空线强度降低，因腐蚀、挤压损伤造成强度降低以及设计、施工中的误差等等因素，因此为安全起见，须设安全系数。则可以得到许用应力：=159.67MPa根据公式可以得到年均应力上限：MPa计算与查表所得到的结果列在表2.3中，供其他计算所用。表2.3 导线计算参数弹性系数E（MPa）温膨系数（1/）强度极限（MPa）安全系数k许用应力（MPa）年均力上限（MPa）76000399.1632.5159.6799.792.3 架空线比载 作用在架空输电线上的机械荷载有自重、冰重和风荷载。这些荷载实际上在架空线上的分布是不均匀的，但为设计计算方便，一般按均匀分布计算。架空线的比载是指单位长度架空线的荷载折算到单位面积上的数值，单位为MPa/m，根据架空线上作用荷载的不同，相应比载有自重比载、冰重比载、风压比载等，根据作用方向的不同，比载分为垂直总比载、水平比载和综合比载。（1）自重比载是指架空线自身质量引起的比载，用表示，其大小可认为不受气象条件变化的影响，计算公式为：（MPa/m）由表可得到q=1210kg/km，所以（MPa/m）（2）冰重比载用表示，他表示的是架空线的覆冰重量引起的比载，覆冰厚度用b表示，架空线外径用d表示，且已知b=10，d=24.26，A=348.36，冰重密度=kg/，所以由公式可以得到冰重比载：=（MPa/m）（3）垂直总比载用表示，他是自重比载和冰重比载之和，所以：=（MPa/m） （4）无冰风压比载用表示，考虑到整个档距上的风速通常不一致，架空线的迎风面积形状（体型）对空气流动的影响，以及风向与线路走向间常存在一定的角度，则无冰风压比载的计算式为：（MPa/m）在本设计的导线型号和气象条件下，外径d=24.2617，则风载体型系数；低于500kV的，架空线风荷载调整系数统一取1.0；这里的统一取；基本风压=；导线截面积A=348.36。 在外过电压、安装有风的情况下，=， =4.79（MPa/m） 在内过电压的情况下，=15m/s，=8.08（MPa/m） 在最大风速情况下，=，计算强度时，=25.44（MPa/m） 计算风偏时，则=18.25（MPa/m） （5）覆冰风压比载用表示，他表示架空线覆冰时，其直径由d变为2b+d，迎风面积增大。规程规定，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律取，取，则覆冰风压比载计算式为：覆冰风压比载，=，计算强度时，则=9.53（MPa/m）计算风偏时，则=7.15（MPa/m） （6）无冰综合比载用表示，是指架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和，他分为四种类型 外过电压、安装有风，则 （MPa/m） 内过电压，有（MPa/m） 最大风速，计算强度时，有（MPa/m） 计算风偏时，有（MPa/m） （7）覆冰综合比载用表示，是指架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和，则计算公式为综合比载：计算强度时，有（MPa/m）计算风偏时，有（MPa/m）由所算得的数据填入表2.4中，得到以下数据表2.4 比载汇总表比比载类型自重比载冰重比载垂直总比载无冰风压比载覆冰风压比载无冰综合比载覆冰综合比载强度风偏安装风速强度风偏安装有风数据34.0327.2761.325.4418.254.799.5343.4938.6134.3762.04备注f=0.85f=0.61V=10m/s，sc=1.23 计算临界档距，判定控制条件3.1 气象条件的变化 架空线的应力随气象条件的变化而变化，那么必存在一种气象条件，在该气象条件下架空线的应力最大，则这一气象条件称为控制气象条件。在输电线路设计当中，必须保持控制气象条件下架空线的应力不超过许用应力，从而保证了其他气象条件下架空线的应力均小于许用应力（1） 当档距很小时，架空线的应力变化仅取决于温度而与比载无关；（2） 在档距很大时，架空线的应力变化仅取决于比载而与温度无关。3.2 临界档距与控制气象条件3.2.1临界档距 在仅考虑两个气象条件如最低气温和最大比载两种气象条件下，档距由零逐渐增大至无限大的过程中，必然存在这样一个档距：气温的作用和比载的作用同等重要，最低气温和最大比载时架空线的应力相等即两个气象条件同时成为控制气象条件。那么临界档距是指两个及两个以上的气象条件同时成为控制气象条件时的档距。然而，在输电线路设计中，相当一部分气象区的最大风速和最厚覆冰的气温并不相同，不能只从比载的大小来确定二者之中哪个成为控制气象条件。并且，架空线还应该具有足够的耐振能力，这决定于年均应力的大小，该应力是通过年均气温计算的，那么年均应力的大小不能大于年均应力规程的上限。因此，最低气温、最大风速、最厚覆冰和年均气温四种气象条件，在输电线路设计中是必须考虑的。3.2.2有效临界档距与控制气象条件由3.2.1的内容可以知道，可能成为控制气象条件的是最低气温、最大风速、最厚覆冰和年均气温四种气象条件，那么存在个临界档距，但真正起作用的临界档距最多不超过三个。因此，在设计中，首先应该判定出有效临界档距，这样可以避免很多不必要的计算，而且可以更快的通过计算得到实际档距的控制气象条件。从前面设计计算可以知道：最低气温、最大风速、最厚覆冰的许用应力都是159.67MPa，年均气温的许用应力相对较小，为MPa，则可以得到一个判定控制气象条件表3.1：表3.1 已知条件及参数 项目 条件最大风速最厚覆冰最低气温年均气温（MPa）159.67159.67159.6799.79（MPa/m）（1/m）-5由小到大ab （1）若许用应力相等，则 （2）若许用应力不相等，则所以根据这两个公式，计算可以得到=虚数=808.92m=0=277.79m=253.97m=578.46m3.2.3 判定控制气象条件 判断有限临界档距，确定控制气象条件。列出一个档距判别表3.2，将所算得的有效临界档距填入表中：表3.2 有效临界档距判别表可能的控制条件a（最大风速）b（最低气温）c（年均气温）d（最厚覆冰）临界档距=虚数=808.92=0=277.79=253.97=578.46 由于在a栏目中存在临界档距为虚数和零，则a栏不起作用。所以由表可以知道：=253.97=578.46为有效临界档距，当实际档距，最低气温为控制条件；当实际档距为时，年均气温为控制气象条件：当时，最厚覆冰为控制条件。4 应力弧垂曲线4.1 已知条件 （1）由表3.2可以知道，以各档距范围的控制条件为已知条件，得到的数据填入表4.1的参数表中：表4.1 已知参数及条件已知条件最低气温年均气温最厚覆冰 参数 控制区间0253.97253.97578.46578.46-20+10-5001001010159.6799.79159.67（2）以各气象条件为待求条件，已知的参数如下表4.2所示：表4.2 待求条件及已知参数 参数 待求条件v最高气温+400034.03最低气温-200034.03年均气温+100034.03事故-100034.03外过有风+1001025.44外过无风+100034.03内过电压+1501537.98安装-1001034.37覆冰无风-510027.27覆冰有风（强度用）-5101062.04覆冰有风（风偏用）-5101049.33最大风（强度用）-502543.49最大风（风偏用）-502538.61（3）利用状态方程，去求各待定条件下的应力和弧垂4.2 状态方程状态方程是指架空线从一种气象条件（第状态）改变到另一种气象条件（第状态）下的各参数之间关系的方程。因为当气象条件变化时，参数线长、弧垂、档距、高差会发生变化。在设计架空输电线路时，为了安全起见，必须保持架空线对地的安全距离，状态方程是计算某个气象条件到另一个气象条件的参数，即已知某个气象条件的参数，去计算另一个条件的参数。状态方程的计算方程为：令 则可以得到的计算方程： ，计算的的三次方程可把解出来。弧垂的计算公式为： 表4.3 LGJ300/50型导线应力弧垂计算表气象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）5039.760.27106.5971.66106.5999.5571.7071.660.1510045.960.92103.8371.66103.8397.2371.8271.660.5915051.181.8799.7971.6699.7993.9271.9571.661.3320053.682.5189.5371.6690.2689.6871.0171.111.8925054.584.1182.8666.0782.8679.5266.6166.933.97253.9754.996.9675.5263.5275.7273.3964.1364.425.9435055.279.4270.4761.7970.4769.1962.4462.708.3040055.4712.2667.0760.5867.0766.3461.2661.4911.0645055.6215.4764.7259.7264.7264.3560.4260.6314.1950055.7319.0663.0559.0963.0562.6359.8059.9917.7155055.8223.0361.8358.6161.8361.8959.3359.5221.60578.4655.8927.3860.9158.2560.9161.0958.9759.1525.8765055.9432.1060.2057.9660.2060.4858.6958.8630.51表4.3 LGJ300/50型导线应力弧垂计算表气象覆冰无风操作过电压覆冰有风（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）50102.140.1071.89102.24100.4780.2279.81100106.300.4072.45106.63100.6783.4282.12150111.180.8673.12111.74100.9787.0284.80200114.651.7372.65114.65102.0788.1285.42250114.652.3268.72114.6595.9287.4483.76253.97114.653.3466.35114.6592.8186.6782.35350114.654.5464.98114.6590.5286.1181.63400114.655.9363.91114.6588.8585.6980.97450114.657.5063.14114.6587.6185.3780.50500114.659.2762.57114.6586.6985.1380.15550114.6511.2162.14114.6585.7484.9579.87578.46114.6513.3461.81114.6585.4284.8079.66650114.6515.6661.54114.6584.9884.6979.47根据表4.3的计算结果可以知道，最大弧垂发生在最高气温条件。 根据“表4.3 LGJ300/50型导线应力弧垂计算表”画得导线应力弧垂曲线图，如下图4.4所示：图4.4 导线应力弧垂曲线5 安装曲线5.1 百米档距弧垂为了使用方便，且提高绘图精度，对于不同档距，可根据他的应力绘制成百米档距弧垂，换句话说，百米档距弧垂是为了方便而提出来的，百米档距弧垂的计算式为：5.2 绘制安装曲线5.2.1 安装曲线绘制 曲线绘制方法及顺序 （1）已知条件参数依照表5.1，依照此表计算其他参数；（2）应用状态方程式计算各施工气象条件（无风、无冰、不同气温）下的安装应力，通过计算可得到各种气象条件下的应力和百米档距弧垂，如表5.1所示：表5.1 各种施工温度下的应力和百米档距弧垂 档距（m）温度（）403020100-1050（MPa）39.7651.7564.8778.5492.49106.59（m）1.070.820.660.540.460.40100（MPa）45.9655.0665.8077.7690.54103.83（m）0.920.770.650.550.470.41150（MPa）51.1858.3166.8676.7787.8399.79（m）0.830.730.640.550.480.43177.91（MPa）53.6859.0466.5174.7884.0796.72（m）0.790.720.640.570.510.44250（MPa）54.5858.6563.4068.9675.4282.86（m）0.780.730.670.620.560.51300（MPa）54.9958.0761.5865.6070.2275.52（m）0.770.730.690.650.610.56350（MPa）55.2757.6660.3363.3266.6870.47（m）0.770.740.700.670.640.60400（MPa）55.4757.3859.4661.7564.2767.07（m）0.770.740.720.690.660.63450（MPa）55.6257.1758.8460.6462.5964.72（m）0.760.740.720.700.680.66500（MPa）55.7357.0158.3759.8361.3863.05（m）0.760.750.730.710.690.67550（MPa）55.8256.8958.0259.2260.4961.83（m）0.760.750.730.720.700.69600（MPa）55.8956.8057.7658.7659.8160.91（m）0.760.7480.740.720.710.698650（MPa）55.9456.7357.5458.3959.2860.20（m）0.760.750.740.730.7170.71（3）按照所得到的表，根据弧垂数据，绘制40-10一共六条曲线图，如图5.2所示：图中“系列1”线表示40时的“百米档距弧垂档距”曲线，“系列2”线表示30时的“百米档距弧垂档距”曲线，“系列3”线表示20时的“百米档距弧垂档距”曲线，“系列4”线表示10时的“百米档距弧垂档距”曲线，“系列5”线表示0时的“百米档距弧垂档距”曲线，“系列6”线表示-30时的“百米档距弧垂档距”曲线图5.2 安装曲线5.2.2 观测档距弧垂绘制 根据百米档距弧垂转换公式可以得到观测档距弧垂表5.3。观测档距的弧垂可由公式进行计算，其计算公式为：表5.3 观测档距弧垂表档距（m）温度（）403020100-1050f（m）0.270.210.170.140.120.1100f（m）0.920.770.650.550.470.4150f（m）1.871.641.441.241.080.97177.91f（m）