输电线路设计计算与校验事项

1、线路设计计算与校验事项一杆位排定杆位前应做设计事项1、导地线比载计算1）自重比载 g1 = 1.025（gsg +lsl ）/s×10-2 = q1/s×10-2 N/m*mm2 式中：材料容重mg/ mm3 sg 钢线截面积 mm2sl 铝线截面积 mm2s 综合截面积 mm2 q1 每千米导线重量 kg功能：计算导地线单位面积、单位长度的自身重量。2）冰重比载 g2 = q2 /s = b(b+d 0 ×10-2 N/m*mm2式中：b 覆冰厚度 mmD 架空线直径mm0 冰的容重 mg/ mm3复冰时垂直总比载 g3 = g1 + g2功能：计算导地线单位面

2、积、单位长度的复冰重量。3）导线风压 p=F cdlZ v2/16sin2 N式中：p垂直线路方向的风荷载 kgF 风速不均匀系数V20=1.0；20V30=0.85；30V35=0.75c风荷载体形系数 d17为1.1；17为1.2；复冰1.2d架空线外径mmlZ 水平档距mV设计风速m/风向与线路方向夹角功能：计算杆塔在一定的水平档距，相应风速作用下，导地线对杆塔挂点产生的水平作用力。理论风压p0= 1/2mv2 =1/2 ×/9.8 ×v2 = v2 /16 N 式中：p0 理论风压空气容重v风速 m/秒m空气质量=/9.8(空气的重力加速度无冰时风压比载 g4 =F

3、 cdlZ v2/16/s×10-2 N/m*mm2复冰时风压比载 g5 =F c(d+2blZ v2/16/s×10-2 N/m*mm2 无复冰时综合比载g6 =g12 + g4 2 N/m*mm2有复冰时综合比载g7 =g32 + g5 2 N/m*mm2 2、解析状态方程式-(l2 g2 /24/2 =m- -(l2 gm2 /24/m2 (/ ×(t-tm式中：变化的架空线应力， N/mm2m 控制的架空线应力（最大使用应力） N/mm2 g 变化的架空线比载 N/m*mm2g 控制的架空线比载 N/m*mm2温度线膨胀系数 1/弹性伸长系数 N/mm2E

4、 弹性模量，功能：悬挂于两固定点的导地线，当气象条件变化时，导地线应力及弧垂也相应发生变化；当已知某一组合气象条件下的导地线应力、比载、气温，即可求出任一组合气象条件下的比载和应力变化值。3、弧垂计算公式f=l2 g /（8） 式中：f计算弧垂 mL计算档距 mg计算条件下的比载 kg/m*mm2计算条件下的导线应力 kg/mm24、大跨越弧垂计算公式 f=l2 g /（8） +l4 g3 /（ 3843）5、档距中任意一点的弧垂 f=（glx1/2）×（l-lx1）=（glx1/2）×lx2=（g /2）×lx1 ×lx2式中：l计算档档距， lx1

5、lx2任一弧垂点至相邻两侧杆塔的距离 4、架空线最大使用应力的确定 =p /K式中：p架空线的瞬时破坏应力 kg/mm2架空线的最大使用应力 kg/mm2K架空线的安全系数 (导线的安全系数不小于2.5，避雷线的安全系数不应小于导线的安全系数。 5、应力弧垂（机械特性）曲线的制作应力弧垂曲线的作用：为杆塔设计，杆塔杆位排定，施工计算及运行维护提供技术数据，即架空线在各种气象条件下产生的内在应力和相应发生的弧垂。制作曲线的目的是为了使用查找方便，计算方法就是利用解析状态方程式： -(l2 g2 /24/2 =m- -(l2 gm2 /24/m2 (/ ×(t-tm 将上式两侧分别除以2

6、，且令A = l2 g2 /24/2 B = l2 gm2 /24/m2 (/ ×(t-tm则状态方程式可以简化为：3 - B2 = A 6、临界档距判定典型气象区可分为两大类,最大风速时的气温与与复冰时的气温相同，分为第一类气象区，反之为第二类气象区。全国大部分地区属于第一类气象区。当使用档距很大时：状态方程式两侧分别除以l2 ，则得：/ l2 -(g2 /24/2 =m- / l2 -(gm2 /24/m2 (/ ×(t-tm/ l2当l2 趋近于无穷大时，上式变为：g2 /24/2 = gm2 /24/m2 g/ = gm /m上式说明：档距越大，架空线的应力变化与比

7、载的关系愈大，而与温度无关，因此可以判定，架空线的最大应力将出现在最大比载时。当使用档距很小并趋近于零时，状态方程式变为：- =m-(/ ×(t-tm = m -E ×(t-tm上式说明：档距很小时，架空线应力的变化只与温度有关，而与架空线上的荷载无关。从以上推断可知，当档距由零增大至某一档距，架空线的应力主要受环境温度的影响，当档距超过某一档距，架空线的应力受环境温度的影响越来越小，当趋近于无穷大时，架空线的应力仅与比载有关，而与温度无关。因此，在档距的变化过程中，必然有一个档距（点），比载和气温的作用相等，即架空线的作用应力相等，这一档距，就称作临界档距。根据上述推理，

8、可以导出临界档距的计算公式：架空线的状态方程式中，档距相等l = lm，使用应力相等p = m =，导出临界情况的状态方程式：-(ll2 g12 /24/2 = -(ll2 gm2 /24/2 (/ ×(t-tm将上式简化整理得：ll = 24(tm - t/( gm2 - g12 由上式可以判断出最大应力出现的条件：当l ll ，最大应力出现在最低气温；当 ll ll ，最大应力出现在最大荷载。7、最大弧垂的判定 ×临界温度法临界比载法一般常用临界温度法，在第气象分区，最大弧垂出现在最高温度，根据弧垂计算公式，应力越小，弧垂越大，而最高温度时架空线产生的应力较其它气象条件

9、下产生的应力小得多。8、档内线长的计算L = l+h2 /(2l +g2l3/（2402）式中：L档内线长 mH相邻杆塔悬挂点高差 mg计算条件下的比载（自重比载） N/m*mm20计算条件下的导线最低点弧垂的应力 N/mm2 9、耐张段线长计算10、绝缘子串确定正常情况悬垂绝缘子串数 N = KG÷P式中：K=对应的安全系数 G垂直荷载 P额定机械破坏负荷事故断线情况悬垂绝缘子串数 N = K1KT/P式中：K对应的安全系数 K1 断线冲击系数 T断线张力 P额定机械破坏负荷事故检修情况悬垂绝缘子串数 N = K2KG /P式中：K对应的安全系数 K2 导线安装起吊时的冲击系数 G

10、导线安装时导线荷重+安装工器具荷重+安装人员荷重， P额定机械破坏负荷耐张绝缘子串数 N = K×S÷P式中：K对应的安全系数 导线的最大使用应力 S导线截面积 P1小时机电试验负荷绝缘子串中绝缘子片数由选定的污秽区计算确定 NC Ue/hx式中：对应的泄露比距（爬电距离）cm/Kv Ue额定线电压 hx绝缘子泄露距离棒形合成绝缘子及棒形瓷质绝缘子尚无成熟的运行经验，其使用机械强度安全系数可参考瓷质盘式绝缘子的规程规范值。11、悬垂绝缘子串中金具的确定正常情况：选用最大垂直荷载进行校验，同绝缘子串的确定原则相同。事故情况：选用最大检修荷载进行校验，同绝缘子串的确定原则相同。

11、12、耐张绝缘子串中金具的确定正常情况：选用最大垂直荷载进行校验，同绝缘子串的确定原则。但耐张线夹必须液压压接，并经专业检测部门进行成品检验合格后方可使用，（产成品与工艺同时检验）。二杆位排定杆位应做设计事项1、模板曲线的制作由 f=l2 g /（8） 可以转换为 f=（ g /2）× （ l/2 2令纵坐标y = f，横坐标x = l/2 常数K = g/2，上式可写成y = kx2式中：g 最大弧垂时的架空线比载， 最大弧垂时导线应力L 档距根据y = kx2 ，按平断面图的比例绘制工程模板。模板曲线一般按最大弧垂(最高温度或复冰，年平均温度，最低温度绘制。杆位排定后，最大弧垂模

12、板校核交叉跨越距离；年平均温度和最低温度校核导地线上拔。2、绝缘配合设计，杆塔上的绝缘配合应满足的基本要求1 在正常运行电压（工频电压）、内过电压（操作过电压）及外过电压（雷电过电压）条件下，确定的绝缘子串和导线，对杆塔接地部分不能发生放电，即对杆塔接地部分具有足够的空气间隙距离。2 档距中央导线及避雷线的接近距离不会发生放电，即应满足+15，无风条件下S=0.012l+1米的要求，大跨越还应验算S=0.1I（I=75KA）, S=0.1Ue(Ue=额定电压的要求,计算结果三者取其最小者。3）档距中央不同相导线间不能发生放电，即不同相间导线的空气间隙距离满足正常运行条件下的要求。4 档距中央导

13、线对地，对被跨越物，及移动设施不会发生放电，即导线对地，对被跨越物，及移动设施的空气间隙距离满足规程规定的要求。3、杆塔头部绝缘配合设计，绝缘子串选择1）在正常运行条件下，绝缘子串应有足够的机电破坏强度，并有足够的安全系数。2）在正常运行条件下，绝缘子串应有足够的电气绝缘强度，并同时满足操作过电压，雷电过电压下的电气绝缘强度。3）耐张绝缘子串的荷载较直线绝缘子串大的很多，并接近水平悬挂，按规程要求，耐张绝缘子串的绝缘子片数，应较直线串适当增加片数。4）耐张绝缘子串机电强度不低于直线绝缘子串。4、绝缘配合设计：悬垂绝缘子串的摇摆角及塔头空气间隙的选择1）悬垂绝缘子串的摇摆角=tg-1(pj/2+

14、Pdls/(GJ/2+Wlc式中： 悬垂绝缘子串风偏角， Pd相应气象条件下的风荷载，ls水平档距，GJ悬垂绝缘子串重力，W导线自重力，lc垂直档距pj悬垂绝缘子串风压=9.81CV2/16，一般每片取2kg。2）塔头空气间隙绝缘子串的摇摆角计算完毕，即可以绘出各种气象条件下的间隙园图，绘制间隙园图时，还应考虑带电作业距离（1.0m +0.3-0.5m），带电作业的验算条件为+15，15m/s。3）导线的线间最小距离确定当导线水平排列时，规程规定的经验公式 D=0.4LK +U/110+0.65fc,计算结果必须满足规程要求。 当导线垂直排列时，按规程规定选取(110kV为3.5米。对于大跨越

15、，还应验算导地线不均匀复冰引起的舞动，验算经验数值为水平排列时的计算结果的75%。但大跨越线路设计宜采用水平排列方式。当导线三角排列时，其等效水平线间距离DX= DP2+(4DC/3式中：D 导线水平线间距离，LK悬垂绝缘子串长度，U送电线路标称电压（额定线电压），fc导线最大弧垂。DX等效水平线间距离，DP导线间水平投影距离，DC导线间垂直投影距离当垂直排列时导地线水平偏移，按规程规定，导地线垂直排列时必须考虑水平偏移，其含义为，相邻两线的垂直投影不应重合，并应有一定的数值，其要求根据是在线路正常运行时（工频）大于0.25m。110kV数值为0.5m。5、大跨越定义线路跨越通航河流、湖泊或海

16、峡，档距超过1000米，杆塔高度超过100米，跨越人类居住或活动的房屋、场所等，高速公路，电气化铁路，跨越110kV以上线路，需要对杆塔和导地线进行特殊处理的跨越等。三杆位排定杆位后应做设计事项1、杆塔上发生的荷载杆塔上的荷载按其性质可分为永久荷载，可变荷载和特殊荷载。永久荷载：包括自重力，架空线，绝缘子，金具所产生的重力。可变荷载：作用在杆塔设备上的风荷载，复冰荷载，施工及检修产生的临时荷载。特殊荷载：由杆塔设备突发事故引起的荷载，比如架空线断线；地震引起的地震荷载；架空线不均匀复冰引起的杆塔两侧不平衡张力。上述荷载按受力方向可分为横向荷载，纵向荷载，垂直荷载。上述荷载根据不同的环境条件和使

17、用条件发生，而不是同时发生。2、水平档距及功能1）水平档距主要是架空线的风荷载，架空线的计算长度近似的认为是杆塔两侧的档距的平均值，即：Ls =（l1 + l2 ）/2 当高差较大时，一般高差角大于30度时，应考虑高差引起的增量，其水平档距如下：Ls =（l1 /cos+l2 /cos ）/2 一般情况下，分别为杆塔两侧档距的1/2的算术和，工程计算时，同一种杆塔取发生的最大值进行验算。2）功能：荷载的作用方向为水平；计算导线和绝缘子串的风荷载，计算出在各类风荷载作用下导线和绝缘子串发生的最大风偏值（或角度），验算导线对接地部分的距离，验算导线对相邻杆塔的接近距离，验算导线对建筑物、山坡、峭壁

18、等的最小接近距离；计算地线的风荷载；计算杆塔各悬挂点所承受的横向荷载，与轴向和竖向作用力组合，确定杆塔各构件的受力强度，确定杆塔各构件的型式和规格；计算基础顶面所承受的最大水平作用力，与轴向和竖向作用力组合，确定基础设计类型。3、垂直档距及功能1垂直档距主要是架空线的自重荷载及冰重荷载，架空线的计算长度近似的认为，是杆塔两侧档距弧垂最低点间的算术和，即：Lc =（l10c + l20c ） 当高差较大时，一般高差角大于30度时，应考虑架空线轴线张力引起的向下的垂直分量，其垂直档距如下：Lc =（l10c +10 /g ×1 ）+ (l20c +10 /g ×2 式中：1 =

19、tg-1(h10c/ l10c 2 =tg-1(h20c/ l20c一般情况下，可用模板直接量取，工程计算时，同一种杆塔取发生的最大值进行验算。2 功能荷载的作用方向为竖向（垂直）；计算导线的自重荷载和复冰时荷载，验算导线在复冰荷载作用下的对地和对交叉跨越的最小距离；计算地线的自重荷载和复冰时荷载，验算地线复冰时对导线在档距中央的最小接近炉里；计算杆塔各悬挂点所承受的竖向荷载，与轴向和水方向受力组合，确定杆塔各构件的受力强度，确定杆塔各构件的型式和规格；计算基础顶面和底面所承受的最大压力，与轴向和水方向受力组合，计算基础设计类型。4、代表（规律）档距及功能1）代表档距一个耐张段间，各挡架空线发

20、生的水平应力基本相同（导地线的轴向力传递不受阻挡），由此应力产生的档距即为代表档距或称为规律档距。其值为各档距的立方和除以各档距的算术和的平方根。公式如下：一般情况 Lg = ( l3/l 考虑高差影响 Lg =l3 cos2/(l/cos如果不是连续上山或下山情况，对发生的代表应力影响很小，一般不考虑高差产生的影响。2）功能荷载的作用方向为导地线的轴向；计算导地线的在特定的气象条件下，所发生的物理变化；计算出导地线的在特定的气象条件下的，随着各杆塔之间档距的变化，导地线驰度的变化数值；计算出导地线的在特定的气象条件下的，随着各杆塔之间档距的变化，导地线内用力的变化数值；计算杆塔各悬挂点所承受

21、的轴向荷载，与竖向和水平方向作用力组合，确定杆塔各构件的受力强度，确定杆塔各构件的型式和规格；计算基础顶面和底面所承受的最大压力，与竖向和水平方向作用力组合，计算基础设计类型。5、使用档距工程设计前期，根据各类杆塔使用呼称高及工程环境确定的档距，主要用于工程可研和工程初步设计阶段的核算，一般按直线杆塔水平档距的0.9倍计算。6、导地线上拔及防护1）导地线上拔导地线悬垂串在某种气象条件下，所承受的荷重为负值（垂直档距为零），即称谓导地线上拔，上拔力按计算杆塔在最低温度或最大应力情况下所需要的垂直档距值，导地线上拔情况在路径选择和排定杆位时应避免发生。一般在排定杆位时制作一套冷模板（最低温度）进行

22、校核。2）防护排定杆位时，确定合适的使用档距，以确定合理的规律档距；控制相邻杆塔之间，终端杆塔与进线架构之间的高差；控制相邻杆塔的档距值；确定合理的临界档距。7、耐张绝缘子串倒挂及防护1）耐张绝缘子串倒挂最大弧垂时的垂直档距tg=(g1SL+ GJ/2TPJ±H/L式中：耐张串倾角，L档距 m， H悬挂点高差 mGJ相耐张绝缘子串重量 N， S导线截面积 mm2TPJ导线平均气温时张力 N , g1导线自重比载 N/mm2按上式计算结果为负值时，绝缘子串需要倒挂。2）防护排定杆位时，确定合适的使用档距，以确定合理的规律档距；控制相邻杆塔之间，终端杆塔与进线架构之间的高差；控制相邻杆塔

23、的档距值；确定合理的临界档距。8、导线风偏导线对山坡额、峭壁，建筑物等在最大风偏情况下的净空距离应满足规程规定。对建筑物，不在城市规划区应按电力设施保护条例选择线路路径，排定杆位时，考虑雷电及接地等因素，杆塔位尽量远离建筑物；在城市规划区除按规划要求外，杆位亦应远离建筑物。 9、交叉跨越档距中限距的校验交叉跨越限距的验算一般为两种情况：正常运行和事故断线情况。正常情况的限距实际上就是导线任一点的狐垂计算：fc =（glx1/2）×（l-lx1）=（glx1/2）×lx2 =（g lx1 lx2/2）式中：计算条件下的应力 g计算条件下的比载事故情况：fs =（gslx1/2

24、s）×（l-lx1）=（gslx1/2s）×lx2 =（gslx1 lx2/2s）式中： s断线后条件下的应力 gs断线后条件下的比载交叉跨越限距为：D=A（杆塔标高）-C(被跨越物标高- fc（跨越点弧垂）-（A-B）lA/ l式中：A A杆塔标高，BB杆塔标高，C被跨越物标高，fc跨越点弧垂，lA跨越点至A杆塔距离，l档距。10、临档断线时交叉跨越档距中限距的校验断线张力的确定：按规程规定选取，气象条件为无风、无冰，有避雷线的杆塔不计挠度变化，假设为0，。断线后张力变化 T=S(l0 l3g02/(24l+ l03g02/02 断线后导线悬挂点位移 =KmT+(T/(G

25、D +GJ/22+T 2因上述方法比较复杂，计算结果又不求十分精确，工程中很少采用，且临档断线应力衰减最严重为断线后剩余一档，剩余二档、三档可以等效选用，一般采用衰减系数法衰减系数法：以l0g1/0 为横坐标，以l0/为纵坐标，可以绘制一组曲线，将查得的结果代入公式：= T/T0 = /0 f=l2 g /（8） +l4 g3 /（ 3843）11、引流线风偏校验(跳线串引流线风偏发生的原因主要是线路转角过大，当线路转角450时应进行验算，验算方法为：计算在正常运行电压（工频电压）、内过电压（操作过电压）、外过电压（雷电过电压）及最大风条件下，引流线风产生的风偏角，然后按导线悬挂实际位置投影模

26、拟作图。12、引流线线长计算跳线   又称“引流线”。耐张杆塔完成机械力学意义上的分段，则跳线实现电气接续的目的。按跳线的方式分为：直跳式、绕跳式。按跳线线夹又分为：螺栓式（并钩线夹）、压接式跳线、加挂跳线串连接等。如图所示。引流线因其跨距极小，导线的内应力极低，仅靠导线本身的刚度支撑，并考虑导线对横担底面的距离等因素，其跳线长度的近似计算为：L = m + 8f2/3m也可按简化的线长计算公式推出：f=l2 g /（8） l2= 8f/g 代入线长计算公式 L=l+(l2g2/242得L=l+(l3g2/242=13、导线排列方式变化时档距中央最小线间距离的确定导线排列方

27、式变化时的最小净空距离35kV1.0m；110kV2.5m。一般按作图法近似确定。引起导线排列方式变化的因素：结构因素：导线垂直排列或三角排列，进入变电站时变为水平排列，此时不同相导线的电气距离应满足规范要求。电气因素：导线相序的变化，在其前进方向需要改变位置时，此时不同相导线的电气距离应满足规范要求。因作图法比较繁琐，一般在做设计时，因杆塔基本为典型设计，避免导线投影发生交叉，即可满足要求。14、架空线防震计算影响架空线振动的主要因素：均匀的足够能量的风速；架空线的悬挂高度，距地面越高，地面的屏蔽系数越小；架空线的应力，应力越大架空线的振动频率越高；架空线的直径，直径越大，吸收的风能越大。即

28、由架空线型号已知的悬挂高度使用条件确定震动风速振动结果。振动计算：风对架空线的冲击频率：fF =200v/d 仅与架空线的直径、悬挂高度有关式中：fF 冲击频率，200试验系数，v垂直于架空线的风速，d架空线直径。架空线自身的固有频率：fD=n/2L×(9.81T/G0 与架空线的使用条件和应力有关。令2L/n = fD=n/2L×(9.81T/G0= 1/×(9.81T/G0式中：fD架空线的固有频率，n档距内振动的半波数 ， l档距，T架空线张力，/G0架空线单位重量，波长。当架空线的固有频率与风的冲击频率相等时，谐振必将发生。200v/d= 1/×

29、(9.81T/G0= d/200v×(9.81T/G0= d/200v×(9.81/g1安装距离：依据典型设计，架空线的悬挂高度一般为15-20m左右，引起振动的风速上限为4.5m/s,风速下限为0.5m/s,按模拟试验公式,安装距离公式可演变如下：b=（D/2）×（X/2）/(D/2+X/2=(1.74d9.81G/g1/(1+0.111G/D ×10-3防震设备安装的起算点：悬垂线夹应以线夹中心为起算点；耐张线夹以连接螺栓孔中心为起算点。15、杆塔荷载计算杆塔荷重的计算，即确定杆塔各构件受力的大小，作用方向及作用位置，而各构件的主要作用是承受荷重和传递荷重，由于河中的作用，构件可能发生变形，甚至破坏，其目的是确定杆塔各构件在使用中的安全度，解决其变形、使用强度，局部和整体稳定问题，即在荷载作用下，构件应不被破坏；构件所产生的变形应在规程规范允许的范围内，构件在原有形状下的平衡应在稳定状态下。弹性变形在荷载撤除后能够完全消失的变形为弹性变形。塑性变形在荷载撤除后不能够完全消失，而残留的那一部分变形为塑性变形，超出规程规范要求，将不能够在继续使用。结构有数个构件组成的承受荷载的整体。强度构件不被破坏的承受荷载的能力（与材