500KV单回路送电线路设计 高压输配电线路运行施工与维护毕业论文

PAGEPAGE1毕业设计说明书作者：学号：0814490351系：输变电技术学院专业：高压输配电线路运行施工与维护题目：500KV单回路送电线路设计指导者：评阅者：20011年6月吉林目录第1章引言1第2章导、地线设计12.1气象区条件及选取导、地线型号12.2导线比载计算及临界档距的求22.3应力弧垂的求取及应力弧垂曲线的绘制62.4杆塔定位及定位后的校验9第3章金具设计163.1绝缘子数量的选择163.2防震锤的设计16第4章杆塔设计荷载184.1杆塔荷载的来源与分类184.25A-ZB1塔荷载计算194.35A-ZB1塔荷载分布图26第5章自立式铁塔的内力计算285.1自立式铁塔内力计算简介285.2自立式铁塔的内力计算295.3双腹杆平面的桁架的内力计算32第6章基础的上拔下压强度校验计算336.1自立式铁塔基础简介336.2自立式铁塔基础校验计算33第7章防雷设计357.1防雷设计简介357.2防雷设计的计算35结束语46参考文献47单回路500KV架空送电线路设计摘要：500k高压输电线路工程设计主要研究线路所用导线、地线型号、铁塔定位、铁塔型式、受力分析、金具选用、防雷接地设计、基础设计等问题。导线应导电性能良好，具有一定的机械强度，且重量轻、价格低廉。铁塔的选用应根据各种气象条件下的受力情况及运输、线路占用走廊等因素进行综合的技术比较。基础的选择应根据线路的地形、地质、水文等情况及基础的受力条件进行综合来确定。关键词：500KV；输电线路；杆塔荷载设计；防雷接地第1章引言高压输电打破了地域的局限，增大了传输容量和距离，降低传输每瓦电力的线路造价以及降低输电线路的损耗。本设计主要进行500KV输电线路工程设计。本论文选用全国第Ⅵ典型气象区的气象条件，采用四分裂导线。XP-16式绝缘子以单回路垂直排列杆塔设计。第2章导、地线设计2.1气象区条件及选取导、地线型号查导地线参数，根据气象区条件，计算导地线的七种比载，计算出临界档距，判断出控制气象，以控制气象为第=1\*ROMANI状态，待求气象为第=2\*ROMANII状态，利用状态方程，求出待求气象条件下的不同档距的应力与弧垂，并计算出安装条件下，不同温度时的各个档距的应力及相应弧垂，以横坐标表示档距，以纵坐标表示弧垂（应力），绘制出导线应力弧垂曲线及导线的安装曲线。1）耐张段长度：5km。2）气象条件：第Ⅵ典型气象区。3）地质条件：坚硬粘土。4）地形条件：平原。5）污秽等级：0级。6）输送方式及导线型号：单回路，LGJ—400/50导线。7）地线：GJ-70导、地线设计：确定导线、地线型号;计算导线的各种参数，绘制应力—弧垂曲线、杆塔定位图。1.通过查阅全国典型气象区气象条件得第Ⅵ典型气象区条件如下冰厚复冰风速最大风速雷电过电压风速内部过电压风速b=10mmv=10mv=25m/sv=10m/sv=15m/s2.通过查阅钢芯铝绞线规格（GB1179-83）知导线计算拉断力导线计算截面积导线外径导线计算质量Tm=95940NA=419mmd=26.Go=1295kg注：其中导线截面积A=(铝)391.91mm2+(钢)27.10mm2=419mm23.通过查阅镀锌钢绞线规格（GB1200-88）知地线计算拉断力地线计算截面积地线外径地线计算质量Tm=78528NA=72.19mmd=11.0Go=615kg4.计算导线铝对钢的截面比：391.91/27.10=14.465.查阅钢芯铝绞线弹性系数和膨胀系数（GB1179-83）知线膨胀系数弹性模量α=20.9×10-61/℃E=63000N/mm26.查阅导线及避雷线的机械物理特性（SDJ3—79）知线膨胀系数弹性模量α=11.5×10-61/℃E=181423N/mm22.2导地线比载计算及临界档距的求取2.2.1导线的相关计算一、导线的比载：导线单位面积、单位长度的荷载称为比载。比载在导线荷载的计算中是最适合的参数。线路设计中常用的比载有7种。(1)自重比载：由架空线本身自重引起的比载。g1(0,0)=9.8Go/A×10-3=32.812×10-3（N/m-mm2）(2)覆冰比载：架空线上覆冰后，冰重除以架空线长度及架空线截面积即为冰重比载。g2(5,0)=×10-3=55.90×10-3(N/m-mm2)(3)覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和覆冰比载之和。g3(20,0)=g1（0，0）+g2（5，0）=58.66×10-3(N/m-mm2)(4)无冰时导线风压比载：无冰时导线每单位长度、每单位截面积上的风压荷载。g4（0，v）=·sin2θ×10-3①当v=30m/s时=0.75,c=1.1(d>17mm),θ=90°.g4(0,30)=28.934×10-3(N/m-mm2)②当v=15m/s时=1.0,c=1.1,θ=90°.g4(0,15)=9.76×10-3(N/m-mm2)③当v=10m/s时=1.0,c=1.1,θ=90°.g4(0,10)=4.26×10-3(N/m-mm2)（5）覆冰时的风压比载：覆冰时导线每单位长度、每单位截面积的风压荷载。g5（5，10）=·sin2θ×10-3=6.432×10-3(N/m-mm2)（6）无冰有风时的综合比载：在导线上垂直方向作用的自重比载和风压比载的几何之和。g6（0,30）=46.567×10-3(N/m-mm2)g6（0,15）=31.86×10-3N/m-mm2g6（0,10）=30.622×10-3(N/m-mm2)（7）有冰有风时的综合比载：在导线垂直方向上作用着的自重和覆冰的比载与在水平方向作用着覆冰时的风压比载的几何和。g7=g7（5，10）=43.348×10-3N/m-mm2二、导线的机械物理特性导线的抗拉强度：导线的计算拉断力与导线的计算接面积的比值称为导线的抗拉强度或瞬时破坏应力。σp=Tm×0.95/A=95940N×0.95/(425.24mm2）=217.55(Mpa)控制应力：σmax=σp/K=217.55/2.5=87.010024MPa)其中K为导线、地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。年平均气温下的运行应力：σp=σp×25%=58.029(Mpa)三、可能控制气象条件列表：最低温度最大风速年均气温覆冰控制应力(MPa)103.8352524103.83525464.89703275103.8352524比载（N/m-mm2）32.812×10-340.982×10-332.812×10-358.66×10-3温度(℃)-1010+15-5g/σk3.48×10-45.35×10-45.57×10-44.98×10-4排列序号ACDB四、计算临界档距：L=五、查得A（最低气温）D(年均气温)────────┬──────────→LLAC=24.1m当L<24.1m时，最低气温（A）为控制气象，tI=-10℃,gI=30.309×10-3(N/m-mm2),b=0,v=0;当L=24.1m时，最低气温（A）覆冰（D）同为控制气象条件；当L>24.1m时，年均气温（D）为控制气象条件,tI=-5℃gI=30.309×10-3(N/m-mm2),b=0mm,v=02.2.2地线的相关计算一、地线的比载：(1)自重比载：由架空线本身自重引起的比载。g1(0,0)=9.8Go/A×10-3=83.992×10-3（N/m-mm2）(2)覆冰比载：架空线上覆冰后，冰重除以架空线长度及架空线截面积即为冰重比载。g2(5,0)=×10-3=31.925×10-3(N/m-mm2)(3)覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和覆冰比载之和。g3(5,0)=g1（0，0）+g2（5，0）=115.918×10-3(N/m-mm2)(4)无冰时导线风压比载：无冰时导线每单位长度、每单位截面积上的风压荷载。g4（0，v）=·sin2θ×10-3当v=30m/s时=0.75,c=1.2(d>17mm),θ=90°.g4(0,30)=77.445×10-3(N/m-mm2)当v=10m/s时=1.0,c=1.2,θ=90°.g4(0,10)=11.473×10-3(N/m-mm2)（5）覆冰时的风压比载：覆冰时导线每单位长度、每单位截面积的风压荷载。g5（5，10）=·sin2θ×10-3=22.4×10-3(N/m-mm2)（6）无冰有风时的综合比载：在导线上垂直方向作用的自重比载和风压比载的几何之和。g6（0,30）=114.248×10-3(N/m-mm2)g6（0,10）=84.772×10-3(N/m-mm2)（7）有冰有风时的综合比载：在导线垂直方向上作用着的自重和覆冰的比载与在水平方向作用着覆冰时的风压比载的几何和。g7=g7（5，10）=118.062×10-3N/m-mm2二、地线的机械物理特性地线的抗拉强度：地线的计算拉断力与地线的计算接面积的比值称为地线的抗拉强度或瞬时破坏应力。σp=Tm×0.95/A=1110.05N×0.95/(49.46mm2）=1054.5(Mpa)控制应力：σmax=σp/K=1054.5/3=351.5（MPa)其中K为导线、地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数，取3.0。年平均气温下的运行应力：σp=σp×25%=263.6(Mpa)三、可能控制气象条件列表：最低温度最大风速平均气温覆冰控制应力(MPa)351.5351.5263.6351.5比载（N/m-mm2）83.992×10-3114.248×10-384.772×10-3118.062×10-3温度(℃)-10+10+15-5g/σk23.89×10-532.5×10-532.15×10-533.59×10-5排列序号ACBD四、计算临界档距：L=经计算得：LAB=8LAC=1LAD=2LBC=4LBD=0mLCD=4五、列临界档距判别表,确定有效临界档距控制区及控制气象条件：ABCDLAB=8LBC=481.51LCD=4LAC=1LBD=0mLAD=2A（最低气温）D(覆冰)────────┬──────────→LLAC=222.43m当L＜LAD=286.4m时，最低气温（A）为控制气象，tI=-10℃,gI=83.992×10-3(N/m-mm2),b=0,v=0;当L＝LAD=286.4m时，最低气温（A）覆冰（D）同为控制气象条件；当L＞LAD=286.4m时，覆冰（D）为控制气象条件,tI=-5℃gI=118.062×10-3(N/m-mm2),b=15mm,v=15m/s.2.3应力弧垂的求取及应力弧垂曲线的绘制一、计算各条件下的应力弧垂：计算应力弧垂的MATLAB程序L=50—500所取档距E=63000弹性模量σI=控制气象条件下的控制应力=20.9e-6线膨胀系数gI=控制气象条件下的比载gII=所求控制气象条件下的比载tI=控制气象条件下的温度tII=所求控制气象条件下的温度B=σI-E*gi2*L2/(24*σI2)-E*(tII-tI)D=Egj2L2rr=[1–B0–D]S=roots(rr)应力f=gjl2/(8*S)弧垂①当L≤LAC=24.1m时，σI=87.010024Mpa,gI=30.309×10-3N/m-mm2,tI=-10℃;②当L＞LCD=87.94m时，σI=54.381265Mpa,gI=30.309×10-3N/m-mm2,tI=15℃.气象条件最高温最低气温年均气温事故外过有风外过无风内过电压安装覆冰无风覆冰有风最大风档距应力

(mpa)弧垂

(m)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)应力

(mpa)弧垂

(m)应力

(mpa)应力

(mpa)021.18087.0154.0973.8454.0954.0954.0973.8480.43080.4360.681021.660.0287.0154.1473.8654.1454.1454.1573.8680.460.0180.4760.82022.890.0787.0154.2973.8954.354.2954.3373.980.570.0380.661.163024.380.1486.8554.3873.854.454.3854.4673.880.590.0680.6661.584025.910.2386.5154.3873.5454.4154.3854.5173.5680.490.180.6262.035027.430.3586.0754.3873.2254.4254.3854.5873.2480.370.1680.5862.566028.910.4785.5554.3872.8354.4454.3854.6672.8780.220.2380.5263.177030.320.6184.9454.3872.3954.4554.3854.7472.4480.050.3180.4563.828031.650.7784.2554.3871.954.4754.3854.8371.9679.870.4180.3864.59032.90.9383.554.3871.3654.4954.3854.9371.4379.680.5280.3165.210034.081.1182.6754.3870.7954.5154.3855.0370.8879.470.6480.2365.9111035.181.381.7954.3870.1954.5354.3855.1270.2979.250.7880.1466.6212036.211.5180.8754.3869.5754.5554.3855.2269.6979.030.9380.0667.3113037.171.7279.954.3868.9354.5754.3855.3269.0778.811.0979.9767.9914038.081.9578.9154.3868.2954.5954.3855.4168.4578.581.2779.8868.6515038.932.1977.8954.3867.6454.6154.3855.567.8278.361.4679.869.2916039.722.4476.8754.3867.0154.6254.3855.5867.2178.131.6779.7169.9117040.462.7175.8554.3866.3854.6454.3855.6766.677.921.8979.6370.518041.162.9874.8354.3865.7754.6654.3855.7466.0177.72.1279.5571.0619041.813.2773.8354.3865.1854.6754.3855.8265.4477.52.3779.4771.6120042.433.5772.8554.3864.6254.6954.3855.8964.8977.32.6479.472.1221043.013.8871.9154.3864.0754.754.3855.9564.3777.112.9179.3272.6122043.554.2170.9954.3863.5654.7154.3856.0263.8776.933.2179.2673.082.4应力弧垂的求取及安装曲线的绘制一、安装曲线的数据计算：①当L≤LAC=24.1m时，σI=87.010024Mpa,gI=30.309×10-3N/m-mm2,tI=-10℃;②当L＞LCD=87.94m时，σI=54.381265Mpa,gI=30.309×10-3N/m-mm2,tI=15℃.二、在不同气温下，安装时的应力与弧垂：此时gII=g6(0,10)=31.399×10-3N/m-mm2，tII=-20—+40℃;L(m)50889095100150200250300350400450500-20℃σ(MPa)97979797957253444037363534f(m)0.10.30.30.30.41.22.95.58.712.617.222.328.0-15℃.σ(MPa)91919190896751433937353534f(m)0.10.30.30.30.41.33.05.68.912.817.322.528.2-10℃σ(MPa)84858584836248413836353434f(m)0.10.30.30.40.41.33.25.89.113.017.522.628.3-5℃σ(MPa)78787878775846403736353434f(m)0.10.30.40.40.51.53.36.09.213.217.722.828.50℃σ(MPa)71727272715444393735343434f(m)0.10.40.40.40.51.63.56.19.413.317.822.928.7+5℃σ(MPa)65666666655042383635343433f(m)0.10.40.40.50.51.73.66.39.613182328+10℃σ(MPa)58616161594740373534343333f(m)0.10.40.50.50.61.83.86.49.713.618.223.329.0+15℃σ(MPa)52555555544439363534343333f(m)0.50.60.60.60.71.93.96.69.913.818.323.429.2+20℃σ(MPa)46505050494137353434333333f(m)0.20.60.60.70.72.14.16.810.114.018.523.629.3+25℃σ(MPa)40454546453936353433333333f(m)0.20.660.690.770.862.24.26.91014182329+30℃σ(MPa)35414141413735343333333332f(m)0.20.70.70.80.92.34.47.110.414.318.823.929.6+35℃σ(MPa)30373738373534333333323232f(m)0.30.810.840.941.02.44.57.210.514.418.924.129.8+40℃σ(MPa)26333334373333323232323232f(m)0.30.90.91.01.12.64.77.410.714.619.124.229.92.5杆塔定位及定位后的校验一、杆塔定位：1）定位的原则要求：使导线上任一点在任何情况下，必须保证对地及障碍物的安全距离（限距）。限距与弧垂的公式是：，H-杆塔呼称高，λ-绝缘子串长，-限距，。2）估计耐张段代表档距：在应力-弧垂曲线查出=16.305m对应的覆冰（产生最大弧垂）时的档距为定位档距l定=435m以0.9(平地取0.9)乘以定位档距作为估算的代表档距：l代=0.9×340=391.5（m）3）由此代表档距在应力-弧垂曲线上查出“产生最大弧垂那一气象条件”（覆冰时）的应力σ=54.1Mpa.4)按x(m)Zx(m)-25018.35-20011.73-1506.6-1002.93-500.7300500.731002.931506.620011.7325018.355）制作模板把模板曲线画一条曲线是最大弧垂曲线，在其下端相距+=11.7m画另一条曲线叫限距曲线（比例横向1：5000，纵向1：500）6）用模板排定直线杆塔塔位（定位图比例:横向1：5000，纵向1：500）=1\*GB3①从耐张杆1开始排起（图）第一杆和最后一杆定位公式m其余各杆m在耐张杆1上自地面向上量取AB=21.3m，使限距曲线通过B点，且与地面相切，并要求模板的纵轴始终保持垂直。=2\*GB3②量取限距曲线与地面的垂直距离CD=16.305m，则CD即为第2根直线杆的位置。=3\*GB3③移动模板使限距曲线通过D点，并与地面相切。=4\*GB3④量取限距曲线与地面的垂直距离EF=16.305m，则EF为第3根直线杆塔的位置。=5\*GB3⑤依次排定。杆塔定位后的校验：杆塔的最大允许档距：m导线的悬点应力：最大覆冰时：,g=g7=30.309lh5026.810047.620087.7400146.1600186.4800200.91000197.21300146.217000

按实际的档距和高差在图中得到的点，均落在曲线的下方，表明悬点应力未超过允许值，符合设计要求（3）导线悬垂角：从断面图上量取杆塔两侧的垂直档距，在图上得到的相应点，经检查各点均在曲线下方，符合要求。017325016381001549200138030012344001092500970600856（4）导线及避雷线的上拔悬挂点高差系数α：α3为负值且较大，在最低气温或最大风时可能出现上拔力，最大风σ=97.732MPa,最低气温σ=97.732MPa.最大风时最低气温时50218.75100437.520087530012112.54001615050020187.560024225单位：米。从横断面上量得被检查杆塔的水平档距和垂直档距，这些点均在曲线的上方，不会上抜。(5)悬垂绝缘子串的摇摆角：,其中，，，m2，，；条件δ(m)R（m）tanφ正常0.30.15雷电0.30.45操作0.30.3带电0.30.60最大风时：雷电过电压时：内过电压时：检修时：（m）最大风的(m)外过电压的(m)内过电压的(m)检修的(m)50-70.8-132.0-39.7-78.1100-73.2-150.3-54.9-69.1200-78.1-186.9-85.3-51.1300-83.0-223.5-115.7-33.1400-87.9-260.1-146.1-15.1500-92.8-296.7-176.52.8600-97.7-333.3-206.920.8 在定位图上查水平档距的实际垂直档距，均在此曲线的上方，符合要求。第3章金具设计确定防振措施、选择绝缘子型号与片数、绘制绝缘子串组装图。3.1绝缘子数量的选择绝缘子是用来支撑和悬挂导线，并使导线与杆塔绝缘。它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对污秽物质的侵具有足够的抵抗能力，并能适应周围大气条件的变化，如温度和湿度变化对它本省的影响等。高压架空电力线路绝缘子的选择，应按DL/I5092-1999《110-500kV架空送电线路设计技术规程》的规定进行。直线杆塔上绝缘子串的绝缘子数量，应按表4-1所列数量选用。表4-1直线杆塔上绝缘子串的绝缘子数量电压等级（kV）3560110154220330500绝缘子数量XP-70型357101319-XP-160型28本次500kV线路设计，架设在一般地区，污秽等级为0级，杆塔架设的平均海拔低于1km。所以选用28片普通绝缘子组成悬垂绝缘子串。3.2防震锤的设计3.2.1防震锤型号的选择我国目前主要生产的防振锤型号为F-1～8型。各种导线不但直径和单位长度重力不同，而且在实际工程中它们的悬挂点高度、应力、档距也不同。因此，在发生振动过程中，它们的振幅、频率范围、风速范围等都有差异，也就是说振动的能量大小也不相同。所以就不能只采用一中型号的防振锤来解决所有导线的振动问题，必须分别对待。一般来讲：直径大的和单位重力大的导线，相应的防振锤要大些，见表4-2.表3-2导线与防振锤型号配合表防振锤型号适用导线型号截面GJLJLGJLGJJLGJQF-1300～400300～400300～500F-2185～240185～240185～240F-3120～185120～150150150F-470F-570～95F-650F-735F-835～503.2.2防震锤数量的选择当导线直径小档距大，或者导线直径大而档距也大时，风传给导线的能量就大，往往需采用多个防振锤才能防止振动的危害，一般取1～3个，大跨越至要6～7个之多。其个数的决定，应根据表4-3查出所需防振锤个数。表3-3防振锤个数与档距、导线直径大小的关系导线地线直径（mm）防振锤个数1233.2.3防震锤安装距离的计算本设计采用LGJ-400/25导线，查表4-2选用F-1型防振锤；档距介于450m和800m之间，采用两个防振锤。计算最大、最小“半波长”；；防振锤的安装方式：若采用等距安装，第一个防振锤一定在第一个最小半波内。但是，其他防振锤就不一定都在最小半波，可能会装在节点或节点附近，那么这个防振锤就起不到防振作用，安装在节点上的饿防振锤，反而会起相反的作用。对线路安全运行很不利。因此，采用不等距方法来消除。安装两个防振锤，第一、第二个防振锤安装位置分别按下式计算：m；m；安装距离为悬垂线夹出口处到防振锤导线挂点间的距离。3.2.4阻尼型间隔棒的安装距离如何合理地选择间隔棒的安装位置，仍然是一个正在探索中的问题。但是，目前国内外已广泛采用按不等距离安装的方式。参考国外厂家所推荐的安装距离，初步拟定下述几项原则：（1）第一次档距对第二次档距（或倒第一对倒第二次档距）的比值宜选在0.55～0.65左右。此外，间隔棒不宜布置成对于档距中央呈对称分布。（2）端次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒可选在30～45m范围内，对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒可选在25～35m范围内。（3）最大次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒，一般不宜超过80～90m,对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒一般不宜超过60～65m。3.2.5阻尼型间隔棒的技术要求（1）耐短路电流向心压力的机械强度：送电线路发生短路事故时，分裂导线受电磁作用将产生较大的向心压力，间隔棒的各部件应在经受这一压力时不发生破坏或永久变形。间隔棒的向心力按下式计算：式中F—短路电流向心力，N;n—分裂导线根数；Isc—系统可能出现的最大短路电流，kA;Ft—子导线张力，N；s—分裂导线间距，m;d—子导线直径，m.两夹头之间的拉、压强度：分裂导线间隔棒的机械强度应能承受导线覆冰不平衡张力（如仅单根导线覆冰）、次档距振荡及单根导线上人时在子导线之间产生的拉、压力。考虑到可能出现的严重情况，一般该强度应不低于4000N。夹头握力：送电线路不仅要求在正常运行或导线在微风振动情况下，间隔棒对导线有稳固的握力，以防止磨损导线。而且还要求由于不均匀覆冰等原因使导线发生扭转时，间隔棒夹头应能握住导线，以保证外力消除（如覆冰脱落）后，导线能有自行恢复到原位置的能力。恢复力矩有两个来源，即M=M1+M2，M1是因夹头偏离其平衡位置后，由两侧张力合成的结果。这个力矩可近似地表述为：M1=-2×n×r2sinβ(0≤β≤π)式中n—分裂导线根数;Ft—子导线张力，N;L—次档距长度（即两间隔棒之间的长度），m;r—间隔棒分裂半径，m;β—间隔棒的扭转角度。国外资料及国内实测结果表明，在长期运行情况下，铝截面为300mm2的钢芯铝绞线，间隔棒夹头扭握力不应低于25～30N·m,铝截面为400mm2的钢芯铝绞线，间隔棒夹头扭握力不应低于35～40N·m.(4)活动性：间隔棒应具有充分的活动性，以避免由于导线的振动、振荡、弛度差及不均匀覆冰时，夹头附近的导线出现高应力疲劳损坏。(5)电气性能：间隔棒应符合线路金具防电晕及无线电干扰的要求，此外，对采用橡胶做阻尼元件或做夹头防松件的间隔棒而言，橡胶应具有一定的导电性能，以防止在子导线之间的不平衡电压作用下橡胶元件发热损坏。第4章杆塔设计荷载4.1杆塔荷载的来源与分类（1）杆塔荷载的来源主要为以下几个方面：1）杆塔自重与杆塔自身的风荷载。2）杆塔起着架空支持电线（导线与地线的简称）的作用，作用在电线上的所有荷载都要通过电线挂点传给杆塔。如电线重量、电线覆冰荷载、电线风荷载、电线不平衡张力（包括电线转角张力）、温度变化引起的电线张力变化、事故断线引起的张力变化、防振锤和重锤的重量等。3）架线施工时紧线、锚线、挂线、吊线引起的荷载。4）绝缘子串的重力荷载与风荷载也要传给杆塔。5）杆塔组立时所发生的施工荷载。6）拉线结构的永久拉线荷载。7)地震荷载与电线舞动产生的荷载。8）其他不可预见的或偶然荷载。（2）杆塔荷载分类为：1）永久荷载：导线及地线，绝缘子及附件和结构构件与杆塔上的各种固定设备等重力荷载。2)可变荷载：风和冰雪荷载，导线与地线张力，安装检修的各种附加荷载，结构变形引起的次生荷载以及各种振动力荷载。4.25A-ZB1塔荷载计算 （1）设计条件：500kV送电线路通过第IX类典型气象区，导线为LGJ-400/25,地线为GJ-70,水平档距为420m，垂直档距=1.3=550m，代表档距为=400m，最大档距[Lmax]=600m,线路地面粗糙类别属B类。（2）各种荷载组合气象条件如下图所示：组合气象条件风速冰厚气温正常运行情况最大风30010最大覆冰105-5最低气温00-10事故情况断导线0200断地线0200安装情况吊线锚线挂线牵引1000（3）导线地线技术数据型号外径（mm）截面积(mm2)计算重量(kg/km)计算拉断力Tp(N)导线LGJ-400/2526．6419.0129595940地线GJ-7010.567.31576.51110.05（4）绝缘子串、金具和防振锤数量和重量表项目绝缘子片数金具防振锤合计导线型号与数量28片（XW-4.5）1套4个重量28×6.531.354×7.42地线型号与数量无1套4个（FG-3）重量无4kg4×4.220.8（5）杆塔荷载计算。正常运行情况下最大风（v=30m/s，b=0mm，t=10℃）①导线风荷载基本风压导线风荷载调整系数βc=1.20(v=30m/s,查表3-4)风压不均匀系数α=0.75(v=30m/s,查表3-4)导线体型系数μs=1.1(因为d=26.82mm＞17mm)风压高度变化系数μz的计算如下：绝缘子串长度导线弧垂取fd=49.36m导线的平均高度取hd=10m,将以上各值代入下式得导线风荷载：②地线风荷载地线体型系数μs=1.2（因为d=7.8mm<17mm）风压不均匀系数α=0.75地线风荷载调整系数βc=1.20地线弧垂fb=4.24m地线金具串长度λb=182mm=0.182m地线平均高度风压高度变化系数将以上各值代入下式得地线风荷载：③绝缘子串风压荷载：直线塔绝缘子串数n1=1，每联中绝缘子片数n2=28，一片绝缘子的挡风面积（双裙），绝缘子串体型系数，风压高度变化系数将以上各值代入下式得绝缘子串风压荷载：④主杆塔风荷载：基本风压风压调整系数（查表3—5用插入法求得杆塔全高为38.5m对应的βz值，即求得βz=1.335）塔头的体型系数μs头=1.3×（1+η）=1.3×（1+0.66）=2.158（查表3—5知塔架背风面风压降低系数η=0.66），塔身的体型系数μs身=1.3×（1+η）=1.3×（1+0.85）=2.405（查表3—5知塔架背风面风压降低系数η=0.85），风压高度变化系数：塔头处：μz头=塔身处：μz身=塔头处的轮廓面积：Fk=塔头处的填充系数F/Fk=0.3,塔头处沿风向投影面积F头=0.3×Fk=0.3×32.2=9.66(m2),塔身处的轮廓面积Fk=塔身处的填充系数F/Fk=0.2,塔身处沿风向投影面积F身=0.2×Fk=0.2×131.465=26.293(m2),塔头处的风荷载：塔身处的风荷载：=5\*GB3⑤横担风荷载：风压调整系数（查表3—5用插入法求得杆塔全高为38.5m对应的βz值，即求得βz=1.335）横担风压高度变化系数杆塔结构体形系数（1+η）=1.3×（1+0.66）=2.158（查表3—5知塔架背风面风压降低系数η=0.66），横担轮廓面积：，填充系数F/Fk=0.3,横担沿风向投影面积F=0.3×Fk=0.3×5.5=1.65（m2）所以=6\*GB3⑥导线重力荷载：四分裂导线：n=4，垂直挡距：Lv=550m导线单位长重量：，导线重力荷载：=7\*GB3⑦地线重力荷载单导线n=1地线单位长重量地线重力荷载=8\*GB3⑧绝缘子串、金具、防振锤重及地线挂点金具防振锤荷载：，=9\*GB3⑨杆塔自重荷载：2）正常运行情况的最大覆冰（V=10m/s，b=10mm，t=－①导线风荷载：基本风压导线风荷载调整系数βc=1.00（v=15m/s,查表3—4），风压不均匀系数α=1.00（v=15m/s,查表3—4），电线覆冰时电线风载体型系数μs=1.2,覆冰时导线外径d=26.6+2×5=36.6(mm),其余数值与大风情况取值相同,则将以上各值代入下式得②地线风荷载地线覆冰后外径d=10.5+2×5=20.5（mm），③绝缘子串风压荷载④主杆塔风荷载：塔头处的风荷载：塔身处的风荷载：=5\*GB3⑤横担风荷载：结构体型系数μs=2.158,风压调整系数βz=1.335,风压高度变化系数μz=1.23,沿风向投影面积F=0.3×Fk=1.65(m2),所以=6\*GB3⑥导线重力荷载导线覆冰的单位长度重量：，导线无覆冰时单位长重量：，导线重力荷载：。=7\*GB3⑦地线重力荷载：地线覆冰的单位长度重量：，地线无覆冰时单位长重量：，地线重力荷载：。=8\*GB3⑧绝缘子串、金具、防振锤重及地线挂点金具防振锤荷载：，。⑨杆塔自重荷载：Gg=97.58KN。3）事故断导线情况（V=0m/s，b=0mm，t=-0=1\*GB3①导线断线张力：最大使用张力，查表3-8得：。=2\*GB3②导线重力荷载：未断相导线重力荷载：，已断相导线重力荷载：。=3\*GB3③地线重力荷载地线重力荷载。=4\*GB3④绝缘子串、金具、防振锤重及地线挂点金具防振锤荷载：，。=5\*GB3⑤杆塔自重荷载：。4）事故断地线情况（V=0m/s，b=0mm，t=0℃，=1\*GB3①地线断线张力：最大使用张力：，查表3-10，得：。=2\*GB3②导线重力荷载：。=3\*GB3③地线重力荷载：未断地线重力荷载：，已断地线重力荷载：=4\*GB3④绝缘子串、金具、防振锤重及地线挂点金具防振锤荷载：，。=5\*GB3⑤杆塔自重荷载：Gg=97.58KN。5)安装检修时吊线施工荷载（V=10m/s，b=0mm，t=0=1\*GB3①采用双倍起吊吊线：，查表3-11，得：，基本风压，风压不均匀系数：α=1.00（v=10m/s,查表3—4），电线风荷载调整系数：βc=1.00（v=10m/s,查表3—4），导线体型系数μs=1.1(因为d=26.82mm>17mm),风压高度变化系数：μz=0.88(同正常运行时最大风情况),所以导线风荷载：Pd=,采用双倍吊线时，滑车挂点的荷载为：垂直荷载：,横向荷载：。=2\*GB3②采用转向滑车时，垂直荷载：，横向荷载：。=3\*GB3③主杆塔风荷载：塔头处的风荷载：，塔身处的风荷载：。=4\*GB3④横担风荷载，所以。⑤地线风荷载地线体型系数μs=1.2（因为d=7.8mm<17mm）风压不均匀系数α=1.00（v=10m/s,查表3—4），地线风荷载调整系数βc=1.00（v=10m/s,查表3—4），地线弧垂fb=4.24m，地线金具串长度λb=182mm=0.182m，地线平均高度，风压高度变化系数，将以上各值代入下式得地线风荷载：6)安装情况的锚线荷载（V=10m/s，b=0mm，t=0℃①锚线荷载:分配系数n=0.5,导线张力取T=0.46Tm=0.46×38.376=17.653(KN),动力系数k=1.1,锚固钢绳对地面夹角β≤45°,.作用在横但上的荷载为：垂直荷载：，横向荷载：，纵向荷载：1.1。②主杆塔风荷载：塔头处的风荷载：，塔身处的风荷载：。③横担风荷载，所以。④地线风荷载地线体型系数μs=1.2（因为d=7.8mm<17mm）风压不均匀系数α=1.00（v=10m/s,查表3—4），地线风荷载调整系数βc=1.00（v=10m/s,查表3—4），地线弧垂fb=4.24m，地线金具串长度λb=182mm=0.182m，地线平均高度，风压高度变化系数，将以上各值代入下式得地线风荷载：4.35A-ZB1塔荷载分布图第5章自立式铁塔的内力计算5.1自立式铁塔内力计算简介自立式铁塔一般是由角钢加工而成，构件之间连接采用普通螺栓C级连接的空间桁架结构体系。计算自立式铁塔内力与变形时，杆件钢材变形为弹性的，一般情况下内力和变形可按叠加原理进行计算，结构变形位移除了考虑构件弹性变形以外，通常还要考虑连接螺栓中心松动位移的影响。自立式铁塔内力分析方法有空间桁架方法（也称精确分析方法）、简化平面结构方法（也称简化分析方法）。空间桁架方法是把整个结构简化为空间桁架结构体系，即所有连接点（包括与基础的连接）均为铰节点，连接点之间的构件为空间桁架杆单元。采用杆系有限元分析方法进行计算。目前市场已有相应的程序软件可资利用。简化平面结构方法式是20世纪60年代后东北电力设计院提出的铁塔简化分析方法。该方法处理的是截面为四边形的塔架结构，充分利用了结构空间对称性，因此又称“铁塔对称分析方法”。该方法使结构大大简化，工程上简单实用，与精确方法相比也具有较高的精度。5.2自立式铁塔的内力计算鸭嘴形横担的内力计算：鸭嘴形横担如下图所示，上下面在挂线点处相交一直线，把横担视为由上下两片桁架构成，垂直荷载按平衡关系分配到上下两片桁架上，横向荷载假定全部由下平面桁架承担，纵向荷载在此暂先不考虑。鸭嘴形横担的荷载分配图（其中a1=5.39m,a2=5.15m,h=1.6m,P=5225N,G=25040N），则。上片：对于节点1来说，对于节点2来说，对于节点3来说，对于节点4来说，由对称性可知：下片：对于1节点来说，对于节点2来说，由对称性可知：对于节点3来说，对于节点4来说，由对称性可知：双腹杆平面的桁架的内力计算：如下图所示为双腹杆平面桁架，它是一个超静定平面桁架。用截面m—m截取脱离体，假设两交叉斜材的内力相等、方向相反，列力矩平衡方程。GG1G2PU'1U"1U'2U"2U'3U"31U'1U"2U'2U"1GP2G主材内力：两斜材交叉点为Oi.由:推得主材内力：式中∑—截面以上所有外力对矩心Oi力矩和，以顺时针为正；∑G—截面以上所有垂直荷载代数和，以向下为正；U/i、U//i—主材内力，以受拉为正，受压为负；bi—U/i、U//i对矩心Oi的力臂；αi—主材与水平面的夹角。解得：h=2m.所以tanαi=得αi=arctan,b1≈ΣG=1477×2+97580+25040×3=175654(N),Σ=39520×10.8-40840×8.15=93970（N·m）,得主材内力为： 斜材内力：仍以两主材延长线交点矩心C,列力矩平衡方程：ΣMc得斜材内力为：式中∑Mc—截面以上所有外力对C点的力矩和，以顺时针为正；Si—斜材内力，以受拉为正；di—Si对矩心C的力臂。由三角形相似可得:,得d1=2.56m,第6章防雷设计6.1自立式铁塔基础简介基础分类:杆塔基础应根据杆塔型式、地形、工程地质、水文、施工及运输等条件，综合考虑确定。送电线路的基础类型按其施工特点和承受力特性大致可分为以下六类：（1）“大开挖”基础类；（2）掏挖扩底基础类；（3）爆扩桩基础类；（4）岩石锚桩基础类；（5）钻孔灌注桩基础类；（6）倾覆基础类。（二）“大开挖”基础和掏挖扩底基础上拔稳定计算：“大开挖”基础和掏挖扩底基础的设计程序是：先以上拔稳定条件确定基础的外形尺寸，然后再进行地基和基础的强度计算。抗拔土体的状态分为原状抗拔土体和回填抗拔土体。原状抗拔土体是指处于天然结构状态的粘性土和经夯实达到天然结构状态密实度的砂类回填土。回填抗拔土体是指回填土体经夯实后不能达到天然结构状态，或由于土体受到其他扰动其强度有很大的降低。基础上拔稳定计算是指根据抗拔土体的结构状态分别采用适用于原状抗拔土体的“剪切法”和适用于回填抗拔土体的“土重法”。剪切法和土重法仅适用于上拔深度较浅的基础类型。对于砂类土；对于粘性土。（三）地基压力计算：地基压力是指基础传递给地基持力层顶面处的压力。地基压力是分布力，它取决于地基与底板的相对刚度，荷载大小，基础埋深和土的性质等多种因素。杆塔基础底板，无论是刚性底板还是柔性的，它的刚度均大大超过地基土（岩石除外）的刚度，因此可把它看作绝对刚体。理论和实验证明，基础受轴心压力作用时，基础底面下的地基压力分布呈非线性，且随荷重大小，土的性质和基础埋深等因素不同呈不同的压力图形，实际工程中，一般采用简化的线性地基压力分布图形进行计算。6.2自立式铁塔基础校验计算（一）500KV直线酒杯型塔分开式基础的上拔、下压稳定验算，土壤特性资料：坚硬粘土，无地下水，查附录D表知：上拔角а=，计算容重，，铁塔荷重及基础尺寸如图所示：（1）上拔稳定验算：地线重力荷载83.992，导线重力荷载30.309，塔自重97.580总重力：（）；塔头总风荷载为39.520KN，塔身总风荷载为40.840KN，总风荷载W=39.520+40.840=80.36（KN），混凝土容重基础自重倒栽锥体土重G：，边长，在临界埋深内。自立式铁塔基础上拔力标准值上拔和倾覆稳定系数杆塔类型直线杆塔1.61.21.5——土重上拔稳定系数；——基础自重上拔稳定系数；——倾覆计算的倾覆稳定系数。上拔稳定安全系数：，规程规定允许。2）下压稳定验算：基础台阶上土重单向偏心荷载作用基础底面时，，式中N——作用基础顶面的设计轴心压力；——基础自重；——基础底板正上方土的重力；A——基础底面计算面积；M——作用于基础底面上的力矩；W——基础底面对垂直于力矩的形心轴的抵抗矩。，。地基边缘允许耐力：地基中心耐力：，允许，所以下压稳定合格。第7章防雷设计7.1防雷设计简介在整个电力系统中的防雷中，输电线路的防雷问题最为突出，这是因为输电线路长度长，地处旷野，又往往是地面上最为高耸的物体，因此极易遭受雷击。输电线路的防雷性能的优劣，主要有两个指标来衡量：一是耐雷水平，既雷击线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值，以KA（千安）为单位。二是雷击跳闸率，既100km7.2防雷设计的计算一般地区的土壤电阻率ρ=100+45×5=325（Ω•m）因为325Ω•m<ρ<2000Ω•m,所以可采用水平敷设的接地装置，接地极埋设深度不宜小于0.5m。放射形接地极每根的最大长度为60m（因为ρ≤1000Ω•m）。杆塔水平接地装置的工频接地电阻可利用下式计算：R=式中R——水平接地极的接地电阻，Ω;L——水平接地极的总长度，m；h——水平接地极的埋设深度，m;d——水平接地极的直径或等效直径，m，；At——水平接地极的形状系数。铁塔接地装置如下图:其中，l1=6.224m,l2=60m,L=4(60+6.224)=264.896(m);取h=0.6m,宽度b=16mm的扁钢，其等效直径d=b/2=8mm.则R=铁塔接地装置的冲击系数α=0.74ρ-0.4(7.0+)[1.56-exp(-3.0Ii-0.4)]式中：Ii——流过杆塔接地装置或单独接地极的冲击电流，kA;ρ——以Ω•m表示的土壤电阻率。取Ii=174kA,则α=0.74××（7.0+）[1.56-exp(-3.0×)]=1.525杆塔接地装置的冲击接地电阻Ri=αR=1.525×3.4=5.19(Ω).（二）高土壤电阻率地区的电阻率ρ=1000+45×100=3250（Ω•m）因为ρ>2000Ω•m，所以可采用6～8根总长度不超过500m的放射形接地极或连续伸长接地极，放射形接地极可采用长短结合的方式。接地极埋设深度不宜小于0.3m。杆塔水平接地装置的工频接地电阻可利用下式计算：R=式中R——水平接地极的接地电阻，Ω;L——水平接地极的总长度，m；h——水平接地极的埋设深度，m;d——水平接地极的直径或等效直径，m，；At——水平接地极的形状系数。铁塔接地装置如下图所示：则R=；铁塔接地装置的冲击系数α=0.74ρ-0.4(7.0+)[1.56-exp(-3.0Ii-0.4)]式中：Ii——流过杆塔接地装置或单独接地极的冲击电流，kA;ρ——以Ω•m表示的土壤电阻率。取Ii=126.6kA,则α=杆塔接地装置的冲击接地电阻Ri=αR=0.793×19.28=15.29(Ω).(三)500kV酒杯直线型铁塔，双避雷线，避雷线弧垂为7m,导线弧垂为18.367m,绝缘子串为28×XW-4.5，避雷线半径为5.5mm。（1）保护角α=arctan=8.70;(2)避雷线的平均高度：hbp=hb-fb=38.5-×7=33.83(m)；（3）导线的平均高度：hdp=hd-fd=27.07-×18.367=14.83(m);(4)双避雷线对外侧导线的几何耦合系数K0：K0==①=[(38.5+27.07)2+1.752]1/2=65.59(m)=[(5.93+5.5)2+1.752]1/2=11.56(m)②=[(38.5+27.07)2+(1.75+17.66)2]1/2=68.38(m)=[(5.93+5.5)2+(1.75+17.66)2]1/2=22.53(m)③=[(38.5+38.5)2+17.662]1/2=79.0(m)=17.66(m)所以K0===0.26（5）冲击电晕下的耦合系数K:K=K1••K0,式中K1查表4-1得：K1=1.28，故K=1.28×0.261=0.334(6)杆塔电感：查表4—7得:塔型铁塔的杆塔电感为0.50μH/m,故=0.50×38.5=19.25（μH）。（7）雷击塔顶时的分流系数β：双根避雷线的等值电感约为0.42L