110kV输电线路设计毕业论文.doc
《110kV输电线路设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110kV输电线路设计毕业论文.doc（66页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
毕业设计（论文）
课题名称110kV输电线路设计
（1）
学生姓名
学号0941201005
系、专业电气工程及其自动化
指导教师
2013年05月15日
60
目录
内容提要
英文摘要
1原始资料………………………………………………………………1
1.1地形与地貌…………………………………………………………1
1.2气象条件……………………………………………………………1
2导线与避雷线的选型及其特性………………………………………4
2.1导线与避雷线型号…………………………………………………4
2.2导线与避雷线的应力弧垂计算……………………………………4
2.3导线悬链线解析方程………………………………………………9
2.4导线的状态方程式………………………………………………15
2.5导线的临界档距的判断…………………………………………16
2.6线路的代表档距…………………………………………………19
3线路路径的选择和杆塔的定位……………………………………20
3.1对路径选择的明确要求…………………………………………20
3.2地形断面图绘制…………………………………………………21
3.3杆塔定位…………………………………………………………21
4导线的机械物理特性与荷载的计算………………………………25
4.1杆塔的荷载………………………………………………………25
4.2杆塔的荷载计算…………………………………………………25
5导线的防振设计……………………………………………………33
5.1微风振动的形成…………………………………………………33
5.2导线的振动方程…………………………………………………33
5.3影响导线振动的因素……………………………………………33
5.4主要的防振措施…………………………………………………35
5.5防振锤选取与安装…………………………………………………35
6杆塔型式的选择……………………………………………………38
6.1杆塔塔型选择的要求……………………………………………38
6.2杆塔在线路中的分类和用途……………………………………38
6.3钢筋混凝土电杆…………………………………………………38
6.4杆塔荷载的计算…………………………………………………39
7杆塔的基础设计……………………………………………………42
7.1杆塔基础基本要求………………………………………………42
7.2杆塔基础的材料…………………………………………………43
7.3杆塔基础形式……………………………………………………43
7.4基础的上拔计算…………………………………………………44
8绝缘子串和金具……………………………………………………46
8.1绝缘子串的选取…………………………………………………46
8.2挂线金具…………………………………………………………47
8.3空气间隙…………………………………………………………47
9防雷和接地…………………………………………………………48
9.1防雷设计…………………………………………………………48
9.2接地设计…………………………………………………………48
9.3避雷线绝缘设计…………………………………………………49
10导线对地和交叉跨越距离…………………………………………50
结论……………………………………………………………………52
参考文献………………………………………………………………53
附录……………………………………………………………………64
致谢……………………………………………………………………69
内容提要
本设计讲述了110KV架空输电线路设计的一部分，主要设计步骤是按《架空输电线路设计》书中的设计步骤。
本设计包括导线、地线的比载、临界档距、最大弧垂的判断，力学特性的计算，定位排杆，各种校验，代表档距的计算，杆塔荷载的计算，接地装置的设计，金具的选取。
在本次设计中，重点是线路设计，杆塔定位和基础设计，对杆塔的组立施工进行了简要的设计，还简单地设计基础并介绍基础施工。
关键词：
导线避雷线比载应力弧垂杆塔定位
Summary
Inthistext,itincludesallthestepsinofoverheadpowertransmissionlinedesign,：
whichisAccordancewith《thedesignofoverheadpowertransmissionline》,butitisnotthesamewiththereality.thisarticlediscussedtheconductorandthegroundwire'scomparingloadcriticalspan.themaximumarc-perpendiculerjudgement.mechanicsproperty'sfixedpositionofshaft-tower.variouschecking.representativespan'scalculating.loadpppliedonirontowercalculating.equipmentusedinthegroundconnectiondesign.metalappliancechoose.Inthispaper,itisthefocalpointoflinedesign.irontowerdesignandfundamentdesign,atlast,itissimplyintroducedtheirontowererecting'sdesignandfundamentdesignfollowedwithfundamentconstruction.
Keywords:
conductor;overheadgroundwire;comparingload;stressarc-perpendiculerfixed;positionofshaft-tower
1原始资料
1.1地形与地貌
本线路为檀合—桃花变电站110kV线路，沿线地形以丘陵为主，地质以硬塑粘性土为主，夹杂有少量的软塑粘土和风化岩石，海拔在210米～310米之间，线路附近有320国道和207国道以及农村简易公路穿插其中，交通比较方便，便于施工与运行；各种地形所占比例如：
表1.1地貌情况
地形
山地
丘陵
平地
比例（%）
37.2
53.5
9.3
1.2气象条件
根据气象局提供的该地区气象资料以及本工程邻近送电线路（檀合-桃花110千伏线路）运行情况，设计气象条件取值如下：
最高气温：
+40℃,最低气温：
-10℃，最大风速：
25米/秒，最厚覆冰:
15毫米。
各设计气象条件组合如下表所示:
表1.2设计气象条件一览表
项目
计算条件
气温（℃）
风速（M/S）
冰厚（MM）
最高温度
40
0
0
最低温度
-10
0
0
年平均气温
15
0
0
设计覆冰
-5
10
15
最大风速
-5
25
0
内部过电压
15
15
0
大气过电压
15
10
0
安装情况
-5
10
0
事故情况
0
0
0
冰的密度（KG/）
0.9
雷电日/年
60
由于高压输电线路常年露置于大气中，经常承受自然界各种气象情况的影响。
为了保证在长期运行中高压送电线路的安全，就必须使送电线路的结构强度和电气性能很好地适应自然界的气象变化，特别是这些自然界现象随季节变化的各种组合对线路的影响。
一般来说，雨雪对线路危害不大，雷电活动可以用防雷保护的方法解决。
因此，风、覆冰和大气温度变化影响较大，这是输电线路设计时应考虑的主要问题。
输电线路周围空气温度的变化使导线和避雷线的拉力和弧垂也随着发生变化。
风力作用在导线上，在水平方向造成附加的机械荷载，使导线拉力增加，在垂直平面内使导线产生振动和舞动。
在进行输电线路的机械荷载计算或设计时，其影响的条件是:
空气的最高温度、最低温度、覆冰温度和覆冰厚度、最大风速，以及在这些条件下的温度、风速、覆冰厚度之间的相应组合。
1.2.1设计最大风速
根据沿线气象站多年风速资料、风压计算并结合大风调查和大风成因及海拔高度、地形等综合分析，推荐全线离地15米高15年一遇10min平均最大风速为25米/秒。
在风口等大风集中处铁塔强度适当加强。
1.2.2覆冰厚度的选择
本线路所经地区无导线覆冰实测资料，导线覆冰设计冰厚的推算，是根据沿线及其附近地区已建电力、通信线路的电线覆冰调查和设计及运行情况，结合沿线地形、海拔、植被、线路走向、气候等因素，经综合分析,本次设计所有线路均为10mm冰区。
但是按照设计覆冰厚度要比实际覆冰厚度高一个等级，所以本次设计的设计覆冰厚度为15mm。
1.2.3设计气象条件
本次设计采用全国典型气象区第Ⅴ区典型气象条件进行设计，各项设计气象条件组合如表1.3所示。
表1.3典型气象区Ⅴ区气象条件
典型气象区
Ⅴ
大
气
温
度
（℃）
最高温
+40
最低温
-10
覆冰
-5
最大风
-5
安装
-5
外过电压
+15
内过电压
+15
年平均气温
+15
风
速
（）
最大风
25
覆冰
10
安装
10
外过电压
10
内过电压
15
覆冰厚度（）
15
冰的比重（）
0.9
年平均雷暴日数
60
2导线与避雷线的选型及其特性
2.1导线与避雷线的型号
根据系统论证资料，本线路工程导线采用JL/LB20A—240/30型钢芯铝绞线，避雷线采用JLB20A-50型锌铝合金镀层钢绞线；其机械物理特性见表3.1所示。
表2.1导线与避雷线机械物理特性表
导线及霹雷线型号
JL/LB20A-240/30
JLB20A-50
计算截面（mm2）
铝股
244.29
/
钢股
31.67
49.48
综合
275.96
49.48
计算外径（mm）
21.60
9.0
股数及每股直径（mm）
铝股
24×3.60
/
钢股
7×2.40
7×3.0
单位重量（kg/km）
922.2
423.7
制造长度不小于（m）
2000
2000
瞬时破坏应力（MPa）
260.32
1168.86
温度线膨胀系数α（1/℃）
20.6×10-6
11.5×10-6
弹性模量（N/mm2）
69000
181423
2.2导线与避雷线的应力弧垂计算
2.2.1导线与避雷线应力的概念
悬挂于两基杆塔之间的一档导线，在导线自重、冰重、风压等荷载作用下，任意横截面上均有一内力存在。
导线单位截面积上的内力，称为应力。
由力学知识可知，导线上任一点的应力的方向与导线悬挂曲线的切线方向相同，因此导线最低点的应力方向是水平的。
而且对导线任意点作受力分析，依静力学平衡条件推出:
一个耐张段在施工紧线时，若不考虑摩擦力的影响，导线各点所受应力的水平分量均相等。
因此导线应力一般都指档中导线最底点的水平应力。
对于悬挂于两基杆塔架间的一档导线，可推出:
弧垂越大，应力越小；反之，弧垂越小，应力越大。
因此，从导线安全的角度考虑，应加大孤垂，从而减少应力，以提高安全系数;但与此同时，为保证带电导线的对地安全距离，要么在档距相同的条件下，必须增加杆高，要么在相同杆高条件下，减小档距，结果使线路基建投资成倍增加，而且随着孤垂的增大，运行中混线事故发生的机会增大。
2.2.2导线与避雷线最大使用应力
实现最大限度地利用导线的机械强度，应尽量减小孤垂，从而降低杆塔的高度。
这种思路，既满足了安全性，又保证了经济性。
导线机械强度允许的最大应力称为最大允许应力，用表示。
架空送电线路设计技术规程规定，导线和避雷线的设计安全系统不应小于2.5，所以，最大允许应力为:
[]（2.1）
式中[]（Mpa）、Tp（N）、（Mpa）、A（mm2）、2.5分别为导线最低点的最大允许应力、导线的计算拉断力、导线的计算破坏应力、导线的计算截面积、导线最小允许安全系数。
在线路设计、施工过程中，一般我们应使导线在各种气象条件中，出现的最大应力恰好等于最大允许应力[]。
但是由于地形或孤立档等条件限制，有时必须把最大应力控制在比最大允许应力小的某一水平上，即>2.5。
因此，我们必须把设计时所取的最大应力对应的气象条件时导线应力的最大值称为最大使用应力，用表示，则
（2.2）
式中、分别表示导线最低点的最大使用应力、导线强度安全系数。
由此可知，=2.5时，有=[]，此时，我们称导线按正常应力架设;当>2.5时<[]，此时称为按松驰应力架设。
在实际工程中，一般导线安全系数均取2.5，但变电所进出线档的导线的最大使用应力经常是受变电所进出线构架的最大允许拉力所控制的;对档距较小的其他孤立档，导线最大使用应力则往往是受紧线施工时的允许牵引长度控制;对个别地形高差很大的耐张段导线最大使用应力又受导线悬挂点应力控制。
这些情况下，导线安全系数均大于2.5，为松驰应力架设。
导线LGJ—240/30型钢芯铝绞线的最大使用应力：
按设计规程要求安全系数不小于2.5，导线破坏应力为260.32MPa，在设计冰厚15mm控制条件时，取最大使用应力为104MPa,安全系数为2.5。
避雷线XGJ-50/7锌铝合金镀层钢绞线的最大使用应力：
按杆塔地线支架高度及导线与避雷线水平位移距离，在气温为15℃、无风、无冰条件下，导线与避雷线在档距中央的距离不小于（0.012L+1）的要求下，可推算出避雷线XGJ-50/7最大使用应力为389.26Mpa。
2.2.3架空线的比载
架空线的比载是指单位长度和单位截面上导线所承受的机械荷载，其常用单位是或。
作用在架空线路上的荷载有架空线的自重、冰重和架空线所承受的风压，为了清楚地表示这些比载，可采用符号表示，其中，表示七种不同的比载，表示计算比载的厚度，；表示计算风速，。
（1）自重比载它是架空线自身质量引起的比载，即
（2.3）
（2）冰层比载。
覆冰时的冰重由架空线承受，在计算冰层比载时，假定沿导线全长，覆盖着一层围绕导线呈圆柱状的厚薄均匀的比重为的冰层，冰层比载的计算为
（2.4）
（3）垂直总比载，垂直总比载是自重比载和冰层比载之和，即
（2.5）
（4）导线无冰时的风压比载。
架空线的风压是由作用于架空线的空气动能所能引起的，风荷载为
（2.6）
（2.7）
式中—基本风压，；
—风速不均匀系数，对杆塔取1.对于330kV及以下输电线路按表2.2中的条件取值，对于500kV线路取表2.3中的数值；
—风载体型系数采用下列数值：
线径，取1.2；线径，取1.1；覆冰时无论线径大小，取1.2；
—架空线路外径，；
—架空线的截面积，；
—风速，；
—风向与线路轴线的水平夹角，计算风压比载是一般取。
表2.2330kV及以下线路用风速不均匀系数
设计风速
1.0
0.85
0.75
0.7
表2.3500kV线路用风速不均匀系数
设计风速
15
0.75
0.61
（5）导线覆冰时的风压比载，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律为，所以
（2.8）
（6）导线无冰有风时的综合比载为
（2.9）
（7）导线覆冰有风时的综合比载为
（2.11）
经过计算导线的比载见表2.4，地线的比载见表2.5：
表2.4导线的比载计算结果
比载类型
大小（
比载类型
大小（
34．06
强度时
17.38，=1.0,=1.2
66.81
风偏时
17.38，=1.0,=1.2
100.87
34.06
6.154，=1.0,=1.1
35.15
10.38，=0.75,=1.1
47.21
强度时
32.69，=0.85,=1.1
强度时
102.295
风偏时
23.46，=0.61,=1.1
风偏时
102.295
表2.5地线的比载计算结果
比载类型
大小（
比载类型
大小（
84
强度时
59.14，=1.0,=1.2
201.82
风偏时
59.14，=1.0,=1.2
285.82
85.1
13.65，=1.0,=1.1
87.1
23.03，=0.75,=1.1
111
强度时
72.50，=0.85,=1.1
强度时
291.87
风偏时
52.03，=0.61,=1.1
风偏时
291.84
2.3导线悬链线解析方程
若把悬挂在杆塔上的导线看成是一条理想的柔软的、荷载沿导线长均匀分布的悬链线，则导线上任一点的拉力的方向与该点的切线方向相一致。
如图2.1所示，假设导线悬挂在A,B两点，导线最低点O的应力为,沿导线均匀分布的比载g，则导线悬链线方程为：
（2.12）
式中，y——任意点P的纵坐标；x——导线最低点O至任意点P的水平距离（m）。
上式是精确计算导线应力和弧垂的基本方程式。
导线最低点O至任意点P的线长，可按下式计算：
（2.13）
图3.1导线在档距中的受力状态
当x=l/2时，由式
（2.14）
得y=（弧垂），即
（2.15）
由上式得：
（2.16）
导线任意点P的应力δx，可按下式计算：
（2.17）
当x=l/2时，导线悬点应力δ为：
（2.18）
式中，y——导线悬点等高时，悬点的纵坐标。
从上式中可以看出，导线悬点处的应力比导线最低点的应力δ0大于gy的值。
在工程设计中，当悬点高差（h）与档距（）之比/h＜0.1时，可将式（2.3）、（2.4）和（2.9）综合三个公式按级数展开后略去高次项，得到导线任意点（x）的纵坐标、线长和应力的平抛物线近似计算公式：
（2.19）
（2.20）
（2.21）
2.3.1导线悬点等高弧垂计算
导线悬挂曲线上任意一点至两悬挂点连线的铅垂距离，称为该点的弧垂[1]。
档中央的弧垂则称为中点弧垂。
工程上所说的弧垂，一般系指档距中央弧垂。
导线垂有水平弧垂和斜弧垂之分，如果导线两悬点等高，连线是水平的，其相应各点弧垂称为水平弧垂；如果两悬点不等高，连线是倾斜的，其相应的弧垂则称为斜垂。
由于水平弧垂和斜弧垂是近似相等的，因此，所谓弧垂均可泛指为斜垂。
如档距中央的弧垂，也可以说是档距中央的斜弧垂。
2.3.2中点弧垂的计算
如图2.2所示的悬点等高情况，当式（2.3）中的x=/2时，则得到中点弧垂的精确计算公式，即：
图2.2悬点等高的弧垂
（2.13）
式中，—档距中央导线的弧垂（m）；δ0—导线最低点的应力（N/mm2）；g—导线的比载[N/（m.mm2）]；—档距（m）。
同理，当悬点高差（）与档距（）之比＜0.1时，在式（3.10）中以x=l/2代入，则得中点弧垂的近似计算公式（平抛物线计算公式），即：
（2.14）
2.3.3任意点弧垂的计算
如图3.2所示，导线任意点的弧垂可表示为，利用式（2.6）和式（2.14）
代入（3.14），经过整理，即得到任意点的弧垂精确计算式：
（2.15）
当悬点高差（h）与档距（）之比＜0.1时，可利用式（2.14）和式（2.10）
进行计算，可得到任意点（x）的弧垂近似计算式：
（2.16）
（2.17）
（2.18）
（2.19）
升级会员 