500kv输电线路课程设计.doc
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专业课程设计（线路）设计报告
500kV架空输电线路设计
班级：
机械0807班
姓名：
日期：
2011-9-3
华北电力大学
机械工程系
目录
专业课程设计（线路）设计报告 1
1.概述 1
1.1课程设计的目的 1
1.2课程设计任务 1
2．设计题目及要求 2
2.1设计题目 2
2.2设计参数 2
2.2.1气象条件 2
2.2.2导地线参数 2
2.2.3污秽等级 3
2.2.4设计档距 3
2.2.5铁塔塔形 3
2.2.6铁塔基础设计条件 3
3.设计方法和步骤 4
3.1线路设计部分 4
3.1.1绝缘配合设计 4
3.1.2 导线和地线的比载计算 4
3.1.3绘制导向的应力弧垂曲线 6
3.1.4地线的应力选配 11
3.1.5导地线对杆塔的作用力 12
3.1.6架空线的最大弧垂 13
3.2铁塔设计部分 14
3.2.1铁塔呼称高度确定 14
3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况 14
3.2.3铁塔的内力计算的假定及计算方法 22
3.2.4构件设计 22
3.2.5螺栓连接设计 24
3.3铁塔基础设计部分 25
3.3.1阶梯式基础柱身截面的配筋设计 25
3.3.2阶梯式基础上拔稳定性计算 26
3.3.3阶梯式下压基础的稳定性验算 27
4.收获和新得 29
专业课程设计（线路）设计报告
1.概述
1.1课程设计的目的
1）综合运用有关先选秀课程的理论和生产实际只是进行输电架空线路设计训练，使理论和实际结合起来，是这些只是得到进一步巩固、加深和拓展。
2）学习和掌握架空输电线路设计的一般方法和步骤，培养设计能力和实际解决问题的能力。
3）进行基本技能的训练，对计算、运用设计资料以及进行经验估算的方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。
1.2课程设计任务
1）架空线路设计部分：
绝缘配合设计；比载计算；绘制应力弧垂曲线表；地线应力的选配方法；计算架空线对杆塔的作用力；
2）铁塔结构设计部分：
铁塔外形尺寸校核；铁塔荷载计算；铁塔选材；螺栓设计；铁塔基础作用力计算；
3）铁塔基础设计部分：
铁塔的配筋计算；铁塔基础上拔稳定性验算；铁塔基础承载里验算；铁塔基础强度验算。
28
2．设计题目及要求
2.1设计题目
500kV架空输电线路设计
2.2设计参数
2.2.1气象条件
气象条件B
表2-1气象条件B
气象条件
气温（℃）
风速（m/s）
冰厚（mm）
最高气温
40
0
0
最低温度
-40
0
0
覆冰
-5
10
10
最大风速
-5
32
0
安装情况
-15
10
0
雷电过电压
15
10
0
操作过电压
-5
16
0
2.2.2导地线参数
导地线型号B：
LGJ-630/45
地线型号：
JLB40-150
表2-2导地线参数
型号
LGJ-630/45
LJB40/150
结构（股数/直径mm）
铝股
45/4.2
钢（铝包钢）19/3.15
钢芯
7/2.8
铝—
截面积（）
铝股
632.45
钢（铝包钢）/铝56.27/91.8
钢芯
43.1
总截面积
666.55
148.07
外径（mm）
33.6
15.75
单重（kg/km）
2060
696.7
计算拉断力（kN）
148.7
90.62
弹性模量（Mpa）
65000
109000
线膨胀系数（）
20.5
13
直流电阻
0.04633
0.295
最大使用应力（Mpa）
85
183.60
年平均运行应力（N/）
53
年平均运行应力占抗拉强度
25%
25%
安全系数
3
2.2.3污秽等级
级污秽区
2.2.4设计档距
水平档距B：
500m
2.2.5铁塔塔形
5A-ZM2
塔形设计条件、单线图、司令图见附录。
2.2.6铁塔基础设计条件
1）工程地质条件：
土壤为一般粘性土，粘性土为可塑状态，土的计算容重，上拔角，计算摩擦角，承载力特征值。
2）基础作用力见铁塔设计结果。
3）材料：
混凝土强度等级采用C20，取钢筋混凝土的容重约为。
3.设计方法和步骤
3.1线路设计部分
3.1.1绝缘配合设计
根据经验选择悬式绝缘子型号：
XWP-160，
污秽等级Ⅱ，爬电距离h=400mm，
查《指导书》表3-1，a=1.82~2.0，本次计算取a=2，
爬电比距a=2.5cm/kv公称高度155mm，
确定绝缘子片数，按照绝缘配合条件确定，其公式如下：
取n=25。
根据上式可以得到绝缘子的总长：
3.1.2导线和地线的比载计算
a）根据地线型号，查表确定地线参数.
导线型号：
LGJ-630/45，截面积A=666.5mm2，外径d=33.6mm，单重q=2060kg/km，计算拉断力148.7KN，弹性模量E=65000Mpa，线膨胀系20.5（10-6/℃），最大使用应力85Mpa，年平均应力53N/mm2，年平均运行应力抗拉强度（25℅）。
地线型号：
LJB40-150，总截面积A=148.07mm2,外径d=15.75mm,单重q=696.7kg/km，计算拉断力90.62KN，弹性模量E=109000Mpa，线膨胀系数13（10-6/℃），最大使用应力183N/mm2，年平均应力（25℅）。
b）计算导线和地线的并给出下列条件下的比载值：
公式如下:
表3-1导线比载
项目
比载（Mp/m）
备注
自重比载
（0,0）
30.30785
冰重比载
（10,0）
18.137
垂直总比载
（10,0）
48.445
无冰风压比载
计算
最大风速
（0,32）
31.939
=1.2,=0.75,=1.1
校验
最大风速
（0,32）
25.977
=1.2,=0.61,=1.1
计算安装、外过电压情况
（0,10）
3.4656
=1.0,=1,=1.1
内过电压
（0,16）
6.654
=1.0,=0.75,=1.1
覆冰风压比载
（10,10）
6.031
=1.0,=1,0,=1.2
无冰综合比载
计算
最大风速
（0,32）
44.03
校验
最大风速
（0,32）
39.917
安装、外过电压
（0,10）
30.5053
内过电压
（0,10）
31.03
覆冰综合比载电气
（10,10）
48.819
表3-2地线比载：
项目
比载（Mp/m）
备注
自重比载
（0,0）
46.1423
冰重比载
（10,0）
48.2202
垂直总比载
（10,0）
94.3625
无冰风压比载
计算
最大风速
（0,32）
73.522
=1.2,=0.75,=1.2
校验
最大风速
（0,32）
57.7979
=1.2,=0.61,=1.2
计算
安装、外过电压情况
（0,10）
7.9523
=1.0,=1.0,=1.2
内过电压
（0,16）
12.4579
=1.0,=0.61,=1.2
覆冰风压比载
（10,10）
18.108
=1.0,=1,0,=1.2
无冰综合比载
计算
最大风速
（0,32）
86.802
校验
最大风速
（0,32）
73.957
安装、外过电压
（0,10）
46.823
内过电压
（0,10）
47.794
覆冰综合比载电气
（10,10）
96.084
3.1.3绘制导向的应力弧垂曲线
a）导线有关参数：
LGJ-630/45
截面积A（mm）
导线直径d（mm）
弹性系数E（MPa）
温膨系数α（1/°C）
计算拉断力Tj（N）
单位长度质量q（kg/km）
强度极限σp（MPa）
安全系数K
许用应力[σo]（MPa）
年均应力上限[σp]（MPa）
666.55
33.6
63000
20.9×10-6
148700
2060
211.93
2.5
84.774
52.98
其中：
可能控制成为气象条件的是：
最低气温、最大风速、覆冰有风、年均气温。
整理改非典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数，列于表3-3。
b）列出导线控制条件参数表
表3-3导线控制条件参数表
最低气温
最大风速
覆冰有风
年均气温
温度t（℃）
-40
-5
-5
-5
比载（Mpa/m）
30.308
44.03
48.819
30.308
许用应力[]（Mpa）
84.774
84.774
84.774
52.98
/[]（1/m）
0.3575
0.519
0.5759
0.57206
排序
a
/
c
b
由于最大风速和覆冰气象的气温相同，二者的许用应力相同，因此二者中比载小的不起控制作用，故不再把最大风速作为控制气象条件。
c）计算临界档距，按等高悬点考虑，确定控制条件，给出各个气象控制条件的控制范围；
公式：
表3-4有效临界档距判别表
可能控制条件
a
b
c
临界档距
根据列表法可知，无高差的时候有效临界档距为
1.当档距0≤l<165.217m时控制条件为a气像（最低气温）；
2.当档距165.217m3.当档距l>1664.448m时控制条件为d气象（覆冰有风）
d）以控制条件为已知条件，列已知参数表，以各气象条件为待求条件，列出待求条件的已知条件:
表3-5已知条件及参数
已知条件
最低气温
年均气温
最大风速
控制区间
0～52.23
52.23～1023.2
1023.2～∞
温度（℃）
-10
15
15
覆冰厚度（mm）
0
0
0
风速（m/s）
0
18
35
比载（Mpa/m）
30.31
30.31
49.1
水平应力（Mpa）
85
53.13
85
表3-6待求条件的已知参数
参数
t（℃）
b（mm）
v（m/s）
比载（Mpa/m）
最高气温
40
0
0
30.30785
最低气温
-40
0
0
30.30785
年均气温
-5
0
0
30.30785
事故
-15
0
0
30.30785
外过有风
15
0
10
30.5053
外过无风
15
0
0
30.30785
内过电压
-5
0
16
31.03
安装
-15
0
10
30.503
覆冰无风
-5
10
0
48.445
覆冰有风
-5
10
10
48.819
最大风（计算）
-5
0
32
44.03
最大风（校验）
-5
0
32
39.917
e）利用状态方程，求得各待求条件下的应力和弧垂，并绘制曲线；
应力弧垂曲线：
表3-7应力弧垂计算
气象条件档距
lr（m）
最高气温
最低气温
年均气温
事故
外过有风
外过无风
fv（m）
fv（m）
50
13.170
0.7192
84.774
40.976
52.825
22.773
22.773
0.4187
100
22.757
1.6649
84.774
46.287
55.948
32.256
32.256
1.1824
150
30.513
2.7938
84.774
51.475
59.490
39.695
39.695
2.1617
165.217
32.685
3.1867
84.774
52.984
60.581
41.743
41.743
2.5116
200
35.692
4.2460
79.799
52.984
59.228
43.696
43.696
3.4911
250
39.140
6.0500
73.228
52.984
57.671
45.860
45.860
5.1975
300
41.746
8.1681
68.117
52.984
56.555
47.429
47.429
7.2368
350
43.743
10.6103
64.443
52.984
55.762
48.587
48.587
9.6155
400
45.291
13.3847
61.857
52.984
55.192
49.454
49.454
12.3387
450
46.506
16.4973
60.018
52.984
54.773
50.116
50.116
15.4098
500
47.471
19.9528
58.682
52.984
54.460
50.630
50.630
18.8315
550
48.247
23.7546
57.687
52.984
54.220
51.035
51.035
22.6055
600
48.878
27.9051
56.929
52.984
54.034
51.358
51.358
26.7331
650
49.396
32.4063
56.340
52.984
53.885
51.619
51.619
31.2152
700
49.826
37.2597
55.873
52.984
53.766
51.834
51.834
36.0526
气象条件档距（m）
覆冰无风
操作过电压
覆冰有风
最大风（强度）
最大风（校验）
安装
fv（m）
50
45.089
41.096
45.178
0.3377
44.039
52.852
52.852
52.23
55.393
46.582
55.574
1.0981
53.215
56.030
56.030
100
64.612
51.916
64.865
2.1168
61.540
59.626
59.626
150
67.256
53.466
67.531
2.4842
63.933
60.733
60.733
200
69.771
53.560
70.090
3.4827
65.897
59.419
59.419
250
72.723
53.664
73.096
5.2179
68.181
57.906
57.906
300
74.983
53.739
75.401
7.2841
69.908
56.820
56.820
350
76.721
53.793
77.175
9.6865
71.219
56.048
56.048
400
78.070
53.832
78.552
12.4299
72.224
55.492
55.492
450
79.127
53.861
79.633
15.5181
73.004
55.084
55.084
500
79.965
53.883
80.491
18.9540
73.617
54.778
54.778
550
80.637
53.901
81.179
22.7400
74.105
54.544
54.544
600
81.183
53.914
81.737
26.8776
74.497
54.361
54.361
650
81.629
53.925
82.195
31.3681
74.818
54.216
54.216
700
81.999
53.934
82.574
36.2126
75.082
54.100
54.100
f）应力弧垂计算曲线
图3-1导线应力曲线
图3-2导线最大弧垂曲线
3.1.4地线的应力选配
a）选择地线的架线应力时，首先按杆塔塔头导线和地线悬挂点间尺寸，如图3-3所示，以及外过电压下档距中央导线与地线的防雷间距要求，推算在外过电压下该档地线应达到的使用应力。
式中，
分别为导线的比载和水平应力；
分别为地线的比载和地线的水平的应力；
H和S为杆塔上导线和地线悬挂点间的垂直距离和水平距离；
图3-3导线和地线悬挂点
，绝缘子长度为3.875m。
垂直：
H=1200+800+3875=5875mm=5.875m；水平：
S=5850mm=5.85m
地线的架线应力：
b）利用状态方程求各种气象条件下该档地线的最低点水平应力，并检查其是否满足安全系数的要求，并汇成总地线应力表。
其中：
要求校核以下工况：
最高气温、最低气温、最大风速、最厚覆冰、内过电压、外过无风、外过有风、安装有风、年均气温。
表3-8地线应力一览表
气象条件
温度t（℃）
风速b（mm）
冰厚v（m/s）
比载（Mpa）
最大使用应力
最低点应力
安全系数
是否满足规范要求
最高气温
40.000
0.000
0.000
0.046
183.600
59.595
9.076
是
最低气温
-40.000
0.000
0.000
0.046
183.600
64.062
5.259
是
最大风速
-5.000
32.000
0.000
0.087
183.600
110.546
4.787
是
最厚覆冰
-5.000
10.000
10.000
0.096
183.600
121.444
9.019
是
内过电压
-5.000
16.000
0.000
0.048
183.600
64.463
9.766
是
外过无风
15.000
0.000
0.000
0.046
183.600
59.532
9.427
是
外过有风
15.000
10.000
0.000
0.047
183.600
61.676
9.192
是
安装有风
-15.000
10.000
0.000
0.047
183.600
63.251
9.329
是
年均气温
-5.000
0.000
0.000
0.046
183.600
62.320
9.756
是
3.1.5导地线对杆塔的作用力
a）根据设计档距，由导线的应力弧垂曲线，查得该条件下的水平应力（），再根据下式就可以计算悬挂点的垂向应力：
表3-9导线对杆塔的作用力
气象条件
最低点应力
比载（Mpa/m）
最高气温
47.47133164
3.031E-02
7.609175006
覆冰有风
80.4907881
4.882E-02
12.25157117
覆冰无风
79.96517489
4.845E-02
12.15760664
外过无风
50.62999964
3.031E-02
7.605276722
最低气温
58.68179489
3.031E-02
7.598033706
最大风速（强度）
73.6167987
4.403E-02
11.0485626
内过电压
53.88338967
3.103E-02
7.784325903
外过有风
50.62999964
3.051E-02
7.655196643
安装
54.77799748
3.051E-02
7.650985578
事故
54.46013774
3.031E-02
7.601430418
年均气温
52.984
3.031E-02
7.602814178
最大风速（校验）
67.59066828
3.992E-02
10.01554462
b）已知各种工况下地线地点的水平应力，代入上式同样可以计算地线悬挂点的垂向应力；
表3-10地线对杆塔的作用力
气象条件
最低点应力
比载（Mpa/m）
最高气温
59.595
0.046142
11.608
最低气温
64.062
0.096084
24.588
最大风速
110.546
0.094363
23.770
最厚覆冰
121.444
0.046142
11.553
内过电压
64.463
0.046142
11.597
外过无风
59.532
0.086802
22.184
外过有风
61.676
0.047794
12.024
安装有风
63.251
0.046823
11.773
年均气温
62.32
0.046823
11.775
3.1.6架空线的最大弧垂
根据设计档距，查导线的应力弧垂曲线表获得架空线的最大弧垂。
3.2铁塔设计部分
3.2.1铁塔呼称高度确定
在设计要求得塔型中选取满足电气要求的最小呼称高度的铁塔。
，
取H=36m,铁塔全高47.8m.
3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况
1.各种工况下塔头的荷载受力分析
根据所设计
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