白云安线架空线路设计设计.doc

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1、110kV白云 安线架空送电线路设计 毕业设计说明书 110kV白云-安线架空线路设计 学生姓名: 班级学号: 院、系、部: 电力工程学院 专 业: 电气工程及其自动化（输配电工程） 指导教师: 合作指导教师： 2013年06月 南 京 Undergraduate Design(Thesis)THE DESIGN OF 110kVBAIYUNOVERHEAD POWER TRANSMISSION LINEBYDUAN Yuan-yuSupervised byAssociate professor NI Liang-hua School of Electric Power Engineering

2、 Nanjing Institute of Technology June 2013 摘 要本设计是白云变电站至安线变电站的一条110kV送电线路。根据提供的气象条件，导线型号，平断面图等资料，对这条线路进行全面的设计包含了导线、避雷线的应力和弧垂计算；杆塔型式和金具的选择；弧垂模版的制作和杆塔定位；导线的防振设计；耐张杆荷载计算；杆塔主材和斜材内力计算；基础的设计和校验。本设计原题来自设计院实际设计项目，具有较强的现实意义。关键词 架空线路，应力弧垂曲线，杆塔荷载，杆塔定位Abstract This design is a new 110kV transmission lines from

3、the Baiyun substation to Ann line substation. According to the weather conditions, wire type, flat profile and other materials,I carries on the comprehensive design ,This design involves the content: the calculation of conductor,; tower type and hardware fittings selection; definite pole position an

4、d sag template; anti-vibration design of conductors; calculation of tower material internal force ; design and verification foundation. This design is actual design project comes from the design institute, has the strong practical significanceKey Words Overhead lines , curves of load,Tower loads,tow

5、er location 目 录摘要.IAbstract.I1 绪论.12 说明书.22.1设计工程概况.22.2 导线、避雷线的应力弧垂计算.22.3杆塔型式的选择.62.4绝缘子及金具的选择.72.5杆塔室内定位102.6线路的防振设计132.7杆塔头部尺寸校核.142.8上字型耐张杆塔强度计算.102.9铁塔基础的稳定性设计.272.10本章小结.313 计算书.323.1架空线路的应力和弧垂计算.323.2杆塔的选择.453.3绝缘子和金具的选择463.4排杆定位的计算503.5线路的防振设计.563.6杆头尺寸校核计算.603.7上字型耐张杆强度校核.673.8铁塔基础设计.783.9

6、 本章小结.834 结论.84谢辞.85参考文献.86附录1图纸 . . . .87A1.1导线应力弧垂曲线.87A1.2避雷线应力弧垂曲线.88A1.3直线杆塔金具图.89A1.4耐张杆塔金具图.90A1.5弧垂模版.91A1.6直线杆塔图.92A1.7耐张杆塔图.93A1.8杆塔定位结果表(1).94A1.8杆塔定位结果表(2).95附件2外文资料翻译.96A2.1 输电线路设计应注意的问题（译文）.97A2.2 外文资料翻译（原文）.59III 1 绪 论 电力工业是关系国计民生的重要基础产业和公用事业。电力的安全、稳定和充分供应，是国民经济全面、协调、可持续发展的重要保障。新中国成立以

7、来，特别是改革开放以来，电力工业走过了一条不平凡的发展道路，发展速度不断加快，发展质量日益提高，服务党和国家工作大局、服务经济和社会发展、服务电力用户的能力逐步增强，取得了举世瞩目的成绩，实现了历史性的跨越。随着我国经济的快速发展，我国的电力事业也发展到了一个新的水平。电力用户对电力供应的安全性、可靠性和服务质量的要求越来越高。输电线路作为电力输送的大动脉，其安全性和稳定性尤为重要。保证电力输送的稳定对电力企业自身的供电稳定能力和服务水平也提出了更加高的要求，电力企业正面临着前所未有的机遇与挑战。 本文基于拟建的白云安线架空线路，根据平断面图、地区污秽等级等资料，进行了导线和避雷线应力弧垂计算

8、、金具绝缘子的选取、线路导线的防振设计、杆塔型号的选择、杆塔的定位、杆塔荷载的计算、杆塔强度校验以及基础校验等。本文主要分为两大部分：一是说明书，二是计算书。以及附录包含的线路金具和绝缘子连接图、杆塔型式图、导线和避雷线应力弧垂曲线图、弧垂模版以及排干定位表。在说明书中，讲述了导线以及避雷线的应力弧垂计算的原理和公式、选择杆塔型式的要求、杆塔定位的方法和模版、金具绝缘子选择的要求、杆塔荷载计算的分析和公式选用、防振锤的安装原理和个数选择方法、基础底盘校验都做了详细的说明。计算书对线路设计的过程进行了具体介绍，详细的阐述了导线避雷线应力弧垂的计算过程、金具的选择计算、线路防振设计计算和校验具体的

9、过程、杆塔荷载和强度计算过程等相关计算。在整个设计的过程中，参考了许多的设计方面的书。运用了常用算法、公式以及一些常用参数，参考文献也从图书馆或指导老师借阅，绘表、绘图较清晰，文本易读、理解。 2说明书 2.1 线路基本资料本设计是根据电力系统规划设计，拟在白云变电站新建一条110kV送电线路，向安线变电站供电，导线采用LGJ-240/40。线路路径：沿线路路径情况见提供的平断面图，沿线路的地质为粘土，孔隙比0.8，液性指数0.75，地下水在表面下2.4米，地区污秽等级4级。气象条件：相当于我国典型气象区的第IX区。 2.2 导线、避雷线的应力、弧垂计算2.2.1 导线应力、弧垂计算（1）确定

10、所采用的计算气象条件（IX级气象区）表2.1 气象区参数代表情况温度()风速(m/s)冰厚(mm)最高气温4000最低气温-2000最大风速-5300覆冰-51520年平均气温1000外过电压（有风）15100外过电压（无风）1500内过电压10150安装有风-10100（2）确定导线的计算参数（LGJ-240/40）表2.2 导线的计算参数 名称数据导线总面积A(mm2)277.75导线外径d (mm)21.66导线温度膨胀系数 (1/)导线单位长度质量(kg/km)964.3导线瞬时破坏应力p(N/mm2)300.16导线安全系数2.5(3) 比载计算 表2.3 导线的各种比载名称符号公式

11、(10-3MPa/m)结果(10-3MPa)自重比载1(0,0)9.8 q.g/A34.02冰重比载2(20,0)27.709 b(d+b)/A83.18垂直比载3(20,0)1(0,0)+ 2(5,0)117.2无冰风压比载4(0,10)9.8cdv2/(16A)4.874(0,15)9.8cdv2/(16A)12.0634(0,25)9.8cdv2/(16A)36.189覆冰风压比载5(20,15)9.8c(d+2b) v2/(16A)37.46无冰有风综合比载6(0,10)12(0,0)+42(0,25)1/234.376(0,15)12(0,0)+42(0,15) 1/236.0946

12、(0,30)12(0,0)+42(0,10) 1/249.67覆冰有风综合比载7(20,15)32(10,0)+ 52(10,10) 1/2120.52上表中c为风载体型系数：线径17mm 取1.2； 线径17mm 取1.1； 覆冰(不论线径大小) 取1.2。 为风速不均匀系数。表2.4 风速不均匀系数设计风速(m/s)20以下2030303535及以上1.00.850.750.7 (4) 确定应力值 使用应力、 (2.1) 平均运行应力cp (2.2) (5) 判断临界档距将最低气温，年平均气温，最大比载三种控制气象条件，按比载与应力的比值()按从大到小，如D、C、B、A表示并将算得的临界档

13、距Lk按D、C、B两种条件与其他控制条件组合顺序排成表，表格如下： 表2.5 导线的各种控制条件项目最低温年平均气温覆冰许用应力120.0675.04120.06比载气温-2010-5编号CBA计算各种临界档距 计算公式： （2.3）由计算公式可以求出各临界档距如下：LAB=93.639 LAC= 83.754m LBC= 虚数本设计判断出气象控制条件为： 当L93.639m 时，由最低温控制；当L93.639时，由年平均气温控制。83.754虚数 93.639C B A 图2.1 临界档距判断图2.2.2 避雷线的应力、弧垂曲线(1) 根据导线的型号确定避雷线的型号， 按下表选取：表2.6

14、导线避雷线配合导线型号LGJ-35LGJ-70LGJ-95LGJ-185LGJ-240LGJ-300LGJ-300向上避雷线型号GJ-25GJ-35GJ-50GJ-70 (2) 确定避雷线的计算参数： 表2.7 避雷线的计算参数名称数据避雷线的计算外径 d(mm)9.0避雷线的面积 A(mm2)49.48避雷线的温度膨胀系数 (1/)避雷线的瞬时破坏应力p(N/mm2)14329.02避雷线的弹性系数 E(N/mm2)181400避雷线的安全系数3.5(3) 避雷线的各种比载计算：表2.8 避雷线的各种参数名称符号公式(10-3MPa/m)结果(10-3MPa)自重比载1(0,0)9.8 q.

15、g/A81.58冰重比载2(20,0)27.728 b(d+b)/A325.03垂直比载3(20,0)1(0,0)+ 2(5,0)406.61无冰风压比载4(0,10)9.8cdv2/(16A)13.644(0,30)9.8cdv2/(16A)92.08覆冰风压比载5(20,15)9.8c(d+2b) v2/(16A)167.12无冰有风综合比载6(0,30)12(0,0)+42(0,30)1/2123.026(0,10)12(0,0)+42(0,10) 1/287.27覆冰有风综合比载7(20,15)32(20,0)+ 52(20,15) 1/2439.61(4) 根据防雷要求，避雷线在15

16、，无风，无冰时的应力为 (2.4) 式中 s、h 导线、避雷线杆塔上悬挂点间水平距离和垂直距离，m； 、 导线、避雷线的自重比载，； 、 导线、避雷线在在15，无风，无冰时应力，N/。使为最大值的档距定义为控制档距，当 S = 1 时，=166.7(h-1)=166.7(6-1)=833.5 (m)绘制避雷线应力弧垂曲线时，取0700m，而，故取=700代入 式中，求出。以，15，无风，无冰为已知状态，应用状态方程求出气象条件下的应力弧垂值，并画出应力弧垂曲线。验证档距L=50m、300m、600m时，最大风速、覆冰时的应力都小于最大使用应力导线、避雷线的应力弧垂曲线见附录1的图A1.1和图A

17、1.2。2.3 杆塔型式的选择2.3.1 杆塔的选择(1) 杆塔选择的原则 按线路的电压等级及线路所经过的地区的地形、地貌条件、交通情况来选择杆塔的型式。 应采用材料消耗量较少的杆塔，尽量简化杆塔的尺寸和种类，尽量选用定型杆塔。 导线和避雷线的规格及气象条件也可作为选择杆塔的依据。2.3.2 选择杆塔(1) 由于高压等级为110 kV，电压等级比较高，而且导线型号为LGJ-240/40，避雷线型号GJ-50，所以对杆塔的强度等级要求比较高，所以选择上字型直线铁塔和上字型耐张铁塔。(2) 线路所经地区有较多的河道和建筑物，还有很多其它电力线路和通讯线。(3) 由于以上原因，直线杆塔选用呼称高为1

18、8m的上字型铁塔；耐张杆和转角杆塔采用呼称高为15m的上字型铁塔。杆塔按被跨越物和根据地形适当的按3m逐段加高。2.4 绝缘子及金具的选择耐张绝缘子型式为XWP3-70，耐张绝缘子与悬垂绝缘子的相同，根据对于110kV以下线路每串耐张片数比悬垂片数多1到2片，所以耐张绝缘子片数为10片，悬垂绝缘子片数为9片。2.4.1 绝缘子的选择(1) 根据运行电压为110kV，导线型号LGJ-240/40，地区污秽等级为4级，所以选择XWP3-70型绝缘子。 XWP3-70型绝缘子的电气性能如下：2.9 绝缘子的各种电气性能产品型号盘经mm高度mm泄漏距离mm工频电压有效值kV50闪络电压幅值kV额定机电

19、破坏kN重量kg干闪湿闪击穿XWP3-7025516045045120120707.5(2) 绝缘子串片数的选择 (2.5) 式中 泄漏比距 现取3.6 绝缘子泄露距离的有效系数 取1。 根据操作过电压的要求校验所选的绝缘子的片数 (2.6) 由以上得悬垂绝缘子片数 9片 耐张绝缘子型式为XWP3-7，耐张绝缘子的型号与悬垂绝缘子的相同，根据运行经验对于110kV以下线路每串耐张片数比悬垂片数多1到2片，所以耐张绝缘子片数为10片。(3) 绝缘子串数的选择悬垂绝缘子串的串数应由以下两个条件进行计算:按导线的最大综合比载决定 (2.7)式中 n 串数 ； T 悬式绝缘子一小时机电荷载 N；K1

20、运行条件下的机械强度安全系数 K1=2.0。按导线的断线条件计算 (2.8) 式中 导线的断线张力 N； 断线条件下的机械强度安全系数。2.4.2 金具的选择(1) 线路金具选择如下表:表2.10 导线双联悬式绝缘子配合 件号金具名称型号 单位数量每个质量（kg）小计质量(kg)总质量(kg)主要尺寸H(mm)1U型螺栓UJ-1880副20.851.7145.1452Q型球头挂环Q-7个20.300.6503耐污型绝缘子XWP3-70片187.5135.016094W型碗头挂板W-7A个20.821.6705悬垂线夹CGU-4副23.061096铝扁带110m60.030.2-(2) 耐张绝缘

21、子串组装绝缘子表:表2.11 导线耐张绝缘子配合件号名称型号单位数量每个质量kg小计质量kg总质量kg主要尺寸H(mm)1U型挂环U-10副30.541.6132.0852PH型挂环PH-10个10.610.61003L型联板L-1040块24.438.9854Z型挂板Z-7副20.641.3705QP型球头挂环QP-7个20.270.5806耐污型悬式绝缘子XWP2-70片205.50110.0146107WS型碗头挂板WS-7个20.971.9708螺栓型耐张线夹NLD-4副17.107.1709铝扁带110m30.030.185(3) 避雷线组装材料表:表2.12 避雷线的金具配合金具名

22、称型号每组数量每个质量kg共计质量kg总质量kg主要尺寸H(mm)悬垂金具U型螺丝U-188010.80.83.180(L)挂环ZH-710.50.595悬垂线夹XGU-211.81.882耐张金具耐张线夹NX-211.761.762.7140(L)U型挂环U-710.440.4460挂环ZH-710.50 .5952.5 室内定位2.5.1 杆塔定位的原则:(1)应尽量少占耕地和好地，减少土石方量。(2)杆塔应尽可能避免洼地和池塘、水库、冲沟发育地段、断层等水文、地质条件不良的处所，对如带拉线的铁塔还应考虑打拉线的条件。(3)应具有较好多施工条件。2.5.2 杆塔排杆定位所谓室内排杆定位是指

23、在已提供好的平断面图上进行杆塔的合理安置。常见步骤如下：(1) 判断到现代最大弧垂出现的气象条件：导线的最大弧垂只有出现在最高气温或者最大比载两种气象条件下，通常用临界温度法或者临界比载法来判断最大弧垂出现的气象条件。通过计算知道最大弧垂出现在最高气温气象条件下，具体计算详见计算书。(2) 最大弧垂与杆塔定位的关系：杆塔定位的主要要求是导线的任意点在任何情况下保证对地的安全距离（限距）。最大允许弧垂计算公式为： (2.9) 式中 杆塔的呼称高度 m； 悬垂绝缘子串长度 m； 导线对地安全距离 m，由线路电压和所经地区决定； 限距裕度 m，其取值见下表表2.13导线对地的限距裕度档距6000.5

24、0.50.70.70.91.0 (3) 杆塔的标准定位高度的确定 直线杆： (2.10) 耐张杆： (2.11) 式中 杆塔的呼称高度 ； 悬垂绝缘子串长度 ； 导线对地安全距离 ； 裕留度 ； 杆塔施工基面 ； (4) 最大弧垂模板的制作根据允许的最大弧垂，估算代表档距，现取0.9倍的代表档距作为定位档距。根据假定的查出其所对应的最大弧垂相对应的，最大弧垂模板值由求得，采用与平断面图相同的比例，根据，制成模板，通过计算求出。2.5.3 用最大弧垂模板排定杆塔位置的方法 根据公式，求出实际代表档距，与估计的代表档距不相等时，由求出。如果与的误差在，就满足要求。如果与不在误差范围之内，再按模板从

25、新定位，直到与在误差范围之内。(1) 定位结果第一耐张段：共1档： 第二耐张段：共3档：， 第三耐张段：共3档：， 第四耐张段：共3档：， 第五耐张段：共1档： 第六耐张段：共3档：， 第七耐张段：共2档：， 第八耐张段：共4档：， 第九耐张段：共3档：， 第十耐张段：共1档： 第十一耐张段：共2档：， 2.6 线路的防振设计本设计采用我国最广泛的防振装置-防振锤。由于防振锤是目前送电线路上最广泛采用的一种积极的防振措施，其可将振动的振幅降低到没有危险的范围内，对于减落或消除线路振动危险效果很显著。防振锤的计算主要解决两个问题：一是确定其型号和个数；二是计算防振锤的安装距离。2.6.1 根据导

26、线和避雷线的型号、直径选用防振锤导线 LGJ-240/30；FD-4避雷线 GJ-50；FG-502.6.2 确定防振锤的数量 根据下表，由导线的直径是21.66，结合定位知 表2.14防振锤个数选择表防振锤型号导线直径mm防振锤安装数量表当需要安装下列防振锤个数时的相应档距m1个2个3个FG-50，FG-70，FD-2D12300300600600900FD-3，FD-412D223503507007001000FD-6，FD-5D2，则满足要求。式中 P 绝缘子一小时的机电荷载 N； 绝缘子串中最靠近横担的一片绝缘子所受到的最大使用荷载 N。 (2.17) 式中 导线覆冰时的综合荷载 ；

27、绝缘子覆冰时的综合荷载 N。 (2.18) (3) 事故情况下绝缘子的安全系数由公式，计算K的大小，如果K1.3，则满足要求 (2.19) (2.20) (2.21) 满足要求。 本设计选取档距相差较小，进行绝缘子强度的校核均满足条件，并且选取的情况安全预度比较大，则整条线路均可保证安全。 2.7.2 绝缘子串的串数选择 (1) 悬垂绝缘子串的串数是根据最大荷载和断线情况下来选择的按导线最大综合荷载计算 (2.22)式中 导线覆冰时的综合比载 N； 绝缘子串覆冰时的综合比载 N； 绝缘子一小时机电荷载 N。 (2.23)按导线断线条件计算 (2.24)式中 悬式绝缘子在断线情况下的机械强度的安

28、全系数； 导线断线张力 N； 绝缘子一小时机电荷载N。 (2.25)经校核悬垂串数为1串，考虑安全等情况选择2串。(2) 对于耐张绝缘子串 (2.26)式中 悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数； 导线的最大使用张力 N； 绝缘子一小时机电荷载 N。 (2.27)经校核耐张串的穿数为1串。考虑重覆冰等安全原因选择2串。 2.7.3 直线杆塔头尺寸的校核(1) 直线杆悬垂绝缘子串的风偏角计算及校验 计算风偏角悬垂绝缘子串在横线路方向的风偏角 (2.28) (2.29)式中 悬垂绝缘子的重量 N； 悬垂绝缘子的风荷载 ， 校验条件下的垂直荷载； 校验条件下的水平档距； 绝缘子串的受风面积，单

29、盘每片取0.02m2 金属零件对单导线每片取0.03 m2。 表2.16 悬垂绝缘子的风偏角情况() 运行电压29.4334.0240.16内过电压12.0634.0217.82外过电压4.8734.027.4 (2) 导线间水平距离的校验根据我国长期的试验和参考国外公式，提出了档距小于1000m时公式为： (2.30) 式中 导线间水平相间距离 m； 悬垂绝缘子串的长度 m； 额定电压 kV； 导线的最大弧垂 m。本设计选用的典型杆塔相间距离为7m，经过校验满足条件(3) 避雷线保护计算避雷线应十分重视其防雷保护 避雷线与导线在档距中央的距离配合应按下式校验（气象条件为无风 +15） (2.31) (2.32) 式中： 档距 m； 悬挂点之间的距离； 导线在外过电压无风下的弧垂 m； 避雷线在外过电压无风下的弧垂 m。 避雷线对边导线的保护角的校验通常情况下为2030，110kV线路