HQ110kV输电线路设计（II）毕业设计.docx

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1、 毕业设计（论文）课题名称 HQ110kV输电线路设计（II） 学生姓名 学 号 10412012011 系 、 专 业 电气工程及其自动化 指导教师 2014年 05月 22日邵阳学院毕业设计（论文）任务书年级专业10级输电线路工程学生姓名 学 号1041201211课题名称 110kV架空输电线路设计II段设计(论文)起止时间2013 年 11 月 30 日 至 2014 年 5 月 30 日课题类型工程设计 应用研究 开发研究软件工程 理论研究 其他课题性质真实 模拟 虚拟一、 课题研究的目的与主要内容目的：为培养学生综合运用所学理论知识和技能解决实际问题能力，实际动手能力，培养学生具有

2、一定的实际工程设计的基本技能及独立分析和解决工程问题的综合素质及查阅和处理文献资料的能力。主要内容：通过导师给定的平断面图、气象资料以及自己调研资料完成以下内容（1）确定选用的导线和地线，作出导、地线比载、弧垂曲线；（2）杆塔定位、杆塔型式选择，塔头荷载校验；（3）杆塔地线防震设计，确定绝缘子间距，绝缘子串及金具；（4）基础设计；（5）绘制设计说明书一份，绘出设计图样。二、基本要求1、收集整理有关该论文的参考文献30篇； 2、到某地区电业局电力设计院或线路管理所进行课题调研并收集有关原始资料；3、完成设计说明书1份，设计计算书1份，绘制送电线路路径经过图、大跨越设计的平、断面图、全线杆塔一览图

3、、全线基础一览图等图纸。注：1此表由指导教师填写，经系、教研室主任审批生效；2此表1式3份，学生、系、教务处各1份。三、课题研究已具备的条件（包括实验室、主要仪器设备、参考资料） 1、实验场地：邵阳学院创新实验室，邵阳学院电力系统综合实验室； 2、主要仪器设备：计算机AUTOCAD软件，输电线路设计软件； 3、参考资料：学校图书馆资料，专业教研室图书资料，学校电子数据库，输电线路设计，输电 杆塔及基础设计，高电压技术文献等。四、 设计（论文）进度表 1、2013年12月1日2014年1月10日，完成开题报告； 2、2014年2月15日2月18日，全面收集和整理有关毕业设计的资料； 3、2014

4、年2月19日2月25日，完成架空导线的选择和线路路径的选择以及杆塔的定位； 4、2014年2月26日3月5日，确定杆塔的荷载条件及杆塔的选择； 5、2014年3月6日3月20日，完成杆塔基础的设计； 6、2014年3月21日4月4日，完成导线和避雷线的防震设计； 7、2014年4月5日5月11日，撰写论文，完成毕业论文的初稿； 8、2014年5月12日5月24日，修改论文，完成论文的撰写并送教研室评审； 9、2014年5月25日5月31日，准备论文答辩。五、教研室审批意见教研室主任（签名） 年 月 日六、系审批意见 主管系领导（签名）： 单位（公章） 年 月 日指导教师（签名）： 学生（签名）

5、： 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、弧垂曲线，力学特性的计算，杆塔定位，各种校验，代表档距的计算，杆塔荷载的计算，杆塔地线防震设计，杆塔型式的选取。在本次设计中，重点是线路设计，杆塔定位和基础设计，弧垂曲线的制图，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 弧垂曲线 杆塔定位 Summary In this text, it includes all the steps in of overhead power transmission line design,

6、： which is Accordance withthe design of overhead power transmission line , but it is not the same with the reality .this article discussed the conductor and the ground wires comparing load critical span .the maximum arc-perpendiculer judgement .mechanics propertys fixed position of shaft-tower. vari

7、ous checking .representative spans calculating. load ppplied on iron tower calculating. equipment used in the ground connection design. metal appliance choose .In this paper, it is the focal point of line design. iron tower design and fundament design ,at last ,it is simply introducedthe iron tower

8、erectings design and fundament design followed with fundament construction. Keywords: conductor; overhead ground wire; comparing load; stress arc-perpendiculer fixed;position of shaft-towerII1 原始资料1.1 地形与地貌本线路为秦山花明桥电站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221米236米之间，线路附近有320国道和207国道以及农村简易公路

9、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：全线交叉跨越情况及导线对地安全距离全线导线对地最小距离为7.0米，线路与其他设施交叉跨越规定要满足下表中的要求。表1-1 交叉跨越一览表 跨越物跨越次数 与跨越物的安全距离 道路 56 水沟33 池塘33 树林171.2 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（秦山-花明桥110Kv线路）运行情况，各设计气象条件组合如下表1-2所示:表1-2 气象条件III区一览表项目 计算条件气温（）风速（M/S）冰厚（MM）最高温度4000最低温度-1000年平均气温1500设计覆冰-5105最大风速-5250内部过电压15

10、150大气过电压15100安装情况-5100事故情况000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

11、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、

12、气候等因素，经综合分析,本次设计所有线路均为5mm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10mm。线路设计所选用的气象条件组合，除应合理地反映一定程度的自然变化规律外，还要适合整个结构上的技术经济合理性及设计计算上的方便性。因此，必须根据线路实际运行中可能遇到的情况，慎重的调查分析原始气象资料，合理的概括出“组合气象条件”。选择组合气象条件的要求如下：线路在大风、覆冰及最低气温时仍能正常运行；线路在断线及不平衡张力情况下，不使事故范围扩大，即杆塔不致倾覆；线路在安装过程中不致发生人身或设备损坏事故；线路在重冰区及大跨越等特殊区段的稀有气象验算条件下，

13、不致发生倾覆和断线；线路在正常运行情况下，在任何季节里，导线对地面或与其它地上物保持足够的安全距离；线路在长期运行中，应保证导线或地线有足够的耐振动性能。1.2.3 地质情况本线路所经区域无泥石流等不良地质及可能发生山洪爆发的地带；线路跨越资江，但无大的洪涝灾害。线路经过地区的区域稳定，地形为低山丘陵地貌单元，沿线路的地质为硬朔粘土，孔隙比为0.9，朔性指数10，液性指数为0.25，地下水在地面下10m，地区污秽级III级。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LGJ400/35型钢芯铝绞线，避雷线采用17-9-1370-A-YB/T500

14、4-2001型镀锌钢绞线；其机械物理特性见表2-1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LGJ-400/35 GJ-50计算截面(mm2)铝股390.88/钢股34.3649.48综合425.2449.48计算外径(mm)26.829股数及每股直径(mm)铝股483.22/钢股72.5073.0单位重量(kg/km)1349411.9制造长度不小于(m)15001500瞬时破坏应力(MPa)244.33 1259.1 温度线膨胀系数(1/)20.510-611.510-6弹性模量(N/mm2)650001814002.2 导线与避雷线的应力弧垂计算2.2.1 导线与避雷线应

15、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

16、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

17、、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

18、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LGJ400/35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232.11MPa，在设计冰厚10mm控制条件时，取最大使用应力为92.8MPa,安全系数为2.5。避雷线17-9.0-1370-A-YB/T5004-2001型镀锌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

19、档距中央的距离不小于(0.012L+1)的要求下，可推算出避雷线17-9.0-1370-A-YB/T5004-2001最大使用应力为359.74Mpa。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，。自重比载它是架空线自身质量引起的比载，即 （2.3）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

20、载的计算为 （2.4）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）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2-2 330kV及以下线路用风速不均匀系数设计风速1.00.850.750.7表2-3 5

21、00kV线路用风速不均匀系数设计风速150.750.61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）导线无冰有风时的综合比载为 (2.9)导线覆冰有风时的综合比载为 （2.10）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（31.11强度时6.49，=1.0, =1.210.37风偏时6.49，=1.0, =1.241.4831.414.34，=1.0, =1.131.967.32，=0.75, =1.1（强度时）38.71强度时23.04，=0.85, =1.1强度时41.98风偏时17.35，

22、=0.61, =1.1风偏时41.98表2-.5 地线GJ50型镀锌钢绞线的比载计算结果比载类型大小（比载类型大.小（ 81.58强度时28.80，=1.0, =1.2 39.23风偏时28.80，=1.0, =1.2 120.8182.7113.64，=1.0, =1.284.7723.02，=0.75, =1.2强度时109.12强度时72.47，=0.85, =1.2强度时124.20风偏时52.01，=0.61, =1.2风偏时124.202.2.4 导线的应力弧垂曲线整理该气象区的计算用气象条件，如表2-6中。表2-6 计 算 用 气 象 条 件气 象项 目最高气温最低气温最大风最厚

23、覆冰内过电压外过无风外过有风安装有风事故气象年均气温气温（）40-10-5-515+15+15-10-10+15风速（m/s）002515150101000冰厚( mm )0005000000LGJ40035型导线的有关参数，汇集于表2-7中表2-7 LGJ40035型导线的有关参数截面积A导线直径d(mm)弹性系数E（MPa）温膨系数（1/）计算拉断力（N）计算质量Kg/Km抗拉强度(MPa)安全系数 K许用应力（MPa）年均应力上限 425.2426.826500020.510-6103900 1349 232.112.592.8 计算临界裆距，判定控制条件：可能控制条件的有关参数见表2-

24、8.表2-8 可能的应力控制气象条件条 件项 目最大风速 最厚覆冰 最低气温 年均气温许用应力(MPa)92.892.892.858比载38.7110-30 43.9810-331.1110-331.1110-3（1m）0.41710-30.47410-30.33510-30.53610-3 温度（）-5-5-10+15 由小之大编号按等高悬点考虑，计算各临界档距为，；，虚数不难得知在该气象区它的气象控制条件为该气象区的最低温。计算各气象条件的应力和弧垂：以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如表2-9所示表2-9 已知条件及参数已知条件 参数控制区间最低气温 利用状态方程式: （2.11

25、） 式中 、分别为两种状态下架空线弧垂最低点处的应力； 、分别为两种状态下架空线的比载； 、分别为两种状态下架空线的温度；求得各待求条件下的应力和弧垂，如表2-10所示。根据计算结果很容易看出，最大弧垂发生在最高气温。表2-10 LGJ400/35导线的应力弧垂计算表气象条件档距（m）最高气温最低气温年均气温事故安装内过电压外过有风5030.030.3290.258.0390.2083.6958.0683.6910036.551.0687.0258.0387.0280.9758.1480.9715041.482.1182.4958.0382.4977.2458.2377.2420045.113

26、.4577.6158.0377.6173.3858.3173.3825047.795.0977.2458.0373.2470.0458.3770.0430049.807.0369.7658.0369.7667.4558.4167.4535051.319.2867.1658.0367.1665.5258.4465.5240052.4811.8665.2658.0365.2664.1058.4764.1045053.3814.7563.8658.0363.8663.0558.4863.0550054.0917.9762.8258.0362.8262.2658.5062.2655054.6621.5

27、262.0258.0362.0261.6658.5161.6660055.1225.4061.4058.0361.4061.1958.5261.1965055.4929.6160.9258.0360.9260.8258.5260.8270055.8733.8360.0458.0360.0460.3958.53 60.39 续表气象条件档距（m）外过无风覆冰无风覆冰有风（强度）覆冰有风（风偏）最大风（强度）最大风（风偏）5083.670.1284.370.1584.5684.4384.1583.8810080.900.4883.570.6284.25 83.8082.7481.7215077.0

28、91.1382.551.4183.86 83.0080.9278.8420073.142.1381.572.5483.48 82.2379.1175.9225069.733.4980.734.0183.17 81.5777.5873.4230058.415.9980.065.8382.92 81.0576.3771.4635058.448.1579.557.9882.72 80.6575.4469.9840058.4710.6479.1610.4882.57 80.3474.7468.8845058.4813.4778.8513.3282.45 80.1074.2068.0550058.501

29、6.6278.6116.4982.36 79.9173.7967.4255058.5120.1178.4320.0082.2879.7773.4766.9460058.5223.9278.2823.8582.2379.6573.2166.5565058.5228.0878.1628.0382.1879.5573.0066.2570058.5339.0578.0438.3382.0979.2172.7966.04以表2-10的数据为依据，绘制应力弧垂曲线如图2.1。最高气温应力；最低气温应力；年均气温应力；安装有风应力； 内过电压应力；外过无风应力；覆冰无风应力；最大风应力；最高气温弧垂；外过无

30、风弧垂；覆冰无风弧垂。2.2.5 地线的应力弧垂曲线整理该气象区的计算用气象条件，示于表2-11中。表2-11 计 算 用 气 象 条 件 气 象项 目最低气温最大风最厚覆冰外过无风安装有风事故气象年均气温气温（）-10-5-5+15-5-10+15风速（m/s）025001000冰厚（mm）0050000GJ50型地线的有关参数，汇集于表2-12中。表2-12 GJ50地线的有关参数截面积A导线直经弹性系数E温膨系数计算拉断（N）计算质量抗拉强度安全系数 许用应力年均应力上限49.489 18140011.510-662300411.91259.13.5359.74314.78各气象条件下的

31、地线比载的计算值，见表2-13。表2-13 比 载 汇 总 表项目自重（0,0）覆冰无风（5,0）无冰综合（0,10）无冰综合（0,15）无冰综合（0,25）（用于强度）覆冰综合（5,15）（用于强度）数据81.5810-3120.8110-382.7110-384.7810-3109.1210-3137.0910-3备注计算临界档距，判定控制条件:可能控制条件的有关参数见表2-14。表2-14 可能的应力控制气象条件 条件项目最大风速最厚覆冰最低气温年均气温许用应力359.74359.74359.74314.78比载109.1210-3137.0910-381.5810-381.5810-3

32、0.30410-30.381 10-3 0.227 10-3 0.25910-3温度（）-5-5 -10 +15由小至大编号 按等高悬点考虑，计算各临界档距为虚数，184.40m，121.30m；376.62m，214.53m，0m判断有效临界档距，确定控制气象条件。将各临界档距值填入有效临界档距判别表2-15，容易看出214.53m为有效临界档距。实际档距,年均气温为控制条件；时最厚覆冰为控制条件。表2-15 有效临界档距判别表可能的控制条件(最低气温)（年均气温） （最大风速）（最厚覆冰）临界档距（m）虚数184.40m121.30m376.62m214.53m0m 计算各气象条件的应力和

33、弧垂：以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如表2-16表2-16 已知条件及其参数 待求条件参数最低气温年均气温事故外过无风安装覆冰有风（强度用）最大风（强度用）（）-10+15-10+15-5 -5 -5（mm）00000 5 0(m/s)000010 15 2581.5881.5881.5881.5882.71 137.09109.12利用状态方程式，求得各待求条件下的应力和弧垂，如表2-17所示。根据计算结果很容易看出，最大弧垂发生在最厚覆冰。表2-17 GJ50型地线应力弧垂计算表气象条件档距（m）最低气温年均气温事故安装 外过无风覆冰有风（强度）最大风（强度）(MPa) (MP

34、a)(MPa)(MPa)(MPa)(m)(MPa)(MPa)50314.78263.20306.07304.48304.44 0.08306.86305.45100314.78264.84310.85304.85304.71 0.33313.73308.57150305.09258.06308.85295.83301.88 0.76314.78304.04200291.62248.83305.35283.34293.24 1.39314.78297.46214.53306.42337.48312.76340.97288.07 1.63 329.32323.02250334.91292.1033

35、4.91326.77326.11 1.95354.77343.29300330.16290.75330.16322.90323.45 2.84359.74344.91350319.70284.40319.70313.51316.35 3.95359.74341.47400309.72278.57309.72304.62307.84 5.30359.74338.27450300.60273.41300.60296.56300.05 6.88359.74335.37500292.53268.93292.53289.46293.13 8.70359.74332.80550285.56265.1128

36、5.56275.46287.10 10.74359.74330.56600279.61261.86279.61272.86281.93 13.02359.74328.60650274.57259.12274.57270.64277.52 15.52359.74326.91700270.11257.59270.11268.42274.33 20.11359.74324.88以上表的数据为依据，绘制应力弧垂曲线如图2.2。绘制地线安装曲线应用状态方程式求解各施工气象（无冰、无风、不同气温）下的安装应力，进而求得相应弧垂，结果如表2-18。表2-18 各种施工气温下的应力和百米档距弧垂档距（m）温度

37、 (C)403020100-1035.09234.080.44254.760.40275.490.37296.240.34317.010.32337.790.30100171.430.60189.220.54207.690.49226.670.45246.050.41265.730.38150120.370.85430.030.78140.930.72153.090.67166.490.61181.040.5620097.421.05101.511.01106.040.96111.060.92116.650.87122.880.8325088.171.1690.291.1392.551.1094.961.07