架空线常用计算公式和应用举例

1架空线常用计算公式和应用举例前言在基层电力部门从事输电线路专业工作的技术人员，需要掌握导线的基本的计算方法。这些方法可以从教材或手册中找到。但是，教材一般从原理开始叙述，用于实际计算的公式夹在大量的文字和推导公式中，手册的计算实例较少，给应用带来一些不便。本书根据个人在实际工作中的经验，摘取了一些常用公式，并主要应用Excel工作表编制了一些例子，以供相关人员参考。本书的基本内容主要取材于参考文献，部分取材于网络。所用参考文献如下：1.GB50545-2010《110～750kV架空输电线路设计规程》。2.GB50061-97《66kV及以下架空电力线路设计规范》。3.DL/T5220-2005《10kV及以下架空配电线路设计技术规程》。4.邵天晓著，架空送电线路的电线力学计算，中国电力出版社，2003。5.刘增良、杨泽江主编，输配电线路设计,中国水利水电出版社，2004。6.李瑞祥编，高压输电线路设计基础，水利电力出版社，1994。7.电机工程手册编辑委员会，电机工程手册，机械工业出版社，1982。8.张殿生主编，电力工程高压送电线路设计手册，中国电力出版社，2003。9.浙西电力技工学校主编，输电线路设计基础，水利电力出版社，1988。10.建筑电气设计手册编写组，建筑电气设计手册，中国建筑工业出版社，1998。11.许建安主编，35-110kV输电线路设计,中国水利水电出版社，2003。由于个人水平所限，书中难免出现错误，请识者不吝指正。四川安岳供电公司李荣久2015-9-16目录第一章电力线路的导线和设计气象条件第一节导线和地线的型式和截面的选择一、导线型式二、导线截面选择与校验的方法三、地线的选择第二节架空电力线路的设计气象条件一、设计气象条件的选用二、气象条件的换算第二章导线（地线）张力(应力)弧垂计算第一节导线和地线的机械物理特性与单位荷载一、导线的机械物理特性二、导线的单位荷载2第二节导线的最大使用张力和平均运行张力一、导线的最大使用张力二、导线的平均运行张力第三节导线张力弧垂的精确计算一、导线的悬链线解析方程式二、导线的张力、弧垂与线长三、导线的允许档距和允许高差四、导线悬挂点等高时的张力弧垂计算五、架空线的等效张力（平均张力）第四节导线张力弧垂的近似计算一、导线的抛物线解析方程式二、导线的张力、弧垂与线长第五节水平档距和垂直档距一、水平档距和水平荷载二、垂直档距和垂直荷载第六节导线的状态方程式一、孤立档的状态方程式二、连续档的状态方程式和代表档距第七节临界档距一、用斜抛物线状态方程式求临界档二、用临界档距判别控制条件所控制的档距范围第八节导线张力弧垂计算步骤第九节导线应力弧垂分析一、导线和地线的破坏应力与比载二、导线的悬链线公式三、导线应力弧垂的近似计算四、水平档距和垂直档距五、导线的斜抛物线状态方程式六、临界档距第三章特殊情况导线张力弧垂的计算第一节档距中有一个集中荷载时导线张力弧垂的计算一、档距中有一个集中荷载的弧垂和张力二、导线强度及对地或交叉跨越物距离的校验第二节孤立档导线的计算3一、耐张绝缘子串的单位荷载二、孤立档导线的张力和弧垂三、孤立档的临界档距第三节导线紧线时的过牵引计算一、紧线施工方法与过牵引长度二、过牵引引起的伸长和变形三、不考虑耐张绝缘子串的导线过牵引计算四、孤立档考虑耐张绝缘子串的导线过牵引计算第四节连续倾斜档的安装计算一、连续倾斜档导线安装时的受力分析二、连续倾斜档观测弧垂的确定三、悬垂线夹安装位置的调整四、地线的安装第五节耐张绝缘子串倒挂的校验第六节悬垂线夹悬垂角的计算第四章导线和地线的防振计算第一节防振锤和阻尼线一、防振锤的安装二、阻尼线的安装第二节分裂导线的防振第五章架空线的不平衡张力计算第一节刚性杆塔固定横担线路不平衡张力的计算一、线路产生不平衡张力时的几种关系二、不均匀覆冰或不同时脱冰时的不平衡张力求解方法三、断线张力求解方法四、导线从悬垂线夹松落时的不平衡张力第二节固定横担线路考虑杆塔挠度时不平衡张力的计算一、线路产生不平衡张力时的几种关系二、不均匀覆冰或不同时脱冰时考虑杆塔挠度的不平衡张力求解方法三、考虑杆塔挠度时的断线张力求解方法第三节转动型横担线路断线张力的计算一、断线张力的求解方程二、断线张力的计算机试凑求解方法第四节相分裂导线不平衡张力的计算一、计算分裂导线的不平衡张力的公式4二、计算公式中几个参数的取值与计算三、不平衡张力的求解方法四、用Excel工作表进行计算的方法第五节地线支持力的计算一、电杆的刚度和刚度系数二、电杆的挠度三、地线支持力的计算四、地线支持力的计算机试凑求解方法第六章架空线弧垂观测计算第一节弧垂观测概述一、观测档的选择二、导线初伸长的处理三、弧垂的观测方法四、弧垂的调整与检查五、观测弧垂时应该注意的问题第二节均布荷载下的弧垂的观测参数计算一、用悬链线法求弧垂观测参数二、弧垂观测角的近似计算公式三、用异长法和等长法观测弧垂时a、b与弧垂f的关系第三节观测档内联有耐张绝缘子串时弧垂的观测参数计算一、观测档弧垂的计算公式二、用等长法和异长法观测弧垂三、用角度法观测弧垂5架空线常用计算公式和应用举例安岳供电公司李荣久第一章电力线路的导线和设计气象条件第一节导线和地线的型式和截面的选择一、导线型式常用导线的型号和名称如表1-1-1。其中，LJ、LGJ、LGJF、GJ为GB1194-83、GB1179-83、GB1200-75和GB/T1200-1988标准的表示法，JL、JL/G、JFL/G为GB/T1179-1999标准的表示法。表1-1-1导线型号和名称型号名称举例LJ、JLLGJ、JL/GLGJF、JFL/GGJ铝绞线钢芯铝绞线防腐型钢芯铝绞线钢绞线LJ-70表示铝绞线标称截面70mm²LGJ-120/20表示钢芯铝绞线，铝股标称截面120mm²，钢芯标称截面20mm²JFL/G-100/17，表示防腐型钢芯铝绞线，铝股截面70mm²，钢/铝=17%GJ-35表示钢绞线，标称截面35mm²．（新标准为1×7-7.8-1270-A-GB1200-88）在导线的型号中，其汉语拼音字母的代表意义为：L—铝，G—钢，F—防腐，J—绞线，其排列顺序和方式因标准的颁发时间不同而有不同。二、导线截面选择与校验的方法（一）按经济电流密度选择导线截面，如图1-1-1所示。图1-1-1铝导体的经济电流密度根据给定的线路在正常运行方式下的最大负荷电流Imax和年最大负荷利用小时数tmax，即可按经济电流密度J计算出导线的经济截面A为maxIAJ(mm2)（1-1-1）（二）按载流量选择或校验导线截面。在不要求特别准确的情况下可以采用下列近似计算公式：在空气中明敷设，计算环境温度θc=40℃裸导线LJ、LGJ型一般线路I=16A0.602A=0.01I1.661（θe=70℃）大跨越线路I=20A0.635A=0.009I1.575（θe=90℃）公式的误差，铝绞线不大于2%，钢芯铝绞线除个别铝股线为一层的误差较大外，其余的误差不大于5%。架空绝缘电缆JKV-0.6/1.0型I=13.2A0.675A=0.027I1.45（θe=70℃）6JKLV-0.6/1.0型I=10.2A0.675A=0.039I1.45（θe=70℃）JKLHV-0.6/1.0型I=9.4A0.675A=0.0435I1.45（θe=70℃）JKY-0.6/1.0型I=13.4A0.68A=0.027I1.44（θe=70℃）JKLY-0.6/1.0型I=10.4A0.68A=0.039I1.44（θe=70℃）JKLHY-0.6/1.0型I=9.3A0.686A=0.0435I1.43（θe=70℃）JKYJ-10型I=19.5A0.64A=0.012I1.53（θe=90℃）JKLYJ-10型I=13.2A0.675A=0.018I1.53（θe=90℃）JKLHYJ-10型I=11.9A0.675A=0.02I1.53（θe=90℃）注：由近似公式求得的是单根电缆的长期允许载流量，集束型电缆的长期允许载流量为单根电缆的70%，相应地，载流量相同时，集束型电缆的截面积应为单根电缆的1.67倍（铝芯）或1.73倍（铜芯）。式中I—按发热条件计算的载流量，A；A—导电线芯的截面积，mm²；θe—导电线芯允许最高温度，℃。导线载流量的校正。在利用导线的载流量表和上列近似计算公式时，如果计算用环境温度θc和设计用环境温度θa不同时，需将载流量乘以校正系数KtI，而将截面积乘以校正系数KtA：eatIecK，1()()ddectAtIeaKk（d即I的指数）。（三）按电晕校验导线。在海拔不超过1000m的地区，所选导线的直径应不小于表1-1-2所列数值。表1-1-2可不验算电晕的导线最小外径（海拔不超过1000m）标称电压（kV）110220330500750导线外径（mm）9.621.633.62×21.62×36.243×26.824×21.64×36.905×30.206×25.50（四）按导线的允许电压降选择和校核导线。1kV~10kV配电线路，自供电的变电所二次侧出口至线路末端变压器或末端受电变电所一次侧入口的允许电压降为供电变电所二次侧额定电压的5%。1kV以下配电线路，自配电变压器二次侧出口至线路末端（不包括接户线）的允许电压降为额定低压电压的4%。配电线路有许多分支，低压配电线路还有三相、两相和单相等配电方式，一回线路的最大电压降需要选用不同支路分段计算后进行累加和比较才能得出正确结果。（五）按机械强度校验导线。对于跨越铁路、通航河流和运河、公路、通信线路和居民区的线路，其导线截面应不小于35mm²。通过其它地区的线路最小允许截面，35kV以上线路为25mm²，35kV及以下线路为16mm²。任何线路都不允许使用单股导线。三、地线的选择地线与导线应按表1-1-3的规定配合。表1-1-3导线与地线配合表导线型号LGJ-185/30及以下LGJ-185/45~LGJ-400/35LGJ-400/50及以上镀锌钢绞线最小标称截面（mm）无冰区段355080覆冰区段5080100第二节架空电力线路的设计气象条件一、设计气象条件的选用一般输电线路常用的气象条件组合有九种：最高气温、最低气温、年平均气温、基本风速、最大覆冰、操作过电压（内过电压）、雷电过电压（外过电压）、安装情况及事故断线情况。为了设计、制造上的统一和标准化，根据我国不同地区的气象情况和多年的运行经验，我国各主要地区组合后的输电线路气象条件归纳为九个典型气象区，其气象参数的组合见表1-2-1。表1-2-1典型气象区7气象区IIIIIIIVVVIVIIVIIIIX大气温度（℃）最高+40最低-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰-5基本风速+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装00-5-10-5-10-15-10-10雷电过电压+15操作过电压、年平均气温+20+15+15+10+15+10-5+10+10风速（m/s）基本风速31.527.023.523.527.023.527.027.027.0覆冰10*15安装10雷电过电压1510操作过电压0.5×最大风速（不低于15m/s）覆冰厚度（mm)05551010101520冰的密度（g/cm3）0.9*一般情况下覆冰同时风速10m/s，当有可靠资料表明需加大风速时可取为15m/s由于我国幅员辽阔，气象情况复杂，九个典型气象区不能完全包括，所以各大区、甚至各省区又根据本地区的气象特点，划分出本地区的典型气象区。二、气象条件的换算1.覆冰厚度的换算。可用下面两种常用方法换算。（1）测水重法。如果将试样长度为L的冰层全部收集起来，待冰融化后称其质量为m，则换算为标准状态的冰层厚度为32100.9mbrrL（1-2-1）（2）测总重法。测出试样长度为L的覆冰导线的总质量，换算为标准状态的冰层厚度为3221()100.9mmbrrL（1-2-2）式中b—标准覆冰厚度，mm；r—无冰导线的