架空输电线路课程设计

1课程设计任务书一、原始资料随着某地区经济的发展，现需要建一110KV变电站。该站输电线路采用单回输电方式，线路总长30KM，输送功率46MW，功率因数0.85，最大负荷小时数6500小时。因地处平原，该输电线路经过的地势平坦，相对高度较小，多为居民区，工厂，道路，池塘，沿线树木稀少，土质含沙量较大，地下水位较浅。二、自然条件线路所经地区的自然条件如下表气温℃风速m/s覆冰厚度(mm)最高气温+4000最低气温-2000最大风速-5300覆冰情况-51010年平均气温+1500外过电压+15100内过电压+15150安装情况-10100冰的比重0.9g/cm3三、设计内容1．导线截面的选择及校验；22．导线应力及弧垂计算；3．杆塔的选择；4.杆塔基础的设计5.绝缘子的选择6.防雷防振及接地保护装置的选择。3第一章导线截面的选择与校验一、按照经济电流密度选择导线截面按照经济电流密度选择导线截面用的输送容量，应考虑线路投入运行后5—10年的发展。在计算中必须采用正常运行方式先经常重复出现的最高负荷，但是在系统发展还不明确的情况下，应该注意切勿使导线截面选定过小。导线截面的计算公式如下：S=P/√3UeJCOSθS——导线截面（mm2）P——送电容量（KW）Ue——线路额定电压（KV）J——经济电流密度（A/mm2）Imax=P/√3Ucosφ=25000/(√3×115)=125.51(A)由上表可查的J=0.9A/mm2，则S=125.51/0.9=139.5(mm2)由附表查得选择钢芯铝铰线LGJ-150／20型。二、导线截面的校验已知:r0=0.21Ω/KM,x0=0.42Ω/KM，P=46×0.85=39.1MW,Q=6.9Mvar（1）热稳定校验：规程规定导线长期允许工作电流为70摄氏度，LGJ-150/20导线的容量容许电流为445A。当回路断开或故障时，容许电流为445×1.2=534A(双回线路时电流是单回线路的1.2倍）。远大于Imax(445A)故能满足发热条件要求。4第二章导线应力及弧垂计算当导线受外界温度变化时，将引起导线的热胀冷缩；而导线上荷载的变化，将引起导线的弹性变形。这两种的结果，均使导线长度发生变化。在档距一定时，导线长度即使发生微小的变化，也将会导致导线张力和弧垂发生相应的变化。导线长度缩短，将使导线的张力增大，弧垂减小，机械安全系数降低；反之，导线伸长，将使导线张力减小，弧垂增大，安全系数增大。因此，在设计线路时，必须计算导线的应力和弧垂，以便确定和掌握在各种气象条件下导线应力和弧垂的变化情况，使设计做到经济合理，以方便施工安装。一、比载计算查表及资料可知：导线计算截面积A=167.37mm2,导线计算直径d=16.72mm,单位质量q=598kg/km,最大风速Vmax=30m/s,覆冰厚度d=10mm,tmax=40℃,tmin=−20℃,覆冰风速V=10m/s。1、自重比载g1=gqA×10−3g1=35.01×10−3（N/m∙mm2）2、冰重比载g2=27.73b(b+d)A×10−3g2=44.27×10−3（N/m∙mm2）3、垂直总比载g3=g1+g2g3=79.28×10−3（N/m∙mm2）54、无冰风压比载g4=0.6128KzαCdV2A×10−3g4=56.17×10−3（N/m∙mm2）5、覆冰风压比载g5=0.6128KzαC(d+2b)V2A×10−3g5=16.13×10−3（N/m∙mm2）6、无冰综合比载g6=√g12+g42g6=66.19×10−3（N/m∙mm2）7、覆冰综合比载g7=√g32+g52g7=80.91×10−3（N/m∙mm2）二、临界档距的计算及判别查资料可知：LGJ-150/20的参数σp=284.22（N/mm2），安全系数K=2.5,膨胀系数α=19×10−6（1/℃）,弹性模数β=78400N/mm2按设计规程规定，年运行应力的气象条件采用年平均气温，导线的年平均运行应力不超过导线瞬时破坏应力上限的25%。则σpj=0.25×σp=71.052（N/mm2）导线的许用应力σ=σpk=113.68（N/mm2）为了保证架空线长期的安全可靠，除需使其应力在任何气象条件下均6不得超过强度许用应力外，还应具有足够的耐振能力。架空线的耐振能力取决于年平均运行应力的大小，满足强度条件要求的架空线，在任何气象条件的应力均不至超过强度许用应力，而耐震条件则要求架空线在平均气温下的应力不超过年平均运行应力的上限这两种条件哪一种在什么气象情况下起控制作用，需要借助于临界档距来判别，考虑了耐震条件以后公用三个临界档距：（1）最低气温和最大比载的临界档距（2）最大比载和年平均气温的临界档距（3）最低气温和年平均气温的临界档距。L1=√24[(σb−σa)+αE(tb−ta)]E[(gbσb)2−(gaσa)2]=241.1mL2=√24[(σc−σa)+αE(tc−ta)]E[(gcσc)2−(gaσa)2]=140.14mL3=√24[(σd−σa)+αE(td−ta)]E[(gdσd)2−(gaσa)2]=128.8mL4=虚数L5=0L6=122.03m7ABD𝐋𝟏=𝟐𝟒𝟏.𝟏𝐦𝐋𝟐=𝟏𝟒𝟎.𝟏𝟒𝐦𝐋𝟑=𝟏𝟐𝟖.𝟖𝐦𝐋𝟒=虚数𝐋𝟓=0𝐋𝟔=122.03m将临界档距填入有效临界档距判别表中，进行判断确定有效临界档距为L3=128.8m，当L128.8m时，应力由最低气温控制；当L128.8m时，应力由最大比载控制。三、各种气象条件下的应力和弧垂计算导线的假设安装是在不同条件下进行的，施工时需对照事先做好的表格，查出对应的弧垂，以确定松紧程度，使其在任何条件下都不超过允许值且满足耐振条件，并且导线对地和被跨物之间的距离符合要求，保证运行的安全。（一）最低气温（T=-20℃）当L=50m时，应力由最低气温控制,σ=113.682（N/mm2）g=35.01×10−3（N/m∙mm2）f=L2g8σ=0.09624m当L=100m时，应力由最低气温控制,f=L2g8σ=0.385m当L=128.8m时，为临界档距,f=L2g8σ=0.639m当L=150m时，由最大比载控制,8σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=106.7（N/mm2）f=L2g8σ=0.92m当L=200m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=89.73（N/mm2）f=L2g8σ=1.95m当L=250m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=75.98（N/mm2）f=L2g8σ=3.6m当L=300m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=66.64（N/mm2）f=L2g8σ=5.91m当L=350m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=61.8（N/mm2）9f=L2g8σ=8.68m当L=500m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=59.06（N/mm2）f=L2g8σ=11.33m（二）最高气温时（T=40℃）当L=50m时，应力由最低气温控制，σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=32.8（N/mm2）f=L2g8σ=0.33m当L=100m时，应力由最低气温控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=42.9（N/mm2）f=L2g8σ=1.02m当L=128.8m时，为临界档距,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.02（N/mm2）f=L2g8σ=1.5m10当L=150m时，由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.20（N/mm2）f=L2g8σ=2.04m当L=200m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.52（N/mm2）f=L2g8σ=3.61m当L=250m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.71（N/mm2）f=L2g8σ=5.62m当L=300m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.84（N/mm2）f=L2g8σ=8.1m当L=350m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)11σn=48.92（N/mm2）f=L2g8σ=11m当L=500m时，应力由最大比载控制,σn−Egn2L224σn2=σm−Egm2L224σm2−αE(tn−tm)σn=48.98（N/mm2）f=L2g8σ=14.6m12第三章杆塔的选择一、杆塔的作用架空线路的杆塔是用来支持导线和避雷线的，并使导线与导线，导线与避雷线，导线与大地及其它被跨越物间保持一定的安全距离。杆塔有水泥杆塔和铁塔，水泥杆塔比铁塔有以下缺点：1.钢筋混凝土电杆的重力大。2.由于钢筋混凝土耐张转角杆一般都需要有拉线，在居民拥挤地带以及地区都不能使用。3.钢筋混凝土电杆一般不能承受较大荷载二、杆塔的选用导线在杆塔上布置方式如下：（1）单回路铁塔为三角排列布置（2）地线为水平排列布置序号杆塔型号高度线间距离安全距离用途呼称高全高水平垂直1J1-1515180.53.57.0转角2J1-1515180.53.57.0转角3ZM1-1818210.53.57.0直线13第四章杆塔基础的设计在送电线路中，杆塔底下部分的总体称为基础，它的作用是使杆塔在各种受力情况下不倾覆，下陷和上拔。因此对基础施工的质量要求必须严格，工程数据，资料的记录必须齐全，以利于长期安全运行。一、铁塔基础承受以下几种荷重：1、由杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具等的自重而产生的垂直荷重，还应计及覆冰荷重和安装时工人、工具及附件的荷重。2、由风力产生的荷重力，转角杆塔的角度荷载。3、由两侧导线、避雷线张力不平衡由事故断线而产生的张力和冲击力。4、组立杆塔及架空线时产生的安装负重。二、基础型式的选择岩石基础施工，最主要的是岩石本身的强度，施工时应根据设计资料，逐基核查覆土层厚度及岩石质量，当实际情况和设计不符时，应向设计单位提出处理方案。地表上的岩石长期暴露在外，在太阳辐射热，大气、水及生物等机械或化学作用影响下，会逐基改变岩石的性状，使整体岩石破碎成松散的碎屑即风化。风化作用使岩石的联结性遭受破坏，影响了他的物理力学性质，尤其大大降低岩石的强度，对杆塔基础起着不良的影响。因此判别岩石的风化程度对基础的安全是相当重要的。14类别风化程度特征1类微风化岩石新鲜、表面梢有风化迹象2类中等风化1、结构或构造层理清晰2、岩体被节理，裂隙分割成块状（200-500mm）,裂隙中填充少量风化物。垂击声脆，且不易击碎3、用镐难挖掘，岩心钻方可钻进3类强风化1、结构或构造层理不甚清晰2、岩体被节理，裂隙分割成碎石（20-200），碎石用手可以折断3、用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进根据原始资料分析，本施工改造段属3类岩石，实际上不能做成岩石基础，宜采用现浇钢筋混凝土或混凝土基础；15第五章绝缘子的选择一、绝缘子作用绝缘子是用来支撑和悬挂导线，并使导线和杆塔绝缘，它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学物质的侵蚀具有足够的抵御能力，并能适应大气条件的变化。二、绝缘子污闪分析由于送电线路周围的大气污染