架空輸電線路初步設計

1、畢 業(yè) 設 計（論 文）題目110KV架空輸電線路初步設計并列英文題目Preliminary Design Of 110KV Overhead Transmission Line系部專業(yè)姓名 班級指導教師 職稱 副教授論文報告提交日期 目 錄內(nèi)容摘要第一部分 前言5第二部分 原始資料介紹6第三部分 設計說明書第一章 導線及避雷線部分.7 第二章 導線應力及弧垂.8 第三章 桿塔的選擇13 第四章 桿塔基礎的設計.14 第五章 絕緣子的選擇17 第六章 防雷防振及接地保護裝置的選擇19 第四部分 設計計算書第一章 導線截面選擇及校驗計算部分22 第二章 導線的應力弧垂計算.23第五部分 結(jié)束語3

2、5參考資料附圖 第一部分 前 言初步設計是工程設計的重要階段,主要的設計原則,都在初步設計中明確,應盡全力研究深透。初步設計階段應著重對不同的線路路徑方案進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較，取得有關(guān)協(xié)議，選擇最佳的路徑方案；充分論證導線和地線、絕緣配合及防雷設計的正確性，確定各種電氣距離；認真選擇桿塔和基礎形式；合理地進行通信保護設計；對于嚴重污穢區(qū)、大風和重冰雪地區(qū)、不良地質(zhì)和洪水危害地段、特殊大跨越設計等均要列出專題進行調(diào)查研究，提出專題報告；根據(jù)工程的特點及設計的實際情況，列出新技術(shù)的科研專題，把科學實驗的成果用于工程設計中去。各項設計均作出了安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟合理的設計方案，進行優(yōu)選。設計必須做到

3、技術(shù)進步，并從實際出發(fā)，結(jié)合國情和地區(qū)特點，積極慎重地推廣采用成熟的新材料、新結(jié)構(gòu)等先進技術(shù)。第二部分 原始資料介紹、設計情況 隨著河南經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)需要建一110KV變電站。該站輸電線路采用單回輸電方式，線路總長30KM，輸送功率46MW，功率因數(shù)0.85最大負荷小時數(shù)6500小時。 因地處平原，該輸電線路經(jīng)過的地勢平坦，相對高度較小，沿線耕地較少，多為居民區(qū)，工廠，道路，池塘，沿線樹木稀少，土質(zhì)含沙量較大，地下水位較淺。二、自然條件線路所經(jīng)地區(qū)的自然條件如下表氣象條件類別氣溫風速m/s 覆冰厚度（mm）最高氣溫+4000最低氣溫-2000最大風速-5300覆冰情況-51010年平均氣溫+1

4、500外過電壓+15100內(nèi)過電壓+15150安裝情況-10100冰的比重0.9g/ g/cm3第三部分 設計說明書第一章導線及避雷線部分導線是固定在桿塔上輸送電流的金屬線，由于經(jīng)常承受著拉力和風 冰 雨 雪及溫度變化的影響，同時還受空氣中化學雜質(zhì)的侵蝕，所以導線的材料除了應有良好的導電率外，還有足夠的機械強度和防腐性能。線路設計規(guī)程規(guī)定，110kV線路設計氣象條件，應根據(jù)沿線的氣象資料和附近已有線路的運行經(jīng)驗考慮。在確定最大設計風速時，應按當?shù)貧庀笈_（站）重現(xiàn)期為15年，10min時距平均的年最大風速作樣本，并宜采用極值I型分布作為概率統(tǒng)計值。110kV線路的最大設計風速不應低于25m/s。

5、合理的選擇導線截面，對電網(wǎng)安全運行和保障電能質(zhì)量有重大意義，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，對電力的需求越來越大，我們在選擇導線的時候，還要考慮線路投運后5年的發(fā)展需要。本設計中我們按照經(jīng)濟電流密度進行導線截面選擇公式如下： （其中S指導線截面；J指經(jīng)濟電流密度；指線路最大負荷電流）在此我們選用普通型鋼芯鋁絞線，即LGJ-15020型與避雷線配合的原則，避雷線的型號選擇為GJ-35型。（具體計算見計算書）第二章導線的應力及弧垂架空線路的導線和避雷線，周期性的遭受外部荷載的作用，在導線和避雷線上產(chǎn)生不同的應力。在架空線路機械計算時，應用“比載”計算機械荷載比較方便。架空線路中相鄰兩直線桿塔中心線間的水平距離

6、，稱檔距L。導線懸掛點到導線最低點的垂直距離，稱為弧垂。當氣象條件變化時，導線受溫度和荷載的作用，導線材料的應力，弧垂及線長也將隨著變化，不同的氣象條件下導線的應力。也可以根據(jù)狀態(tài)方程進行計算。查表及資料可知，導線計算截面 S=16737，導線計算直徑 d=1672mm 單位質(zhì)量q=589Kg/Km 最大風速 Vmax=30m/s 覆冰厚度b=10mm Tmax=40 Tmin=-20 覆冰風速 V=10m/s一、計算比載1. 自重比載2. 冰重比載3. 垂直總比載4. 無冰風壓比載5. 覆冰風壓比載6. 無冰綜合比載7. 覆冰綜合比載二、臨界檔距的計算及判別參照有關(guān)資料，150/20型導線物

7、理特性參數(shù)為瞬時破壞應力，安全系數(shù)K，膨脹系數(shù)，彈性系數(shù)E。1、利用參數(shù)計算導線的許用應力 按設計技術(shù)規(guī)程規(guī)定，年運行應力的氣象條件采用平均氣溫，導線的年平均運行應力不得超過導線瞬時破壞應力上限的25%則 2、臨界檔距的判別為了保證架空線長期運行的安全可靠性，除需使其應力在任何氣象條件下均不得超過強度許用應力外，應具有足夠的耐振能力取決于年平均運行應力的大小，滿足強度條件要求的架空線，在任何氣象情況下的應力均不超過強度許用應力，而耐振條件則要求架空線在平均氣溫下的應力不超過年平均運行應力的上限，這兩種條件那一種在什么氣象條件下起控制作用，需要借助臨界檔距來判斷，考慮了耐振條件以后共有三個臨界檔

8、距：（1）最低氣溫和最大比載的臨界檔距；（2）最大比載和年平均氣溫的臨界檔距。（3）最低氣溫和年平均氣溫的臨界檔距?？赡芸刂茥l件排列表。應力氣象條件控制應力（）比 載溫 度比值序號最低氣溫113.68-20A年平均氣溫71.05+15C最大風速113. 68-5B覆冰113.68-5D其于的檔距根據(jù)上面的算法即可求出。將臨界檔距填入有效臨界檔距判別表中，進行判斷 A B D有效臨界檔距為 A D由圖可以看出：當L128.8時，由最大比載控制應力。三、計算各種氣象條件下的應力及弧垂導線的假設安裝是在不同條件下進行的，施工時需對照事先做好的表格，查處對應的弧垂，以確定松緊程度，使其在任何條件下都不

9、超過允許值且滿足耐振條件，并且導線對地和被跨物之間的距離符合要求，保證運行的安全。 利用以下公式求出最低氣溫和做高氣溫兩種氣象條件下的應力弧垂并作表格：最高和最低氣溫條件下的應力弧垂關(guān)系表（如下表所示）檔距（m）50100128.8150200250300350500應力-20113.6113.6113.6106.78975.9866.6461.859.064032.842.948.148.24848.7148.8448.9248.98弧垂-200.0960.390.640.921.93.65.918.6811.33400.331.021.52.043.65.628.111.014.6第三章桿

10、塔的選擇1、桿塔的作用架空線路的桿塔是用來支持導線和避雷線的，并使導線與導線，導線與避雷線，導線與大地及其它被跨越物間保持一定的安全距離。桿塔有水泥桿塔和鐵塔，水泥桿塔比鐵塔有以下缺點：1.鋼筋混凝土電桿的重力大。2.由于鋼筋混凝土耐張轉(zhuǎn)角桿一般都需要有拉線，在居民擁擠地帶以及地區(qū)都不能使用。3.鋼筋混凝土電桿一般不能承受較大荷載2、桿塔的選用本線路桿塔依據(jù)110500kV架空送電線路設計技術(shù)規(guī)程（DLT5092-1999）規(guī)定進行選型。導線在桿塔上布置方式如下：（1） 單回路鐵塔為三角排列布置（2） 地線為水平排列布置。序號桿塔型號高 度（m）線間距離（m）安全距離（m）用途呼稱高（m）全高

11、水平垂直1J1-1515180.53.57.0轉(zhuǎn)角2J1-1515180.53.57.0轉(zhuǎn)角3ZM1-1818210.53.57.0直線第四章桿塔基礎設計在送電線路中，桿塔底下部分的總體稱為基礎，它的作用是使桿塔在各種受力情況下不傾覆，下陷和上拔。因此對基礎施工的質(zhì)量要求必須嚴格，工程數(shù)據(jù)，資料的記錄必須齊全，以利于長期安全運行。一、鐵塔基礎承受以下幾種荷重：1、由桿塔、導線、避雷線、絕緣子、金具等的自重而產(chǎn)生的垂直荷重，還應計及覆冰荷重和安裝時工人、工具及附件的荷重。2、由風力產(chǎn)生的荷重力，轉(zhuǎn)角桿塔的角度荷載。3、由兩側(cè)導線、避雷線張力不平衡由事故斷線而產(chǎn)生的張力和沖擊力。4、組立桿塔及架空

12、線時產(chǎn)生的安裝負重。二、基礎型式的選擇巖石基礎施工，最主要的是巖石本身的強度，施工時應根據(jù)設計資料，逐基核查覆土層厚度及巖石質(zhì)量，當實際情況和設計不符時，應向設計單位提出處理方案。地表上的巖石長期暴露在外，在太陽輻射熱，大氣、水及生物等機械或化學作用影響下，會逐基改變巖石的性狀，使整體巖石破碎成松散的碎屑即風化。風化作用使巖石的聯(lián)結(jié)性遭受破壞，影響了他的物理力學性質(zhì)，尤其大大降低巖石的強度，對桿塔基礎起著不良的影響。因此判別巖石的風化程度對基礎的安全是相當重要的。類別風化程度特征1類微風化巖石新鮮、表面梢有風化跡象2類中等風化1 結(jié)構(gòu)或構(gòu)造層理清晰2 巖體被節(jié)理，裂隙分割成塊狀（200500m

13、m）,裂隙中填充少量風化物。垂擊聲脆，且不易擊碎3 用鎬難挖掘，巖心鉆方可鉆進 3類強風化1 結(jié)構(gòu)或構(gòu)造層理不甚清晰2 巖體被節(jié)理，裂隙分割成碎石（20200），碎石用手可以折斷3 用鎬可以挖掘，手搖鉆不易鉆進巖石風化程度的類別：巖石風化程度的劃分本施工改造段屬3類巖石實際上不能做成巖石基礎，宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土或混凝土基礎；運輸或澆制混凝土有困難的地區(qū)，可采用預制裝配式基礎或金屬基礎；必要時可采用樁基礎。根據(jù)該線路所經(jīng)地段地形、地質(zhì)情況，結(jié)合考慮水文、地震及施工等因素，所以本工程全部現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎第五章絕緣子的選擇一、絕緣子作用絕緣子是用來支撐和懸掛導線，并使導線和桿塔絕緣，它應具有足夠

14、的絕緣強度和機械強度，同時對化學物質(zhì)的侵蝕具有足夠的抵御能力，并能適應大氣條件的變化。二、絕緣子污閃分析由于送電線路周圍的大氣污染，絕緣子表面附著污穢物質(zhì)，在大霧或比較潮濕的情況下，積附在絕緣子表面的污穢物質(zhì)中可溶性鹽類被水分溶解，形成一種導電水膜。從而使絕緣子的表面電阻下降，泄漏電流增大，產(chǎn)生局部放電，當絕緣子電阻下降到不能承受線路運行電壓時，絕緣子就會發(fā)生閃絡，使線路跳閘，造成供電中斷。三、絕緣子的選擇對線路穿過地區(qū)實地考察，該地區(qū)為級污穢區(qū)，所以設計采用級污穢區(qū)標準設計。根據(jù)GB/T 16434-1996高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級及外絕緣選擇標準和懸式絕緣子選型及爬電比距配

15、置導則要求，在額定工作電壓時，對于玻璃絕緣子二、三、四級污區(qū)的爬電比距分別按2.252.50cm/kV、2.853.20cm/kV、3.503.80cm/kV進行配置；復合絕緣子的爬電比距按如下原則配置：二級污區(qū)不小于2.3cmkV；三、四級污區(qū)不小于2.88cmkV。根據(jù)豫電生字（1989）第54號文，河南省電力工業(yè)局有關(guān)精神和河南省電力公司編制的湖南地區(qū)污穢區(qū)域圖及現(xiàn)場踏勘情況，線路所經(jīng)地區(qū)污穢等級達到級。 根據(jù)實際需要：本線路孤立檔選用單串合成絕緣子成串；連續(xù)檔的耐張桿塔選用雙串合成絕緣子成串，直線桿塔跨越檔選用雙串合成絕緣子成串，非跨越檔選用單串合成絕緣子成串；跳線選用單串耐污型懸式絕

16、緣子成串。 1、懸垂串 FXBW4-110/120 單串成串2、懸垂串 FXBW-110/70 雙串成串3、耐張串 FXBW4-110/120 單串成串4、耐張串 FXBW-110/70 雙串成串5、跳線懸垂串 XWP-7 單串成串據(jù)DL/T 5092-1999線路設計規(guī)程，海拔1000m以下地區(qū)，操作過電壓及雷電過電壓要求的懸垂絕緣子串絕緣子片數(shù)，不應少于下表的數(shù)值。耐張絕緣子串的絕緣子片數(shù)應在下表的基礎上增加，對110330kV送電線路增加1片，對500kV送電線路增加2片。操作過電壓及雷電過電壓要求懸垂絕緣子串的最少片數(shù)：標稱電壓(kV)110220330500單片絕緣子的高度(mm)1

17、46146146155絕緣子片數(shù)(片)7131725第六章防雷防振及接地保護裝置的選擇一、防雷保護措施根據(jù)電力行業(yè)標準交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合(DL/T6201997)及設計規(guī)程規(guī)定，本工程采用以下措施防雷：1、防雷本線路全線架設兩根地線；2、塔頭布置兩根地線之間的距離不超過地線與導線垂直距離的5倍，地線對邊導線的保護角不大于20度；3、在外過電壓15度無風時，在檔距中央，導線與地線間的距離滿足下式要求：S=0.012L+1； 式中S-檔距中央導線與地線間的距離(m)； L檔距(m) （計算條件為15、無冰、無風）。二、防振措施 導線的振動和舞動對導線的危害較大，引起導線振動的主要原

18、因是風的作用，架空輸電線路的導線受穩(wěn)定的微風作用時，便在導線的背面形成以一定頻率上下交替變化的氣流渦流，從而使導線受到一個交替的脈沖力作用，當頻率與導線固有頻率相等時，導線垂直平面產(chǎn)生共振，引起導線舞動。 導線振動的波形為駐波，即波節(jié)不變，波腹上下交替變化。在一年中，導線振動的時間達全年的3035，無論導線以什么頻率振動，線夾出口總是為一波節(jié)點，所以導線振動使導線在線夾出口反復扭折，使材料疲勞，最終導致導線斷線或斷股事件發(fā)生，對導線的運行安全危害很大。 鑒于導線振動的起因及危害，我們必須采取相應的措施來保護線路安全運行，在該設計中主要從下面兩方面來保護：1、采用防振線夾，利用設備本身對導線的阻

19、尼作用，減少導線的振動；2、采用防振錘（導線使用FD-3 避雷線使用FG-35型）安裝防振錘的原則：最大波長和最小波長的情況下，防振錘的安裝位置在線夾出口的第一個半波內(nèi)。三、接地保護根據(jù)規(guī)程規(guī)定：有地線的桿塔均應接地。本工程線路經(jīng)過的地區(qū)，該線路經(jīng)過地區(qū)土壤電阻率為100500m，在雷雨季節(jié)干燥時，自立桿塔的工頻接地電阻按不大于15設計，每基桿兩腿和塔四腿均裝設接地引下線及接地裝置，接地體采用12元鋼，接地體及引下線應熱鍍鋅防腐并敷設成放射型，埋深不小于0.8m。為便于測量變電站接地網(wǎng)的電阻，在變電站的地線掛線架上，裝設一片XWP-7型懸式絕緣子。正常時地線與變電站連接，測量電阻時拆開。 桿塔

20、接地電阻滿足有關(guān)規(guī)程的要求不大于下表所列值。桿塔工頻接地電阻土壤電阻率（.m）桿塔工頻接地電阻（）p=10010100p=50015500p=1000201000p200030第四部分 計算任務書第一章導線截面選擇及校驗計算部分一、按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面表2-1導線和電纜的經(jīng)濟電流密度校驗J(A/mm)線路類別導線材料年最大負荷利用小時數(shù)3000以下3000h-5000h5000h以上架空線路鋁1.651.150.90銅3.002.251.75電纜線路鋁1.921.731.54銅2.502.252.00I=P/,查表2-1得 J=0.9A/mm,則單回路線路總的截面積為由附表查得選擇鋼芯鋁

21、鉸線LGJ-150,避雷線根據(jù)與導線配合的原則選擇 GJ-35.二、導線截面的校驗 已知:r=0.21/km，x=0.432/km，P=2521.25 MW,Q=3.75 Mvar。（1）按容許電壓損耗校驗則實際電壓損耗為：故實際電壓損耗小于容許值，因此滿足電壓損耗要求。（2）熱穩(wěn)定校驗： 規(guī)程規(guī)定導線長期允許工作電流為70攝氏度，LGJ-150/20導線的容量容許電流為445A。當回路斷開或故障時，容許電流為4451.2=534A(雙回線路時電流是單回線路的1.2倍）。遠大于Imax(445A)故能滿足發(fā)熱條件要求。（3）機械強度條件校驗 由于架空線導線懸掛在桿塔上，不但要受到導線本身荷重的

22、作用，而且要經(jīng)受氣候條件等各種外界不利條件的影響。為保證線路安全運行，所以導線必須具備足夠的機械強度。因此規(guī)程規(guī)定，對于線路跨越鐵路、通航河流、公路、通信線路和居民區(qū)的線路，其導線截面不得小于35mm，因此選擇雙回路LGJ-150/20導線能滿足機械強度要求。第二章導線的應力及弧垂計算 當導線受外界溫度變化時，將引起導線的熱脹冷縮；而導線上荷載的變化，將引起導線的彈性變形。這兩種的結(jié)果，均使導線長度發(fā)生變化。在檔距一定時，導線長度即使發(fā)生微小的變化，也將會導致導線張力和弧垂發(fā)生相應的變化。導線長度縮短，將使導線的張力增大，弧垂減小，機械安全系數(shù)降低；反之，導線伸長，將使導線張力減小，弧垂增大，

23、安全系數(shù)增大。因此，在設計線路時，必須計算導線的應力和弧垂，以便確定和掌握在各種氣象條件下導線應力和弧垂的變化情況，使設計做到經(jīng)濟合理，以方便施工安裝。一、比載計算 查表及資料可知：導線計算截面積 導線計算直徑 單位質(zhì)量 最大風速 覆冰厚度 覆冰風速 、自重比載=9.8=35.01（）2、冰重比載 =27.73=44.27（）3、垂直總比載=（35.01+44.27）=79.28（）4、無冰風壓比載 =35.01=0.6125=56.17（）5、覆冰風壓比載 =0.6125=16.13（）6、無冰綜合比載=66.19（）7、覆冰綜合比載 =80.91（）二、臨界檔距的計算及判別 查資料可知：

24、LGJ-150/20的參數(shù) =284.2（瞬時破壞應力） 安全系數(shù)K=2.5 膨脹系數(shù) =19（） 彈性模數(shù) =78400 按設計規(guī)程規(guī)定，年運行應力的氣象條件采用年平均氣溫，導線的年平均運行應力不超過導線瞬時破壞應力上限的則 =導線的許用應力 =113.68 =284.2=71.05為了保證架空線長期的安全可靠，除需使其應力在任何氣象條件下均不得超過強度許用應力外，還應具有足夠的耐振能力。架空線的耐振能力取決于年平均運行應力的大小，滿足強度條件要求的架空線，在任何氣象條件的應力均不至超過強度許用應力，而耐震條件則要求架空線在平均氣溫下的應力不超過年平均運行應力的上限這兩種條件哪一種在什么氣象

25、情況下起控制作用，需要借助于臨界檔距來判別，考慮了耐震條件以后公用三個臨界檔距：（1）最低氣溫和最大比載的臨界檔距（2）最大比載和年平均氣溫的臨界檔距（3）最低氣溫和年平均氣溫的臨界檔距。名稱最低氣溫最大風速平均氣溫最大比載應力113.68113.6871.05113.68比載（）35.0152.4135.0180.90氣溫-20-515-5 （）0.30780.4610.4920.712順序編號ABCD=241.1m=140.14m=128.8m=虛數(shù)=0=122.03mA控D控將臨界檔距填入有效臨界檔距判別表中，進行判斷ABD=241.1m=140.14m=128.8m=虛數(shù)=0=122.03m有效檔距為 =128.8m 由圖可以看出：當L128.8m時，應力由最低氣溫控制；當L128.8m時，應力由最大比載控制。三、各種氣象條件下的應力和弧垂計算 導線的假設安裝是在不同條件下進行的，施工時需對照事先做好的表格，查出對應的弧垂，以確定松緊程度，使其在任何條件下都不超過允許值且滿足耐振條件，并且導線對地和被跨物