毕业设计（论文）-三甲大冲110kV输电线路新建工程初步设计.docx

毕业设计(论文)课 题 名 称 三甲-大冲110kV输电线路新建工程初步设计 学 生 姓 名 学 号 系、年级专业 电气工程系、12级电气工程及其自动化（输电线路方向） 指 导 教 师 职 称 助 教 2016年 5月 20日目录内容提要.summary.1设计的原始资料.1.1设计情况.1.2设计范畴.1.3第V气象区的资料.1.4导地线型号资料.2导地线比载的计算.2.1导线部分.2.1.1导线比载的计算.2.1.2 计算临界档距，判断控制气象.2.1.3导线安装曲线的绘制.2.2地线部分.2.2.1地线比载的计算.2.2.2计算临界档距.2.2.3地线的安装曲线数据.3 架空线的金具部分.3.1导线和地线金具选型和组装.3.1.1绝缘子串长度.3.1.2绝缘子串联数.4排塔定位.4.1杆塔的路径走向及杆塔设置 .4.2导线对地的交叉跨越距离.4.3弧垂曲线模版.4.4杆塔定位.4.4.1计算杆塔的定位高度.4.4.2用弧垂曲线模版排塔定位.4.3排塔后校验.4.3.1 k值检验. 5 架空线的防振措施与防雷措施.5.1导线与地线的防振措施.5.1.1防振锤安装距离的的计算.5.2绝缘配合.5.2.1污秽区的划分.5.2.2绝缘配合.6杆塔的荷载计算.6.1各种情况的比载.6.2杆塔的各种载荷计算.6.2.1运行情况一（大风工况）.6.2.2运行情况二（覆冰工况）.6.2.3断导线线情况一、二.6.2.4断地线情况.6.2.5安装情况一.6.2.6安装情况二.6.3间隙圆的校验.7 杆塔基础的设计.8.总结.参考文献.附录一：导线应力弧垂曲线图附录二：导线的安装曲线图附录三：地线应力弧垂曲线图附录四：地线的安装曲线图附录五：平断面图附录六：绝缘子串图附录七：杆塔一览图内容提要此次110kV输电线路新建工程初步设计，工程线路是从三甲至大冲段，此次新建工程设计大部分是根据指导老师所给的资料（例如导地线型号、平断面图、气象条件、污染区等）和已有线路的资料进行计算和设计。按照指导老师的要求来计如算出导线以及地线的应力和弧垂，并且将计算出来的结果统计到表格内，而且还要绘制应力弧垂曲线和安装曲线；按照规格计算出绝缘子串及金具的数量，选取绝缘子串及金具的型号；防振防雷接地的设计，且绘制弧垂曲线模板，进行排杆定位要按要求利用弧垂曲线模板；按要求选取一个耐张段，对新建线路的设计条件进行校验与检查，保证设计条件在规定的范围中；最后确定杆塔结构型式。 Summary The 110 kv transmission line construction project preliminary design, project line from the top to use a section, the new engineering design is mostly based on the information given mentor (such as ground type, flat profile, and meteorological conditions, the pollution area, etc.) and existing lines of data calculation and design. In accordance with the requirements of the teacher to gauge such as calculate wire and ground wire stress and sag, and the calculated results statistics to form, but also to draw stress sag curve and installation; According to the specifications and calculate the insulator string and the number of hardware, selection of insulator string and hardware model; Antivibration lightningproof grounding design and sag curve drawing template, a row of pole location and according to required to exploit the sag curve template; Select a segment of tension, according to the requirement of the design conditions of a new line to check and review, ensure that the design conditions within the prescribed scope; The finalized tower structure.1设计的原始资料1.1设计情况 现在为了完善电力公司对电网的设计规划，方便人民群众的用电，将在三甲至大冲段新建一条110kV架空输电线路，导线采用LGJ 185-30、地线采用GJ-35。1.2设计范畴此新建工程为110kV架空输电线路工程，设计范围是三甲至大冲段，由导师所给资料和已有的线路资料可以知到设计要求，并以此来进行新建线路设计计算，并且考虑到地理地貌和天文气象，以对该线路路段做出最终的初步设计计算。1.3第V气象区的资料由架空输电线路设计第45页查得第V气象区的资料如表1.1表1.1 第V气象区资料表气象条件最大风速最低气温年平均气温最大覆冰最高气温内过电压外过无风外过有风安装有风事故气象温度（）+10-10+15-5+40+15+15+15-5-5风速(m/s)3000100+15010100冰厚（）000100000001.4导地线型号资料 1.4.1由架空输电线路设计第245页查得所选的导线(LGJ185/45)相关数据如下。表1.4.1导线LGJ-185/30参数表截面积A(mm2)导线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(1/C)计算拉断力(N)单位长度质量(Kg/km)210.9318.887600018.910-664320732.6 1.4.2 由架空输电线路设计第245页查得所选的地线(GJ-35)的有关数据如下。表1.4.2 地线GJ-35参数表截面积A(mm2)导线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(1/C)计算拉断力(N)单位长度质量(Kg/km)37.27.818140011.510-6454723182导地线比载的计算2.1导线部分2.1.1导线比载的计算 (1)自重比载（0,0）=(qg/A）10-3=34.0610-3（MPa/m） (2)冰重比载(10,0)=27.728b(d+b)/A10-3=37.9610-3（MPa/m） （3）垂直总比载(10,0)=（0,0）+(10,0)=72.0210-3（MPa/m） （4）无冰风压比载设=90，因导线外径d=18.88mm17mm,则风载体型系数=1.1,110kv线路，风荷载调整系数=1.0，基本风压Wv=v2/1.6。所以：安装风速v=10m/s时,W=62.5Pa，查表得f=1.0。所以：（0,10）=fdW10/Asin210-3=6.1510-3（MPa/m）内过电压风速为v=15m/s，w=140.625,查表得f=0.75；所以：（0,15）=fdW15/Asin210-3=10.3810-3（MPa/m）当风速为最大风速v=30m/s时，基本风压为w25=v2/1.6=562.5Pa计算强度时，查表得f=0.75，所以：（0,30）=fdw25/Asin210-3=41.5410-3（MPa/m）计算风偏时，查表得f=0.61，所以：（0,30）=fdw25/Asin210-3=33.7810-3（MPa/m） (5)无冰综合比载无冰有风时的综合比载是架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和，即安装有风时（0,10）=35.6110-3（MPa/m）内过电压时（0,15）=36.7710-3（MPa/m）最大风速，计算强度时（0，30）=53.7210-3（MPa/m）最大风速，计算风偏时（0,30）=47.9710-3（MPa/m） (6)覆冰风压比载风速V=10m/s，架空线覆冰时，架空线外径由d变为（d+2b），风荷载调整系数=1.0，基本风压Wv=v2/1.6，规程规定，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律取为=1.2；计算强度时f=1.0，所以（10,10）=fdW10/Asin210-3=13.8210-3（MPa/m）计算风偏时f=1.0，所以（10,10）=fdW15/Asin210-3=13.8210-3（MPa/m） (7)覆冰综合比载覆冰综合比载是架空线的垂直总比载和覆冰比载的矢量和。计算强度时（10,10）=73.3310-3（MPa/m）计算风偏时（10,10）=73.3310-3（MPa/m）各气象条件下导线比载的计算值，汇总如下表2.1所示 表2.1.1 比载汇总表项目自重覆冰无风无冰综合无冰综合无冰综合用于强度无冰综合用于风偏覆冰综合用于强度覆冰综合用于风偏数据34.0672.0235.6136.7753.7247.9773.3373.332.1.2 计算临界档距，判断控制气象(1) 可能成为控制条件的是最低气温、最大风速、覆冰风速、覆冰有风和年均气温，整理该典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数，如下表2.1.2所示。表2.12可能控制气象条件有关参数参数气象最低气温最大风速最厚覆冰年均气温气温（）-1010-515风速(m/s)030100覆冰(mm)00100(2)计算有关比载和比值/，计算结果列于下表2.1.3表2.1.3 /计算结果及其排序表气象条最大风速最厚覆冰最低气温年均气温（MPa/m）53.7210-373.3310-334.0610-334.0610-3(MPa)115.88115.88115.8872.42/（1/m）0.46410-30.63310-30.29410-30.47010-3气温t（）10-5-1015/从小至大编号bdac （3）按等高悬点考虑，计算有效临界档距公式为 若两种控制条件下的架空线需用应力相等，即i=j=利用上式计算得到得各临界档距为= 265.687 =虚数=84.980=虚数=虚数 =160.860得到有效临界档距判别表如下表2.1.4所示表2.1.4 有效临界档距判别表气象条件a最低气温b最大风速c年均气温d最厚覆冰临界档距（m）Lab=265.687Lac=虚数Lad=84.980Lbc=虚数Lbd=虚数Lcd=160.860-判断有效临界档距，确定控制气象条件。因为在某条件栏中，存在临界档距为虚数或者0的情况，则该栏的条件不起控制作用，应当舍去。容易看出为有效临界档距，当l年均气温为控制条件，当实际档距l，最厚覆冰为控制条件。表2.1.5各气象条件下导线的应力和弧垂气象档距（m）最高气温最低气温年均气温事故外过有风外过无风内过电压（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）5040.390.26107.380.1072.420.15100.30.1172.470.1572.420.1572.690.1610046.500.92104.680.4172.420.5997.970.4372.610.6072.420.5973.370.63160.86052.662.0999.761.1172.421.5293.821.1772.811.5472.421.5274.341.6020052.943.2290.341.8971.022.5085.342.0068.642.5270.012.5070.702.6025053.185.0079.833.3363.984.1676.183.5064.644.1863.984.1667.184.2830053.347.1872.265.3061.236.2669.745.5061.966.2861.236.2664.806.3935053.459.7667.247.7659.398.7865.488.0060.178.8159.398.7863.188.9140053.5212.7363.9410.6558.1411.7262.6710.8758.9411.7458.1411.7262.0711.8545053.5816.0961.7013.9757.2615.0660.7414.2058.0815.0857.2615.0661.2815.1950053.6219.8560.1217.7056.6218.8059.3717.9357.4518.8356.6218.8060.6918.9355053.6524.0058.9721.8456.1422.9458.3722.0656.9822.9756.1422.9460.2723.0760053.6828.5558.1126.3755.7727.4857.6326.6056.6227.5155.7727.4859.9227.6165053.7033.5057.4631.3155.4932.4257.0531.5356.3432.4455.4932.4259.6632.5570053.7238.8456.9436.6455.2637.7556.5936.8656.1137.7855.2637.7559.4537.89气象档距（m）安装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（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）50100.340.11103.250.22103.380.22103.380.2281.310.2180.650.1910098.090.44108.180.83108.360.84108.360.8485.190.7983.140.72160.86094.111.19115.102.02115.852.05115.852.0590.411.9286.611.8020085.782.02114.923.13115.883.16115.883.1689.383.0184.472.8425076.813.52114.684.91115.884.94115.884.9488.314.7582.314.5630070.505.52114.507.08115.887.12115.887.1287.546.9080.766.6835066.298.00114.379.64115.889.69115.889.6986.989.4679.879.2240063.5010.90114.2712.60115.8812.66115.8812.6686.5612.4278.8712.1645061.5914.22114.1915.97115.8816.02115.8816.0286.2615.7678.2915.5150060.2317.96114.1319.72115.8819.78115.8819.7886.0319.5177.8619.2555059.2422.10114.0823.87115.8823.93115.8823.9385.8423.6677.5223.4060058.5026.63114.0428.42115.8828.48115.8828.4885.7128.2177.2627.9465057.9231.56114.0133.36115.8833.42115.8833.4285.5933.1577.0632.8870057.4636.89113.9838.70115.8838.76115.8838.7685.5038.4876.8938.21表2.6气象条件比载表参数条件最 高 气 温最低 气温年均 气温事故外过 有风外过无风内过电压 安装 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）温度（C）40-1015-5151515-5-5-5-51010覆冰厚度 （mm）0000000010101000风速（m/s）000101001510010103030比载（N/m-mm2） 34. 0634. 0634. 0634.0635. 6134.0636.7735.6172.0273.3373.3353.7247.97（5）以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如下表2.7所示。表2.7 已知条件及参数已知条件年均气温最厚覆冰参数控制区间0160.860160.860tm（）15-5bm（mm）010Vm（m/s）01034.0673.33m（MPa）72.42115.88利用状态方程式，求的各待求条件下的应力和弧垂，如表2.7所示。出现最大弧垂的条件是 最高气温.最大弧垂的判定多使用的是教材上所提及的两种方法，但是由于条件的输入和参数的选取是非常繁琐的，在绘制应力弧垂曲线的情况下这并不是一个很好的方法，所以我采用的是直接看图表的方法，我认为这是比较直观和具有说服力的也是一种比较方便的方法。但是最大弧垂的算法还是按照教材上的，先是代入数据，按照公式可以求出一元三次方程的系数值，然后再根据系数值去带入一元三次方程去求得所需要的应力，应力求出后弧垂便很好求了，也是一个公式求得的。 最大弧垂出现在最高气温情况下，fmax=38.84 (m)（6）导线应力弧垂曲线的绘制导线应力弧垂曲线将档距为横轴，应力和弧垂为纵轴，以表2.5为依据绘制。应力弧垂图见附表。2.1.3导线安装曲线的绘制 运行中的架空线在任何气象条件下的应力都不能超过许用应力，还要保证对地面、水面和被跨越物的安全距离，架线时应当根据不同的气象控制不同的弧垂。这就需要先将各种施工气温（无冰无风）下的弧垂绘制成相应的曲线，以备施工时查用。一般从最高施工气温至最低施工气温每隔5（10）绘制一条弧垂曲线，为了使用方便，提高绘图精度，对不同的档距，可用其应力均绘制成百米档距弧垂。即观测档距的弧垂可由下式进行换算导线在各个档距和相应控制条件下的安装应力和弧垂数据见附表，从最高施工气温到最低施工气温每隔10绘制一条弧垂曲线，共绘制6条曲线。表2.8各种施工气温下的应力和百米档距弧垂档距（m）50100150200250300350温度（）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）403020100-1040.3952.4665.6279.3193.27107.381.050.810.650.540.460.4046.5055.7166.5378.5591.36104.680.920.760.640.540.470.4152.6659.5567.7877.3688.0999.760.810.710.630.550.480.4352.9458.2364.5371.9880.6090.340.800.730.660.590.530.5353.1257.0161.4766.6972.7879.830.800.750.690.640.580.5953.3456.1959.4463.1467.3872.250.800.760.720.670.630.6353.4555.6458.0760.7963.8367.240.800.770.730.700.670.67档距（m）400450500550600686.74700温度（）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）（MPa）（m）403020100-1053.5255.2557.1359.1961.4563.940.800.770.750.720.690.6953.5854.9756.4758.0859.8261.700.790.770.750.730.710.7153.6254.7755.9957.2858.6560.120.790.780.760.740.730.7253.6554.6155.6256.6857.7958.970.790.780.770.750.740.7253.6854.4955.3456.2257.1558.120.790.780.770.760.740.7353.7054.4055.1255.8756.6557.460.790.780.770.760.750.7453.7254.3254.9455.5856.2556.940.790.780.780.770.770.752.2地线部分地线GJ-35， 参数如表2.21所示：表2.2.1地线参数表A (mm2)d(mm)q(kg/km) (1/)E(kg/mm2)TP(N)37.207.831811.510-6181400454722.2.1地线比载的计算（1）自重比载（0,0）=(qg/A）10-3=83.8310-3（MPa/m）（2）冰重比载(10,0)=27.728b(d+b)/A10-3=132.6710-3（MPa/m）（3）垂直总比载(10,0)=（0,0）+(10,0)=216.5010-3（MPa/m）（4）无冰风压比载设=90，因导线外径d=7.8mm17mm,则风载体型系数=1.2,110kV线路，风荷载调整系数=1.0，基本风压Wv=v2/1.6。所以：安装风速v=10m/s时,w=62.5Pa，查表得f=1.0。所以：（0,10）=fdW10/Asin210-3=15.7310-3（MPa/m）内过电压风速为v=15m/s，w=140.625,查表得f=0.75；所以：（0,15）=fdW15/Asin210-3=26.5410-3（MPa/m）当风速为最大风速v=30m/s时，基本风压为w=v2/1.6=562.5Pa计算强度时，查表得f=0.75，所以：（0,30）=fdw/Asin210-3=106.1510-3（MPa/m）计算风偏时，查表得f=0.61，所以：（0,30）=fdw/Asin210-3=86.3310-3（MPa/m）（5）无冰综合比载无冰有风时的综合比载是架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和，即安装有风时（0,10）=85.2910-3（MPa/m）内过电压时（0,15）=87.9310-3（MPa/m）最大风速，计算强度时（0，30）=135.2610-3（MPa/m）最大风速，计算风偏时（0,30）=120.3310-3（MPa/m） （6）覆冰风压比载风速V=10m/s，架空线覆冰时，架空线外径由d变为（d+2b），风荷载调整系数=1.0，基本风压Wv=v2/1.6，规程规定，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律取为=1.2；计算强度时f=1.0，所以（10,10）=fdW10/Asin210-3=56.0510-3（MPa/m）计算风偏时f=1.0，所以（10,10）=fdW15/Asin210-3=56.0510-3（MPa/m） （7）覆冰综合比载覆冰综合比载是架空线的垂直总比载和覆冰比载的矢量和。计算强度时（10,10）=223.6410-3（MPa/m）计算风偏时（10,10）=223.6410-3（MPa/m）比载汇总表2.10项目自重覆冰 无风无冰 综合无冰综合无冰综合用于强度无冰综合用于风偏覆冰综合用于强度覆冰综合用于风偏数据83.83216.5085.2987.93135.26120.33223.64223.642.2.2计算临界档距（1)可能出现最大应力的控制气象条件有：最低气温、年平均气温、最大覆冰、最大风速，它们对应的比载与应力的比值计算如下。表2.10比载温度汇总表条件 气 象最低温度最大风速最厚覆冰年均气温（MPa/m）83.83135.26223.6483.83【】（MPa）290.31290.31290.31290.31/【】（1/m）0.2890.4660.7700.289气温t（）-10+10-5+15/【】由小到大编号acdb2）按照等高悬点考虑计算有效临界档距公式为 若按照两种控制条件下架空线许用用力相等，即 则 利用上式计算各临界档距 =11.5 E=181400= 虚数 =203.19=52.01=虚数=虚数=虚数（3） 利用上式得到的有效临界档距判别表如下表2.11 有效临界档距判别气象条件a最低温度b年均气温c最大风速d最厚覆冰临界档距（m）Lab=虚数Lac=203.19Lad=52.01Lbc=虚数Lbd=虚数Lcd=虚数从上图可以看出覆冰有风为控制条件，没有临界档距。表2.12温度比载汇总表参数条件最 高 气 温最 低 气 温年 均 气 温事故外 过 有 风外过无风内过电压安装覆冰无风覆冰有风（强度）覆冰有风（风偏）最大风（强度）最大风（风偏）t()40-1015-5151515-5-5-5-51010b(mm)0000000010101000 v(m/s)000101001510010103030（*10-3）83.8383.8383.8383.8385.2983.8387.9385.29216.50223.64223.64135.26120.33利用状态方程式，求的各待求条件下的应力和弧垂，如表2.13所示。出现最大弧垂的条件是外过无风，利用状态方程式分别求得两种条件下的应力，再利用弧垂公式计算弧垂，加以比较，得到最大弧垂 fmax=43.36m 表2.13 GJ-50型地线应力弧垂计算表气象条件档距年均气温最低气温最高气温事故安装外过有风外过无风（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa）（m）50257.72-293.44-286.29286.31-257.720.10100246.45-281.51-274.47274.57-246.450.43150228.86-262.48-255.69255.94-228.861.03200207.16-238.03-231.72232.23-207.162.02250184.84-211.22-205.72206.59-184.843.54300165.54-186.16-181.79183.05-165.545.70350150.98-166.10-162.87164.45-150.988.50400140.72-151.65-149.32151.09-140.7211.91450133.58-141.62-139.93141.79-133.5815.89500128.53-134.63-133.35135.26-128.5320.38550124.87-129.63-128.64130.57-124.8725.39600122.13-125.95-125.16127.10-122.1330.89650120.05-123.18-122.53124.48-120.0536.88700118.41-121.03-120.50122.44-118.4143.36气象条件档距覆冰无风内过电压覆冰有风（强度）覆冰有风（风偏）最大风（强度）最大风（风偏）（MPa）（m）（MPa）（MPa）（MPa）（MPa（MPa）50-290.31-266.11-100-290.31-258.63-150-290.31-247.72-200-290.31-235.41-250-290.31-222.53-300-290.31-213.75-350-290.31-205.92-400-290.31-199.95-450-290.31-195.42-500-290.31-191.97-550-290.31-189.31-600-290.31-187.23-650-290.31-185.57-700-290.31-184.24-2.2.3地线的安装曲线数据绘制安装曲线时以档距为横坐标，弧垂和应力为纵坐标，运用程序（同应力弧垂曲线程序）从最高施工气温至最低施工气温没隔10绘制一条弧垂和应力曲线，