输电线路工程毕业论文

毕业设计 (论文 ) 题 目 名 称 110kV 架空输电线路设计 (2) 学 生 姓 名 W Q Q 学 号 0941201011 系 、 专 业 电气工程系、 09 输电线路工程 指 导 教 师 王晓芳（副教授） 2013 年 5 月 11 日 目录 内 容提要 I 英语提要 II 1 输电线路基本知识 1 1.1 输电线路分类 1 1.2 架空输电线路结构和组成 2 1.3 输电线路施工 3 2 设计原始资料 6 2.1 线路概况 6 2.2 线路路径方案 6 2.3 设计用气象条件 8 2.4 导地线选择 8 3 导地线计算 10 3.1 架空线概述 10 3.2 导线计算 10 3.3 导线应力弧垂 16 3.4 地线 计算 17 3.5 地线应力弧垂 18 4 金具设计 23 4.1 绝缘子选用 23 4.2 防振锤选用 25 5 防雷与接地 28 5.1 防雷设计 28 5.2 接地设计 28 6 导线跨越设计 30 7 杆塔与基础 32 7.1 杆塔选用 32 7.2 基础设计 33 心得体会 35 参考文献 36 附录 37 内容提要 本 次 毕业设计 为 110kV 架空输电线路设计， 根据现 有 的技术规程 DL/T 621-1999及 线路原始 资料 ，完成线路的导地线设计、金具设计、杆塔设计、基础设计、防雷设计等工作。 本设计 主要分为七章，其中第一章主要介绍输电线路的基本知识，包括线路分类、架空线组成和结构、施工等方面。第二章对设计原始资料进行介绍，包含线路概述、设计用气象条件、路径方案等。第三章是本设计的重点，以第二章的原始资料为基础，进行导地线七种比载的计算及导地线应力弧垂特 性曲线的绘制。第四章为金具设计，包括绝缘子的选用和防震锤的选择。第五章为防雷设计。第六章为跨越设计，包括跨高速和跨河流等设计。第七章为杆塔选型及基础设计，包括杆塔选型、组装、基础设计、施工等。 关键词 ： 110kV；线路设计；杆塔；接地 Summary The graduation design based on design specification, guidelines and policies for the national economic construction, technical regulations, the criterion, in combination with the practical situation of project, ensure reliable power supply, flexible scheduling, meet all technical requirements. The design lines of 110 kv overhead transmission lines, is directly related to the safe operation of the power supply reliability. The main content of the transmission line design in corresponding to a certain wire section, terrain conditions, and the combination of the meteorological conditions, the meteorological condition and the span is calculated under the guide of ground stress and HuChui； According to the calculation result to draw stress HuChui curve and installation instruction project construction； Making HuChui curve templates, use HuChui template located in flat bar on the profile curve； Conditions of use of line inspection and check, ensure all conditions of use within the scope of the regulations allow； Depending on the location of soil resistivity, reasonable laid the tower grounding body, calculate the line lightning resisting level and lightning trip-out rate. In this paper, according to the current technical procedures and data of lightning protection for overhead lines, hardware and tower, the principle of the technology, its main content for wire ground wire design, hardware design, the tower design, foundation design, lightning protection design , etc. Key words: 110 kv； Circuit design； Tower； grounding 1 输电线路基本知识 1.1 输电线路分类 输电线路分类方法很多，按输送电流的种类，可分为交流输电线路和直流输 电线路，按线路架设材料不同，可分为架空输电线路和电缆输电线路。一般主要 按电压等级和回路数分类。 （ 1） 按线路电压分类 输电线路按电压等级分为 35kV、 110kV、 220kV、 330 kV、 500 kV、 750kV、 1000kV 输电线路。其中， 330 kV、 500 kV、 750kV、称为超高压输电线路， 1000kV 称为特高压输电线路。 （ 2） 按杆塔上的回路数目分类 a 单回路线路杆 塔 杆塔上只有三相导线及架空地线的送电线路，称为单回路线路。 b 双回路线路 杆塔上有两回三相导线及架空地线的送电线路，称为双回路线路。另外，亦 有双回路分杆 (塔 )并行的送电线路。 c 多回路线路 杆塔上有三回及以上的导线和架空地线的送电线路，称为多回路线路 25 。 （ 3） 按杆塔材料分类 a 铁塔线路 整条送电线路以角钢或钢管组合的铁塔作支持物。 这类线路耗用的钢材比较多，使用土地面积少，整齐美观，使用年限较长。 b 混凝土杆线路 整条送电线路以钢筋 混凝土电杆作支持物，一般有分段焊接式和分段焊接与整根拔梢 式的钢筋混凝土电杆两种。混凝土电杆可以节约大量钢材，但拉线杆 占地多，且施工运输不便。 c 钢管杆送电线路钢管杆指送电线路以分段连接的锥形钢管单杆作支持物。它占地少，美观，便于在市区内架设。 d 混合式杆塔送电线路 混合式杆塔送电线路是指电力线路的支持物包括有铁塔、混凝土杆或钢杆等组成的线路 1 。 1.2 架空输电线路结构组成和作用 架空输电线路主要有基础、杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具及接地 装置 等部件组成。 导线用来传导电流，输送电能。地线是当雷击导线时把雷电流引入大地，以保护线路绝缘免遭大气过电压的破坏。杆塔用来支撑导线和地线，并使导线和导线之间，导线和地线之间，导线和杆塔之间以及导线和大地、公路、铁轨、水面、通信线路等被跨越物之间，保持一定的安全距离。绝缘子是用来固定导线，并使导线与杆塔之间保持绝缘状态。金具在架空送电线 路中主要用于支持、固定、连接、接续、调节及保护作用。拉线是用来加强杆塔 基础的强度，承担外部荷载的作用力，以减少杆塔的材料消耗量，降低杆塔的造价。杆塔基础是将杆 塔固定于地下，以保证杆塔不发生倾覆 26 。 （ 1）杆塔基础 杆塔的地下部分，用于稳定杆塔的装置叫基础。基础的作用是将杆塔、导地线荷载传到土壤，并承受导地线、断线张力等所产生的上拔、下压或倾覆力。杆塔基础分为电杆基础和铁塔基础两大类。电杆及拉线宜采用预制装配式基础。铁塔宜采用现浇钢筋混凝土基础或混凝土基础。有条件时，应优先采用原状基础。 输电线路结构础。包括有岩石基础、机扩桩基础、掏挖（半掏挖）基础、爆扩桩基础和钻孔桩基础等 3 。 (2) 杆塔 杆塔是用来支持导线和避雷线及其附件的支持物，以保证导线与导线、导线与地线、导线与地面或交叉跨越物等有足够的安全距离。 杆塔的分类 a.直线杆塔，以悬挂的方式支持导地线，支承导地线的重力及作用于它们上面的风力，但不承受导地线张力的杆塔，且布置在线路直线上。直线杆塔又称中间杆塔，可分为普通直线杆塔、换位直线杆塔和跨越直线杆塔。 b.承力杆塔，以锚固的方式支持导地线，除支承导地线的重力和风力外， 还承受导地线张力的杆塔。承力杆塔可分为以下几种 : 耐张杆塔， 作用是对线路分段，承受断线张力，控制事故范围，同时便于施工与检修 ；转角杆塔，用于线路转角处，在正常情况下承受导地线转角合力，事故 断线情况下承受断线张力。 c.终端杆塔，用于线路起止两端，允许带有转角和符合耐张杆塔受力条件，且经常承受导地线一侧张力。 d.耐张跨越杆塔，用于线路有河流、特大山谷、特高交叉物等地方。 e.悬垂转角杆塔。以悬挂方式支持导地线，杆塔布置在线路的转角处。 常规杆塔型号表示方法 a 按杆塔用途分类代号含义 Z 直线杆塔， D 终端杆塔， ZJ 直线转角杆塔， F 分支杆塔， N 耐张杆塔 ， K 跨越杆塔， J 转角杆塔， H 换位杆塔 b 按杆塔外形或导线布置型式代号含义 S 上字型， SZ 正伞型， C 叉骨型（鸟骨型）， SD 倒伞型， M 猫 头型 ，T 田字型， V V 字型， W 王字型， J 三角型 ， A A 字型， G 干字型， Me 门型 Y 羊角型， Gu 鼓型， B 酒杯型 c 杆塔材料和结构代号含义 G 钢筋混凝土电杆， T 自立式铁塔， X 拉线式铁塔 d 高度代号含义 杆塔高度是指横担对地面的距离（ m），称为呼称高，一般用数字表示。 e 铁塔型号表示方法 铁塔型号由字母及数字共六个 部分组成，例： 220 Z B T-33，表示该塔为 220k直线酒杯型自立铁塔，第一级呼称高 33m。 f 钢筋混凝土杆型号表示方法 钢筋混凝土电杆型号与铁塔型号的表示方法基本相同，通常不写出线路电压等级的代号。例： NMeG2-21，表示无拉线耐张门型钢筋混凝土电杆，第二级呼称高为 21m18 。 1.3 输电线路施工 输电线路施工图是各项设计原则和设计思想的具体体现，是从事输电线路施工的依据，也是从事输电线路运行和检修的重要技术指标。一般来讲，输电线路施工图有以 下六部分。 (1)总体部分 总体部分包括线路路径图 杆塔一览图及杆塔使用条件一览表线路杆塔明细表线路平断面图线路换位图及与通信线路平行关系图等。 线路路径图 它是通过测量最终确定的线路走向图，一般绘于五万分之一或十万分之一地 形图上，图上绘出了线路起点终点转角度数和中间经过位置。它对线路施工中的器材堆放 运输和工地布置以及线路运行中巡线和检修工作安排能起指导作用。 杆塔一览图及使用条件一览表 它给出了全年所使用的杆塔型号 高度及使用条件，并给出了全线所使用各种型号杆塔的数量。 a.线路杆塔明细表 它是全线 情况的概况，它按杆塔编号逐号写出杆塔裆距导地线附件接地装置 基础交叉跨越等的简要，是分析全线概况进行施工测量和施工的重要技术文件，其示例如表 1-24所示。 b.线路平断面图 设计根据平断面图定出干他的位置型号高度基础施工基面和土石方开挖量。施工参照平断面确定放线位置紧线位置弧垂观测档；按照交叉跨越物的垂直距离对照现场情况，在放线紧线过程中采取保护措施，并在施工后作为检查依据。 c.线路换位图。 在导线的各种排列方式中，除等边三角形排列外，其他排列方式均不能保证倒显得线距间距离相等，从而三相倒显得电感 电容及 三相阻抗都不相等，造成三相电流的不平衡。这种不平衡对发电机 电动机和电力系统的运行以及输电线路附近的弱电线路均会带来一系列的不良影响。为了避免这些影响，各相导线应在空间轮流交换导线的位置，以平衡三相阻抗。经过完全换位的线路，其各相导线在空间每一位置的各段长度之和相等。进行一次完全换位通常称为完成了一个换位循环。在中性点直接接地的电力网中，当线路长度在100200km 之间，一般应有一个换位循环；线路长度大于 200km，则一般宜安排两个或多个换位循环。线路如有换位，应有设计部门提供线路换位示意图和换位安装图。 d.与通信线路平行关系图。测量邻近如有通信线路，则应有与通信线路平行关系图和通信线保护图 23 。 (2)导线部分 导线部分包括导线 避雷线机械特性曲线图安装曲线图和特殊耐张段安装表等。这些图表示施工人员进行导线和避雷线的紧线安装时，确定观测弧垂的依据，同时也是进行验收和运行检查的依据。 (3)杆塔部分 杆塔部分主要有杆塔加工图和组装图。加工图供杆塔制造厂按图加工，组装 图供现场施工人员进行组装。 (4)基础部分 基础部分包括基础施工图和组装图。 (5)绝缘子金具部分 输电线路绝缘子金具附件的组装方式，只要线路上有的都应有组装图，如悬垂绝缘子串组装图耐张绝缘子串组装图防震锤安装图等，以便施工时应用。 (6)接地部分 由于输电线路杆塔形式不同，经过地区的土壤电阻率不同，接地装置的形式也将不同。设计部门根据具体情况，选择了相应的接地装置型号，并提出了相应的要求 9 。 2 设计原始资料 2.1 线路概况 檀合 至桃花 110kV 输电线路，起于檀合 220kV变电站 110kV出线 506间隔，止于桃花变电站 110kV 进线间隔，额定电压为 110Kv,经济输送容量为 47.3MVA，导线采用 LGJ2470/30，地线采用 JLB20A-50，同杆架设 ADSS 通信光缆，线路全长 106km,其中在出檀合 220kV变电站约 0.6km部分，考虑为檀合变电站西侧 110kV间隔将来出线预留线路通道，这部分段按双回设计，但本次只架设一回；线路进桃花变电站约 0.7km 部分，考虑线路走廊紧张问题采用与宝瑶至桃花 110kV线路双回共杆架设，其余部分均为单回线路。 本工程沿线地形以丘陵、 山地为主，地质多为硬塑粘性土和松砂石，海拔在201m-310m 之间，植被发育较好，植被主要为油茶树、松、杉；线路全线附近都有公路或简易公路穿插其中，交通比较方便，便于施工与运行；各种地形所占比例如表 2.1所示： 表 2.1 线路地形比例表 地形 山地 丘陵 平地 比例 37.2 53.5 9.3 2.2 线路路径方案 檀江 -桃花 110 千伏线路成东西走向，沿线 经檀江乡、雨溪桥镇。本次设计根据图上地形及实地勘测确定了二个线路路径方案，具体情况如下： 方案一：线路由 220千伏 檀合 西侧 110 千伏 505间隔向西偏南方向出线，经双回终端塔左转 ,至刘家院子后山上再左转，线路改为单回路平行与长阳铺变 -檀江变 220千伏线路走向跨过邵水支流，至湾里院子西侧山腰跨过高速公路，在台上雷家西侧山脚右转，线路转为向西偏北走线平行高速公路走线，经羊角冲、甘长冲，再过牛家岭山顶左转至张家院子右转至起码坪，线路在此转为正北方与宝桃线双回共杆再次跨过高速公路沿杨家岭山脚右转经双回终端塔进桃花； 线路全长约 10.6km。曲折系数为 1.29。 方案一路径沿线地形以丘陵、山地为主，地质多为硬塑粘性土和松砂石 ,海拔在 210 米 310 米之间，植被发育较好，植被主要为油茶树、松、杉；线路全线附近都简易公路穿插其中，交通较为方便。 方案二：线路由 220千伏 檀合 西侧 110 千伏 502间隔向西偏南方向出线，经双回终端塔左转 ,至刘家院子后山上再左转，线路改为单回路平行与长阳铺变 -檀江变 220千伏线路走向跨过 河 流，至湾里院子西侧山腰跨过高速公路，线路在台上雷家西侧山右转，经长口子、王家院 子、大院里，在黄家塘右转，过瓦子 塘水库和新院子南侧的小山包，在翁冲右转，过刘家院子、四方井在恩香院右转，至起码坪，线路在此转为正北方与宝桃线双回共杆再次跨过高速公路沿杨家岭山脚右转经双回终端塔进桃花变电站；线路全长约 11.6km。曲折系数为 1.43. 方案二路径沿线地形以丘陵、平地为主，地质多为硬塑粘性土 ,海拔在 210米 270 米之间，树木稀疏；线路全线附近都有公路或简易公路穿插其中，交通较为方便。 方案一与方案二线路路径比较如表 2.2 所示。 表 2.2 线路路径方案比较 项目 方案一 方案二 交通情况 一般 较好 地形地貌 山地、丘陵 平地、丘陵 沿线海拔 210-310 210-270 树木 较多 一般 跨越情况 跨高 速两次 跨高速两次 通信干扰 无 无 线路长度 10.6km 11.6km 曲折系数 1.29 1.43 两个路径方案各有优缺点，方案一长度较短、曲折系数小，但沿线地形起伏较方案二大，需砍伐树木较多，方案二地势平坦，大多为平地和丘陵 ，树木较少，交通极其方便，但线路较方案一要长 1km，曲折系数大，所经地区院落较多。综合比较研讨，最终确定方案一为本线路的设计方案 。 2.3 设计用气象条件 根据气象局提供的该地区气象资料以及本工程临近送电线路的运行情况狂，本次设计气象条件取值如下：最高气温： C40 ,最低气温： C10- ，最大风速：25m/s，最后覆冰： 15mm。 设计用气象条件如表 2.3所示。 表 2.3 设计用 气象条件一览表 气温 风速 冰厚 最高气温 40 0 0 最低气温 -10 0 0 年平均气温 15 0 0 设计覆冰 -5 10 15 最大风速 -5 25 0 内部过电压 15 15 0 大气过电压 15 10 0 安装情况 -5 10 0 事故情况 0 0 0 覆冰厚度 0.9 雷电日 60 2.4 导地线选择 导线截面的选择应从其电气性能和经济性能两方面考虑，保证安全经济地输送电能。一般先按经济电流密度初选导线截面，再按允许电压损失、发热、电晕、等条件校验、大跨越的导线截面宜按允许载流量选择，并通过技术经济进行比较确定。 导线最大使用应力：按规程规定安全系数不小于 2.5,结合本工程的实际情况，经计算导线破坏应力为 260.32Mpa,在设计冰厚 15MM控制条件时 ,其最大使用应力取 104.13Mpa，安全系数为 2.5 20 。 经过验算，选取导线型号为 LGJ240/30，根据导线选择地线为 JLB20A-50。导地线参数如表 2.4 所示。 表 2.4 导地线参数表 LGJ240/30 JLB20A-50 计算截面 275.96 19.48 计算外径 21.6 9.0 单位质量 922.20 423.70 瞬时破坏应力 260.32 1168.35 弹性模量 73000 181420 3 导地线设计 3.1 架空线概述 在架空输电线路中，导线和地线统称为架空线。在输电线路中，铜是最为理想的导电材料，其导电性能和机械强度均好，但是铜的价格昂贵，除特殊需要外，输电线路一般不适用。 铝质轻价廉，导电性能仅次于铜，但机械强度较低，仅用于相邻杆塔间水平距离较小的 10kV 及以下电压等级线路中。此外，铝的抗腐蚀性也较差，不易在污秽区使用。 铝合金的导电性能与铝相近，机械强度接近铜，但价格却比铜低，并有较好的抗腐蚀性能，不足之处是铝合金受震动断股的现象较为严重使其使用受到限制。随着断股问题的解决，铝合金将成为一种很有用途的导线材料。 钢具有较高的机械强度，且价格较低，但导电性能较差。钢材料的架空线一般作为地线使用，作为导线使用仅用于跨越江河山谷的大档距及其他 要求机械强度大的场合。为防腐蚀，钢线需要镀锌处理 22 。 常用导线为钢芯铝绞线，钢芯铝绞线的内芯为单股或多股镀锌钢绞线，外层为单层或多层的铝绞线。由于交流电的集肤效应，四周电阻率较小的铝部截面主要起截流作用，机械荷载则主要由芯部的钢线承受。因此钢芯铝绞线既有较高的导电率，又有较好的机械强度，成为目前最常用的导线品种。分裂导线使用普通型号的导线，安装间隔棒保持其间隔和形状。这相当于大大增加了导线的半径，其表面电位梯度小，临界电晕电压高，单位电抗小，导纳大，且无需 专门制造，因此超高压输电线路中广泛采用了分裂导线，我国 220kV和 330kV多采用二分裂导线， 500kV线路多采用四分裂导线 10 。 3.2 导线计算 (1)导线截面机械强度校验 为了保证电力安全运行安全可靠，一切电压等级的电力线路都要具有必要的机械强度。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，其导线截面不应小于 35mm2 。通过其他地区的线路最小允许截面： 35kV 以上线路为 25 mm2 ， 35kV 以下线路为 16 mm2 .任何线路都不允许使用单股导线。线路按 其主要程度可分 3个等级，如 表 3.1所示。 ： 表 3.1 架空输电线路等级分类 架空电力线路等级 架空电力线路规格 额定电压 电力用户类别 I 超过 110 所有用户类别 35-110 一类和二类 II 35-110 三类 1-20 所有类别 III 1及以下 所有类别 本线路采用的导线型号 LGJ240/30，其截面为 275.96 2mm 35 2mm ,满足条件；同样，地线 JLB20A-50，其截面为 49.48 2mm 35 2mm ,ye 满足条件。 (2)热稳定条件校验 所过导线的最大容许持续电流大于该线路在正常或故障后运行方式下可靠通过的最大持续电流。查高电压技术 表 9得， GLJ240/30在 C040 时的载流量为 I=624A，大于导线经济电流 MAXI =239.44A，满足条件。 (3)电压损耗校验： 查 架空输电线路设计 附录表， LGJ-240/30 型电阻为 0.1181 km/ 感抗忽略。 00002002 00 53.410)t a n(10Pr NNoo UxrPlUlQxlu 满足条件 19 。 1.3 （ 4） 导线的比载 自重比载 自重比载是架空线自身质量引起的比载，其大小可认为不受气象条件变化的影响。自重比载计算式为： 3331 10773.321096.275 2.922807.910807.9 A q 2.3 冰重比载 冰重 比载是架空线的覆冰重量引起的比载。在覆冰厚度为 b时，单位长度架空线上的覆冰质量计算式为： 3332 10163.551096.275 )1560.21(15728.2710)(728.27 A dbb 3.3 垂直总比载 : 垂直总比载即为自重比载与冰重比载之和。 333213 10936.8710163.5510773.32 4.3 无冰 风压比载 无冰风压比载指的是线路在无冰条件下，风向在垂直于导线方向的作用力所产生的比载，其中包括最大风压比载和安装风压比载。 最大风速时： v=25 基本风压为： )(625.39025625.0 225 paw 588.2896.275 625.39060.211.185.00.110s i n 3225)25,0(4 Awdscfc 5.3 安装风速： v=10 基本风压为： )(5.6310625.0 210 paw 574.496.275 5.6260.211.185.00.110s i n 3210)10,0(4 Awdscfc 6.3 覆冰风压比载 b=15， v=10 覆冰风压比载是指线路在覆冰情况下，冰重比载、自动比载、风压比载的矢量和。 33210)10,15(5 1093.1096.275 5.62)3060.21(1.185.00.110s i n)2( Awbdscfc 7.3 各种风速下的风速不均匀系数如表 3.2 所示。 表 3.2 各种风速下的风速不均匀系数 a 设计风速 20以下 20-30 30-35 35及以上 1.0 0.85 0.75 0.700 无冰综合比载 无冰综合比载即无冰有风时，架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和，即 490.43)25,0()0,0( 2421)25,0(6 rr 8.3 覆冰综合比载 覆 冰综合比载即架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和，即 613.88)10,15()0,15( 2523)10,15(7 rr 9.3 表 3.3 各气象条件下导线比载的计算值 比载 自重比载 覆冰无风 无冰综合 无冰综合 无冰综合 覆冰综合 )0,0(1 )0,5(3 )10,0(6 )15,0(6 )25,0(6 )10,15(7 数据 32.773 55.163 31.449 32.955 38.447 43.732 (5) 计算临界档距与判断控制气象条件 架空线的 状态方程式给出了各种气象条件下架空线应力之间的关系。气象条件变化时，架空线的应力随之变化。必存在一种条件，在该气象条件下架空线的应力最大，这一气象条件称为控制气象条件，简称控制条件。在输电线路的设计中，必须保证控制条件下架空线的应力不超 过允许使用应力，从而保证其他气象条件下架空线的应力均小于许用应力 19 。 架空线的应力除与比载、气温有关外，还与档距 l的大小有关。在其他条件相同的情况下，档距不同，出现最大应力的控制气象条件可能不同。出现最大应力的控制气象条件可能不同。在最大风速的气温与最后覆冰的气温相同的气象区，二者中比载大者架空线的应力大。因此，架空线的最大应力在最低气温或最大比载条件下出现。气温低时，架空线收缩拉紧而使 应力增大，架空线荷载增大而使应力增大。究竟最低气温和最大比载哪一种气象条件为 控制条件，取决于档距的大小。 当档距很小趋于 0时，等高悬挂点架空线的状态方程变为 )( 120102 ttE 10.3 上式表明，在档距很小时，架空线的应力变化仅决定于温度而与比载的大小无关。因此对于小档距架空线，最低气温将成为控制条件。 当档距很大趋于无限大时，将等高悬点架空线的状态方程式两端除以 2l ，并令档距 l趋于无限大，状态 方程式变为 101202 11.3 上式表明，在档距很大时，架空线的应力变化仅决定于比载而与温度无关。因此对于大档距架空线，最大比载气象条件成为控制条件 16 。 临界档距 在仅考虑最低气温和最大比载两种气象情况下，档距 l由零逐渐增大至无限大的过程中必然存在这样一个档距：气温的作用和比载的作用同等 重要，最低气温和最大比载同时成为控制条件。两个及以上气象条件同时成为控制条件时的档距成为临界档距，用 ijl 表示。当实际档距 ijll 时，架空线的最大应力出现在最低气温时，最低气温为控制条件；反之，最大比载为控制条件。 实际上，相当一部分气象区的最大风速和最厚覆冰的温度并不相同，不能只从比载的大小来确定二者哪一个可能成为控制条件。此外，架空线还应具有足够的耐振能力，这决定于年均运行应力的大 小，该应力是根据年均气温计算的，不能大于年均运行应力规定上限值。因此，最低气温、最大风速、最厚覆冰和年平均气温四种气象条件都有可能成为控制条件，是输电线路设计时必须考虑的。 四种气象条件中每两种之间存在一个临界档距，于是可得到六个临界档距。对于某些特殊要求的档距。除上述四种气象条件外，可能还需要考虑其他的控制条件 8 。 导线的允许控制应力 查表得导线的计算拉断力为 : NT j 75620 抗拉强度为： 324.26096.2757562095.095.0 ATAT jpp 12.3 最大使用应力为： 130.1045.2 324.260 k p 13.3 年平均气温下的最大使用应力为： 081.6525.025.0 ppm A T 14.3 可能成为控制条件的气象条件如表 3.4所示。 表 3.4 气象列表 条件 最大应力 比载 温度 r/ 比值 编号 气象条件 (N/mm2) （ MPa/m） （ C） （ 1/m） 最低气温 104.130 32.773 -10 3.147 a 最大风 104.130 43.490 -5 4.177 b 覆冰 104.130 88.613 -5 8.510 d 年均气温 68.150 32.773 +15 5.306 c 查表得 LGJ240/30 导线的参数如下： 73000E ， 6106.19 645.176773.32490.43 5106.1924130.104)(24 22 6220 ababab ttl 15.3 虚数 202000)()()(24aaccacacacEttEl 16.3 280.61)(24 220 adadad ttl 17.3 bcl 虚数 202000)()()(24bbccbcbcEttE 18.3 0)(24 220 bdbdbd ttl 19.3 200.192lcd 临界档距的判定如表 3.5所示。 表 3.5 临界档距判定 a b c d 645.176abl 虚数acl 虚数bcl 200.192cdl 280.61adl 0bdl 综上：当 L192时，最后覆冰为控制气象条件。 3.3 导线 应力弧垂 为了 使用方便，常将各种气象条件下架空线的应力和有关弧垂随档距的变化用曲线表示出了。这种曲线称为应力弧垂曲线，亦称力学特性曲线。此外，为方便架线施工，需要制作各种可能施工温度下架空线在无冰、无风气象下的弧垂随档距变化的曲线，称为安装曲线，亦称放线曲线 6 。 架空线的应力弧垂曲线表示了各种气象条件下应力（弧垂）与档距之间 的变化关系。在确定出档距后，很容易从曲线上得到各种气象条件下的应力和弧垂值。为保证曲线比较准确而又不使计算量过大，档距 l 的间距一般取为 50m，但须包括各有效临界档距处的值。由于曲线在有效临界档距附近的变化率较大，此区间的取值宜密一些。在档距较大时，曲线一般变化比较平滑，可根据精确度要求的不同，适当放大取值间隔。 为保证导线在施工与运行中的安全可靠性，就必须掌握这种导线应力随气象条件变化的规律，而反映一定代表档距的耐张段中，导线应力变化与气象条件变化间的关系方程 导线的 状态方程： )(2424 2221222 InIInnn ttElEglEg 5 20.3 求解各气象条件下的应力及弧垂，并利用此数据绘制出导线的机械特性曲线 。导线的应力特性表如表 3.6所示。 表 3.6 导线应力 特性表 表 LGJ240/30的应力弧垂曲线如下图 3.1 所示。 图 3.1 导线的应力弧垂曲线 3.4 地线计算 输电线路是否架设地线 ，应根据线路电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地已有线路的运行经验、地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等来决定。在计算耐雷水平后、通过技术经济比较，采用合理的防雷方式。 110kV输电线路宜沿全线架设地线，在年均雷暴日数不超过 15日或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设地线。无地线的输电线路，宜在变电站或发电厂的进线段 架设 1-2km 的地线。在年平均雷暴日数超过 15 日的地区的220kV-330kV 输电线路，应沿全线架设地线，山区宜采用双地线。 500kv 输电线路应全线架设双地线。 在杆塔上，地线对边导线的保护角， 500kV 输电线路采用 ,1510 330kV 线路及 220kV双地线线路宜采用 20 左右，山区 110kV单地线输电线路宜采用 25左右。两根地线的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的 5倍。 在气温 15、无风的气象条件下，档距中央导线与地线之间的 距离 D应满足 )(1012.0 mlD 12 21.3 (1) 地线的选择 地线应满足电气和机械使用条件的要求，可选用镀锌钢绞线或复合型导线， 重冰区、严重污染区可提高一、二级或选用防腐型架空线。当地线兼用于减少潜供电流、降低工频过电压、改善对通信设施的干扰影响、作为高频载波通道等，可采用良导体架空线，其截面积应满足综合利用的 载流要求。当利用地线进行光纤通信时，可采用 OPGW型复合光纤电缆。 当地线仅用于防雷时，可逐基杆塔接地，以提高防雷的可靠性。但逐基杆塔接地会产生较大的附加电能损失，如一条 200-300km的 220kV输电线路的附加电耗每年可达几十万千万时。 当地线有综合利用时，可采用绝缘地线。绝缘地线利用一只带有放电间隙的无裙绝缘子与杆塔隔开，雷击时利用放电间隙击穿接地，因此绝缘地线的先导阶段能够预先建弧，在雷击过后能够及时切断间隙中的工频电弧回复正常运行状态，在线路重合闸成功时不至燃烧；在线路发生短路事故时，间隙也能被击 穿，并保证短路事故消除后，间隙能熄弧回复正常。放电间隙值应根据地线上感应电压的续流熄弧条件和继电保护的动作条件确定，一般为 10-40mm。还应当注意，绝缘地线上往往感应有较高的对地电压，在导线和地线都不换位时， 330、 500kV输电线路绝缘地线的感应往往可达 23kV和 50kV左右。因此绝缘地线的线路必须进行适当的换位，对其的任何操作都应按带电作业考虑 29 。 输电线路的电磁感应对附加通信线路有一定影响，当对重要通信线路的影响超过规定标准时，为加强对通信线路的保护，可以 考虑与地线配合架设屏蔽地线。屏蔽地线需要使用良导电材料，目前多用 LGJ-95/55钢芯铝绞线。 复合光纤地线多采用 OPGW 型复合光纤电缆。复合光纤电缆外层铝合金绞线起防雷保护和屏蔽作用。复合光纤地线可根据工程实际需要向生产厂家定制。 28 (2) 地线比载的计算 自重比载 自重比载是地线自身质量引起的比载，其大小可认为不受气象条件变化的影响。自重比载计算式为 98.831048.49 7.423807.910807.9 331 A q 22.3 冰重比载 冰重 比载是地线的覆冰重量引起的比载。在覆冰厚度为 b时，单位长度地线 上的覆冰质量计算式为 49.1341048.49 )150.9(15728.2710)(728.27 332 A dbb 23.3 垂直总比载 : 垂直总比载即为自重比载与冰重比载之和 47.21849.13498.83213 24.3 无冰 风压比载 无冰风压比载指的是线路在无冰条件下，风向在垂直于导线方向的作用力所产生 的比载，其中包括最大风压比载和安装风压比载 最大风速时： v=25 基本风压为： )(625.39025625.0 225 paw 最大风压比载 43.6648.49 625.3900.91.185.00.110s i n 3225)25,0(4 Awdscfc 25.3 安装风速： v=10 基本风压为： )(5.6210625.0 210 paw 安装风压比载 63.1048.49 5.620.91.185.00.110s i n 3210)10,0(4 Awdscfc 26.3 覆冰风压比载 b=15， v=10 覆冰风压比载是指线路在覆冰情况下，冰重比载、自动比载、风压比载的矢量和。 06.4048.49 5.62)300.9(1.185.00.110s i n)2( 3210)10,15(5 Awbdscfc 27.3 无冰综合比载 无冰综合比载即无冰有风时，地线自重比载和无冰风压比载的矢量和，即 08.107)25,0()0,0( 2421)25,0(6 rr 28.3 覆冰综合比载 覆 冰综合比 载即架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和，即 11.222)10,15()0,15( 2523)10,15(7 rr 29.3 2/ mmmN 均为以上所得比载值的单位。 各种气象条件下导线的比载如表 3.7 所示。 表 3.7 各气象条件下导线比载的计算值 比载 自重比在 覆冰无风 无冰综合 无冰综合 无冰综合 覆冰综合 项目 0,01 )0,5(3 )10,0(6 )15,0(6 )25,0(6 )10,15(7 数据 83.98 134.49 107.08 89.247 104.909 126.453 地线的最大使用应力： 5.31741270 k pm 30.3 年平均运行应力 5.31725.0 p 31.3 控制气象条件列表如表 3.8所示。 表 3.8 控制气象条件 列表 条件 最大应力 比载 温度 r/ 比 值 编号 气象条件 (N/mm2) （ MPa/m） （ C） （ 1/m） 最低气温 317.5 83.98 -10 0.265 a 最大风 317.5 107.08 -5 0.337 b 覆冰 317.5 222.11 -5 0.700 c 年均气温 317.5 83.98 +15 0.265 a (2) 计算临界档距并判断控制气象 查表得 JLB20A-50地线的参数如下： 181420E ， 6105.11 00.17798.8308.107 5105.11245.317)(24 22 6220 ababab ttl 13.3 63.103)(24 220 acacac ttl 32.3 0)(24 220 bcbcbc ttl 33.3 有效临界档距判定如表 3.9 所示。 表 3.9 有效临界档距判 定 a b c Lab=177.00 Lbc=0 Lac=103.63 由列表有，可知 Lcd =103.63 为临界档距 。 最低气温和最后覆冰同时成为控制气象条件。 地线应力特性表如表 3.10所示。 表 3.10 地线应力弧垂特性表 JLB20A-50的应力 弧垂曲线如下图 3.2 所示 图 3.2 地线应力弧垂曲线 4 金具设计 4.1 绝缘子 选用 (1)绝缘子的选择 绝缘子是用来支撑和悬挂导线，并使导线与杆塔绝缘。它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对污秽物质的侵蚀具有足够的抵抗能力， 并能适应周围大气条件的变化，如温度和湿度变化对它本身的影响等。 架空线常用的绝缘子有悬式绝缘子、瓷横担式绝缘子等。根据规程相关规定，考虑经济性和线路电压等级选择悬式绝缘子 4 。 按电压等级选取绝缘子片数 ，如表 4.1所示。 表 4.1 操作过电压与雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数 标准电压 （ kv） 35 66 110 220 330 500 单片绝缘子长（ mm） 146 146 146 146 146 155 绝缘子数 (片 ) 3 5 7 13 17 25 绝缘子选型 为满足三级污秽区要求，本工程选用有机合成绝缘子 FXBW4-110/100（为达到 3.0cm/千伏的爬电比距，须将合成绝缘子的公称爬电距离加大至 33cm）。一般直线悬垂串、跳线串、龙门架档耐张串采用单串，耐张串及重要跨越悬垂绝缘子串采用双串。 根据电气绝缘和机械强度要求 ,导线绝缘子串组装片数机械特性及主要尺寸如表 4.2所示 11 。 表 4.2 绝缘子串组装型式表 组装形式 绝缘子串数及型号 悬垂 单串 1*FXBW4-110/100 双串 2x1*FXBW4-110/100 跳线 单串 1*FXBW4-110/100(带 27kg重锤均压环 ) 耐张 单串 1*FXBW4-110/100 双串 2x1*FXBW4-110/100 绝缘子及电特性如表 4.3所示。 表 4.3 绝缘子机电特性表 型号 机械破坏负荷 冲击耐受电 压 1分钟湿耐受电压 最小击穿电 压 （不小于 )kN (不小于 )(千伏 ) （不小于）千伏 （不小于）千伏 FXBW4-110/100 100 550 230 110 绝缘子主要尺寸如表 4.4所示。 表 4.4 绝缘子主要尺寸 型号 公称结构 最小电弧 公称爬电距离 连接型 单重重量 高度 H（ mm） 距离 （ mm） （ mm） 式标记 （ kg） FXBW4-110/100 1440 30 1200 3300 16R 4.8 按污秽等级确定绝缘子片数 ,设计要求污秽等级为 3级，需考虑增加绝缘子片数 2片 ； 按海拔高度确定绝缘子片数 ,设计要求通过平原地区 海拔在 1000m以下，无需增加绝缘子片数 ； 按杆塔全高确定绝缘子片数 ,设计中直线杆塔全高均低于 40m，无需增加绝缘子片数 ； 耐张绝缘子穿的绝缘字数量应比悬垂绝缘子串的同型绝缘子多 1个。 绝缘子的泄露距离应满足下式 dDU 式 中 D 绝缘子的泄露距离， cm； U 线路额定电压， KV； d 泄露比距， cm2 。 (2) 选择绝缘子后校验 根据我国长期运行经验，在一般的轻污秽区，片数按下式选定时可满足工作电压 n1.6Ue/ 其中： Ue 系统的额定电压 kv，有效值。 每个绝缘子的泄漏距离 cm. 1.6 单位泄漏距离 cm/kv. n1.6 Ue/n=2. 622040=14.3 所以取 15片绝缘子合格。 按最大垂直荷载进行校验 Gkn R nvG GG 7nG g sl Gn=41.9410 -3 477425.24=8507N Gv=771.2N n=1.3 （ 884.2+8507）/70000=0.174串 按短路拉力校验 nkT/R n=1.30.25103900/70000=0.482 串 ，因此 取 串是正确的。 4.2 防振锤 选用 由风雪作用引起 的架空线振动可分为微风振动、舞动、次档距振动、脱冰跳跃和摆动，由电磁力引起的振动可分为 短路振动和电晕振动。 (1) 防振锤的选择 防震锤 是目前使用最广泛的一种积极防振措施，国内外均有几十年的运行经验，对减弱或消除架空线振动危害的效果显著，可以将振动的最大双倍振幅降低至十分之几。使用时，防震锤通过其线夹固定于架空线上，当架空线发生振动时，防震锤上下运动，利用重锤的惯性，使其钢绞线产生内摩擦消耗架空线的大部分振动能量，空气对重锤的阻尼消耗一部分能量，防震锤线夹处消耗和反射一部分能量。根据能量平衡原理，防震锤的能量消耗使微风振动的强度降低。 防振锤的自振频率要和导线相近，这样，当导线震动时 ，引起防振锤共振，使两个重锤有较大的甩动，可以有效的消耗导线的振动能量 17 。 防震锤个数与档距关系如表 4.5所示。 表 4.5 导线防振锤的设计 防震锤型号 导线直径（ mm） 当需要装置下列防震锤个数时的相应档距（ m） 1 个 2 个 3 个 FD-4、 5、 6 d 12 300 300-600 600-900 FD-2、 3 12d22 350 350-700 700-1000 FD-1 d 22-37.1 450 450-800 800-1200 采用 LGJ 240/30型导线，导线直线 D=25.2mm，档距大于 450m。选用 FD 1型 2个防振锤。 振动风速范围 与悬挂点高度关系如表 4.6 所示。 表 4.6 振动风速范围 档距 导线悬挂点 高度 引起振动的风速 （ m） （ m） （ m/s） 150-250 12 0.5-4.0 300-450 25 0.5-4.0 500-700 40 0.5-6.0 700-1000 70 0.5-8.0 最高气温时导线最小拉力min=56.22N/mm 最低气温时导线最大拉力ax=66.22 则最小半波长 Vmax400D2min 1ming8.9 = 54006.213-1031.0956.28.9=1.44m 1.4 Vmin400D2max 1maxg8.9 = 5.04006.213-1031.0966.289=15.6m 2.4 S= 22minmax2min2max=1.32m 3.4 采用等距离安装 第一个距离为 S=1.32m,第二个距离为 2S=2.64m。 如何合理地选择间隔棒的安装位置，仍然是一个正在探索中的问题。但是，目前国内外已广泛采用按不等距安装的方式。经验取值，端次档距为 40米，次档距为 90米 13 。 5 防雷与接地 5.1 防雷设计 根据 DL/T 621-1997交流电气装置的过电压和绝缘配合规程规定，结合该地 区已建线路情况，本工程全线采用双避雷地线，杆塔上地线对边导线的保护角也不大于 25。为防止雷击档距中央反击导线，在 +15无风情况下。档距中央导线与地线间距离应满足下列校验公式的要求： S 0.012L+1 1.5 式中： S 导线与地线间距离（ m） L 档距（ m） 根据 DL/T 621-1997交流电气装置的过电压和绝缘配合规定，有避雷线的 110 千伏线路 ,在一般地壤 电阻率地区 ,其耐雷水平不低于 40-75KA。本工程使用的杆塔经耐雷水平计算。在一般土壤电阻率地区是符合规程要求的 21 。 5.2 接地设计 根据 DL/T 621-1997交流电气装置的接地标准，每基杆塔均应接地，在雷季干燥时，每基杆塔的工频接地电阻 如表 5.1所示。 表 5.1 杆塔的接地电阻 土壤电阻率 100及以下 100-500 500-1000 1000-2000 2000以上 （米） 工 频接地电阻 10 15 20 25 30 （不小于） 居民区和水田中的接地装置，宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形。利用自然接地极和外引接地装置时，应采用不少于两根导体在不同地点与杆塔接地网相连接。水平接地体的间距不宜小于 5m。接地装置的导体，应符合热稳定的要求。交流电气装置的接地标准规定，按机械强度要求的接地圆钢最小直径为 8mm，杆塔接地装置引出线的截面不应小于 50mm2，并应热镀锌。 接地引线与接地体的连接、接地体之间的连接应焊接，其搭接长度必须为圆钢直径的 6倍（双面焊 ）。 杆塔接地装置采用方框水平放射型，接地装置采用 10圆钢以水平方式敷设，接地引下线全部采用 12热镀锌圆钢。 埋地深度按不同土质为水田 0.8m；旱土 0.5m；岩石 0.3m。 水田采用普通型接地装置，平地和丘陵采用防盗型接地装置，防盗角桩采用 40 4 410的角钢制造 24 。 6 导线跨越 设计 本工程需在檀江乡的湾里院子和雨溪桥镇的起码坪分二次跨越高速公路。 在跨越档内，导线及避雷线均不得接头，并采用双串绝缘子 ,跨越 须满足 DL/T 5092-1999 110千伏 -500千伏架空送电线路设计技术规程中要求 根据 110 500 千伏架空送电线路设计技术规程 DL/T 5092-1999 规定的要求，导线在地面、建筑物、树木、铁塔、道路、河流、管道、索道及各种架空线路的距离，应根据最高气温情况或覆冰无风情况求得的最大弧垂和最大风情况或覆冰情况求得的最大风偏进行计算。 计算上述距离，可不考虑由于电流、太阳辐射等引起的弧垂增大，但应计及导线架线后塑性伸长的影响和设计、施工的误差。大跨越的导线弧垂应按导线实际能够达到的最高温度计 算 27 。 导线对地及交叉跨越物的最小允许距 如表 6.1所示。 表 6.1 导线对及交叉跨越物的最小允许距离 被交叉跨越物名称 净距（ m） 居民区 7.0 飞居民区 6.0 公路 7.0 弱电线路、电力线路 3.0 建筑物 垂直边距 5.0 边线最大风偏 4.0 树木 垂直距离 4.0 最小净空距离 3.5 经济作物 3.0 导线对可能跨越物的电气距离如表 6.2 所示 。 表 6.2 导线对各类被跨物的最小垂直距离 被跨越物 最小垂直距离 (m) 铁路 至标准铁路轨顶 7.5 至电气铁路轨顶 11.5 至承力索或接地线 3.0 高速公路、 1级公路 至路面 7.0 2-4级公路 通航河道 五年一遇洪水 6.0 至最高航行水位 2.0 不通航河道 五百年一遇洪 水 3.0 特殊管道 4.0 索道 4.0 电力线路 3.0 弱电线路 3.0 高速公路跨越点的选择说明： 两次跨 高速公路的跨越点均选择在高山的山腰上，高速公路路面在此均低于跨越点高程，这样既能保证线路杆塔间的高差不大，同时又能有效降低跨越杆塔的高度，降低工程造价。 在跨越档内，导线及避雷线均不得接头，并采用双串绝缘子 ,跨越须满足 DL/T 5092-1999 110千伏 -500千伏架空送电线路设计技术规程中要求 15 。 7 杆塔与基础 7.1 杆塔设计 由于 110千伏单回路线路工程典设模块尚未发布，本工程线路仍沿用在 省内有多年运行经验的水泥杆型和铁塔混合使用，以降低工程造价。本工程全线地形以丘陵为主，在交通允许的情况下，可打拉线，有排杆场地，杆高在电杆使用范围内，优先采用了钢材耗量少，施工方便且有运行经验的预应力钢筋混凝土电杆；在超过电杆使用条件，排杆、立杆、打拉线困难的地方及重 要交叉跨越处、线路通道狭窄处，采用自立式铁塔。，所选杆塔形式如表 7.1所示。 表 7.1全线杆塔型估算数量及技术条件 序号 塔型 类别 转角度 设计档距 数量 水平 垂直 1 47Z2-24 单回直线铁塔 450 650 5 2 JG1-18 单回转角铁塔 0-30 350 500 2 3 JG3-18 单回终端铁塔 60-90 350 500 1 4 ZGU2-24 双回直线铁塔 400 600 2 5 JGU2-18 双回转角铁塔 0-30 350 500 1 6 SDJ90-18 双回终端铁塔 60-90 350 500 4 7 Z21-21 直线水泥双杆 350 440 18 8 Z22-24 直线水泥双杆 350 440 1 9 Z22-27 直线水泥双杆 350 440 2 10 Z22-30 直线水泥双杆 350 440 1 11 Z24-21 直线水泥双杆 550 720 3 12 J21-18 转角水泥双杆 0-30 400 350/150 3 合计 43 采用的杆塔，其使用范围及技术经济指标详见杆塔型式一览图。本工程所选用塔型均在我省多个工程中使用，并经多年运行考验证明是安全可靠的。 铁塔用钢材为 Q235、 Q345两种角钢，其质量标准符合碳素结构钢（ GB/T700）低合金高强度结构钢（ GB/T1591）的要求。铁塔所有构件热镀锌防腐。 连接螺栓采用 4.8 级（ M20）、 6.8 级普通螺栓，其质量标准符合 紧固件机 械性能（ GB3098.1 82）的要求。 钢材手工焊接用焊条符合碳钢焊条（ GB/T5117）和低合金钢焊条（ GB/T5118）的规定。 根据反措要求铁塔距地面 8M 以下的螺栓与脚钉采用防卸螺栓及防卸脚钉。采用第三代 FX-20防卸螺栓，其他所有的连接螺栓加扣紧式防松螺母（双帽螺栓除外）。所有铁塔构件和螺栓、脚钉、垫圈等均应热镀锌防腐蚀。所有连接板加劲板的焊缝高度不应小于板厚，构件须要弯曲者一律采用热弯（火曲）。 脚钉安装位置统一规定为：直线塔脚钉安装在线路前进方向的右后侧主材上，耐张转角塔的 脚钉安装：横担以下的安装在内角侧主材上 ,横担以上的安装在外角侧主材上，脚钉安装应牢固，确保登塔安全。 为了方便运行，本工程 24米及以上电杆均要求加装爬梯，靠近地面 2m左右安装爬梯，爬梯安装：在电杆横担以下装一根杆，横担以上装两根杆，具体见电杆爬梯组装图。 所有杆塔要求安装杆号牌（含线路名称）、警示牌；所有耐张、转角、终端塔要求安装相序牌 7 。 7.2 基