220kv单回路架空输电线路设计

1、河南工业职业技术学院HenanPolytechnicinstitute毕业设计（论文）题目：220kv单回路架空输电线路设计目录摘要2第一章导线地线设计31.1第III气象区的条件及参数31. 2临界档距及控制气象的判断51.3地线比载计算6第二章杆塔结构设计92. 1杆塔定位9第三章金具设计113. 1绝缘子的选择113.2确定每联绝缘子片数113. 3选择绝缘子后校验1234防震锤设计13第四章防雷设计154. 1杆塔接地154. 2雷击跳闸率计算16第五章基础设计185. 1关于铁塔基础的设计185.2铁塔基础四种类型185.3下压稳定校验18后记20参考文献21摘要随着国民经济快速增长

2、，各地电网建设迅猛发展，从过去的“几年建一条线路”到现在的“一年建几条线路”实现了跨越式发展，供电可靠性进一步提高，电网输送能力大大增强，但输电线路建设的内部环境和外部空间却越来越小。如何应对新形势，最大限度地满足电网建设需要己成为技术部门不断研究的课题.本文从设计角度围绕导线的选择和导线的风荷载以及杆塔的定位和校验，杆塔的结构，金具的选择，基础的设计，防雷接地的设计等方面提出了意见和看法。本论文的设计分为二个部分，第一部分为设计和计算部分，通过设计地形，选择导线，计算相关参数能确定导线弧垂位置.，杆塔的结构和形状以及荷载情况。第二部分为校验阶段，根据220KV输电线路高安全性，保证送电线路稳

3、定运行等条件，进行详细准确的荷载、间隙、电阻值等校验，为提高线路安全运行的安全系数提供有利参数。关键词输电线路杆塔设计防雷设计金具设计第一章导线地线设计1.1导线比载计算LL1相关参数的确定本架空送电线路设计中，导线选用LGJ-3OO/7O型钢芯铝绞线，查阅钢芯铝绞线规格表(GB1179-83)得LGJ-3OO/7O导线的规格参数如表2-1表2-1LGJ-3OO/7O导线规格参数总裁面积A(nun2)导线外径d(mm)计算质量GTa(kg/km)计算拉断力T.(N)376.6125.21402128000查阅钢芯铝绞线弹性系数和膨胀系数表(GB1179-83)得导线的弹性系数和膨胀系数如表2-

4、2表2-2LGJ300/70导线弹性系数和膨胀系数线膨胀系数a(1/-C)最终弹性系数E(N/mm2)17.8X10“80000线路穿越第VIII气象区，查阅全国典型气象区气象参数表得第川气象区气象条件：覆冰厚度b=15mm,覆冰时风速v=15m/s,最大风速片30m/s,雷电过电压时风速v=10m/s,内过电压时风速v=15m/s。1.1.2导线比载计算作用在导线上的机械荷载有自重、冰重和风压。这些荷载可能是不均匀的,但为了便于计算，一般按沿导线均匀分布考虑。在导线计算中，常把导线受到得机械荷载用比载表示，所以比载是指导线单位长度、单位截面积上的荷载。常用的比载共有七种，计算如下：1 .自重

5、比载：导线本身重量所造成的比载。gH。犷笺一3=暇沪10-3=36/72 .冰重比载：导线覆冰时，由于冰重产生的比载。2(15.0)=27,73)xl0-3=27.73x15x(25-2+15)x10-3376.613 .覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和冰重比载之和。g3(o,o)=gi(o,o)+2(15,0)=36.48x10-3+44.40xlO-3=80.88xl0-3N/m-mm24 .无冰时风压比载：无冰时作用在导线上每米长每平方毫米的风压荷载。计算公式:afcdvr、g4(0r)=0.6125siirOxiO-3当风速v=25m/s时，风压不均匀系数a,=0.61,因为导

6、线直径d=27.63nun17mm，故导线的风载体型系数c=Ll,风向与架空线轴线之间的夹角。=90。,此时风压比载为：4（030）43xlO_3N/m-mmt当风速v=15m/s时，风*不均匀系数%=1.0,导线的风载体型系数c=i.i,风向与架空线轴线之间的夹角e=9o。，此时风压比载为：g4（0,15）=10.14x10-3N/m-mm*当风速v=10m/s时，风压不均匀系数%=1.0,导线的风载体型系数c=l.l,风向与架空线轴线之间的夹角。=90。，此时风压比载为：g4（u,io）=451xlTN/m-向5.覆冰时风压比载：覆冰导线每米长每平方亳米的风压荷载。覆冰时风速v=10m/s

7、,查得风速不均匀系数a=1.0,导线的风载体型系数c-1.2,风向与架空线轴线之间的夹角。-90。，此时风压比我为：9.8afc(d+2b)v-=sin-0x103=24.24xlO3N/m-mm6(15,15)16A6 .无冰有风时的综合比载：无冰有风时，导线上作用着垂直方向的比载和水平方向的比载，按向量合成得综合比载。6（0,30）=7uo,o）+4（0,30）=47.51Xio-36（0,15）=Si（o,o）+4（0,15）=37.86xlO3N/m-mm2&（o,io）=yjoi（o,o）+S4（o,io）=36.76x103N/m-mm7 .有冰有风时的综合比载：导线覆冰有风时，综

8、合比载为垂直比载和覆冰风压比载的向量和。7（15,15）=Jg*i5,o）+g&i5,i5）=84.43x10N/m-mm1.2临界档距及控制气象的判断1.2.1 导线的机械物理特性1 .导线的抗拉强度：导线的计算拉断力与导线的计算接面积的比值称为导线的抗拉强度或瞬时破坏应力。A128000376.67=339.82MPa2 .最大使用应力:339.822.5=135.93MP其中K为导线地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5,避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。3 .年平均运行应力上限:Tp=25%ap=25%x339.82=84.96MPa1.2.2 可能控制气象条件列表

9、根据比载、控制应力，将有关数据按&值由小到大列出表格，并按A、B、%C、D顺序编号，如表2-3所示最低气温最大风速年平均气温覆冰比载（N/m-nrnT）36.48X10“47.51X10336.48X10“84.43X10“应力（MPa）135.93135.9384.96135.93温度CO-20-5+10-5g/a（1/m）2.68X10-43.50XW4.29X10-46.21X1。-，排列序号ABCD表2-3可能的控制气象条件列表1.2.3 临界档距计算W（xll一）+24Z（tn-tj）1L=（卢）、（袅-imjHninlIlab=355.6m13=虚数1=142.8971皿=虚数Ln

10、n=11rd=209.91iii1.3地线比载计算1.3.1 相关参数的确定本架空送电线路设计中，导线选用LGJ-3OO/7O型钢芯铝绞线，查阅避雷线与导线配合表选用避雷线型号JLB4-150,镀锌钢绞线规格表得JLB4-15O地线的规格参数如表2-5表2-5JLB4-150导线规格参数总截面积A(mm2)导线外径d(mm)计算质量Gn(kg/km)计算拉断力T.(N)148.0715.75696.358720查阅镀锌铝绞线弹性系数和膨胀系数表(SDJ3-79)得导线的弹性系数和膨胀系数如表2-6表2-6GJ-70导线弹性系数和膨胀系数线膨胀系数a(1/)最终弹性系数E(N/mm2)13X10

11、-6109000线路穿越第VIII气象区，查阅全国典型气象区气象参数表得第VIII气象区气象条件：覆冰厚度b=15mm,覆冰时风速v=15m/s,最大风速v=30m/s,雷电过电压时风速v=10m/s,内过电压时风速v=15m/s。1.3.2 地线比我计算1 .自重比较：有地线本身自重引起的比载。gl(0,0)=9.8Go/AX10s=46.08X10-5N/m-mm22 .冰重比载：由于第I气象区的覆冰厚度为零，故冰重比载为&(0,0)=27.73b(d4-b)X1Q-3=19.43N/m-mm2A3 .覆冰时地线的垂直总比载：架空线自重比载和冰重比载之和。gs(0,0)=gi+g2=65.

12、51XlON/m-mm24 .地线风压比载：导线每单位长度、每单位截面积上的风压荷载。Q.6125afc(hr).gi=sirfBX10当v=30m/s时%=0.85c=l.16=90gl(0,30)=38.07X10-sN/m-nun2当v=15m/s时的=1.0c=l.10=90g(0,15)=16.12XlON/m-mm2当v=10m/s时ai=1.0c=l.19=90g(0,10)=7.17X10-3N/m-mm25 .复冰时风压比载：覆冰时导线每单位长度、每单位截面积的风压荷载。6 (15.15)=0735(d-2b)vesin：exi0-s=12.78X10-5N/m-mm2A6

13、.无冰有风时的综合比载：在地线上垂直方向作用的H重和风压比载的几何和。g5=g1+g；&(0,30)=59.77X10-sN/m-mm:&(0,15)=48.82X10-sN/m-mm2&(0,10)=46.63X10sN/m-mm27 .有冰有风时综合比载：是垂直总比载与复冰风压比载的几何和。&=733+52g-(15,15)=66.74X10-3N/m-mm21. 3.3地线的机械物理特性1 .地线的抗拉强度：地线的计算拉断力与地线的计算截面积的比值称为地线的抗拉强度或瞬时破坏应力。ap=Tm/A=58720/148.07=396.57MPa2 .最大应力：amax=ap/K=158.63

14、MPa(K=2.5)其中K为导线地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5,避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。3 .平均应力：a=apX25%=99.14MP第二章杆塔定位杆塔定位，是把杆塔的位置测设到已经选好的线路中线上，并钉立杆塔桩作为标志。3.1 杆塔定位3.1.1 杆塔的定位高度杆塔定位的主要要求是使导线上任一点在任何正常运行情况下都保证有足够的对地和其他被交叉跨越物的安全距离。假定某档距及两侧杆塔高度已定，画出最下层导线在最大弧垂时的悬挂曲线1,最大弧垂亶由下式确定：tx=H_d-式中耳一一杆塔的定位高度，m：H一一杆塔的呼称高度，m：d一对地安全距离，m；4一一悬挂

15、绝缘子串长，m；6一一考虑各种误差的裕度，mo选用2B-ZM1杆塔呼称高H=27m：220KV线路经过非居民区时，对地安全距离d=6.5m：绝缘子串由15片XWP-6绝缘子组成，总长2=3.035m；各种误差的施裕度=则最大弧垂加,为：g=H-d之一5=276.53.305-0.8=16.43m此时要检查导线对地距离是否满足安全距离的要求，就要逐点检查。为此，可将导线两端悬挂点在杆塔上下移一段对地安全距离d后，画出导线的悬挂曲线2,此时只要曲线2不与地面相交，则实际导线悬挂曲线处满足对地安全距离的要求。于是，称曲线2为导线的对地安全线，导线悬挂点下移后杆塔施工基面间的高差值称为杆塔的定位高度（

16、简称定位高），用表示。2. 1.2弧垂曲线摸板的确定最大弧垂气象条件时的导线悬挂点曲线按纵断面图相同的纵、横比例尺缩小，然后刻在硬质板材上所得的模板，称为定位模板，其制作方法是：1 .判定线路经过地区最大弧垂的气象条件为最高气温气象条件。2 .估计耐张段代表档距在应力-弧垂曲线上查出最大气温气象条件时最大弧垂口x对应的档距1=480ni,即定位档距。以0.9乘以定位档距1作为估算的代表档距ld=0.91=0.9x480=432mo3 .由此代表档距在应力-弧垂曲线上查出最大气温气象条件时的应力%=135.93MPa：gu=84.43xlO_3N/m-mm:c4 .导线悬挂起来为一条悬链线，其曲

17、线方程：Z=-?5_x22分将上数值带入得：rgn、84.43xio-3.八7rZ=-xr=3.11xl0x-2an2x135.935 .制作模板，把模板曲线画一条曲线，是最大弧垂曲线，在其下端相距d+b=6.5+0.8=7.3画对地安全线（比例：横向1：5000,纵向1：500）。2. 1.3杆塔定位终端塔、转角塔、耐张塔先行定位。再排直线塔位，步骤是：1 .从耐张杆开始排起，il算杆塔的定位高度：耐张塔：hf=H-d-J=24-6.5-0.8=16.7m：直线塔：hf=H-d-A-Ud式中D一一绝缘子的泄露距离，cm：U线路额定电压，KV；d一泄露比距，emo表3-1污秽等级及线路直线杆绝

18、缘子串单位泄漏距离污秽等级污秽情况单位泄漏距离0非污秽区的山丘或平原（但湖泊沼泽地带除外）非污秽区的湖泊沼泽1.531.61.8地带。1空气污秽的工业区边缘（距污源中心38公里）；盐碱地区：炉烟污秽向地区。2.22.52空气污秽较重的地区（距大厂中心L53公里）：沿海地带及盐场附近，重盐碱地区，空气污秽乂有重雾的地带：距化学污源300米外地带。2.63.23导电率很高的空气污秽地区（距在大厂和冶金工厂中心1.5公里以内）；位于大发电厂烟囱附近且有冷水塔时；严重的盐雾侵袭地区；距化学污源300米以内地区。3.8据此.设计确定使用XWP-6（1x15片）并配置相应的金具c3. 3选择绝缘子后校验3

19、.3.1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n2L6Ue/A其中：Ue系统的额定电压kv,有效值。A每个绝缘子的泄漏距离cm.1.6单位泄漏距离cm/kv.nl.6Ue/An=2.6X2204-40=14.3所以取15片绝缘子合格。3.3.2.按最大垂直荷载进行校验Gn=41.94X1。-X477X425.24=8507NGv=771.2Nn=1.3X(884.2+8507)/70000=0.174串3. 3.3.按短路拉力校验nkT/Rn=l.3X0.25X103900/70000=0.482串取一串是正确的。3.4防振锤的设计3. 4.1.导线的防振措施一

20、是减弱震动，一是增强导线耐振强度。4. 4.2.防振锤的选择防振锤的向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。防振锤型号导线直径（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FDT、5、6d12300-600600-900FD-2、312dW22W350350-700700-1000FD-1d450-800800-1200采用LGJ300/70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。振动风速范围根据下表采用（0.55.0m/s）表3-4振动风速范围档距(m)导线悬挂点高度

21、(m)引起振动的风速(m/s)150-250120.5-4.0300-450二50.5-5.0500-700400.5-65-8.0最高气温时导线最小拉力5nm=56.2N/mm2最低气温时导线最大拉力。a=66.2N/mm2则最小半波长为nin_D2400Vmax9.86un=21.6g1400x59.8x56,2=144m31.09xl03!98x66.2=15.6mV31.09xl03加lax_D9.8o_2162400Vmingi400x0.5maxzvmin但=L32m22采用等距离安装第一个距离为S=l.32m,第二个距离为2S=2.64mo第四章防雷设

22、计在整个电力系统中的防雷中，输电线路的防雷问题最为突出，这是因为输电线路长度长，地处旷野，乂往往是地面上最为高耸的物体，因此极易遭受雷击。输电线路的防雷性能单位。二是雷击跳闸率，既100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数，这是衡量线路防雷性能的综合指标。显然，雷击跳闸率越低，说明线路防雷性能越好。设计条件：220KV输电线路，导线型号为LGJ-400/35,地线采用JLB-150型单避雷线，保护角17.93889386（由杆塔外形计算得），避雷线平均高度l=25.833n:,导线的平均高度a=15.737m,铁塔高度3L5m,绝缘子串长=2.709m,年均雷暴口为40天，rb=4mm4.1杆塔接

23、地_般地区P=10。+16x5=180。,ni高土壤电阻率地区：P=2000+16x1=216(0111杆塔水平接地装置的工频接地电阻可利用下式进行计算：甲白P为土壤电阻率L水平接地体的总长度h水平接地体的埋设深度d水平接地体的直径或等效直径A为水平接地体的形状系数根据标准:在102000Q-m的地区，可采用68根总长度不超过500m的放射形接地体,或连续伸长接地体，放射形接地体可采用长短结合的方式，接地体埋深不宜小于0.3mo5. 2雷击跳闸率的计算4. 2.1对于0=18OQni的地区1、雷击塔顶：雷击总次数N=0.28x(b+411)=31.48击杆率山区g=1平原g=146雷电流峰值超

24、过雷击杆塔的耐雷水平L的概率：L=106239KAlgPIx=-得耳=0.06204s881建弧率rj=(4.5E075-14)xl0-2E=22。=56.7057(中性点非直接接地)2x2.184得=0.79雷击杆塔时的跳闸率由为=Ng411,=31.48xL0.062049x0.79=0.26126872462、绕击跳闸率叫！叫=阻耳雷击总次数N=0.28x(b+4h)=31.58次/100KM.40个雷暴口雷电流峰值超过雷击导线的耐雷水平L的概率：1410100=14.1KA得P,=0.73052绕击率对平原地区igPa=q巫一3.9巳=0.00134114,86,29833tan6Z-

25、15050-2500h=29.833ma=16.563278423建弧率=(4.5E75-14)x10-2E=22=49.1071(中性点非直接接地)2x2.184得=0.79绕击的K闸率n?：=31.48x0.001341144:0.73052x0.79=0.02475315：输电线路雷击跳闸率n平原n=i】+z=0.28602188.4. 2.2对于夕=2150Qm的地区1、雷击塔顶:雷击总次数N=0.28x(b+4h)=31.48次/100KM.40个雷暴F1击杆率山区g=L4雷电流峰值超过雷击杆塔的耐雷水平L的概率：L=66.39KAlgPh=-得耳=0.17602249：88建弧率=

26、(4.5E75-14)xl()7得=0.79雷击杆塔时的跳闸率由为=Ng4.1山区111=31.48x-x0.1760224x0.79=1.111176668982、绕击跳闸率内%=阿耳雷击总次数N=0.28x(b+4h)=31.48雷电流峰值超过雷击导线的耐雷水平L的概率：绕击率1410100=14.1KA对山区乐*3.9Pl2=0.73052工=0.00475855a=16.563278423建弧率naSEORlJxloT得=0.79绕击跳闸率”：山区n,=0.08779991；输电线路雷击跳闸率u11=111+n2=1.19897660：第五章基础设计4.1 关于铁塔基础的设计因为铁塔基

27、础设计的要求比较简单，所以我们只要选择合适的基础对其进行校验满足经济、安全等后可使用。所谓杆塔基础是指筑在土壤里的杆塔地下部分的总体。杆塔必须有稳定的基础，一防止杆塔上拔、下沉和倾倒，确保架空线路安全、可靠运行。4.2 铁塔基础的四种类型1 .整体式基础，四只脚浇在一起，一般用于窄基铁塔；2 .四角分立式基础，四只脚分立，但尺寸均相同的基础，一般用于直线塔:3 .四脚分立，但有两只脚受拉，另两只脚受压的基础，一般用于转角塔；4 .四脚分立，但有三只脚受拉，另一只脚受压的基础，一般用于转角另有拉线的铁塔。表5-1基础上拔土计算容重和上拔角土名参数粘土及粉质粘土砂土坚硬硬塑可塑软塑栋砂粗砂中砂细砂粉砂计算容重(KN/m3)171716151917171615计算上拔角()252520103028282622注：位于地下水以下土的容重考虑浮力的影响，计算上拔角仍按本表5. 3下压稳定校验下压稳定条件&=N+Qf+G0土吧(考虑单向偏心荷载作用)(4-3)PmAW式中M一一作用于基础底面上的力矩；W一一基础底面对垂直与力矩的形心轴的抵抗矩。基础顶面设计轴心压力N=120700NQf=76602N基础台阶上士重Go=2.23xl.25-(1.82x0.4+1.23x0