110KV架空输电线路初步设计

110KV架空输电线路初步设计毕业设计（论文）

题目110KV架空输电线路初步设计

并列英文题目PreliminaryDesignOf110KVOverheadTransmissionLine

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指导老师职称副教授

论文报告提交日期

密度来进行到县级避雷线型号的选择；在选出导线以后，利用已知的气象条件，计算出导线在各种气象条件时的应力及弧垂，进而绘制导线安装曲线图；利用最大弧垂计算出呼称高，选出合适的杆塔及对应的基础形式；最终进行绝缘子的选型以及防雷防振和爱护和接地装置。

Abstract

Themaincontentoftheinstructionofthisdesignincludes:First,carrieson

thewirethroughthetransportstioncapacityandthepowerfactoruseeconomicalcurrentdensityandthelinemodelchoice;

Inselectsafterthewire,usetheknownmeteorologicalcondition,calculatesthewirehangsineachkindofmeteorologicalcondition,timestressandthearc,tenthplanwireinstallsthediagramofcurves;Usingmosthangscalculatesshoutscallshigh,selectstheappropriatepoletowerandthecorrespondingfoundationform;Finallyiscarriesontheinsulatortheshanpingaswellasanti-radarquakeproofandtheprotetiveearthlinginstallment.

名目

内容

初步设计是工程设计的重要阶段,主要的设计原则,都在初步设计中明确,应尽全力讨论深透。初步设计阶段应着重对不同的线路路径方案进行综合的技术经济比较，取得有关协议，选择最佳的路径方案；充分论证导线和地线、绝缘协作及防雷设计的正确性，确定各种电气距离；仔细选择杆塔和基础形式；合理地进行通信爱护设计；对于严峻污秽区、大风和重冰雪地区、不良地质和洪水危害地段、特别大跨越设计等均要列出专题进行调查讨论，提出专题报告；依据工程的特点及设计的实际状况，列出新技术的科研专题，把科学试验的成果用于工程设计中去。各项设计均作出了平安牢靠、技术经济合理的设计方案，进行优选。设计必需做到技术进步，并从实际动身，结合国情和地区特点，乐观慎重地推广采纳成熟的新材料、新结构等先进技术。

其次部分原始资料介绍

－、设计状况

随着河南经济的进展，现需要建一110KV变电站。该站输电线路采纳单回输电方式，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，沿线耕地较少，多为居民区，工厂，道路，池塘，沿线树木稀有，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

第三部分设计说明书

第一章．导线及避雷线部分

导线是固定在杆塔上输送电流的金属线，由于常常承受着拉力和风冰雨雪及温度变化的影响，同时还受空气中化学杂质的侵蚀，所以导线的材料除了应有良好的导电率外，还有足够的机械强度和防腐性能。

线路设计规程规定，110kV线路设计气象条件，应依据沿线的气象资料和四周已有线路的运行阅历考虑。

在确定最大设计风速时，应按当地气象台（站）重现期为15年，10min时距平均的年最大风速作样本，并宜采纳极值I型分布作为概率统计值。110kV线路的最大设计风速不应低于25m/s。

合理的选择导线截面，对电网平安运行和保障电能质量有重大意义，随着经济的高速进展，对电力的需求越来越大，我们在选择导线的时候，还要考虑线路投运后5年的进展需要。

本设计中我们根据经济电流密度进行导线截面选择

公式如下：LI

（其中S指导线截面；J指经济电流密度；

s

J

I指线路最大负荷电流）

L

在此我们选用一般型钢芯铝绞线，即LGJ-150／20型与避雷线协作的原则，避雷线的型号选择为GJ-35型。（详细计算见计算书）

其次章．导线的应力及弧垂

架空线路的导线和避雷线，周期性的遭受外部荷载的作用，在导线和避雷线上产生不同的应力。在架空线路机械计算时，应用“比载”计算机械荷载比较便利。架空线路中相邻两直线杆塔中心线间的水平距离，称档距L。导线悬挂点到导线最低点的垂直距离，称为弧垂。当气象条件变化时，导线受温度和荷载的作用，导线材料的应力，弧垂及线长也将随着变化，不同的气象条件下导线的应力。也可以依据状态方程进行计算。

查表及资料可知，导线计算截面S=167．37ｍ㎡，导线计算直径d=16．72mm单位质量q=589Kg/Km最大风速Vmax=30m/s覆冰厚度b=10mmTmax=40℃Tmin=-20℃覆冰风速V=10m/s

一、计算比载

1.自重比载

Ns

q

g(108.931-??=2./mmm)

2.冰重比载

Ns

dbdg(10)

(208.2732-?+?

=2./mmm)3.垂直总比载

)./(2213mmmNggg+=

4.无冰风压比载

Ns

acdvg(106125.032

4-??=2./mmm)5.覆冰风压比载

Ns

vbdacg(10)2(6125.032

5-?+?

=2./mmm)6.无冰综合比载

)./(224216mmmNggg+=7.覆冰综合比载

)./(225237mmmNggg+=

二、临界档距的计算及判别

参照有关资料，150/20型导线物理特性参数为瞬时破坏应力

pσ，平安系数K，膨胀系数α，弹性系数E。

1、利用参数计算导线的许用应力

)/(][2mmNppjσσ?=2、临界档距的判别

为了保证架空线长期运行的平安牢靠性，除需使其应力在任何气象条件下均不得超过强度许用应力外，应具有足够的耐振力量取决于年平均运行应力的大小，满意强度条件要求的架空线，在任何气象状况下的应力均不超过强度许用应力，而耐振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，这两种条件那一种在什么气象条件下起掌握作用，需要借助临界

档距来推断，考虑了耐振条件以后共有三个临界档距：（1）最低气温柔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）最低气温柔年平均气温的临界档距。

可能掌握条件排列表。

L=

lab

其于的档距依据上面的算法即可求出。

将临界档距填入有效临界档距判别表中，进行推断

有效临界档距为128.8ladmL=

128.8ladmL=

由图可以看出：当L128.8时，由最大比载掌握应力。

三、计算各种气象条件下的应力及弧垂

导线的假设安装是在不同条件下进行的，施工时需对比事先做好的表格，查处对应的弧垂，以确定松紧程度，使其在任何条件下都不超过允许值且满意耐振条件，并且导线对地和被跨物之间的距离符合要求，保证运行的平安。

利用以下公式求出最低气温柔做高气温两种气象条件下的应力弧垂并作表格：

222222

()2424nmnmnmnmlglgttασσβσβσβ-=---28lgfσ=

最高和最低气温条件下的应力弧垂关系表（如下表所示）

第三章．杆塔的选择

1、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肯定的平安距离。

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

2、杆塔的选用

本线路杆塔依据《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL／T5092-1999）规定进行选型。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。

第四章．杆塔基础设计

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状况下不倾覆，下陷和上拔。因此对基础施工的质量要求必需严格，工程数据，资料的记录必需齐全，以利于长期平安运行。

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，施工时应依据设计资料，逐基核查覆土层厚度及岩石质量，当实际状况和设计不符时，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，会逐基转变岩石的性状，使整体岩石破裂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平安是相当重要的。

岩石风化程度的类别：岩石风化程度的划分

本施工改造段属3类岩石实际上不能做成岩石基础，宜采纳现浇钢筋混凝土或混凝土基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采纳预制装配式基础或金属基础；必要时可采纳桩基础。

依据该线路所经地段地形、地质状况，结合考虑水文、地震及施工等因素，所以本工程全部现浇钢筋混凝土基础

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挡力量，并能适应大气条件的变化。

二、绝缘子污闪分析

由于送电线路四周的大气污染，绝缘子表面附着污秽物质，在大雾或比较潮湿的状况下，积附在绝缘子表面的污秽物质中可溶性盐类被水分溶解，形成一种导电水膜。从而使绝缘子的表面电阻下降，泄漏电流增大，产生局部放电，当绝缘子电阻下降到不能承受线路运行电压时，绝缘子就会发生闪络，使线路跳闸，造成供电中断。

三、绝缘子的选择

对线路穿过地区实地考察，该地区为Ⅲ级污秽区，所以设计采纳Ⅲ级污秽区标准设计。

依据GB/T16434-1996《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》和《悬式绝缘子选型及爬电比距配置导则》要求，在额定工作电压时，对于玻璃绝缘子二、三、四级污区的爬电比距分别按2.25～2.50cm/kV、2.85～3.20cm/kV、3.50～3.80cm/kV进行配置；复合绝缘子的爬电比距按如下原则配置：二级污区不小于2.3cm／kV；三、四级污区不小于2.88cm／kV。

依据豫电生字（1989）第54号文，河南省电力工业局有关精神和河南省电力公司编制的湖南地区污秽区域图及现场踏勘状况，线路所经地区污秽等级达到Ⅲ级。

依据实际需要：本线路孤立档选用单串合成绝缘子成串；连续档的耐张杆塔选用双串合成绝缘子成串，直线杆塔跨越档选用双串合成绝缘子成串，非跨越档选用单串合成绝缘子成串；跳线选用单串耐污型悬式绝缘子成串。

1、悬垂串FXBW4-110/120单串成串

2、悬垂串FXBW-110/70双串成串

3、耐张串FXBW4-110/120单串成串

4、耐张串FXBW-110/70双串成串

5、跳线悬垂串XWP-7单串成串

据DL/T5092-1999线路设计规程，海拔1000m以下地区，操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串绝缘子片数，不应少于下表的数值。耐张绝缘子串的绝缘子片数应在下表的基础上增加，对110～330kV送电线路增加1片，对500kV送电线路增加2片。操作过电压及雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数：

第六章．防雷防振及接地爱护装置的选择

一、防雷爱护措施

依据电力行业标准《沟通电气装置的过电压爱护和绝缘协作》(DL/T620—1997)及《设计规程》规定，本工程采纳以下措施防雷：

1、防雷本线路全线架设两根地线；

2、塔头布置两根地线之间的距离不超过地线与导线垂直距离的5倍，地线对边导线的爱护角不大于20度；

3、在外过电压15度无风时，在档距中心，导线与地线间的距离满意下式要求：

S>=0.012L+1；式中S--档距中心导线与地线间的距离(m)；L—档距(m)（计算条件为±15℃、无冰、无风）。二、防振措施

导线的振动和舞动对导线的危害较大，引起导线振动的主要缘由是风的作用，架空输电线路的导线受稳定的微风作用时，便在导线的背面形成以肯定频率上下交替变化的气流涡流，从而使

标称电压(kV)110220330500单片绝缘子的高度

(mm)146

146

146

155

绝缘子片数(片)7131725

导线受到一个交替的脉冲力作用，当频率与导线固有频率相等时，导线垂直平面产生共振，引起导线舞动。

导线振动的波形为驻波，即波节不变，波腹上下交替变化。在一年中，导线振动的时间达全年的30％－35％，无论导线以什么频率振动，线夹出口总是为一波节点，所以导线振动使导线在线夹出口反复扭折，使材料疲惫，最终导致导线断线或断股大事发生，对导线的运行平安危害很大。

鉴于导线振动的起因及危害，我们必需实行相应的措施来爱护线路平安运行，在该设计中主要从下面两方面来爱护：

1、采纳防振线夹，利用设备本身对导线的阻尼作用，削减导线的振动；

2、采纳防振锤（导线使用FD-3避雷线使用FG-35型）

安装防振锤的原则：最大波长和最小波长的状况下，防振锤的安装位置在线夹出口的第一个半波内。

三、接地爱护

依据规程规定：有地线的杆塔均应接地。本工程线路经过的地区，该线路经过地区土壤电阻率为100≤ρ≤500Ω·m，在雷雨季节干燥时，独立杆塔的工频接地电阻按不大于15Ω设计，每基杆两腿和塔四腿均装设接地引下线及接地装置，接地体采纳φ12元钢，接地体及引下线应热镀锌防腐并敷设成放射型，埋深不小于0.8m。为便于测量变电站接地网的电阻，在变电站的地线挂线

架上，装设一片XWP-7型悬式绝缘子。正常时地线与变电站连接，

第四部分计算任务书

第一章．导线截面选择及校验计算部分一、按经济电流密度选择导线截面

表2-1导线和电缆的经济电流密度校验Jec(A/mm2)I

max

=P/cos25000/115)125.51()A?==,查表2-1得

Jec=0.9A/mm2,则单回路线路总的截面积为

2max/125.51/0.9139.5()ecSIJmm===

由附表查得选择钢芯铝铰线LGJ-150,避雷线依据与导线协作的原则选择GJ-35.

二、导线截面的校验

已知:r0=0.21Ω/km，x0=0.432Ω/km，P=250.85?=21.25MW,Q=3.75Mvar。（1）按容许电压损耗校验则实际电压损耗为：

%

10%5.0110/553.0%100/%553.0110/1042.075.321.025.21<==??=?=??+?=?Ueuuu

故实际电压损耗小于容许值，因此满意电压损耗要求。（2）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)故能满意发热条件要求。

（3）机械强度条件校验由于架空线导线悬挂在杆塔上，不但要受到导线本身荷重的作用，而且要经受气候条件等各种外界不利条件的影响。为保证线路平安运行，所以导线必需具备足够的机械强度。因此规程规定，对于线路跨越铁路、通航河流、大路、通信线路和居民区的线路，其导线截面不得小于35mm2，因此选择双回路LGJ-150/20导线能满意机械强度要求。

其次章．导线的应力及弧垂计算

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。在档距肯定时，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，机械平安系数降低；反之，导线伸长，将使导线张力减小，弧垂增大，平安系数增大。因此，在设计线路时，必需计算导线的应力和弧垂，以便确定和把握在各种气象条件下导线应力和弧垂的变化状况，使设计做到经济合理，

以便利施工安装。一、比载计算

查表及资料可知：导线计算截面积2167.37Smm=导线计算直径16.72dmm=单位质量598qkgkm=最大风速

max30Vms=覆冰厚度10bmm=max40t=℃min20t=-℃覆冰

风速10Vms=１、自重比载

19.8qgs==9.8×

598

167.37

×310-=35.01×310-（2.Nmmm）2、冰重比载3227.73()10bdbgs-+?=

=27.73×310(16.7210)

10167.37

-?+?=44.27×3

10-（2.Nmmm）3、垂直总比载

312ggg=+=（35.01+44.27）×310-=79.28×310-（2.Nmmm）

4、无冰风压比载

4g=20.6125cdvs

α35.01×3

10-=0.6125×20.851.216.7230167.37???×

310-=56.17×310-（2.Nmmm）

5、覆冰风压比载5

g=

2

0.6125(2)cdbvs

α+×310-=0.6125×

2

1.001.2(16.72210)10167.37

??+??×310-=16.13×310-（2.Nmmm）

6、无冰综合比载

6g310-=66.19×310-（2.Nmmm）

7、覆冰综合比载

7g310-=80.91×310-（2.Nmmm）二、临界档距的计算及判别

查资料可知：LGJ-150/20的参数pσ=284.22()Nmm（瞬时破坏应力）平安系数K=2.5膨胀系数α=19×610-（1℃）弹性模数β=784002()Nmm

按设计规程规定，年运行应力的气象条件采纳年平均气温，导线的年平均运行应力不超过导线瞬时破坏应力上限的0025

则pjσ????

=0025×pσ2()Nmm导线的许用应力p

k

σσ=

=

284.2

2.5

=113.682()Nmmpjσ????

=0025×pσ=0025×284.2=71.052()Nmm为了保证架空线长期的平安牢靠，除需使其应力在任何气象条件下均不得超过强度许用应力外，还应具有足够的耐振力量。架空线的耐振力量取决于年平均运行应力的大小，满意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状况下起掌握作用，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）最低气温柔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）最低气温柔年平均气温的临界档距。

=

lab

=241.1m

lacL

=

=140.14m

=128.8m

lbcL=虚数

lbdL=0

lcdL=122.03m

ad

lL=

将临界档距填入有效临界档距判别表中，进行推断

有效档距为ladL=128.8m

由图可以看出：当L〈128.8m时，应力由最低气温掌握；当L〉128.8m时，应力由最大比载掌握。

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，施工时需对比事先做

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意耐振条件，并且导线对地和被跨物之间的距离符合要求，保证运行的平安。（一）最低气温（T=20℃）

当L=50m时，应力由最低气温掌握σ=113.682()N

mm

g=35.01×310-2.Nmmm

2

8lg

fσ

==

235035.01108113.68-???=0.09624m当L=100m时，应力由最低气温掌握

28lg

fσ

=

=

23

10035.01108113.68

-???=0.385m

当L=128.8m时，为临界档距

28lgfσ

==23

128.835.01108113.68-???=0.639m

当L=150m时，由最大比载掌握

222222

()2424nnnmnmnmlglgttα

σσβσβσβ

-=---2262266262

15035.011015052.411019

113.68(205)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=---+??????

σ=106.7

2

()Nmmf=23

15035.01108106.7-???

=0.92m

当L=200m时，应力由最大比载掌握

226226626220245.011020242.411019113.68(205)

2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=---+??????89.73σ=2()Nmm

f=23

20245.0110889.73

-???

=1.95m

当L=250m时，应力由最大比载掌握

226226626225035.011025052.411019113.68(205)

2412.755102412.75510113.6812.755σσ----????-=---+??????

75.98σ=2()Nmm

23

25035.0110875.98

f-??=?

=3.6m

当L=300m时，应力由最大比载掌握

2262266262

30035.011030052.411019113.68(205)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=---+??????

66.64σ=2()Nmm

23

30035.0110866.64

f-??=?

=5.91m

当L=350m时，应力由最大比载掌握

2262266262

35035.011035052.411019113.68(205)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=---+??????

61.8σ=2

()Nmm23

35035.0110861.8

f-??=?

=8.68m

当L=500m时，应力由最大比载掌握

2262266262

50035.011050052.411019113.68(205)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=---+??????59.06σ=2

()Nmm

23

50035.0110859.06

f-??=?

=11.33m

（二）最高气温时40t=℃当L=50m时，应力由最低气温掌握

2262266262

5035.01105052.411019113.68(4020)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????32.8σ=2()N

mm

235035.0110832.8

f-??=?

=0.33m

当L=100m时，应力由最低气温掌握

2262266262

10035.011010052.411019113.68(4020)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????

42.9σ=2()Nmm

2310035.0110842.9

f-??=?

=1.02m

当L=128.8m时，为临界档距

2262266262128.835.0110128.852.411019113.68(4020)

2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????

48.02σ=2()N

mm

23128.835.0110848.02

f-??=

?

=1.5m

当L=150m时，应力由最大比载掌握

226226626215035.011015052.411019113.68(405)

2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????48.20σ=2

()Nmm

2315035.0110848.20

f-??=?

=2.04m

当L=200m时，应力由最大比载掌握

2262266262

20245.011020242.411019113.68(405)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????48.52σ=2

()Nmm

2320245.0110848.52

f-??=?

=3.61m

当L=250m时，应力由最大比载掌握

2262266262

25035.011025052.411019113.68(405)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????48.71σ

=2()Nmm

23

25035.0110848.71

f-??=?

=5.62m

当L=300m时，应力由最大比载掌握

226226626230035.011030052.411019113.68(405)

2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????

48.84σ=2()Nmm

2330035.0110848.84

f-??=?

=8.1m

当L=350m时，应力由最大比载掌握

2262266262

35035.011035052.411019113.68(405)2412.755102412.75510113.6812.755

σσ----????-=--+??????48.92

σ=2

()Nmm

2335035.0110848.92

f-??=?

=11m

当L=500m时，应力由最大比载掌握

2262