500kv输电线路课程设计

专业课程设计(线路)设计报告华北电力大学机械工程系专业课程设计(线路)设计报告 1 11.1课程设计的目的 1 12.设计题目及要求 22.1设计题目 22.2设计参数 2 2 2 3 32.2.5铁塔塔形 32.2.6铁塔基础设计条件 33.设计方法和步骤 43.1线路设计部分 43.1.1绝缘配合设计 43.1.2导线和地线的比载计算 43.1.3绘制导向的应力弧垂曲线 3.1.4地线的应力选配 3.1.5导地线对杆塔的作用力 3.1.6架空线的最大弧垂 3.2铁塔设计部分 3.2.1铁塔呼称高度确定 3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况 3.2.3铁塔的内力计算的假定及计算方法 3.2.4构件设计 3.2.5螺栓连接设计 3.3铁塔基础设计部分 3.3.1阶梯式基础柱身截面的配筋设计 3.3.2阶梯式基础上拔稳定性计算 3.3.3阶梯式下压基础的稳定性验算 4.收获和新得 错误!未定义书签。29专业课程设计(线路)设计报告11.1课程设计的目的综合运用有关先选秀课程的理论和生产实际只是进行输电架空线路设计训练，使理论和实际结合起来，是这些只是得到进一步巩固、加深和拓展。2)学习和掌握架空输电线路设计的一般方法和步骤，培养设计能力和实际解决问题3)进行基本技能的训练，对计算、运用设计资料以及进行经验估算的方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水平。1.2课程设计任务架空线路设计部分：绝缘配合设计；比载计算；绘制应力弧垂曲线表；地线应力的选配方法；计算架空线对杆塔的作用力；铁塔结构设计部分：铁塔外形尺寸校核；铁塔荷载计算；铁塔选材；螺栓设计；铁塔基础作用力计算；铁塔基础设计部分：铁塔的配筋计算；铁塔基础上拔稳定性验算；铁塔基础承载里验算；铁塔基础强度验算。专业课程设计(线路)设计报告22.设计题目及要求2.1设计题目500kV架空输电线路设计2.2设计参数2.2.1气象条件气象条件B表2-1气象条件B气象条件气温(℃)风速(m/s)最高气温00最低温度00覆冰最大风速0安装情况0雷电过电压0操作过电压02.2.2导地线参数导地线型号B:LGJ-630/45专业课程设计(线路)设计报告3表2-2导地线参数型号结构(股数/直径mm)铝股钢(铝包钢)19/3.15钢芯截面积(mm²)铝股钢(铝包钢)/铝钢芯总截面积单重(kg/km)计算拉断力(kN弹性模量(Mpa)线膨胀系数(10-⁶/℃)20°直流电阻最大使用应力(Mpa)年平均运行应力(N/mm²)年平均运行应力占抗拉强度错误!未找到引用源。安全系数32.2.3污秽等级Ⅱ级污秽区2.2.4设计档距水平档距B:500m2.2.5铁塔塔形塔形设计条件、单线图、司令图见附录。2.2.6铁塔基础设计条件1)工程地质条件：土壤为一般粘性土，粘性土为可塑状态，土的计算容重,上拔角α=20°,计算摩擦角β=30°,承载力特征值f=259kpa基础作用力见铁塔设计结果。3)材料：混凝土强度等级采用C20,取钢筋混凝土的容重约为Y;=24KN/m专业课程设计(线路)设计报告43.1.1绝缘配合设计污秽等级Ⅱ,爬电距离h=400mm,查《指导书》表3-1,a=1.82~2.0,本次计算取a=2,爬电比距a=2.5cm/kv公称高度155mm,确定绝缘子片数，按照绝缘配合条件确定，其公式如下：λ=25×155=3875mm3.1.2导线和地线的比载计算a)根据地线型号，查表确定地线参数导线型号：LGJ-630/45,截面积A=666.5mm2,外径d=33.6mm,单重q=2060kg/km,计算拉断力148.7KN,弹性模量E=65000Mpa,线膨胀系20.5(10-6/℃),最大使用应力85Mpa,年平均应力53N/mm2,年平均运行应力抗拉强度(25%)。算拉断力90.62KN,弹性模量E=109000Mpa,线膨胀系数13(10⁶/℃),最大使用应力183N/mm²,年平均应力(≤25%)。专业课程设计(线路)设计报告5Y₃(b,0)=γi(0,0)+γ₂(b,0)表3-1导线比载比载(×10~³Mp/m)备注自重比载30.30785冰重比载垂直总比载48.445无冰风压比载计算最大风速Y4(0,32)校验最大风速25.977计算安装、外过电压情况内过电压6.654覆冰风压比载Ys(10,10)6.031无冰综合比载计算最大风速44.03校验最大风速安装、外过电压30.5053内过电压覆冰综合比载电气Y₇(10,10’48.819专业课程设计(线路)设计报告6表3-2地线比载：比载(×10~³Mp/m)备注自重比载冰重比载垂直总比载无冰风压比载计算最大风速Y4(0,32)校验最大风速Y4(0,32计算安装、外过电压情况Y4(0,10)内过电压Y4(0,16)覆冰风压比载Ys(10,10)无冰综合比载计算最大风速校验最大风速安装、外过电压内过电压覆冰综合比载电气3.1.3绘制导向的应力弧垂曲线截面积A(mm)导线直径d弹性系数E温膨系数a(1/°计算拉断力Tj(N)单位长度质量q(kg/km)强度极p(MPa)安全系数K许用应力年均应力上限[op(MPa)666.556300020.9×211.9384.77452.98其中：专业课程设计(线路)设计报告7b)列出导线控制条件参数表表3-3导线控制条件参数表最低气温最大风速覆冰有风年均气温温度t(℃)比载?(Mpa/m)×10~44.0348.819许用应力[O₀](Mpa)84.77484.77484.774Y/[G₀](1/m)×10-³0.35750.57590.57206排序a/Cb由于最大风速和覆冰气象的气温相同，二者的许用应力相同，因此二者中比载小的不起控制作用，故不再把最大风速作为控制气象条件。c)计算临界档距，按等高悬点考虑，确定控制条件，给出各个气象控制条件的控制范围；表3-4有效临界档距判别表可能控制条件bC临界档距根据列表法可知，无高差的时候有效临界档距为1.当档距0≤1<165.217m时控制条件为a气像(最低气温);2.当档距165.217m<1<1664.448m时控制条件为c气象(平均气温)3.当档距1>1664.448m时控制条件为d气象(覆冰有风)专业课程设计(线路)设计报告8表3-5已知条件及参数已知条件最低气温年均气温最大风速控制区间1023.2~~温度(℃)覆冰厚度(mm)000风速(m/s)0比载(Mpa/m)水平应力(Mpa)表3-6待求条件的已知参数参数b(mm)v(m/s)比载(Mna/m)×10最高气温0030.30785最低气温0030.30785年均气温0030.30785事故0030.30785外过有风0外过无风0030.30785内过电压0安装0覆冰无风048.445覆冰有风48.819最大风(计算)044.03最大风(校验)0专业课程设计(线路)设计报告9表3-7应力弧垂计算气象条件档距最高气温最低气温年均气温事故外过有风外过无风气象条件档距(m)覆冰无风操作过电压覆冰有风最大风(强度)最大风(校验)安装专业课程设计(线路)设计报告f)应力弧垂计算曲线图3-1导线应力曲线专业课程设计(线路)设计报告地地线3.1.4地线的应力选配a)选择地线的架线应力时，首先按杆塔塔头导线和地线悬挂点间尺寸，如图3-3所示，以及外过电压下档距中央导线与地线的防雷间距要求，推算在外过电压下该档地线应达到的使用应力。H和S为杆塔上导线和地线悬挂点间的垂直距离和水平距离；图3-3导线和地线悬挂点专业课程设计(线路)设计报告b)利用状态方程求各种气象条件下该档地线的最低点水平应力，并检查其是否满足安全系数的要求，并汇成总地线应力表。其中：要求校核以下工况：最高气温、最低气温、最大风速、最厚覆冰、内过电压、外过无风、外过有风、安装有风、年均气温。安全系数式子表3-8地线应力一览表气象条件温度t风速b(mm)冰厚比载最大使用应力最低点应力安全系数是否满足规范要求最高气温是最低气温-40.000是最大风速是最厚覆冰是内过电压是外过无风是外过有风是安装有风-15.000是年均气温是3.1.5导地线对杆塔的作用力专业课程设计(线路)设计报告表3-9导线对杆塔的作用力气象条件最低点应力比载(Mpa/m)悬点垂向应力σ。=σ最高气温47.471331643.031E-027.609175006覆冰有风80.49078814.882E-0212.25157117覆冰无风79.965174894.845E-0212.15760664外过无风50.629999643.031E-027.605276722最低气温58.681794893.031E-027.598033706最大风速(强度)73.61679874.403E-02内过电压53.883389673.103E-027.784325903外过有风50.629999643.051E-027.655196643安装54.777997483.051E-027.650985578事故54.460137743.031E-027.601430418年均气温52.9843.031E-027.602814178最大风速(校验)67.590668283.992E-0210.01554462b)已知各种工况下地线地点的水平应力，代入上式同样可以计算地线悬挂点的垂向应力；表3-10地线对杆塔的作用力气象条件最低点应力比载(Mpa/m)悬点垂向应力σ。=σ最高气温最低气温最大风速最厚覆冰内过电压外过无风外过有风安装有风年均气温3.1.6架空线的最大弧垂根据设计档距，查导线的应力弧垂曲线表获得架空线的最大弧垂。专业课程设计(线路)设计报告3.2.1铁塔呼称高度确定在设计要求得塔型中选取满足电气要求的最小呼称高度的铁塔。施工裕度：△h=0.7~09m取H=36m,铁塔全高47.8m.3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况根据所设计的铁塔类型，按照规定的的荷载组合原则和工况，确定铁塔所需要计算的荷绝缘子重力(包括金具):G=8.8*25*9.80225=2156.495NV=32m/st=-5℃b=0mm绝缘子串的风载荷：绝缘子串数n,=1每串的片数n,=25双裙一片绝缘子挡风面积专业课程设计(线路)设计报告42559.89N42559.89N42559.89N图3-4运行情况1:最大风、无冰、未断线1)设计冰厚为10mm,覆冰系数取1.075,则地线重力为：G=γ₃AL=94.3625×10³×148.07×500=6986.128N3)导线重力为：G₀=ny₂oA₀L+KG=4×48.445*10³*666.55×500+2156.495×1.075=66900.26N66900.26N66900.26N图3-5运行情况2:覆冰、有相应风速、未断线G=ny₁AL=46.14*10³*148.07*500=3415.975N专业课程设计(线路)设计报告(2)断线张力。LGJ-630/45型导线的计算拉断力为T=148700N,导线最大使用张力为，K=3。22358.19N42559.89N图3-6断下左导线情况：断一相导线的荷载组合为无冰、无风42559.89N42559.89N图3-7断上导线情况：断一相导线的荷载组合为无冰、无风d)断地线情况：无冰、无风、导线未断(2)断线张力。LJB40-150型地线的计算拉断力为Tp=90620N,导线最大使用张力为：(K=3)导线最大使用张力百分比值为20%:T₀=T,maxX%=30206.667×20%=6041.333N专业课程设计(线路)设计报告42559.89N42559.89N42559.89N图3-8断地线情况：无冰、无风、导线未断e)安装情况：有相应风、无冰AgLp=7.9523×10³*148.07*500=588.7485N(4)导线风压：(5)正在起吊下导线时下横担处的总重力为：2G=KGp+4000=1.1×42559.89+4000=50815.88N42559.89N50815.88N42559.89N图3-9安装下导线：有相应风、无冰专业课程设计(线路)设计报告2.塔头塔身的风荷载运行情况共有以下几种：1.运行情况一：最大风、无冰、未断线；2.运行情况二：覆冰、有相应风速、未断线；3.断上导线情况：断上导线的荷载组合为无冰、无风；4.断下导线情况：断左下导线的荷载组合为无冰、无风；5.断地线情况：断地线的荷载组合情况为无冰、无风、导线未断；6.安装情况：起吊下导线，荷载组合情况为有相应风、无冰。其中：最大风速计算90°、45°、0°方向风，其余只计算90°方向风。计算结果列于表表3-11、表3-12、表3-13中。专业课程设计(线路)设计报告表3-11塔身、塔头荷载计算的相关参数hHAAf/A塔身33塔头0°32塔头0°362专业课程设计(线路)设计报告表3-12塔身荷载塔身荷载运行情况1:最大风运行情况1:最大风运行情况2:覆冰有风断上导线，无冰无风断下左导线：无冰无风断地线，无冰无风安装情况2,有相应风W0.06250.06250000.0625V000Ps背风9.7114.8560000004.869000000000000000000Ps迎风0000000000000000000000000专业课程设计(线路)设计报告表3-13塔头荷载塔头荷载运行情况1:最大风(90°)运行情况1:最大风运行情况1:最大风(45°)Y运行情况1:最大风(0°)运行情况2:覆冰有风断上导线，无冰无风断下左导线：无冰无风断地线，无冰无风安装情况2,有相应风W0.06250000.0625迎风0004.9419.8810008.332000000000背风0004.2550000009.939000000专业课程设计(线路)设计报告3.2.3铁塔的内力计算的假定及计算方法根据铁塔的荷载工况和铁塔的外形结构尺寸，计算铁塔的各杆件内力和铁塔的基础作用力，铁塔内力计算方法如下：输电线路杆塔属于超静定空间衍架结构。为了简化做如下假定：1)将空间衍架化为平面桁架；2)构件的节点为理想铰链，所有构件轴线都在同一平面内的直线，即构件都轴向3)假定构造要求位置多于杆件为零力杆；4)塔腿与基础的链接为不动铰链；5)将动力或冲击荷载视为静力荷载，计算时引入动力系数和冲击系数；6)采用平面桁架进行计算时，主材应力应将正、侧面应力相叠加。本课程设计中，我们组采用truss-beam-femv2.0程序，建立铁塔三维有限元模型，计算各工况下铁塔的内力和基础作用力。我们铁塔的节点进行编号，共有182个节点，590根杆件，在matlab中建立了铁塔的模型，加上荷载得到内力。3.2.4构件设计按照<<架空送电线路杆塔设计技术规定DL/T/5154-2002>>规定的设计方法对构件进行强度和稳定设计。本课程设计要求设计铁塔的塔腿部分的构件即可。表3-14主材斜材轴向力杆件编号受轴向力主材612000-500000606000-496000斜材46600484004840046500-54680-56300-56300由matlab程序计算结果知道，在最大风0°风时，塔腿受力最大，因而只需校核该情况由表3-14,知道塔腿内力中，最大压力N=500000N,最大拉力F=612000N。(1)压感稳定性的校核专业课程设计(线路)设计报告由附表13-1查取的稳定系数φ=0.878,由表6-2查得该角钢抗压、抗拉强度均为f=215Mpa(2)拉杆强度的校核其中A=3251,F=612000N,因是双肢连接，故有m=1.0.2.斜材的校核在最大风0度风时，塔腿受力最大，因而也需校核该情况下与所给塔腿相连的斜材的安全，斜材内力，最大压力N=56300N,最大拉力F=137000N。(1)压感稳定性的校核校核公式由附表13-1查取的稳定系数φ=0.517,由表6-2查得此号角钢抗压抗拉强度均为(2)拉杆强度的校核3.2.5螺栓连接设计1.主材螺栓的校核校核螺栓收剪承载力公式：N=d·Zt·f²=20×12×370=88.8KN>N₁=37.699KN故可取n=16,采用双肢单排连接。(2)验证打孔之后角钢的强度：故需另选择合适的螺栓，重复上述验算，直到达到要求。2.斜材螺栓的校核其中n=1fr=1A&Rad。=,mm,螺栓孔径可取故可取n=4(2)验证打孔之后角钢的强度3.3铁塔基础设计部分根据线路设计、铁塔设计和铁塔基础设计三个部分的设计条件，对铁塔的基础进行设计和计算，基础采用阶梯式基础，主要包裹以下四个方面的内容：1)对台阶上部的柱子段进行配筋设计；2)对铁塔基础的上拔稳定性进行验算；3)对地基承载力进行验算；4)对铁塔基础的强度进行计算。表3-15塔脚在最大风0°风时各点受力-1.24E+05-1.16E+06-1.10E+05-1.10E+05-1.25E+05-1.24E+05-1.16E+06-1.10E+053.3.1阶梯式基础柱身截面的配筋设计阶梯式上拔基础的台阶阶段，设计成刚性基础，即基础底部反力对台阶不发生弯矩。在台阶上部的柱子段，假设其周围土壤不起弯抗作用，故在水平力x、y方向作用下任意截面所产生的弯矩为：M=Hxh=124.900×(4-1.8)=274.78kN·mM=H₁h=124.4×2.2=27