220kV马大线架空送电线路设计毕业论文.doc

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1、摘 要 本设计拟从马坝变电站新建一条220kV的送电线路向大良变电站供电。由已知的气象条件、地理情况、材料参数等对线路进行设计，设计书包括说明书、计算书、杆塔与金具示意图三部分，主要内容有导线的应力、弧垂计算、杆塔型式和金具的选择、选线和定位、直线杆塔荷载的计算、基础设计、各种受力的校验、导线的防震设计等，说明书中简要说明了设计理论和计算公式，列出了详细的设计内容及要求。关键词 送电线路，应力弧垂，杆塔定位，基础设计AbstractA new transmission line will be built to transmit electricity from MABA substation

2、 to DALIANG ，its voltage is 220kV. We made the design book on the base of the known condition that are meteorological situation the geography condition of line electrical material and its parameter and so on.The design book included three parts , they are the direction book, the counting book , the

3、picture of pole and the fittings of pole. The main context of the transmission line design included these aspects: the counting of stress and sag height of conductor, The selection of support and fittings, Selecting electric line and fixed position of pole, The poles load calculation and the foundat

4、ion design, The vibration design of wires. The synopsis explained the design theories and the calculation formulas in the manual, listing the detailed design contents and requesting, regulation.Key Words Power transmission line， Stress camber，position fixing of pole, foundation design目 录摘要. IAbstrac

5、t.I1 绪论.11.1 设计课题的意义、目的.11.2 毕业设计内容及要求.12 毕业设计说明书.22.1 线路工程概况.22.2 导线避雷应力弧垂计算.22.3 杆塔型式的选择.82.4 绝缘子及金具的选择.82.5 室内排杆定位.132.6 线路的防振设计.152.7 杆塔头部尺寸校核.162.8 杆塔荷载计算.222.9 耐张塔内力计算.252.10 基础的稳定性设计.272.11 本章小结.333 毕业设计计算书.333.1导线和避雷线应力和弧垂计算.333.2 金具和绝缘子的选择. .363.3室内排杆定位.363.4线路的防振设计.393.5塔头尺寸校验.403.6杆塔荷载计算.

6、453.7 铁塔内力计算.483.8 铁塔规格及构件计算.513.9铁塔基础校验.533.10本章小结.554 结论.56谢辞.57参考文献.57附录1 外文资料翻译.58A1.1中压电网中性点接地方式分析与探讨 .58A1.2 Medium-voltage power grid neutral grounding Analysis and Discussion.60附录2 耐张杆组装图.63A2.1 直线及耐张干金具图.63附录3 杆塔型式一览图.66A3.1 直线杆塔型图.66A3.2 耐张杆塔型图.67附录4 导地线应力弧垂曲线图.68A4.1 导线应力弧垂曲线.68A4.2 地线应力弧

7、垂曲线.69附录5 室内定位图.70-1 绪论1.1 设计的意义、目的毕业设计是高等教育人才培养计划中的一个十分重要的综合性教学环节，它是大学生完成学业的标志性作业，是对学习成果一次综合性总结和检阅，又是一次锻炼，是大学生从事科学研究的最初尝试，是在教师指导下所取得的科研成果的文字记录，也是检验学生掌握知识的程度、分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。理论应该与实践相结合。通过撰写毕业论文，我可以了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何观察、如何调查、作样本分析；如何利用图书馆，检索文献资料；如何操作仪器仪表等方法以及理论联系实际和严谨求实的工作作风。总的来说，毕业设计既可使

8、我们对本专业在国内外的发展现状、技术水平有所了解，又可以使我们具有了一定的工程实践意识，为今后的工作奠定了基础。1.2本设计的主要内容编写计算导线的应力和弧垂通用程序，绘出导线的机械特性曲线和安装曲线。避雷线的安全系数取3.5，编写计算避雷线的应力和弧垂通用程序，绘出避雷线的机械特性曲线和安装曲线。确定直线杆杆型，选择绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线的规格及其金具，确定杆塔呼称高，头部尺寸和电杆埋深。确定耐张杆杆型，选择绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线的规格及其金具，确定杆塔呼称高，头部尺寸和电杆埋深。制作弧垂曲线模板，进行杆塔室内定位并对杆塔进行编号。校验线间距离，线到接地体的安全距

9、离，耐张绝缘子串倒挂，悬垂角等。耐张杆杆头尺寸校验，耐张杆强度及其基础稳定性设计。导线，避雷线防震设计。确定防震措施，绘制防震锤安装图。2 说明书2.1 线路工程概况本设计是根据电力系统规划设计，拟马坝变电站建一条220kV向大良变电站的送电线路，导线采用LGJ-400/65。线路路径：沿线路路径情况见提供的平断面图，沿线路土质为粘土，孔隙比0.6，液性指数0.75，地下水在表面下3米，地区污秽等级4级。气象条件：相当于我国典型气象区的第区。2.2 导线、避雷线的应力、弧垂计算2.2.1 导线应力、弧垂计算(1) 确定所采用的计算气象条件（级气象区）表2.1 气象区参数代表情况温度()风速(m

10、/s)冰厚(mm)最高气温4000最低气温-2000最大风速-5250覆冰-5105安装-10100年平均气温1000外过电压（有风）15100内过电压10150(2) 确定导线的计算参数（LGJ-400/65）表2.2 导线的计算参数名称数据导线总面积A(mm2)464 续表2.2 名称数据导线外径d (mm)28导线温度膨胀系数 (1/)18.910-6最终弹性系数E (N/mm2)76000导线单位长度质量q(kg/km)1611导线瞬时破坏应力p(N/mm2)135.2导线安全系数2.5(3) 比载计算表2.3 导线的各种比载名称符号公式(10-3MPa/m)结果(10-3MPa/m)

11、自重比载1(0,0)q.g/A34.05冰重比载2(5,0)27.728b(d+b)/A22.71垂直比载3(5,0)1(0,0)+ 2(5,0)56.76无冰风压比载4(0,25)cfsc dv2 sin2/(1.6A)22.044(0,10)cfsc dv2 sin2/(1.6A) 4.154(0,15)cfsc dv2 sin2/(1.6A)9.33覆冰风压比载5(5,10)cfsc (d+2b) v2 sin2/(1.6A)7.76无冰有风综合比载6(0,25)12(0,0)+42(0,30)1/240.566(0,10)12(0,0)+42(0,10) 1/234.36(0,15)1

12、2(0,0)+42(0,15) 1/235.31覆冰有风综合比载7(5,10)32(10,0)+ 52(10,10) 1/257.23上表中sc为风载体型系数：线径17mm 取1.2； 线径17mm 取1.1； 覆冰(不论线径大小) 取1.2。f为风速不均匀系数。表2.4 风速不均匀系数设计风速(m/s)15及其以下2030303535及以上f1.00.850.750.7(4) 确定应力值 架空线许用应力 （2.1） 平均运行应力cp （2.2） (5)判断临界档距 将最低气温，年平均气温，最大比载三种控制气象条件，按比载与应力的比值(/)按从小到大，如、C、B、A表示并将算得的临界档距Lk按

13、C、B、A两种条件与其他控制条件组合顺序排成表，表格如下： 表2.5 导线的各种控制条件项目最低温年平均覆冰许用应力116.5572.84116.55比载10-334.0534.0557.28气温-2010-5/ 10-42.924.674.92编号ABC 计算各种临界档距 Lij计算公式： （2.3） 由计算公式可以求出各临界档距如下：LAB= 虚数 LAC= 208.69m LBC= 550.48m 本设计判断出气象控制条件为： 当L550.48m 时，由年平均气温控制；当L550.48m 时，由覆冰控制。208.69550.48 虚数C B A 图2.1 临界档距判断图(6) 导线应力、

14、弧垂计算根据控制气象条件利用状态方程，分别求出各档距下的应力、弧垂值，并记录在表中。(7) 作出导线的应力和弧垂曲线根据上面计算出的导线应力、弧垂值，画出其对应的曲线。2.2.2 避雷线的应力、弧垂曲线(1) 根据导线的型号确定避雷线的型号。按下表选取：表2.6 导线、避雷线型号匹配导线型号LGJ35LGJ70LGJ95LGJ185LGJ240LGJ300LGJ300以上避雷线型号GJ25GJ35GJ50GJ70由上表可得LGJ400/65，选用的避雷线型号为GJ70。安全系数为3.5。(2) 计算气象条件由于避雷线不用输送电力,故不需计算内过电压，外过电压(有风)情况，计算外过电压无风只是校

15、验导线与避雷线在档距中央的距离配合。其他气象条件与导线一致。(3) 确定避雷线的计算参数表2.7 避雷线的计算参数名 称数 据规 格GJ70截 面 积 (mm2)72.19直 径 (mm)11温度膨胀系数 (1/)0.0000115弹性模量E (Gpa)181000单位长度重量 (kg/km)615瞬时破坏应力 (Mpa)78528(4) 避雷线的各种比载计算表2.8 避雷线的各种比载计算名称符号公式(10-3MPa/m)结果(10-3MPa/m)自重比载1(0,0)q.g/A83.54冰重比载2(5,0)27.728b(d+b)/A80.66垂直比载3(5,0)1(0,0)+ 2(5,0)1

16、64.21无冰风压比载4(0,25)cfsc dv2 sin2/(1.6A)60.714(0,10)cfsc dv2 sin2/(1.6A) 11.43覆冰风压比载5(5,10)cfsc (d+2b) v2 sin2/(1.6A)32.21无冰有风综合比载6(0,25)12(0,0)+42(0,30)1/2103.276(0,10)12(0,0)+42(0,10) 1/284.32覆冰有风综合比载7(5,10)32(10,0)+ 52(10,10) 1/2167.33(5) 避雷线应力、弧垂的计算根据防雷要求，避雷线在15，无风，无冰时的应力为 （2.2）式中 s、h 导线、避雷线在杆塔上悬挂

17、点间的水平距离和垂直距离，m； 、 导线、避雷线的自重比载，Mpa/m； 、 导线、避雷线在在15，无风，无冰时的应力，N/； 档距，m。将为最大值的档距定义为控制档距，当 S = 0 时， =166.7(h-1) （2.3）算得=766.2m绘制避雷线应力弧垂曲线时，取0750m，而，故取=750m代入式中，求出。以，15，无风，无冰为已知状态，应用状态方程求出气象条件下的应力弧垂值，并画出应力弧垂曲线。导线、避雷线的应力弧垂曲线见附图。2.3 杆塔型式的选择2.3.1 选择原则在工程应用中，尽量用典型设计或经过施工运行检验的成熟杆型，尽量避免特殊设计杆塔，对较大转角杆塔应尽量降低杆塔高度。

18、尽可能地选用最经济的杆塔型式或高度，充分利用杆塔的使用荷载条件导线。在同一线路上，尽量减少杆塔形式，做到形式统一。为充分利用地形，排位时高、矮塔应尽量配合使用。导线和避雷线的规格及气象条件也可以作为选择杆塔的依据。2.3.2 选择结果由于电压等级为220kV，电压比较高，而且导线型号为LGJ400/65，避雷线型号为GJ70，对杆塔的强度等要求也比较高。另外线路所经地区有较多的河流和建筑物，还有其他电力线路及通讯线，所以选择铁塔。选择结果如下：直线杆采用酒杯型直线铁塔，其呼称高为23.7m；耐张杆采用干字型耐张铁塔，其呼称高为20 .5m；转角杆采用干字耐张铁塔，其呼称高为20 .5m。杆型见

19、附图。2.3.3 杆塔头部尺寸的校验直线塔绝缘子串的风偏角、耐张塔的跳线风偏角、档距中央导线间距离、避雷线与导线间安全尺寸以及避雷线的最大使用张力的校验，以上各项经校验均满足要求，具体校验过程见后面章节。2.4 绝缘子及金具的选择2.4.1 绝缘子的选择(1) 绝缘子的选择条件绝缘子的选择条件主要有以下几个方面：承受的外荷载；线路运行电压；绝缘子允许机电荷载（一般为5200981）。本设计线路的运行电压为220kV，导线型号为LGJ400/65，地区污秽等级为4级，所以选择XWP3-70型绝缘子。表2.9 XWP3-70型绝缘子的电气性能生产厂家产品型号盘径(mm)高度(mm)泄漏距离(mm)

20、工频电压有效值(kV)50%闪络电压幅值(kV)抗张负荷(kg)重量(kg)干闪湿闪击穿例行一小时机电机电破坏渤海电力XWP3-70280160450100501201353500525070007(2) 绝缘子串片数的选取按工频电压下，污秽等级所确定的绝缘子串的泄漏比距来确定。 n / （2.4）式中 泄漏比距； 几何泄漏距离。计算得 n =3.2 220/45=15.6 满足操作过电压的要求，即绝缘子的冲击闪络电压来确定。 U= （2.5）选取结果为：n取16片。(3) 绝缘子串数的选择 悬垂绝缘子串，其串数应由以下两个条件进行计算。 按导线最大综合荷载计算为 （2.6）式中 N 悬垂绝缘

21、子串联数； T 悬式绝缘子1h机电荷载； 悬式绝缘子在运行情况下的机械强度安全系数，=2.0； 作用在绝缘子串上的综合荷载，=（导线覆冰综合比载）+（绝缘子串覆冰综合比载）。按导线断线条件计算为 （2.7）式中 T 悬式绝缘子1h机电荷载； 悬式绝缘子在断线情况下的机械强度安全系数，=1 .3； 导线断线张力。计算得使用一串悬垂绝缘子串。 耐张绝缘子串，它应承受导线的全部张力，因而其联数计算公式为 （2.8）式中 导线的最大使用张力。计算得使用1串耐张绝缘子串。2.4.2 金具的选择送电线路金具按其性能、用途大致可分为悬垂线夹、耐张线夹、联结金具、接续金具、保护金具和拉线金具等六大类，常根据下

22、列方法作金具的选用。(1) 选择悬垂线夹、耐张线夹及接续金具根据导线及避雷线的型号和直径来选择悬垂线夹、耐张线夹及接续金具。(2) 确定联结金具的型号根据绝缘子的机电破坏荷载确定联结金具的型号。(3) 金具一览表如下直线杆导线单联悬垂绝缘子及金具表格。表2.10 直线杆导线单联悬垂绝缘子及金具编号名称型号每组数量（个）每个重量（kg）共计重（kg）总重（kg）挂板UB-710.750.75118.92球形挂环QP-710.270.27悬式绝缘子XWP3-70167112.0悬垂线夹XGU-5A15.75.75铝包(110)0.1 耐张杆绝缘子及金具表格。表2.11 耐张杆绝缘子及金具编号名称型

23、号每组数量（个）每个重（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环U-1030.541.62255.552挂环PH-1010.490.493联板L-104024.438.864挂板Z-720.561.125球头挂板QP-720.270.546绝缘子XWP3-702177238.07碗头挂板WS-720.971.948耐张线夹NY-400/6512.882.889铝包(110)0.10.1 直线杆避雷线金具表格。表2.12 直线杆避雷线金具编号名称型号每组数量（个）每个重量（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环UB-710.750.753.42直角环ZH-710.850.853悬垂线夹CG

24、U-211.81.8 耐张杆避雷线金具表表2.13 耐张杆杆避雷线金具编号名称型号每组数量（个）每个重（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环U-710.440.441.072耐张线夹NY-50G10.630.632.5 室内定位2.5.1 杆塔定位的原则杆位的选定原则是尽量少占耕地良田，同时便于施工，检修；杆位处应质地良好，另外对于拉线杆塔，应考虑打拉线的位置；档距的配置也应注意最大限度地利用杆塔强度；尽量避免出现过大或过小的档距；相邻档距不要相差过于悬殊；尽量避免出现孤立档。2.5.2 具体的排杆定位所谓室内排杆定位是指在已提供好的平断面图上进行杆塔的合理安置。常见步骤如下。(1) 判

25、断导线的最大弧垂出现的气象条件导线的最大垂直弧垂只有出现在最高气温和最大比载两种条件下，通常有临界温度法和临界比载法来判断最大弧垂出现的气象条件。也可以由第二章的应力弧垂计算，参考应力弧垂曲线。本设计最大弧垂出现在最高气温时，具体判别详见计算书。(2) 最大弧垂与杆塔定位的关系杆塔定位的主要要求是导线的任意点在任何情况下必须保证对地安全距离（限距）。最大允许弧垂计算公式为 （2.9）式中 H 杆塔的呼称高度，m； 悬垂绝缘子串的长度，m； 导线对地安全距离，m；由线路电压和所给地区决定。 限距裕度，m。其取值见下表：表2.14 限距裕度700700孤立挡大跨越（m）1.01.51.523(3)

26、 杆塔的定位高度的确定直线塔： = （2.10）耐张塔： = （2.11）式中 h 杆塔施工基面，现取0 m。(4) 最大弧垂模板的制作根据查导线安装曲线得出相应的计算档距，把它作为定位档距查最大弧垂时对应的应力值，最大弧垂模板k值由k =/(2)求得。采用与平断面图相同的比例，根据（-300x300）,制成模板，通过计算求得k=6.55。(5) 用最大弧垂模板排定杆塔位置的方法根据杆塔的定位高度,用弧垂模板在平断面图上定出杆塔的位置，模板的弧线与档距内最高跨越物相切。走完一耐张段后，根据公式=，求出实际代表档距。由查最大弧垂时对应的应力，并求出。如果k与的误差在之内，就满足要求。否则，再按模

27、板重新排杆定位，直到k与在误差范围内。2.5.3 定位结果表2.15 定位结果耐张段杆塔标号档距(m)代表档距(m)呼称高度(m)一26026020.520.5 二41023.7460423.129.739023.5三370409.523.744026.744026.737020.5四390363.523.732020.539026.7续表2.15 定位结果耐张段杆塔标号档距(m)代表档距(m)呼称高度(m)五415408.926.723.742023.5六320284.626.722520.52.6 线路的防振设计防振在电力系统中，通常从两个方面着手：第一是减弱振动；第二是增加导线的耐振强度

28、。本设计采用我国最广泛的防振装置防振锤。防振锤是目前送电线路上广泛采用的一种积极的防振措施，其可将振动的幅度降低到安全范围内，对于减弱或消除线路振动危险效果明显。防振锤的设计主要解决两个问题，一是确定其重量、型号和个数；二是计算防振锤的安装位置。2.6.1 根据导线和避雷线型号、直径，选用防振锤导线型号为LGJ400/65，选用 FD5；避雷线型号为GJ70，选用FG70。2.6.2 确定防振锤的数量根据下表查得，导线悬挂点两侧应各安装一个防振锤。表2.16 防振锤安装数量防振锤型号导线直径（mm）防振锤安装数量当需要安装下列防振锤个数时的相应档距(m)1个2个3个FG-50,FG-70,FD

29、-2d 12300300600600900FD-3,FD-412d223503507007001000FD-5,FD-622d 2 （2.17）则满足要求。式中 P 绝缘子一小时机电荷载； 绝缘子片最大使用荷载。(3) 事故情况时绝缘子的安全系数 如果K= P / 1.3 （2.18）则满足要求。式中 P 绝缘子一小时机电荷载； 绝缘子片受到的最大使用荷载。2.7.2 绝缘子串的串数选择(1) 悬垂绝缘子串的串数选择 按导线最大垂直荷载计算N K1(+ ) / T （2.19）式中 n 悬式绝缘子串数；K1 悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1 = 2.0； 导线覆冰时的综合比载，

30、N/m； 绝缘子串覆冰时的综合比载，N/m；T 绝缘子一小时机电荷载，N。 按导线断线条件计算N K2/ T （2.20）式中 K2 悬式绝缘子在断线情况下的机械强度的安全系数，K2 = 1.3；TD 导线断线张力，N；T 绝缘子一小时机电荷载，N。(2) 耐张绝缘子串的串数选择N K1/ T （2.21）式中 K1 悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1 = 2.0； 导线的最大使用张力，N；T 绝缘子一小时机电荷载，N。2.7.3 直线塔塔头尺寸校验(1) 绝缘子串的风偏角 计算风偏角= arctg （2.22）表2.17 风偏角计算结果情况g410 -3（Mpa / m）g11

31、0 -3（Mpa / m） ()运行电压28.0935.0339.98内过电压11.9035.0319.29外过电压5.2935.038.94带电作业5.2935.038.94 做间隙圆对风偏角进行校验杆塔的经校验，满足安全要求。(2) 非直线跳线风偏角= arctg (/) （2.23）表2.18 跳线风偏角计算结果情况运行电压内过电压外过电压带电作业（）38.7318.768.598.59(3) 档距中导线的水平线间距离的校验当 5 （2.26） 避雷线与导线在档距中央的距离配合。S 0.012 L + 1 （2.27） 避雷线的最大使用应力（外过电压，15，无风）。 = / K （2.28）(5) 杆塔呼称高的调整。已知选定的典型杆塔的呼称高为h，实际条件确定的呼称高为，则应h，其中= （2.29）2.8 铁塔荷载计算2.8.1 直线塔荷载计算(1) 各类荷载的组合系数运行情况