畢業(yè)論文-220kV架空送電線路設(shè)計

PAGEIVPAGEIII題目220kV******架空送電線路設(shè)計摘要根據(jù)**省電力公司電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，擬在**新建一條220kV架空送電線路向****變電站供電。本設(shè)計按照工程設(shè)計要求、以及標準設(shè)計流程，并根據(jù)電壓等級、導地線型號、氣象條件、地形情況，完成如下設(shè)計內(nèi)容：計算導地線應(yīng)力弧垂，繪制成圖；選擇直線塔和轉(zhuǎn)角塔，確定桿塔呼稱高、金具和絕緣子型號數(shù)量；制作弧垂模板，在平斷面圖上反復排桿定位，選擇最佳方案；校驗桿塔荷載和基礎(chǔ)穩(wěn)定；最后進行了導、地線的防振設(shè)計。設(shè)計成果包括說明書、計算書各一份，均詳細記錄了本設(shè)計的計算公式、推理過程、列出了詳細的設(shè)計內(nèi)容、注意事項等，并在附錄中給出了相關(guān)設(shè)計圖紙。關(guān)鍵詞220kV線路，應(yīng)力弧垂計算，排桿定位AbstractAccordingtothesystemlayoutof****ElectricPowerCompany,thereisa220kVoverheadpowertransmissionlinetobebuiltfrom****Substationto****Substation.Besidesengineeringdesignrequestandthestandarddesignprocess,thispapermainlyincludefollowingtaskintermofthevoltagerank,thetypeofconductorandgroundwire,theconditionofweatherandlandform.Firstly,wecalculatethestressofthewires,anddrawoutitschart.Secondly,wechoosethetypeofstraightlinetowerandthecornertower,ulteriorlyconfirmtower'sheight,thetypeandamountofinsulatorsandfittings.Thirdly,werepetitiouslyarrangethetowerpositionontheplanecrosssectionbythetemplateofarcsag.Fourthly,wechecktheloadoftowersandthestabilityoftowerfoundation.Finally,wedesigntheshockproofofconductorandgroundwire.Theachievementsinthispaperincludestheinstructionthebookandtheaccountbook,inwhichtheformulasanditsapplicationaredetailedlyrecorded,inwhichthedesigncontentandpointsforattentionareconcretelylistedalso.Deservedly,thedrawingsintheappendixbelongtothepartoftheachievementsinthispaperalso.KeyWords220kVoverheadtransmissionline,thecalculationofstressandthesagheight,arrangethetowerposition目錄第1章緒論……………….……….…11.1概述…………….…….……..………11.2設(shè)計現(xiàn)狀、意義……………….…….……..………2第2章設(shè)計內(nèi)容說明書………….…….……..………32.1線路路徑選擇和桿塔定位…………….…….……..………32.2導線、避雷線的應(yīng)力弧垂計算……….………….…..….……62.3桿塔型式的選擇………….……...……142.4送電線路絕緣配合設(shè)計……………………172.5塔頭尺寸校核………………….……….……212.6桿塔荷載計算…………….……………….…252.7鐵塔內(nèi)力計算…………………302.8桿塔基礎(chǔ)設(shè)計…………….……………...….…312.9防振設(shè)計……………….………34第3章設(shè)計計算書……………….…363.1導線、避雷線的應(yīng)力、弧垂計算………………….……….………363.2桿塔型式的選擇…………………….…..…………483.3絕緣子選擇……………...…………483.4金具的選擇………….….……..….493.5桿塔定位……….….………………503.6塔頭尺寸校核……………………523.7桿塔荷載計算………………….….………………563.8鐵塔內(nèi)力計算………….……….…633.9桿塔基礎(chǔ)設(shè)計…………….…….………………653.10防振設(shè)計…………66第4章結(jié)論………………….………71謝辭…………….…...….…….………72參考文獻………….…...….……………72附錄附錄1應(yīng)用VisualBasic計算應(yīng)力弧垂的程序代碼…….…………73A1.1應(yīng)用狀態(tài)方程式計算應(yīng)力弧垂的VB程序代碼………………73A1.2計算避雷線15℃無風無冰時應(yīng)力弧垂的VB程序代碼………7附錄2應(yīng)力弧垂曲線圖….……..…………….………….……………75A2.1導線應(yīng)力弧垂曲線…….………………...……75A2.2避雷線應(yīng)力弧垂曲線….……..…….………76附錄3桿塔塔型圖…………….……..………………77A3.1直線型桿塔（酒杯型鐵塔）…………………77A3.2耐張型桿塔（干字型鐵塔）……………………78附錄4絕緣子金具連接圖…………….……..…………….…………79A4.1直線桿金具連接圖……………79A4.2耐張桿金具連接圖……………79220kV******架空送電線路設(shè)計PAGE-80-PAGE-79-第1章緒論1.1概述畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文是專升本學生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學生通過畢業(yè)論文，綜合性地運用幾年內(nèi)所學知識去分析、解決一個問題，在作畢業(yè)論文的過程中，所學知識得到疏理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。對于現(xiàn)在在工作中碰到的實際問題可以在做畢業(yè)設(shè)計時得到證實與解決，對我們提高業(yè)務(wù)水平有很大的幫助。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，電力事業(yè)作為經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)也隨之蓬勃發(fā)展，各電壓等級的輸送電線路不斷興建與竣工。尤其是我國能源分布極不均勻的實際情況，輸電線路的設(shè)計必然對我國送電線路工程的建設(shè)，對我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮更加重要的作用。作為一名工作以后加入再教育行列的學生，更明白對這三年以來所學的知識進行一次徹底的消化和整理并完成畢業(yè)設(shè)計的重要性。因此在本次畢業(yè)設(shè)計中我努力做到以下幾點：第一，應(yīng)注重內(nèi)容的完整性、條理性，在敘述部分應(yīng)簡明扼要，突出線路設(shè)計的重點，本設(shè)計中提供了線路工程的總框架和設(shè)計思路，詳細羅列設(shè)計所用的公式和各種參數(shù)及圖表；第二，應(yīng)注意工程實踐與書本知識相結(jié)合，貼近工程實踐，此次設(shè)計的原題來自于電力設(shè)計院的實際設(shè)計項目；第三，密切關(guān)注最新的設(shè)計知識，設(shè)計中的所有數(shù)據(jù)應(yīng)與我國現(xiàn)行的各有關(guān)規(guī)范、規(guī)程等技術(shù)標準為依據(jù)；第四，應(yīng)加強現(xiàn)代化設(shè)計手段的應(yīng)用，在計算導線，避雷線應(yīng)力弧垂計算中，采用了程序設(shè)計，并在繪制曲線圖以及畫出線路金具時用到專業(yè)軟件進行制圖工作，保證了其工程準確性。本設(shè)計共分五章內(nèi)容，第一章介紹了線路路徑的選擇和桿塔定位，第二章介紹了桿塔型式的選擇，第三章為架空線，避雷線的應(yīng)力和弧垂計算，第四章介紹了桿塔荷載的計算及頭部尺寸的校驗，第五章介紹了桿塔荷載的計算，第六章基礎(chǔ)計算，及最后一章介紹了的防振設(shè)計。在本設(shè)計的完成過程中，得到了電氣工程學院領(lǐng)導的關(guān)心和教研組教師的大力支持，特別是此次畢業(yè)設(shè)計的指導老師**老師及班主任***老師的大力幫助，以及各位同事的幫助，在此表示衷心的感謝。由于自身水平的局限，難免有不足之處，懇請老師批評指正。1.2設(shè)計現(xiàn)狀、意義輸電線路設(shè)計是一門實踐性很強的專業(yè)，而此次“220kV******架空送電線路設(shè)計”正是來源于電力設(shè)計院實際設(shè)計項目，因而本次畢業(yè)設(shè)計是貼近工程實際，有一定的工程準確性的。******位于****山區(qū)，整個區(qū)域地形復雜。對于初學線路設(shè)計的人員的知識疏理和運用，既是一次檢閱，也是一次挑戰(zhàn)性鍛煉，通過該線路設(shè)計，我感到自己的理論和實踐水平都得到了很大的提高。由于***位于**西部山區(qū)，以前交通不暢，工業(yè)不發(fā)達，經(jīng)濟水平處于落后狀態(tài)，電力供應(yīng)更是一度處于自供區(qū)。近年來隨著交通網(wǎng)逐步完善，**經(jīng)濟水平快速發(fā)展，外來資金到**實業(yè)投資，電力負荷持續(xù)快速增長。目前**本地區(qū)有35kV公用變電站**座，110kV公用變電站**座，無220kV及以上變電站，現(xiàn)有電網(wǎng)已不能滿足要求，供電形勢非常嚴峻。本次220kV線路設(shè)計從廣義上來說，是220kV****變的一部分，該變電所投運可以有效緩解當前城西用電緊張狀態(tài)，為城鄉(xiāng)和社會經(jīng)濟打下良好的發(fā)展基礎(chǔ)。從技術(shù)上來說，因為****地區(qū)是第一次建設(shè)該等級的送電線路，可以作為今后電力建設(shè)的基礎(chǔ)，加以借鑒。第2章設(shè)計說明書2.1線路路徑的選擇和桿塔定位2.1.1線路路徑的選擇即為在明確了線路的起仡后，在起仡點之間選出一條符合國家建設(shè)方針政策，在技術(shù)和經(jīng)濟上合理的最佳走線方案。（1）選擇輸電線路的路徑，應(yīng)認真作好調(diào)查研究，少占農(nóng)田，綜合考慮運行、施工、交通運輸條件和路徑長度等因素，與有關(guān)單位或部門協(xié)商，本著統(tǒng)籌兼顧，全面安排的原則進行方案選擇和比較，做到技術(shù)方案和比較，做到技術(shù)經(jīng)濟合理，安全適用；（2）選擇路徑應(yīng)盡量避開重冰區(qū)，地質(zhì)不良地帶，原始森林區(qū)以及嚴重影響安全運行的其他地區(qū)，并應(yīng)考慮對臨近設(shè)施如電臺、飛機場、弱電線路等的相互影響；（3）發(fā)電廠或變電所的進出線走廊，應(yīng)根據(jù)廠、所的總體布置圖統(tǒng)一規(guī)劃，進出線宜采用雙回路或多回路共桿塔；（4）耐張段的長度，一般采用3~5km。對于超高壓輸電線路和運行、施工條件許可時，可適當延長。高差或檔距相差非常懸殊的山區(qū)和重冰區(qū)，應(yīng)適當縮短（5）有大跨越的輸電線路，其路徑方案應(yīng)結(jié)合大跨越的情況，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較確定?？缭近c應(yīng)避開河道不穩(wěn)定、河岸受沖刷、地質(zhì)不良、地震斷裂、崩塌滑坡、海潮或山洪沖擊、土地容易流失及其他影響安全運行的地帶，否則應(yīng)采取可靠措施。線路路徑的選擇，一般按以下幾個步驟進行：圖上選線、收集資料和簽定協(xié)議、初勘、線路路徑方案的比較、野外選線。由文獻[3]可知。2.1.2定位即在已經(jīng)選好的線路路徑上，測繪出平斷面并配置桿塔的位置。桿塔定位時要盡量少占耕地良田、避開水文、地質(zhì)條件不良的地段，需考慮施工的方便性。檔距配置時要最大限度的利用桿塔強度，相鄰檔檔距大小不宜相差太大，以免增大不平衡張力，另外應(yīng)盡量避免出現(xiàn)孤立檔。桿塔選用盡可能地選用最經(jīng)濟的桿塔型式和高度，盡量避免特殊設(shè)計桿塔。2.1.2.1在已經(jīng)選好的線路上進行定線，斷面測繪，在縱面圖上配置稱為定位，是設(shè)計工作中一項重要的工作。（1）應(yīng)貫徹以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的方針，做到少占耕地和良田；（2）桿塔位置應(yīng)盡量避開水洼、泥塘、沖溝、斷層等水文地質(zhì)條件不良的地帶；（3）當在陡坡布置桿位時，應(yīng)注意基礎(chǔ)可能受到雨水沖刷的情況，并采取適當措施，如挖排水溝，砌護坡等，并且要避開滑坡地帶；（4）非直線型桿塔應(yīng)位于地勢比較平坦，便于施工緊線和維護、檢修的地方。2.1.2.2（1）應(yīng)首先查閱《線路工程定位手冊》。內(nèi)容包括線路的基本情況及送、受電端的情況；導線、避雷線型號及力學特性曲線；懸垂絕緣子串情況；防振措施的安裝規(guī)定；全線換位情況；不同氣象區(qū)分斷；接地裝置選配情況；桿塔及基礎(chǔ)使用條件一覽表；各型桿塔使用原則；導線對地及對各種交叉物的距離及交叉跨越方式的要求；耐長段長度規(guī)定；線路平衡面圖；定位使用的模板K值曲線圖；搖擺角等各種校驗曲線及圖表；對地裕度及有關(guān)交叉跨越特殊校驗條件的規(guī)定；線路邊導線與建筑物之間距離的有關(guān)規(guī)定；基礎(chǔ)型式的選用原則等。（2）判斷導線的最大弧垂出現(xiàn)的氣象條件導線的最大垂直弧垂只有出現(xiàn)在最高氣溫和最大比載兩種條件下，通常有臨界溫度法和臨界比載法來判斷最大弧垂出現(xiàn)的氣象條件。也可以由第二章的應(yīng)力弧垂計算，參考應(yīng)力弧垂曲線。本設(shè)計最大弧垂出現(xiàn)在最高氣溫時，具體判別詳見計算書。（3）桿塔定位高度桿塔的高度主要是根據(jù)導線對地面的允許距離決定的最大弧垂曲線模板。直線桿塔：H=E-d---h（2.1）非直線桿塔：H=E-d--h（2.2）式中H——桿塔的定位高度，m；E——桿塔的呼稱高，m；d——對地安全距離，m；——絕緣子串的長度，m；——定位裕度,定位裕度的取值為檔距在700m以下取1.0mh——桿塔施工基面，m。此設(shè)計中的導線與地面的最小距離d查下表：表2.1導線與地面的最小距離d(m)線路經(jīng)過地區(qū)線路電壓（kV）35~110154~220330500±500居民區(qū)7.07.58.51416非居民區(qū)6.06.57.511(水平排列)10.5(三角排列)12.5交通困難地區(qū)5.05.56.58.52.1.2.3（1）制作定位弧垂模板根據(jù)弧垂計算公式f=kl2，式中k=g/，可見當g，值一定時，其弧垂形狀相同。因此可按不同的K值，以檔距l(xiāng)為橫坐標，以弧垂f為縱坐標，以檔距中央為坐標原點刻制出一組弧垂曲線。通用弧垂曲線K值一般在4×10-5~15×10-5（1/m）之間，每隔0.25×10-5作一條曲線，每塊模板上可作2～4條曲線。（2）用弧垂模板排桿定位步驟如下：①根據(jù)桿塔的呼稱高E，確定桿塔的定位高度H。桿塔的呼稱高是指桿塔的最下層導線絕緣字串懸掛點到地面的垂直距離。桿塔的定位高度H=E-d(對地安全距離)-（絕緣子串的長度）-（定位裕度）-h(桿塔施工基面)。非直線桿塔的定位高度H=E-d--h；②桿塔定位時，在斷面圖上用弧垂模板繪制弧垂曲線是按定位高度進行的。只要該線不與地面相交，則滿足對地距離的要求。根據(jù)允許的最大弧垂,估算代表檔距，最大弧垂，同時可得計算檔距為（2.3）可近似地取代表檔距=（0.8~0.9），對平原地區(qū)取0.9。根據(jù)假定的，初步排定桿位，由假定的查應(yīng)力曲線得出最大弧垂時的應(yīng)力，算出對應(yīng)的K值，用該K值對應(yīng)的模板在平斷面圖上排桿位；③排桿校驗和調(diào)整。當排出了一個耐張段的桿位后，計算其實際代表檔距及其對應(yīng)的與值接近或相等，其誤差在（-0.05~0.2）×10-5之內(nèi)，說明所排桿位合適，可接下去排下一個耐張桿位。2.1.2.4共16根直線桿(Z～Z)、5根耐張桿(～)，桿塔定位結(jié)果列表如下：表2.2桿塔定位結(jié)果(m)塔號J1Z1Z2Z3J2Z4Z5Z6Z7J3Z8Z9Z10Z11J4Z12Z13Z14Z15Z16J5呼稱高度29.529.732.726.720.523.723.729.723.720.529.723.732.726.720.523.723.723.723.723.726.5塔全高度3933.436.430.43027.427.433.427.43033.427.436.430.43027.427.427.427.427.436檔距253，278，321，187，272，372，401，269，245，417，221，443，403，227，382，318，313，337，366，397耐張段長1039155917112113代表檔距272.25330.47380.25356.432.2導線、避雷線的應(yīng)力弧垂計算2.2.1架空線的應(yīng)力弧垂計算2.2.1.1（1）確定工程所采用的氣象條件；（2）確定導線的計算參數(shù)；（3）確定架空線的應(yīng)力值；（4）計算導線在各種氣象條件下的比載；（5）判定有效臨界檔距；（6）判定最大弧垂出現(xiàn)的氣象情況；（7）各種氣象情況下導線應(yīng)力和弧垂值的計算。2.2.1.2所謂設(shè)計用氣象條件，是指那些與線路的電氣強度和機械強度有關(guān)的氣象參數(shù)：風速、覆冰溫度和溫度，稱為設(shè)計用氣象條件三要素。在線路設(shè)計過程中，必須對沿線的氣象情況進行全面的了解，詳細搜集有關(guān)氣象資料，設(shè)計過程中應(yīng)搜集的所需氣象資料及主要用途見表2.3。表2.3氣象資料及用途表搜集內(nèi)容用途最高氣溫計算電線最大弧垂，使電線對地面及其他物體保持一定的安全距離最低氣溫電線可能產(chǎn)生最大應(yīng)力，檢驗絕緣子串上揚或電線上拔及防振計算等年平均氣溫防振設(shè)計，一般用平均氣溫時電線的應(yīng)力作為計算控制條件歷年最低氣溫月的平均氣溫計算電線或桿塔安裝、檢修時的初始條件最大風速及最大風速月的平均氣溫風荷載是考慮桿塔和電線強度的基本條件地區(qū)最多風向及其出現(xiàn)頻率用于電線的防振、防腐及絕緣防污設(shè)計電線覆冰溫度桿塔及電線強度設(shè)計依據(jù)，驗算不均勻覆冰時電線縱向不平衡張力及垂直布置的導線接近距離雷電日數(shù)（或小時數(shù)）防雷計算用雨天、雪天、霧凇天的持續(xù)小時數(shù)計算電暈損失時的基本數(shù)據(jù)土壤凍結(jié)深度用于桿塔基礎(chǔ)設(shè)計常年洪水位及最高航行水位氣溫確定跨越桿塔高度及驗算交叉跨越距離最高氣溫月的日最高氣溫平均值用于計算導線發(fā)熱升溫（1）設(shè)計用氣象條件的組合風速、覆冰厚度和大氣溫度是架空線路設(shè)計中要考慮的主要因素，它們的取值方法稱為氣象條件的組合。氣象條件的組合，除了應(yīng)合理反映自然規(guī)律的變化外，還要考慮技術(shù)經(jīng)濟上的合理性及設(shè)計計算上的方便性。1）線路正常運行情況下的氣象條件組合①設(shè)計最大風速，無冰和相應(yīng)的大氣溫度；②覆冰，相應(yīng)風速，氣溫-5℃；③最低氣溫，無冰，無風；④最高氣溫，無冰，無風。2）線路安裝和檢修情況下的氣象條件組合因為通常在六級以上大風時不能進行施工安裝工作，故其組合是風速10m/s，最低氣溫月的平均氣溫，無冰。3）外過電壓時的氣象條件組合①情況一、當設(shè)計塔頭尺寸，計算導線風偏對凸出物的距離時，其組合為：外過電壓溫度15℃，相應(yīng)風速；②情況二、用于驗算檔距中央、導線與避雷線間的距離，需滿足S≥0.012l+1的要求，其組合為：外過電壓溫度15℃，無風。其中，S為導線與避雷線間距離，m；l為檔距，m。4）線路斷線事故情況下的氣象條件組合①一般地區(qū)，無風，無冰，歷年最低氣溫月的日最低氣溫平均值；②重冰區(qū)（覆冰厚度20mm以上），無風，有冰，氣溫-5℃。5）線路耐振計算用的氣象條件組合由于線路微風振動一年四季中經(jīng)常發(fā)生，故控制其平均運行應(yīng)力的組合氣象條件為：年平均氣溫，無風，無冰。6）內(nèi)過電壓的氣象條件組合內(nèi)過電壓即操作過電壓，其計算組合為：年平均氣溫，無冰，0.5倍最大風速不低于15m/s。（2）典型氣象區(qū)典型氣象區(qū)作為一種計算氣象條件，簡化了一個地區(qū)的設(shè)計工作，便于開展標準化工作。根據(jù)我國各地區(qū)氣象條件的情況，以影響輸電線路設(shè)計最大的三個因素：風速、溫度、覆冰厚度作為整理條件，進行了歸納合并，形成了我國九個典型氣象區(qū)，本設(shè)計中典型氣象區(qū)為Ⅱ區(qū)，具體的參數(shù)見表2.4。表2.4Ⅱ氣象區(qū)氣象條件參數(shù)代表情況溫度(℃)風速(m/s)冰厚(mm)最高氣溫4000最低氣溫-1000最大風速10300覆冰有風-5105安裝(無風)0100年平均氣溫1500外過電壓(無風)1500外過電壓(有風)15100內(nèi)過電壓15150安裝(有風)01002.2.1.3（1）架空線的物理特性本設(shè)計中給出的導線型號為LGJ—210/35，其詳細參數(shù)如下表2.5所示：表2.5導線參數(shù)名稱數(shù)據(jù)規(guī)格LGJ—210/35截面積（mm2）246.09直徑（mm）20.38溫度膨脹系數(shù)α×（1/）18.8彈性模數(shù)E(kg/mm2)8000單位長度重量（kg/km）853.9計算拉斷力（kN）74250（2）架空線的最大使用應(yīng)力和年平均運行應(yīng)力1）架空線的最大使用應(yīng)力架空線的最大使用應(yīng)力又稱許用應(yīng)力，是指架空線弧垂最低點所允許使用的最大應(yīng)力，由文獻[2]可知，應(yīng)按下式計算為：（2.4）式中——架空線的最大使用應(yīng)力，N/mm2；——架空線的瞬時破壞應(yīng)力，N/mm2；K——導線、避雷線的安全系數(shù)，設(shè)計規(guī)程中規(guī)定K≥2.5。2）架空線的年平均運行應(yīng)力在線路設(shè)計中，為了保證架空線路長期運行的安全可靠性，除了滿足在任何氣象條件下，架空線的最低點處的使用應(yīng)力不能大于許用應(yīng)力外，還應(yīng)滿足年平均運行應(yīng)力的要求，防止導線因振動而出現(xiàn)斷股和斷線。架空線的年平均運行應(yīng)力一般取瞬時破壞應(yīng)力的25%，即=25%。這是由于架空線的年平均運行應(yīng)力的上限一般按加防振措施考慮。2.2.1架空線的比載是指單位長度和單位截面上導線所承受的機械荷載，其常用單位是N/mm2或MPa/m。作用在架空線路上的荷載有架空線的自重、冰重和架空線所承受的風壓，為了清楚的表示這些比載，可采用符號gx(b,v)表示，其中x=1~7，表示7種不同的比載，b表示計算比載時的覆冰的厚度，mm；v表示計算風速，m/s。由文獻[2]可知。（1）自重比載=×10-3(MPa/m)（2.5）式中G0——架空線單位長度質(zhì)量，kg/km；A——架空線的截面積，mm2（2）冰層比載g2(b,0)×10-3(MPa/m)（2.6）式中b——冰層厚度，mm；d——導線的計算直徑，mm；A——架空線的截面積，mm2。（3）垂直總比載g3(b,0)（2.7）（4）導線無冰時的風壓比載×10-3(MPa/m)（2.8）（5）導線覆冰時的風壓比載×10-3(MPa/m)（2.9）（6）導線無冰有風時的綜合比載(MPa/m)（2.10）（7）導線覆冰有風時的綜合比載(MPa/m)（2.11）2.2.1.5應(yīng)力弧垂曲線圖是輸電線路設(shè)計圖紙中的一部分，它反映了某地區(qū)各種氣象情況下應(yīng)力、弧垂與代表檔距之間的變化關(guān)系，計算它們的主要目的是為了提供導線的力學特性，從而能進行線路桿塔設(shè)計的進一步的計算。由文獻[2]可知。應(yīng)力弧垂曲線的計算項目應(yīng)力弧垂曲線計算項目見表2.6。表2.6應(yīng)力弧垂曲線計算項目計算項目大風覆冰安裝事故斷線最低氣溫最高氣溫大氣過電壓（有風）大氣過電壓（無風）操作過電壓平均運行應(yīng)力導線△△△△△△△△△△避雷線△△△△△△△導線△△△避雷線△（2）判定有效臨界檔距1）臨界檔距的判定采用邏輯圖判定法，方法如下（以四種控制氣象條件為例）：①首先計算出各種氣象情況下的g/，按其數(shù)值大小自右向左排列成A，B，C，D，再計算出各種臨界檔距；②將所需判定的任意檔距l(xiāng)與頂端比較，若l>，則沿右邊走線至，若l<，則沿左邊走線至。再若l>，則沿右邊走線至，若l<，則沿左邊走線至。以此類推，直至最后走線至某一氣象條件的代表符號（A，B，C，D）為止。該檔距l(xiāng)對應(yīng)的控制氣象條件為該符號代表的氣象條件；③若臨界檔距為虛數(shù)，如兩個控制條件的g/不相等，則全部檔距由g/大者控制；若兩種情況的g/相等，則全部檔距由+較小者控制；若臨界檔距為∞，則全部檔距均由+較小者控制；若臨界檔距為不定值，則兩種氣象條件同時控制。由文獻[8]可知。一般情況下，可能成為控制條件的有最低氣溫、最大風速、覆冰和年均氣溫，存在六個臨界檔距，但真正起到作用的有效臨界檔距最多不超過三個。設(shè)計時，需要先判別處有效臨界檔距，從而得到實際檔距的控制氣象條件。因為<，所以所以無須考慮最大風速，控制氣象條件為年均氣溫、覆冰、最低氣溫，將這三個氣象條件的數(shù)據(jù)填入下表2.7。表2.7氣象參數(shù)項目年平均氣溫覆冰最低氣溫最大許用應(yīng)力[]75.43120.69120.69比載×10-334.0098.8034.00氣溫10-5-20g／[]×10-44.518.192.82順序編號BAC2）計算出各種臨界檔距按上述方法可判定0﹤l﹤123.14l﹥123.14m3）應(yīng)力、弧垂的計算確定了各控制氣象條件及其對應(yīng)的控制檔距范圍以后，由應(yīng)力狀態(tài)方程求出導線應(yīng)力，由公式=求出與之對應(yīng)的弧垂。在此，應(yīng)力、弧垂的計算可以利用編寫的VB通用程序?qū)崿F(xiàn)（程序代碼見附錄2，A2.1）式中——線性膨脹系數(shù)，1/℃；E——彈性模量，；l——導線檔距，m；、——兩種氣象條件下導線所受應(yīng)力，Mpa。2.2.22.2.2避雷線可為一般避雷線、絕緣避雷線、屏蔽避雷線和復合光纖避雷線四種，本設(shè)計中采用一般避雷線。一般避雷線主要使用鍍鋅鋼絞線，其型號視所保護的導線型號而定，如下表1.8所示：表2.8導線、避雷線型號匹配導線型號LGJ－35～LGJ－70LGJ－95～LGJ－185LGJ－240～LGJ－300LGJ－300以上避雷線型號GJ－25GJ－35GJ－50GJ－70由上表可得導線型號為LGJ－210/35時選用的避雷線型號為GJ－50。安全系數(shù)為3.5。避雷線GJ－50的物理參數(shù)如下表所示：表2.9避雷線的物理參數(shù)名稱數(shù)據(jù)規(guī)格GJ—50截面積(mm2)49.46直徑(mm)9.0溫度膨脹系數(shù)α×(1/)11.5彈性模量E(KN/mm)200.9單位長度重量(Kg/km)423.7瞬時破壞應(yīng)力(Mpa)12002.2.2避雷線比載的計算方法同導線比載的計算方法，在此不再重復。（注意：由于避雷線不用輸送電力,故不需計算內(nèi)過電壓，外過電壓(有風)情況，計算外過電壓無風只是校驗導線與避雷線在檔距中央的距離配合。其他氣象條件與導線一致）避雷線的各種比載計算結(jié)果見說明書。2.2.2避雷線的應(yīng)力計算與導線的應(yīng)力計算原理大致相同，避雷線視先根據(jù)防雷要求——在大氣過電壓氣象條件（+15℃，無風，無冰）時，導線與避雷線在檔距中央應(yīng)保持（0.012l+1）m的間距，此處l為檔距。計算處此時的應(yīng)力，然后將此應(yīng)力作為已知條件，求得其他各氣象條件的應(yīng)力。根據(jù)防雷要求，避雷線在15℃，無風，無冰時的應(yīng)力為（2.12）式中s、h——導線、避雷線在桿塔上懸掛點間的水平距離和垂直距離，m；、——導線、避雷線的自重比載，Mpa/m；、——導線、避雷線在在15℃，無風，無冰時的應(yīng)力，N/mm2；——檔距，m。將為最大值的檔距定義為控制檔距，當S=0時=166.7(h-1)（2.13）算得=750.15m繪制避雷線應(yīng)力弧垂曲線時，取0～600m，而<，故取=600代入式中，求出。以，15℃，無風，無冰為已知狀態(tài)，應(yīng)用狀態(tài)方程求出氣象條件下的應(yīng)力弧垂值（在此可以利用編寫的VB程序代替手工計算，此VB程序的代碼見附錄2，A2.2），并畫出應(yīng)力弧垂曲線。2.2.3繪制導線、避雷線的應(yīng)力弧垂曲線見附錄2。2.3桿塔形式選擇2.3.1輸電線路桿塔型式的確定，應(yīng)根據(jù)國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展水平，不斷總結(jié)桿塔設(shè)計、運行和施工經(jīng)驗、擇優(yōu)選用技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的桿塔型式。線路桿塔型式是多種多樣的，一條線路到底選用何種桿塔外型結(jié)構(gòu)，主要取決于線路的電壓等級、線路的回路數(shù)，線路經(jīng)過地區(qū)的氣象條件，以及地形地質(zhì)情況等。進行一條線路的設(shè)計，必須結(jié)合工程的特點，確定出桿塔所采用的型式。桿塔按照在線路的用途分為六類：直線桿塔、耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔、換位桿塔、終端桿塔、跨越桿塔。一條線路的線路路徑上分成若干個耐張段，每個耐張段兩端為耐張桿塔，中間使用直線桿塔。線路轉(zhuǎn)角處要使用轉(zhuǎn)角桿塔，線路在跨越大河流以及較高的被跨越物等處時要設(shè)置跨越桿塔。在變電所、發(fā)電廠的線路進出口要使用終端桿塔。2.3.1、盡可能地選用最經(jīng)濟的桿塔型式或高度，充分利用桿塔的使用荷載條件。桿塔的總高度與檔距、地理條件、電壓等級、氣候及電氣等因素有關(guān)，桿塔的總高度等于呼稱高度加上導線間的垂直距離和避雷線支架的高度，對于混凝土電桿還要加上埋地深度h。桿塔下橫擔的下邊緣劃線到地面的垂直高度H稱為桿塔的呼稱高度，桿塔的呼稱高度是桿塔的基本高度，它對桿塔的安全性、經(jīng)濟性好壞起著重要作用。（2.14）式中——絕緣子串的長度（包括金具長度），m；——導線的最大弧垂，m；——導線到地面、水面及被跨越物的安全距離，m；——預(yù)留裕度，m。2、在工程應(yīng)用中，盡量用典型設(shè)計或經(jīng)過施工運行檢驗的成熟桿型，盡量避免特殊設(shè)計桿塔，對較大轉(zhuǎn)角桿塔應(yīng)盡量降低桿塔高度。3、在同一線路上，盡量減少桿塔形式，做到形式統(tǒng)一。4、為充分利用地形，排位時高、矮塔應(yīng)盡量配合使用量配合使用。5、導線和避雷線的規(guī)格及氣象條件也可以作為選擇桿塔的依據(jù)。6、根據(jù)工程具體情況進行校驗，由文獻[1]可知。（1）從桿塔采用的材料來比較1）使用鋼筋混凝土電桿的優(yōu)點：①桿塔結(jié)構(gòu)型式簡單，設(shè)計、施工、制造都比較簡單；②節(jié)省鋼材和投資，特別是預(yù)應(yīng)力電桿；③運行維護少，除橫擔等部分鐵附件外，一般不要采取防腐措施；④目前可以大量生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝比較簡單。2）使用鋼筋混凝土電桿的缺點：①重量大，施工組立和運輸工作量大，且容易出現(xiàn)裂縫。在丘陵、山區(qū)和稻田運輸不便，對基礎(chǔ)下壓大；②耐張轉(zhuǎn)角桿一般要有拉線，在居民擁擠的地帶及山區(qū)不能使用；③承載力有限，在超高壓線路上很少使用。（2）從單桿和雙桿來比較1）使用單桿的優(yōu)點：①單桿結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和施工；②在采用小型號導線的線路上，能節(jié)約材料和投資；③線間距離小，減少線路所占的走廊。2）使用單桿的缺點：①采用單根避雷線，故防雷性能較差；②導線呈上字形或三角排列，會引起荷載在桿身上的不平衡；③給帶電檢修帶來不方便；④在重冰區(qū)，難以保證有足夠的垂直線間距離和水平偏移。（3）從有無拉線角度來比較1）有拉線桿塔的優(yōu)點：①承受的彎矩較小，節(jié)約材料和投資；②桿塔基礎(chǔ)無傾覆作用力，拉線基礎(chǔ)只承受拉力，桿塔基礎(chǔ)只承受下壓力。2）有拉線桿塔的缺點：①拉線占地面積大，而且影響農(nóng)業(yè)機械化耕種；②線間距離較大；③增加運行、檢修人員對拉線的維護、更換和調(diào)整拉線的工作量。（4）從導線排列方式來比較1）單回路桿塔導線水平排列比三角形排列有以下優(yōu)點：①導線水平排列，在桿塔兩側(cè)的導線垂直荷載平衡，因此塔身的彎曲變形不明顯；②導線水平排列，在導線不均勻覆冰或脫冰時，不易發(fā)生碰線閃絡(luò)事故，適用于重冰區(qū)線路；③導線水平排列，一般采用雙避雷線，因此有較好的防雷性能，適用于多雷地區(qū)；④導線水平排列，帶電檢修方便，運行維護二工作量少。2）單回路桿塔導線水平排列比三角形排列有以下缺點：①線路所占走廊寬；②小截面導線線路，采用雙桿比單桿用的鋼材、水泥等材料多，投資大。2.3.3桿塔形式的選擇主要取決于電壓等級、線路回數(shù)、地形以及使用條件。直線桿的桿型用于線路的直線段上，采用針式絕緣子、懸式絕緣子或棒式絕緣子支撐導線，承受線路正常運行時的水平荷載和垂直荷載；也要求它具有一定的順線路方向的強度，以支撐斷線或其他情況下的縱向張力。直線桿塔在線路上用量最多，在平坦地區(qū)可占到全線桿塔總數(shù)的80%左右。承力桿是指耐張桿、轉(zhuǎn)角桿、終端桿。耐張桿可兼有小于5°小轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角桿塔分為小轉(zhuǎn)角桿（30°以下）、中轉(zhuǎn)角桿（30°~60°）和大轉(zhuǎn)角桿（60°~90°）。承力桿所承受的荷載較大，一般采用帶拉線鋼筋混凝土電桿和鐵塔。220kV臨仙線架空線路為單回路送電，其導線型號為LGJ—210/35，避雷線為GJ—50，通過我國典型Ⅱ級氣象區(qū)。綜上所述，從經(jīng)濟角度考慮，優(yōu)先選用鐵塔。由于電壓等級為220kV，電壓等級較高，而且導線型號為LGJ-210/35，避雷線型號GJ-50，所以對桿塔的強度要求高，同時為了以后的發(fā)展需要，所以直線桿選擇酒杯型鐵塔，其呼稱高為23.7m，耐張桿、轉(zhuǎn)角桿采用干字型鐵塔，其呼稱高為20.5m2.4送電線路的絕緣配合設(shè)計2.4.1送電線路的絕緣配合設(shè)計具體內(nèi)容有：由文獻[7]可知。（1）按正常運行電壓、內(nèi)過電壓、外過電壓確定絕緣子型號和片數(shù)以及導線對桿塔的空氣間隙距離；（2）按內(nèi)過電壓、外過電壓的要求確定導線對地及對各被跨越物的最小允許間隙距離；超高壓線路還應(yīng)滿足地面靜電場影響所需對地最小間隙距離的要求；（3）按外過電壓的要求確定擋距中央導線與避雷線間的空氣間隙距離；（4）按正常運行電壓及導線振蕩情況確定不同相導線間的最小距離。2.4.22.4.2地區(qū)污穢等級主要根據(jù)地區(qū)的污濕特征、運行經(jīng)驗以及外絕緣表面污穢物的等值附鹽密度三個因數(shù)綜合確定。我國污穢等級分為5級，見表2.10。表2.10高壓架空線路污穢分級標準污穢等級污穢條件泄漏比距污穢特征鹽密中性電直接接地中性電不直接接地0大氣清潔地區(qū)及離海岸50km0~0.03(強電解質(zhì))0~0.06(弱電解質(zhì))1.61.91大氣輕度污染地區(qū)或中度污染地區(qū)0.03~0.101.6~2.01.9~2.42大氣中度污染地區(qū)0.05~0.12.0~2.52.4~3.03大氣嚴重污染地區(qū)0.1~0.252.5~3.23.0~3.84大氣特別嚴重污染地區(qū)>0.253.2~3.83.8~4.5架空送電線路的導線是利用絕緣子和金具連接固定在桿塔上的，用于線路上的絕緣子不僅要承受工作電壓的作用，還要受到過電壓的作用，受到機械力的作用以及氣溫變化和周圍環(huán)境的影響，所以絕緣子應(yīng)具有足夠的抵御能力。因此確定絕緣子串的型號，應(yīng)按線路的運行電壓、絕緣子的允許機電荷載和擬承受的外荷載，考慮一定的安全系數(shù)來選擇。本設(shè)計中電力系統(tǒng)的運行電壓為220kV，導線型號LGJ-210/35，地區(qū)污穢等級為Ⅱ級，所以選擇XP-7型絕緣子，具體參數(shù)見下表2.11所示：表2.11XP-7絕緣子電氣性能產(chǎn)品型號盤經(jīng)mm高度mm泄漏距離mm工頻電壓有效值kv50﹪閃絡(luò)電壓幅值kv抗張負荷(×9.8)重量kg干閃濕閃擊穿例行一小時機電機電破壞XP-725514630075451101203500520070004.62.4.2（1）懸垂絕緣子串絕緣子片數(shù)的選擇按工頻電壓泄漏比距要求選擇絕緣子片數(shù)。其計算公式為：（1.15）式中n——每串絕緣子所需片數(shù)；UN——線路額定線電壓，kv；——不同污穢條件下所需泄漏比距；L0——每片絕緣子幾何泄漏距離，按產(chǎn)品目錄選取；Kx——絕緣子泄漏距離的有效系數(shù)。（2）耐張塔絕緣子片數(shù)的選擇由于直線桿塔的絕緣子串是垂直于地面按裝的，絕緣子內(nèi)不易積塵和進水，而耐張桿塔的絕緣子串幾乎與地面是水平安裝的，絕緣子內(nèi)既易積塵又易進水，使得絕緣子串表面的絕緣水平下降。還有耐張桿塔上的絕緣子串承受的機電荷載比直線桿塔的大得多，其絕緣子損壞的可能性大，所以耐張桿塔絕緣子串要比直線桿塔的懸垂絕緣子串多一片。2.4.2.3（1）懸垂絕緣子。懸垂絕緣子串聯(lián)數(shù)由以下兩個條件計算。其中：1）按導線最大綜合比載計算為（2.16）式中N——懸垂絕緣子串聯(lián)數(shù)；T——懸式絕緣子1h機電荷載，N；K1——懸式絕緣子在運行情況下的機械強度安全系數(shù)，K1=2.0；——作用在絕緣子串上的綜合荷載，=（導線覆冰綜合比載）+（絕緣子串覆冰綜合比載）另注：=gAA——導線截面積，mm；——直線檔距最大值(的值先估計為300m)2）按導線斷線條件計算為（2.17）式中T——懸式絕緣子1h機電荷載，N；K2——懸式絕緣子在斷線情況下的機械強度安全系數(shù)，K2=1.3；TD——導線的斷線張力，N。（2）耐張絕緣子。它應(yīng)承受導線的全部張力，因其聯(lián)數(shù)計算公式為：（2.18）式中T——懸式絕緣子1h機電荷載，N；K1——懸式絕緣子在運行情況下的機械強度安全系數(shù)，K1=2.0；Tm——導線的最大使用張力，N。2.4.32.4.3.1金具是將桿塔、導線、避雷線、絕緣子聯(lián)結(jié)起來所用的金屬零件。金具可分為：懸垂線夾、耐張線夾、聯(lián)結(jié)金具、保護金具和拉線金具等。由文獻[8]可知。絕緣子串的主要特性及絕緣子串的組裝：在此設(shè)計中,導線,避雷線絕緣子串金具由<<線路金具手冊>>查得如下表所示。1）直線桿絕緣子串組裝材料如下表所示：表2.12懸垂絕緣子串組裝材料件號金具名稱型號數(shù)量每個質(zhì)量（kg）總共質(zhì)量(kg)主要尺寸H(mm)總質(zhì)量(kg)1掛板Z-1211.31.380184.12U型掛環(huán)U-1211.01.0803聯(lián)板L-124014.74.7704掛板Z-720.60.8605球頭掛環(huán)QP-720.30.6506懸式絕緣子XP-718×24.6128.8146×187碗頭掛板WS-721.02.0708聯(lián)板LS-125518.78.7659掛板ZS-720.61.26010懸垂線夾XGU-61325.811.614311預(yù)膠絲FYH-300/5022.34.62）耐張桿絕緣子串：表2.13耐張絕緣子串組裝材料表件號名稱型號數(shù)量每個質(zhì)量kg共計質(zhì)量kg主要尺寸H(mm)總質(zhì)量kg1U型掛環(huán)U-1231.03.080107.62掛環(huán)PH-1210.90.91203聯(lián)板L-124024.79.4704掛板Z-720.61.2605絕緣子XP-7194.6138146×196球頭掛環(huán)QP-720.30.6507碗頭掛板WS-721.02.0708耐張線夾NY-300/5013.13.1560(L1)3）避雷線絕緣子串：表2.14避雷線組裝材料表金具名稱型號每組數(shù)量每個質(zhì)量kg共計質(zhì)量kg主要尺寸H(mm)總質(zhì)量kg懸垂金具U型螺絲U-188010.80.880(L)3.1掛環(huán)ZH-710.50.595懸垂線夾XGU-211.81.882耐張金具耐張線夾NX-211.81.8140(L)/r/