架空輸電線路設(shè)計(jì)(研究生)

輸電線路設(shè)計(jì)理論建筑工程學(xué)院土木系孔偉第一章架空輸電線路基本知識(shí)第一節(jié)概述一、輸電線路的任務(wù)輸電線路的任務(wù)就是輸送電能，并聯(lián)絡(luò)各發(fā)電廠、變電所使之并列運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

發(fā)電廠、輸電線路、升降壓變電站以及配電設(shè)備和用電設(shè)備構(gòu)成電力系統(tǒng)

電網(wǎng)分布國內(nèi)電網(wǎng)目前主要分為南方電網(wǎng)公司和國家電網(wǎng)公司南網(wǎng)公司包含：廣東、廣西、云南、貴州、海南5??；

其余省份為國家電網(wǎng)管轄電力系統(tǒng)構(gòu)成變電所

（substation）作用：變換電壓，集中、分配、控制電力流向及調(diào)整電壓樞紐變電所地區(qū)變電所用戶變電所

電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所。二、電力線路的分類輸電線路由發(fā)電廠向電力負(fù)荷中心輸送電能的線路以及電力系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)線路稱為輸（送）電線路。配電線路由電力負(fù)荷中心向各個(gè)電力用戶分配電能的線路稱為配電線路低壓電壓等級(jí)在1kV以下(LowVoltage)高壓35-220KV(Highvoltage)

超高壓330-750kV(ExceedHighVoltage)

特高壓線路750（800）kV以上

(UrtraHighVoltage)我國常用電壓等級(jí)35KV110KV220KV330KV500KV750kV1000KV架空線路電纜線路交流線路直流線路單回路雙回路多回路常規(guī)型緊湊型普通型多回路架空常規(guī)型單回路交流緊湊型舟山大跨越大跨越鋼管塔高度370米、重量5999噸均達(dá)到了輸電線路鐵塔世界之最，檔距2756米達(dá)到亞洲第一，特大跨越自主設(shè)計(jì)、自主加工、自主施工在國內(nèi)也屬首次。同時(shí)，為保證鐵塔的穩(wěn)定性和牢固性，兩基370米跨越塔所采用的212米以下主管內(nèi)灌注混凝土創(chuàng)新技術(shù)，抗風(fēng)能力等級(jí)16級(jí)，在國內(nèi)輸電線路上也是第一次采用。1949年185萬KW2004年4.39億KW發(fā)電總量迅速提高2004年達(dá)2.17萬億KWh1996年起總裝機(jī)容量和發(fā)電總量第二，進(jìn)入大電網(wǎng)、大機(jī)組、高電壓、高自動(dòng)化華能集團(tuán)、大唐集團(tuán)、華電集團(tuán)、國電集團(tuán)、中國電力投資集團(tuán)2009年8.74億KW，火電74.5%，水電22.5%，核電1%，風(fēng)電及其他新能源2%1952年220KV1960年750KV1972年330KV1981年500KV1989年±500KV2005年長江大跨越1000KV2008年±800KV

1000千伏淮南至上海“皖電東送”輸變電工程起于安徽淮南變電站，止于上海滬西變電站，途經(jīng)安徽、浙江、江蘇、上海等4省市。中間分別在安徽蕪湖、浙江湖州變電站落點(diǎn)，線路總長度為642千米，為同塔雙回架設(shè)，并經(jīng)淮河、長江大跨越；其中安徽段約440千米、浙江段約177千米、江蘇段約8千米、上海段約17千米。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國要建成特高壓交流變電站53座，建成直流輸電工程38項(xiàng)，線路總長度9.68萬公里，直接給輸配電制造業(yè)帶來4000多億元的商機(jī)，相當(dāng)于兩個(gè)三峽工程的投資。

三、架空輸電線路的組成導(dǎo)線絕緣子線路金具桿塔跳線地線地腳螺栓接地裝置桿塔基礎(chǔ)線夾

1．導(dǎo)線

2．避雷線3．絕緣子4．線路金具

5．桿塔和拉線6．桿塔基礎(chǔ)7．接地裝置第二節(jié)導(dǎo)線和避雷線一、架空線的材料、種類和用途1、常用架空線的材料銅、鋁、鋁合金、鋼2、常用架空線的結(jié)構(gòu)及型號(hào)、規(guī)格LJ?120LGJ?300/50LGJF?150/25在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179－1999中，JL/GIB-630-45/7、JL/G2B-630-45/7、JL/G3A-630-45/7，1、2、3分別表示普通強(qiáng)度、高強(qiáng)、特高強(qiáng)，A、B表示鍍層厚度普通和加厚。JGIB-40-19LHAJ?400表示標(biāo)稱截面為400mm2的熱處理鋁鎂硅合金絞線，LHBGJ?400/50表示標(biāo)稱截面為鋁合金400mm2、鋼50mm2的鋼芯熱處理鋁鎂硅稀土合金絞線。

碳纖維復(fù)合導(dǎo)線是目前全世界電力輸變電系統(tǒng)理想的取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁鉸導(dǎo)線、鋁包鋼導(dǎo)線、鋁合金導(dǎo)線及進(jìn)口導(dǎo)線的新產(chǎn)品，ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比具有重量輕、強(qiáng)度大、低線損、弛度小、耐高溫、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全。碳纖維以其固有的特性賦予了其復(fù)合材料優(yōu)異的性能，它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，從而為其在電線電纜行業(yè)中的應(yīng)用提供了可能和必然。3、常用架空線的用途及技術(shù)特性比較二、導(dǎo)線截面的選擇1、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇F0—與導(dǎo)線截面無關(guān)的線路單位長度費(fèi)用；a—與導(dǎo)線截面相關(guān)的線路單位長度單位截面的費(fèi)用；A—導(dǎo)線的截面積；L—線路長度。總費(fèi)用年運(yùn)行費(fèi)用式中

—最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)。可依據(jù)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)和功率因數(shù)，查表1?2得到；

—線路輸送的最大電流；

C—單位電價(jià)；

—導(dǎo)線的電阻率。年電能損耗費(fèi)2、按電壓損耗校驗(yàn)

δ-線路允許的電壓損耗百分比；

Pm—線路輸送的最大功率，MW；

UN—線路額定電壓，kV；

L—線路長度，m；

R—單位長度導(dǎo)線電阻，

/m；

X0—單位長度線路電抗，

/m，可取0.4

10?3

/m；

tg

一負(fù)荷功率因數(shù)角的正切。3、按導(dǎo)線允許電流校驗(yàn)4．按電暈條件校驗(yàn)超高壓輸電線路的導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度很高，以至超過周圍空氣的放電強(qiáng)度，使空氣電離形成局部放電，這種現(xiàn)象稱為電暈。

m—導(dǎo)線表面狀況系數(shù)，絞線一般0.81；

—相對(duì)空氣密度；

r0—導(dǎo)線半徑，cm。三、地線的選擇1．避雷線架設(shè)的一般規(guī)定對(duì)35kV輸電線路，不宜沿全線架設(shè)避雷線。110kV輸電線路，宜沿全線架設(shè)避雷線，但年平均雷暴日數(shù)不超過15或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動(dòng)輕微的地區(qū)，可不架設(shè)避雷線。220-330kV輸電線路，應(yīng)沿全線架設(shè)避雷線，山區(qū)宜采用雙避雷線（年平均雷暴日數(shù)不超過15的地區(qū)除外）。500kV及以上輸電線路，應(yīng)沿全線架設(shè)雙避雷線。無避雷線的輸電線路，一般在變電所或發(fā)電廠的進(jìn)線段，架設(shè)1～2km的避雷線。

≥在檔距中央，在氣溫+15℃、無風(fēng)的氣象條件下，導(dǎo)線與避雷線之間的距離在桿塔上，避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角，一般采用20

～30

；330kV線路及220kV雙避雷線線路，一般采用20

左右；山區(qū)單避雷線線路，一般采用25

左右。兩根避雷線之間的距離，不應(yīng)超過避雷線與導(dǎo)線間垂直距離的5倍。地線采用鍍鋅鋼絞線時(shí)與導(dǎo)線的配合導(dǎo)線型號(hào)LGJ-185/30及以下LGJ-185/45～LGJ-400/50LGJ-400/65及以上鍍鋅鋼絞線最小標(biāo)稱截面mm2355080

復(fù)合光纖地線現(xiàn)多采用OPGW型復(fù)合光纖電纜。復(fù)合光纖電纜的外層鋁合金絞線起防雷保護(hù)和屏蔽作用，芯部的光導(dǎo)纖維起通信作用。2、避雷線的選擇第三節(jié)絕緣子和絕緣子串一、常用絕緣子1．針式絕緣子

2．懸式絕緣子3．瓷橫擔(dān)

4．棒式瓷絕緣子5．復(fù)合絕緣子二、絕緣子串1．懸垂串

n≥

標(biāo)稱電壓(kV)110220330500750單片絕緣子的高度(mm)146146146155170絕緣子片數(shù)(片)713172532懸垂絕緣子片數(shù)2、耐張串3、絕緣子串的安全系數(shù)和聯(lián)數(shù)

≥

絕緣子的聯(lián)數(shù)絕緣子的額定機(jī)電破壞荷載安全系數(shù)絕緣子承受的最大荷載第四節(jié)常用金具第五節(jié)桿塔耐張塔、直線塔、轉(zhuǎn)角塔、換位塔大跨越塔、終端塔。直線塔耐張塔換位塔大跨越塔第六節(jié)基礎(chǔ)一、電桿基礎(chǔ)二、鐵塔基礎(chǔ)第七節(jié)接地裝置第八節(jié)導(dǎo)線的排列方式與換位一、導(dǎo)線的排列方式第九節(jié)緊湊型輸電線路一、緊湊型輸電線路及其特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)緊湊，線路走廊占地少（2）自然輸送功率增大。（3）綜合成本低。（4）導(dǎo)線表面平均場強(qiáng)高，（5）帶電作業(yè)的要求提高二、緊湊型線路的導(dǎo)線排列方式三、緊湊型線路的桿塔自然功率：提高34%，線路走廊：減小17.9m，電磁環(huán)境：導(dǎo)線表面平均場強(qiáng)高，電暈損失較大無線電干擾和可聽噪聲-和常規(guī)線路相當(dāng)。500kV緊湊和常規(guī)線路的比較四、相間絕緣間隔棒第二章設(shè)計(jì)用氣象條件第一節(jié)主要的氣象參數(shù)一、主要的氣象參數(shù)及其對(duì)線路的影響氣象條件三要素風(fēng)、覆冰、氣溫覆冰是一定氣象條件下架空線和絕緣子串上出現(xiàn)的冰、霜、雨凇和積雪的通稱雨凇，0~-5℃，密度在0.5-0.9g/cm3，混合凍結(jié)，0~-8℃又稱黏雪或冰雪混合物，不透明，表面不光滑，密度在0.3-0.6g/cm3霧凇，-5~6℃密度在0.1-0.3g/cm3凍雪，質(zhì)地松散易破碎，密度在0.1g/cm3（日本較嚴(yán)重）影響架空線覆冰厚度的因素1、線路走向與覆冰厚度的關(guān)系，風(fēng)向與線路走向的夾角接近90度時(shí)，覆冰厚度增長有利2、架空線外徑與覆冰厚度的關(guān)系，一般認(rèn)為成反比，個(gè)別地區(qū)（云南，四川）觀測表明成正比，無明確定論。5、局部地形與架空線覆冰厚度的關(guān)系4、跨域河流與架空線覆冰厚度的關(guān)系，大跨越冰厚增加5mm3、架空線懸掛高度與覆冰厚度的關(guān)系第二節(jié)氣象參數(shù)值的選取一、氣象條件的重現(xiàn)期最大風(fēng)速超過某一風(fēng)速vR的強(qiáng)風(fēng)平均每R年發(fā)生一次，則R即為風(fēng)速vR

的重現(xiàn)期二、設(shè)計(jì)風(fēng)速的確定二、主要?dú)庀筚Y料的收集內(nèi)容風(fēng)級(jí)風(fēng)速鑒別表（表2-3）

0級(jí)煙柱直沖天，1級(jí)青煙隨風(fēng)偏，

2級(jí)輕風(fēng)吹臉面，3級(jí)葉動(dòng)紅旗展，

4級(jí)帶葉小樹搖，5級(jí)枝搖飛紙片，

6級(jí)舉傘步行艱，7級(jí)迎風(fēng)走不便，

8級(jí)風(fēng)吹樹枝斷，9級(jí)屋頂飛瓦片，

10級(jí)拔樹由倒屋，11.12陸上很少見

1、風(fēng)速的次時(shí)換算2、風(fēng)速的高度換算（1）基準(zhǔn)風(fēng)速（2）風(fēng)速的高度換算高度變化系數(shù)3、風(fēng)速的重現(xiàn)期計(jì)算分布尺度參數(shù)分布位置參數(shù)風(fēng)速概率統(tǒng)計(jì)常用皮爾遜Ⅱ型、極值Ⅰ型、尺度變換法等4、最大設(shè)計(jì)風(fēng)速的一般規(guī)定三、覆冰厚度的選取1、橢圓法110-330KV輸電線路,不應(yīng)低于23.5m/s500KV輸電線路,不應(yīng)低于27m/s2、測總重法四、氣溫的選取最高氣溫一般為+40℃最低氣溫應(yīng)偏低地取5的倍數(shù)年平均氣溫，在3-17℃之間時(shí)，取與此數(shù)鄰近的5的倍數(shù)，如其值小于3℃和大于17℃時(shí)，減少3℃和5℃后，再取與此數(shù)鄰近的5的倍數(shù)最大風(fēng)速時(shí)的月平均氣溫，應(yīng)偏低地取5的倍數(shù)第三節(jié)設(shè)計(jì)用氣象條件的組合一、對(duì)架空輸電線路的要求（1）在大風(fēng)、覆冰和最低氣溫下，仍能正常運(yùn)行（2）在斷線事故情況下，不倒桿，事故不擴(kuò)大（3）在安裝過程中，不發(fā)生人身、設(shè)備損壞事故（4）在正常運(yùn)行情況下，任何季節(jié)架空線對(duì)地、桿塔或其他物體均有足夠的安全距離（5）在長期運(yùn)行中，架空線應(yīng)具有足夠的耐振性能二、各種氣象條件的組合1、線路正常運(yùn)行情況下的組合（1）最大風(fēng)速無冰、相應(yīng)的月平均氣溫（2）最低氣溫?zé)o冰、無風(fēng)（3）覆冰有風(fēng)（最厚覆冰）有冰、有風(fēng)、氣溫-5℃（4）覆冰無風(fēng)（最大垂直比載）有冰、無風(fēng)、氣溫-5℃（5）最高氣溫?zé)o冰、無風(fēng)2、線路斷線事故情況下的氣象組合（1）一般地區(qū)無冰、無風(fēng)，最低氣溫月的最低平均氣溫重冰區(qū)（覆冰厚度20mm以上）有冰、無風(fēng)，氣溫-5℃（2）校驗(yàn)鄰檔斷線無冰、無風(fēng)，氣溫+15℃3、線路安裝和檢修情況下的氣象組合（1）安裝氣象風(fēng)速10m/s，無冰、最低氣溫月的平均氣溫（2）帶電作業(yè)風(fēng)速10m/s，無冰，氣溫+15℃4、線路耐振計(jì)算用氣象條件無風(fēng)、無冰，年平均氣溫5、雷電過電壓氣象組合（1）外過有風(fēng)氣溫15℃，相應(yīng)風(fēng)速，無冰（2）外過無風(fēng)氣溫15℃，無風(fēng)，無冰6、操作過電壓氣象組合年均氣溫，無冰，0.5倍的最大風(fēng)三、典型氣象區(qū)Ⅰ：南方沿海地區(qū)，廣東、浙江（受臺(tái)風(fēng)侵襲地區(qū)Ⅱ：華東地區(qū)Ⅲ：西南地區(qū)Ⅳ：西北、華北、京、津Ⅴ：華北平原、湖北、湖南、河南Ⅵ：北方Ⅶ：寒潮比較強(qiáng)烈地帶，東北Ⅷ：覆冰較嚴(yán)重地區(qū)Ⅸ：云貴高原覆冰地區(qū)第三章架空線的機(jī)械物理特性和比載架空線的結(jié)構(gòu)類型1、多股實(shí)芯絞線2、擴(kuò)徑絞線3、自阻尼型導(dǎo)線（用于大跨域）4、緊縮性導(dǎo)線（外表光滑）絞線的扭角線股沿內(nèi)層芯線軸纏繞與軸線方向所成的夾角稱為扭角βl線股以扭角沿芯線外表纏繞一圈時(shí)，順軸線方向所爬行的高度l稱為扭絞節(jié)距該層線股的股徑為d，繞后該層外徑為D軸向扭增系數(shù)絞繞層線股比軸向長度增長的倍數(shù)第一節(jié)架空線的機(jī)械物理特性一、鋼芯鋁絞線的彈性系數(shù)ε=εs=εa

m=Aa/As

二、鋼芯鋁絞線的線性溫度膨脹系數(shù)

ACEl

l

I

K

BDF

三、鋼芯鋁絞線的綜合拉斷力和抗拉強(qiáng)度（1）鋁和鋼的機(jī)械性能不同，鋁的延伸率遠(yuǎn)低于鋼的延伸率。當(dāng)鋁部被拉斷時(shí),鋼部的強(qiáng)度還未得到充分發(fā)揮，通常認(rèn)為此時(shí)鋼線的變形量為1％左右。影響因素：（2）絞合后單線與整體絞合線軸線間存在扭絞角，綜合拉斷力是各單線拉斷力在軸線方向的分力構(gòu)成。絞線的綜合拉斷力小于各股拉斷力之和（3）各層單線之間的應(yīng)力分布不均勻。內(nèi)層扭角小，應(yīng)力較大，理論上斷股首先出現(xiàn)于內(nèi)層鋁股（4）相鄰兩層單線間存在正應(yīng)力和摩擦力。α—鋁線的強(qiáng)度損失系數(shù)。37股及以下的鋁絞線取0.9，37股及以上的鋁絞線取0.95，各種鋼芯鋁絞線取1.0。計(jì)算拉斷力第二節(jié)架空線的許用應(yīng)力和安全系數(shù)抗拉強(qiáng)度架空線的許用應(yīng)力是指架空線弧垂最低點(diǎn)所允許使用的最大應(yīng)力，工程中稱為最大使用應(yīng)力。表3?5影響架空線安全系數(shù)的因素系數(shù)影響因素運(yùn)行期施

工初

期中期（20年）后期（40年）K1K2K3K4K5K6K7懸掛點(diǎn)應(yīng)力增加補(bǔ)償導(dǎo)線初伸長的應(yīng)力增加考慮弧垂施工誤差的應(yīng)力增加因壓擠和擠壓降低強(qiáng)度因腐蝕等減低強(qiáng)度設(shè)計(jì)誤差振動(dòng)斷股降低使用應(yīng)力懸掛點(diǎn)附加彎曲應(yīng)力振動(dòng)時(shí)的附加動(dòng)應(yīng)力10％10％2.5％5％05％0——10％10％2.5％5％05％17％——10％10％2.5％5％10％5％17％——10％5％2.5％5％20％5％17％——K最小安全系數(shù)1.341.521.641.86懸掛點(diǎn)的安全系數(shù)不應(yīng)小于2.25對(duì)于控制微風(fēng)振動(dòng)的年均運(yùn)行應(yīng)力，在采取防振措施的情況下，不應(yīng)超過σp

的25％。對(duì)于大跨越按稀有氣象條件和重冰區(qū)按稀有覆冰情況驗(yàn)算時(shí)，導(dǎo)線在弧垂最低點(diǎn)的最大應(yīng)力不應(yīng)超過抗拉強(qiáng)度σp

的60％，即其安全系數(shù)不應(yīng)小于1.67。第三節(jié)架空線的比載架空線的比載是指單位長度架空線上所受的荷載折算到單位截面積上的數(shù)值。其常用單位是N/m

mm2或MPa/m。一、垂直比載

q—架空線的單位長度質(zhì)量，kg/km。1、自重比載2．冰重比載3．垂直總比載二、水平比載1．無冰風(fēng)壓比載基本風(fēng)壓ρ=1.25Kg/m3空氣密度2．覆冰時(shí)的風(fēng)壓比載

三、綜合比載μsc-風(fēng)載體型系數(shù)，d<17mm時(shí)取1.2，

d≥17mm時(shí)取1.1μsc-風(fēng)載體型系數(shù)取1.2風(fēng)向與導(dǎo)線夾角風(fēng)速不均勻系數(shù)1．無冰有風(fēng)時(shí)的綜合比載2．覆冰有風(fēng)時(shí)的綜合比載第四章均布荷載下架空線的計(jì)算第一節(jié)架空線懸鏈線方程的積分普遍形式1、假設(shè)架空線是沒有剛性的柔性索鏈2、假設(shè)作用在架空線上的荷載沿其線長均布第二節(jié)等高懸點(diǎn)架空線的弧垂、線長和應(yīng)力一、等高懸點(diǎn)架空線的懸鏈線方程將X=0y’=0代入懸鏈線方程得Ｃ１＝０此公式原點(diǎn)只能在最低點(diǎn)且適用于不等高懸點(diǎn)等高懸點(diǎn)懸鏈線方程同理X=0y=0時(shí)，二、等高懸點(diǎn)架空線的弧垂三、等高懸點(diǎn)架空線的線長在檔距中央，弧垂有最大值：弧垂最低點(diǎn)O與任意一點(diǎn)C之間的架空線長度Loc：四、等高懸點(diǎn)架空線的應(yīng)力第三節(jié)不等高懸點(diǎn)架空線的弧垂、線長和應(yīng)力高差角一、不等高懸點(diǎn)架空線的懸鏈線方程x=a時(shí)

x=0時(shí)，y=0C1=?a將Ｃ１Ｃ２代入公式得：將ｘ＝Ｌ，ｙ＝ｈ代入上式得：（等高原點(diǎn)在左懸掛點(diǎn)ｈ＝０時(shí)：）二、不等高懸點(diǎn)架空線的弧垂檔距中央弧垂不等高任意一點(diǎn)弧垂當(dāng)X=a時(shí)最低點(diǎn)弧垂最大弧垂出現(xiàn)在處，解得：將xm代入fx弧垂公式得：三、不等高懸點(diǎn)架空線的線長即等高懸點(diǎn)時(shí)，最大弧垂=檔距中央弧垂=最低點(diǎn)弧垂不等高時(shí)線長等高時(shí)線長任意一點(diǎn)至左懸點(diǎn)間的線長：四、不等高懸點(diǎn)架空線的應(yīng)力1．架空線上任一點(diǎn)的應(yīng)力2．架空線上任兩點(diǎn)應(yīng)力之間的關(guān)系

架空線最低點(diǎn)O處應(yīng)力，X=a時(shí)3．架空線懸掛點(diǎn)處的應(yīng)力4．懸掛點(diǎn)架空線的傾斜角和垂向應(yīng)力X=0X=L第四節(jié)架空線弧垂、線長和應(yīng)力計(jì)算公式的簡化一、斜拋物線法1.斜拋物線懸掛曲線方程同理對(duì)BC段列B點(diǎn)的力矩平衡方程：2．斜拋物線弧垂公式重點(diǎn)公式任意一點(diǎn)弧垂跟高差h沒有關(guān)系，因此對(duì)于同樣大小的檔距，在檔距中央弧垂相等的情況下，等高懸點(diǎn)和不等高懸點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的弧垂相等。懸掛點(diǎn)A與最低點(diǎn)高差3．斜拋物線應(yīng)力公式（1）任一點(diǎn)處的垂向應(yīng)力（2）任一點(diǎn)處的軸向應(yīng)力檔距中央軸向應(yīng)力總應(yīng)力差與高度差關(guān)系豎向應(yīng)力差與水平距離關(guān)系由任意兩點(diǎn)應(yīng)力關(guān)系：按高懸點(diǎn)處的應(yīng)力驗(yàn)算架空線的強(qiáng)度解得：對(duì)等高懸點(diǎn)，當(dāng)高差h=0時(shí)得：4．斜拋物線的線長公式利用近似公式：簡化得：略去高次冪得：二、平拋物線法假設(shè)：比載γ沿檔距L均布采用平拋物線法的計(jì)算值比精確值偏大，應(yīng)用小應(yīng)力的跳線計(jì)算具有足夠的精度三、三類計(jì)算公式的精度分析1．線長公式的精度分析斜拋物線長公式的誤差

f—等高懸點(diǎn)時(shí)檔距中央的平拋物線弧垂一般認(rèn)為h/l＞0.15時(shí)架空輸電線路不宜采用平拋物線線長公式斜拋物線線長的誤差n1隨f/l的增加而增大。但均為負(fù)誤差，說明計(jì)算線長偏小，而且n1與高差系數(shù)（h/l）幾乎無關(guān)。架空輸電線路的f/l一般為0.05左右，斜拋物線線長公式的誤差在十萬分之幾，精度很高。誤差n2、n3隨h/l、f/l而變化，在架空輸電線路使用的f/l數(shù)值范圍內(nèi)，當(dāng)h/l＞0.2時(shí)，其誤差顯著增大；當(dāng)f/l大到其一值后，正誤差反而減少向負(fù)誤差變化。一般認(rèn)為h/l＞0.15時(shí)架空輸電線路不宜采用平拋物線線長公式；當(dāng)f/l

＞0.15且h/l較大時(shí)，可采用修正的平拋物線線長公式計(jì)算耐張塔上的跳線長度以簡化計(jì)算。2．弧垂公式的精度分析拋物線最大弧垂當(dāng)h/l<0.1時(shí)，可采用平拋物線公式當(dāng)0.1<h/l<0.25時(shí),可采用斜拋物線公式其它情況采用懸鏈線公式分析結(jié)果第五節(jié)架空線的平均高度與平均應(yīng)力一、架空線的平均高度架空線的平均高度是指架空線上各點(diǎn)相對(duì)弧垂最低點(diǎn)的高度差對(duì)于檔距的平均值二、架空線的平均應(yīng)力架空線的平均應(yīng)力是指架空線上各點(diǎn)的應(yīng)力沿線長的積分對(duì)于線長的平均值。

架空線的平均應(yīng)力實(shí)際上就是架空線平均高度處的應(yīng)力。第六節(jié)均布垂直比載和水平比載共同作用下架空線的計(jì)算一、風(fēng)偏平面內(nèi)架空線的弧垂、應(yīng)力和線長的計(jì)算二、有風(fēng)時(shí)垂直、水平投影面內(nèi)的弧垂和應(yīng)力計(jì)算1．垂直投影面內(nèi)架空線的弧垂和應(yīng)力2．水平投影面內(nèi)架空線的弧垂和應(yīng)力第五章氣象條件變化時(shí)架空線的計(jì)算第一節(jié)架空線的狀態(tài)方程式揭示架空線從一種氣象條件（第Ⅰ狀態(tài)）改變到另一種氣象條件（第Ⅱ狀態(tài)）下的各參數(shù)之間關(guān)系的方程，稱為架空線的狀態(tài)方程式一、基本狀態(tài)方程式假設(shè)1、架空線為完全彈性體，彈性系數(shù)保持不變2、架空線為理想柔線3、架空線上荷載均勻分布架空線原始狀態(tài)：長度Lo制造溫度to無應(yīng)力σo

=0某一狀態(tài)下懸掛曲線長度L氣溫t軸向應(yīng)力σx比載γ每一階段溫度升高(t-to)/n，應(yīng)力變化σx/n原始線長相等是建立狀態(tài)方程的基本原則二、懸鏈線狀態(tài)方程式三、斜拋物線狀態(tài)方程式重點(diǎn)公式等高懸掛點(diǎn)時(shí)非完全彈性的狀態(tài)方程式四、狀態(tài)方程式的解法AB1、試湊法2、迭代法3、牛頓法五、狀態(tài)方程式的精度比較（1）斜拋物線狀態(tài)方程式是工程上理想的近似狀態(tài)方程式,與相應(yīng)情況下的懸鏈線狀態(tài)方程式所得計(jì)算結(jié)果相差無幾，即使在大檔距、大高差角下，其差別在工程應(yīng)用上也無意義。（2）計(jì)算無風(fēng)情況下架空線水平應(yīng)力的變化時(shí)，若檔距較大、高差較小，可以不考慮高差的影響，但當(dāng)檔距很小、高差較大時(shí)，高差對(duì)應(yīng)力的影響不能忽視。（3）對(duì)于不等高懸點(diǎn)且作用有橫向風(fēng)壓荷載的情況，工程上常忽略風(fēng)偏及高差的影響（即認(rèn)為η=0，β=0）。第二節(jié)臨界檔距一、臨界檔距的概念架空線出現(xiàn)最大應(yīng)力的氣象條件，對(duì)于架空線的強(qiáng)度起控制作用，稱作控制氣象。1、控制氣象條件各項(xiàng)除以l2，并當(dāng)l→∞時(shí)，得到：l→0時(shí)，在兩種氣象情況下，導(dǎo)線應(yīng)力均達(dá)到各自允許最大值時(shí)的檔距。各控制氣象可能在不同的檔距范圍內(nèi)起控制作用，而在某一檔距下可能某兩個(gè)控制氣象條件同時(shí)起控制作用，超過此檔距時(shí)是一個(gè)氣象條件控制，而小于此檔距時(shí)則是另一個(gè)氣象條件控制，這樣的檔距稱為該兩個(gè)控制氣象的臨界檔距。2、臨界檔距二、臨界檔距的計(jì)算三、有效臨界檔距的判定與控制氣象條件1、圖解法(1)控制條件與Fi值（2）Fi曲線的特點(diǎn)L=0L∞abdclbclaclablcdladlbd

有效臨界檔距判別表abcdlablacladlbclbdlcd—2、列表法【例5?1】有一條通過非典型氣象區(qū)的220kV線路，導(dǎo)線采用鋼芯鋁絞線LGJ?400/35，某檔距l(xiāng)=230m，試確定此檔導(dǎo)線在無高差（h/l=0）、小高差（h/l=0.1）和大高差（h/l=0.2）情況下的控制條件。可能控制氣象條件有關(guān)參數(shù)

氣象項(xiàng)目最低氣溫最大風(fēng)速覆冰有風(fēng)年均氣溫氣溫（℃）?20?5?5+15風(fēng)速（m/s）030100冰厚（mm）00100導(dǎo)線LGJ?400/35有關(guān)參數(shù)截面積A（mm2）導(dǎo)線直徑d（mm）彈性系數(shù)E（MPa）溫膨系數(shù)

（1/℃）計(jì)算拉斷力Tj（N）單位長度質(zhì)

量q（kg/km）強(qiáng)度極限σp（MPa）安全系數(shù)k許用應(yīng)力[σ0]（MPa）年均應(yīng)力上限[σcp]（MPa）425.2426.826500020.5×10?61039001349232.112.592.80.25σp=58有關(guān)比載計(jì)算結(jié)果單位：MPa/mγ1(0,0)γ2(10,0)γ3(10,0)γ4(0,30)γ5(10,10)γ6(0,30)γ7(10,10)31.11×10?324.01×10?355.12×10?329.27×10?38.26×10?342.71×10?355.73×10?3αf

=0.75，μsc=1.1αf

=1.0，μsc=1.2

比值γ/[σ0]計(jì)算結(jié)果及其排序表氣象條件最低溫覆冰有風(fēng)年均氣溫γ

MPa/m）31.11×10?355.73×10?331.11×10?3[σ0]（MPa）92.892.858γ/[σ0]0.3351×10?30.6002×10?30.5361×10?3排

序acb計(jì)算臨界檔距三種不同的高差情況分別有cosβ0=1，cosβ0.1=0.995，cosβ0.2=0.98高差

h/l00.10.2氣象條件abcabcabc臨界檔距（m）lab=157.9lac=172.5lbc=203.4—lab=157.5lac=173.3

lbc=206.6—lab=156.2lac=176.0lbc=216.3—有效臨界檔距判別表lab=157.9lbc=203.4abc第三節(jié)最大弧垂的判定一、臨界溫度法臨界溫度：在某一溫度下，架空線在自重比載（高溫比載）作用下產(chǎn)生的弧垂與復(fù)冰鉛垂弧垂相等，則此溫度，叫臨界溫度覆冰無風(fēng)為狀態(tài)Ⅰ，臨界溫度為狀態(tài)ⅡTj>tmax,最大弧垂發(fā)生在覆冰無風(fēng)Tj<tmax,最大弧垂發(fā)生在最高氣溫二、臨界比載法架空線在覆冰無風(fēng)氣溫tb下,某一垂直比載使其產(chǎn)生的弧垂與最高氣溫氣象下的弧垂相等,則此比載稱為臨界比載最高氣溫為狀態(tài)Ⅰ，臨界比載為狀態(tài)Ⅱγj>γ3,最大弧垂發(fā)生在最高氣溫γj<γ3,最大弧垂發(fā)生在覆冰無風(fēng)第四節(jié)應(yīng)力弧垂曲線和安裝曲線一、應(yīng)力弧垂曲線1、確定工程所采用的氣象條件2、根據(jù)架空線規(guī)格，查取有關(guān)參數(shù)、機(jī)械物理性能，計(jì)算許用應(yīng)力，平均應(yīng)力上限；3、計(jì)算比載4、算臨界檔距，判斷控制氣象；5、判定最大弧垂出現(xiàn)的氣象條件6、以控制氣象作為已知狀態(tài)，用狀態(tài)方程計(jì)算不同檔距，各種氣象條件下架空線的應(yīng)力和弧垂；7、按一定比例繪制出應(yīng)力—弧垂曲線。

架空線應(yīng)力弧垂曲線計(jì)算項(xiàng)目

氣象條件計(jì)算項(xiàng)目最高氣溫最低氣溫最大風(fēng)（強(qiáng)度）最大風(fēng)（風(fēng)偏）覆冰無風(fēng)最厚冰（強(qiáng)度）最厚冰（風(fēng)偏）內(nèi)過電壓外過無風(fēng)外過有風(fēng)安裝情況事故氣象年均氣溫應(yīng)力曲線導(dǎo)線△△△△△△△△△△△△△地線×△△××△××△×△△△弧垂曲線導(dǎo)線△×××△×××△××××地線××××××××△××××【例5–2】試?yán)L制220kV線路通過典型氣象Ⅷ區(qū)的LGJ–500/45導(dǎo)線的應(yīng)力弧垂曲線。【解】1．整理該氣象區(qū)的計(jì)算用氣象條件

氣象項(xiàng)目最高氣溫最低氣溫最大風(fēng)最厚覆冰內(nèi)過電壓外過無風(fēng)外過有風(fēng)安裝有風(fēng)事故氣象年均氣溫氣溫（℃）+40?20?5?5+10+15+15?10?10+10風(fēng)速（m/s）003015150101000冰厚（mm）000150000002．LGJ–500/45導(dǎo)線的有關(guān)參數(shù)截面積A（mm2）導(dǎo)線直徑d（mm）彈性系數(shù)E（MPa）溫膨系數(shù)

（1/℃）計(jì)算拉斷力（N）計(jì)算質(zhì)量（kg/km）抗拉強(qiáng)度σp（MPa）安全系數(shù)k許用應(yīng)力[σ0]（MPa）年均應(yīng)力上限[σcp]（MPa）531.68306500020.5×10?61281001688228.892.591.560.25σp=57.22

3．各氣象條件下導(dǎo)線比載的計(jì)算值項(xiàng)目自

重γ1（0，0）覆冰無風(fēng)γ3（15，0）無冰綜合γ6（0，10）無冰綜合γ6（0，15）無冰綜合γ6（0，30）（用于強(qiáng)度）無冰綜合γ6（0，30）（用于風(fēng)偏）覆冰綜合γ7（15，15）（用于強(qiáng)度）覆冰綜合γ7（15，15）（用于風(fēng)偏）數(shù)據(jù)31.13×10?366.34×10?331.38×10?332.33×10?340.68×10?337.72×10?369.02×10?367.86×10?3備注c=1.1，

f=1.0c=1.1，

f=0.75c=1.1，

f=0.75c=1.1，

f=0.61c=1.2，

f=1.0c=1.2，

f=0.754．計(jì)算臨界檔距，判定控制條件（1）可能控制條件的有關(guān)參數(shù)見表

條

件項(xiàng)

目最大風(fēng)速最厚覆冰最低氣溫年均氣溫許用應(yīng)力[σ0]（MPa）91.5691.5691.5657.22比載γ（MPa/m）40.68×10?369.02×10?331.13×10?331.13×10?3γ/[σ0]（1/m）0.444×10?30.754×10?30.340×10?30.544×10?3溫度t

（℃）?5?5?20+10γ/[σ0]由小至大編號(hào)bdac（2）計(jì)算各臨界檔距l(xiāng)ab=300.34m，lac=107.47m，lad=127.94m；lbc=虛數(shù)，lbd=0m，lcd=139.46m。（3）判斷有效臨界檔距，確定控制氣象條件有效臨界檔距判別表可能的控制條件a（最低氣溫）b（最大風(fēng)速）c（年均氣溫）d（最厚覆冰）臨界檔距（m）lab=300.34lac=107.47lad=127.68lbc=虛數(shù)lbd=0lcd=139.46—5．計(jì)算各氣象條件的應(yīng)力和弧垂已知條件及參數(shù)已知條件最低氣溫年均氣溫最厚覆冰控制區(qū)間參

數(shù)0～107.47107.47～139.46139.46～∞tm（℃）?20+10?5bm（mm）0015vm（m/s）0015

m(×10?3MPa/m)31.1331.1369.02

m（MPa）91.5657.2291.56待求條件及已知參數(shù)

待求條件參數(shù)最高溫最低溫年均溫事故外過有風(fēng)外過無風(fēng)內(nèi)過電壓安裝覆冰無風(fēng)覆冰有風(fēng)（強(qiáng)度用）覆冰有風(fēng)（風(fēng)偏用）最大風(fēng)（強(qiáng)度用）最大風(fēng)（風(fēng)偏用）t（℃）+40?2010?10+15+15+10?10?5?5?5?5?5b（mm）0000000015151500v（m/s）00001001510015153030

（×10?3MPa/m）31.1331.1331.1331.1331.3831.1332.3331.3866.3469.0267.8640.6837.72

LGJ–500/45導(dǎo)線應(yīng)力弧垂計(jì)算表氣象條件檔距l(xiāng)r（m）最高氣溫最低溫年均溫事故安裝外過有風(fēng)外過無風(fēng)σ0（MPa）fv（m）σ0（MPa）σ0（MPa）σ0（MPa）σ0（MPa）σ0（MPa）σ0（MPa）fv（m）5023.110.4291.5653.1278.5178.5347.1447.090.21107.4734.081.3291.5657.2279.4279.4952.4852.360.86139.4637.662.0188.1757.2276.9177.0353.2653.081.4320039.013.9970.8650.7563.0163.2948.5748.313.2225039.666.1360.3647.6455.4255.7246.3446.055.2830040.088.7454.0145.7750.8951.2144.9944.687.84【例5?3】條件同例5?2，試?yán)L制其安裝曲線?！窘狻?．已知條件仍為表5?14。2．應(yīng)用狀態(tài)方程式求解各施工氣象（無風(fēng)、無冰、不同氣溫）下的安裝應(yīng)力，進(jìn)而求得相應(yīng)的弧垂，結(jié)果如表二、安裝曲線安裝曲線以檔距為橫坐標(biāo)，弧垂為縱坐標(biāo)。一般從最高施工氣溫至最低施工氣溫每隔5℃（10℃）繪制一條弧垂曲線。

各種施工氣溫下的應(yīng)力和百米檔距弧垂檔距（m）50107.47139.46200250300350溫度（℃）σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)σ0(MPa)f100(m)403020100?1023.131.041.353.165.678.51.681.260.940.730.590.5034.140.147.957.267.979.41.140.970.810.680.570.4937.742.849.357.266.576.91.030.910.790.680.590.5139.042.246.150.856.463.11.000.920.840.770.690.6239.741.944.647.651.355.40.980.930.870.820.760.7040.141.843.745.848.250.90.970.930.890.850.810.7640.441.743.144.646.348.20.960.930.900.870.840.81第六章均布荷載下架空線計(jì)算的進(jìn)一步研究第一節(jié)考慮剛度影響時(shí)架空線的計(jì)算一、剛性架空線懸掛曲線方程的普遍形式梁的撓曲微分方程二、剛性架空線在懸掛點(diǎn)水平固定時(shí)的弧垂和彎曲應(yīng)力A處：x=0，y=0，；在懸掛點(diǎn)B處：x=l，y=h，剛性架空線上距低懸掛點(diǎn)A任一點(diǎn)x處的彎矩為懸掛點(diǎn)處的最大彎矩為弧垂和彎曲應(yīng)力剛性架空線懸點(diǎn)水平固定時(shí)的最大彎曲應(yīng)力為【例6?1】某鋼芯鋁絞線綜合截面積A=494.73mm，試驗(yàn)求得EJ=143.2MN·mm2。若架空線單位水平投影長度上的荷載p0=18.15N/m，取彎曲時(shí)的彈性系數(shù)=27.44kN/mm2，e為鋁絲半徑即取e=r=2.068×10–3m，在檔距l(xiāng)=1000m、高差h=80m、水平張力T0=36.49kN時(shí)，試求此時(shí)剛性架空線的檔距中央弧垂和高懸掛點(diǎn)處的最大彎曲應(yīng)力。【解】三、剛性架空線在懸掛點(diǎn)傾斜固定時(shí)的附加彎矩和彎曲應(yīng)力即有邊界條件：當(dāng)x=0時(shí)，y=0，當(dāng)x=l時(shí)，y=h，架空線的抗彎剛度通過測試檔內(nèi)架空線在已知荷載作用下產(chǎn)生的弧垂（撓度），借助理論公式求得?？傻玫郊芸站€的懸掛曲線方程為檔距中央的最大弧垂第二節(jié)架空線的初伸長及其處理一、架空線的初伸長永久性的塑蠕伸長包括4部分1、絞制過程中線股間沒有充分張緊，受拉后線股互相擠壓，接觸點(diǎn)局部變形而產(chǎn)生的擠壓變形伸長2、架空線的最終應(yīng)力應(yīng)變曲線和初始應(yīng)力應(yīng)變曲線不同，形成的塑性伸長3、金屬體長時(shí)間受拉，內(nèi)部晶體間的錯(cuò)位和滑移而產(chǎn)生的蠕變伸長4、拉應(yīng)力超過彈性極限，進(jìn)入塑性范圍而產(chǎn)生的塑性伸長二、補(bǔ)償初伸長的方法1、預(yù)拉法2、增大架線應(yīng)力法（1）理論計(jì)算法初伸長定義為:架空線在年均運(yùn)行應(yīng)力(0.25σp）下，持續(xù)10年所產(chǎn)生的塑性和蠕變伸長。（2）恒定降溫法三、初伸長與應(yīng)力、時(shí)間的關(guān)系第三節(jié)架空線施工中的過牽引一、過牽引現(xiàn)象二、常用施工方法所需的過牽引長度1、用鋼繩綁扎在耐張線夾處牽引，150-200mm2、用專用卡具張緊絕緣子金具牽引，

90-120mm3、用可調(diào)金具補(bǔ)償過牽引長度,60-80mm三、過牽引的計(jì)算1、按過牽引長度計(jì)算過牽引應(yīng)力（1）過牽引時(shí)的架空線彈性伸長量（2）過牽引時(shí)懸線幾何變形產(chǎn)生的長度(3)過牽引時(shí)掛線側(cè)桿塔在掛線點(diǎn)產(chǎn)生的撓度2、按允許安裝應(yīng)力計(jì)算過牽引長度第四節(jié)線路設(shè)計(jì)中常用的幾種檔距一、水平檔距和垂直檔距1、垂直檔距垂直檔距2、水平檔距二、極大檔距和極限檔距1、極大檔距在一定的高差下，如果某檔距架空線弧垂最低點(diǎn)的應(yīng)力恰好達(dá)到，高懸掛點(diǎn)應(yīng)力也恰好為，則稱此檔距為該高差下的極大檔距令ε=[σB]/[σ0]2、允許檔距和極限檔距若放松后懸掛點(diǎn)應(yīng)力保持為，最低點(diǎn)應(yīng)力則低于，比值稱為放松系數(shù)，這種情況下的檔距稱為μ值下的允許檔距由放松架空線所能得到的允許檔距的最大值稱為極限檔距3、允許檔距、高差和放松系數(shù)間的關(guān)系第五節(jié)架空輸電線路的改建（1）移動(dòng)桿塔位置（桿高及數(shù)目不變）；（2）增加桿塔高度（桿位及數(shù)目不變）；（3）增設(shè)桿塔；（4）上述項(xiàng)目的組合。一、移動(dòng)桿塔位置及桿塔加高二、增設(shè)一基桿塔第八章連續(xù)檔架空線的應(yīng)力和弧垂連續(xù)檔是指包含有若干基直線桿塔構(gòu)成的耐張段第一節(jié)連續(xù)檔架空線應(yīng)力的近似計(jì)算——

代表檔距法一、無風(fēng)情況下的代表檔距第二節(jié)連續(xù)檔架空線應(yīng)力的精確計(jì)算一、各檔的檔距變化量與架空線應(yīng)力的關(guān)系二、懸垂絕緣子串偏移量與架空線應(yīng)力的關(guān)系三、檔距和高差變化量與懸垂絕緣子串偏移量的關(guān)系導(dǎo)線在耐張塔上懸掛方式有兩種：兩端均通過耐張串錨固在耐張塔上；一端錨固，另一端通過耐張塔上的支撐滑輪，懸吊一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的平衡錘來拉緊導(dǎo)線。第三節(jié)采用滑輪線夾時(shí)連續(xù)檔架空線的應(yīng)力和弧垂一、采用滑輪線夾時(shí)懸垂絕緣子串偏移量與應(yīng)力的關(guān)系整個(gè)耐張段內(nèi)電線的各點(diǎn)軸向應(yīng)力是連續(xù)變化的fh1h2h3f1hifi

第五節(jié)連續(xù)傾斜檔的架線觀測弧垂及線長的調(diào)整一、連續(xù)傾斜檔緊線時(shí)各檔的水平應(yīng)力h2h1h3ff二、連續(xù)傾斜檔緊線時(shí)各檔的觀測弧垂三、連續(xù)傾斜檔的懸垂線夾的安裝位置+_連續(xù)傾斜檔架空線的應(yīng)力和弧垂近似計(jì)算方法在應(yīng)力計(jì)算中略去檔距、高差的變化，并認(rèn)為檔內(nèi)線長增量與應(yīng)力增量呈線性關(guān)系。懸垂串處于“中垂”位置，第i檔架空線無張力下的長度為：各檔線長增量為耐張段內(nèi)各檔線長增量總和為零線長隨應(yīng)力的變化率為z14z12z13h2h1h3f2小f1大z23計(jì)算步驟：連續(xù)傾斜檔架空線的應(yīng)力和弧垂近似計(jì)算方法第四節(jié)連續(xù)檔架空地線的應(yīng)力選配一、架空地線的應(yīng)力選配和控制檔距l(xiāng)BlQ控制檔距二、地線支架高度的選擇1、地線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角2、地線與導(dǎo)線間垂直距離與水平距離3、雙地線在導(dǎo)線水平排列時(shí)對(duì)中導(dǎo)線的保護(hù)范圍4、檔距中央導(dǎo)線與地線的間距要求5、地線的許用應(yīng)力第九章架空線的斷線張力和不平衡張力第一節(jié)概述第二節(jié)固定橫擔(dān)固定線夾下單導(dǎo)線的斷線張力一、斷線張力的有關(guān)方程及其求解三、斷線檔的選擇原則第三節(jié)分裂導(dǎo)線的斷線張力第四節(jié)線路正常運(yùn)行中的不平衡張力(1)耐張段中各檔距長度、高差相差懸殊（2）耐張段中各檔不均勻覆冰或不同時(shí)脫冰（3）線路在檢修時(shí)（4）耐張段某檔進(jìn)行飛車、絕緣爬梯等作業(yè)，集中荷載引起不平衡張力。（5）在高差很大的山區(qū)，尤其是重冰區(qū)的連續(xù)傾斜檔，山上檔和山下檔的張力不等。第五節(jié)地線的支持力一、地線支持力對(duì)桿塔的作用第十章架空線的振動(dòng)和防振一、微風(fēng)振動(dòng)

微風(fēng)振動(dòng)：架空線在微風(fēng)作用下產(chǎn)生的高頻低幅振動(dòng)。產(chǎn)生條件：較小的穩(wěn)定風(fēng)速0.5—10m/s。第一節(jié)架空線的振動(dòng)形式及其產(chǎn)生原因司脫羅哈常數(shù)同步效應(yīng)或鎖定效應(yīng)：風(fēng)速發(fā)生變化不超過某一范圍，架空線的振動(dòng)頻率和漩渦頻率都不變化，仍保持為架空線的固有頻率fn。fs=fn二、舞動(dòng)特點(diǎn)：低頻、大幅、中風(fēng)。產(chǎn)生原因（1）垂直舞動(dòng)機(jī)理:美國Den.Harton提出（2）扭轉(zhuǎn)舞動(dòng)機(jī)理:加拿大O.Nigol提出（3）動(dòng)力穩(wěn)定性機(jī)理:（4）低阻尼系統(tǒng)共振機(jī)理:風(fēng)是舞動(dòng)的必要條件，冰是舞動(dòng)的主要因素。振蕩起來勢(shì)如野馬奔騰，稱為奔馬型振動(dòng)。頻率低（0.1～3Hz）、振幅大（一般為米數(shù)量級(jí)，可達(dá)10ｍ以上），多在導(dǎo)線覆冰、氣溫0℃、且有強(qiáng)風(fēng)（10～20m/s）時(shí)發(fā)生。防止舞動(dòng)措施：避舞、抗舞和抑舞。我國是舞動(dòng)發(fā)生最頻繁的國家之一，尤其是2000年后，幾乎每年都發(fā)生較嚴(yán)重的舞動(dòng)事故，損失較大。呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：舞動(dòng)時(shí)間加長舞動(dòng)區(qū)域擴(kuò)大舞動(dòng)強(qiáng)度增加輸電線路的舞動(dòng)及其防治

我國舞動(dòng)分布示意圖強(qiáng)舞動(dòng)區(qū)舞動(dòng)導(dǎo)致姚邵線N142耐張塔倒塔遼寧省舞動(dòng)情況2004年2月21～22日遼寧省大部分地區(qū)雨轉(zhuǎn)雪同時(shí)伴有大風(fēng)，氣溫驟降沈陽11條66kV線路多次跳閘，9座66kV變電所電源?；?，當(dāng)天16點(diǎn)40分，桃仙國際機(jī)場全場停電，機(jī)場被迫關(guān)閉30小時(shí)。2007年3月初東北地區(qū)遭受多年不遇的暴風(fēng)雪天氣大連電網(wǎng)4日發(fā)生歷史罕見的電網(wǎng)導(dǎo)線舞動(dòng)事故，僅有的2條500kV線路全部跳閘，25座220kV變電站先后多次跳閘，舞動(dòng)還造成多基桿塔倒塌，大連南部電網(wǎng)與主網(wǎng)（東北電網(wǎng)）解列，孤立運(yùn)行。

大連舞動(dòng)倒塔事故內(nèi)蒙古舞動(dòng)情況舞動(dòng)引起線路跳閘、跳線斷裂，鐵塔螺栓嚴(yán)重磨損、松動(dòng)、脫落，跨越檔導(dǎo)線斷股、防振錘脫落等，送電被迫中斷。2003年11月5～6日內(nèi)蒙500kV永豐線Ⅰ、Ⅱ回輸電線路發(fā)生強(qiáng)烈舞動(dòng)，舞動(dòng)最大振幅達(dá)8米，持續(xù)時(shí)間達(dá)20小時(shí)。華北電網(wǎng)舞動(dòng)情況2007年2月27日至3月5日正值全國兩會(huì)，華北地區(qū)出現(xiàn)罕見的大風(fēng)暴雪惡劣氣象條件。多條線路發(fā)生大風(fēng)舞動(dòng)，不能送電。京津唐電網(wǎng)8條線路跳閘24條次，岱海電廠停機(jī)，500kV線路7條（源霸Ⅰ、Ⅱ線/源安Ⅰ、Ⅱ線/海萬Ⅰ、Ⅱ線/姜順Ⅰ線）跳閘23條次，緊湊型線路5條（源霸Ⅰ、Ⅱ線/海萬Ⅰ、Ⅱ線/安屯Ⅱ線）跳閘18條次；常規(guī)線路3條（源安Ⅰ、Ⅱ線/姜順Ⅰ線）跳閘6條次。啟動(dòng)直升飛機(jī)特巡預(yù)案，確保了兩會(huì)供電。2008年初華中電網(wǎng)500kV輸電線路舞動(dòng)事故地區(qū)線路名稱舞動(dòng)時(shí)間故障情況河南省姚邵線1月11-13日螺栓松動(dòng)、金具損壞、塔身受損、倒塔5基江西省南樂Ⅰ、Ⅱ回1月13-16日斷股、金具損壞、掉串湖南省江城線1月23日閃絡(luò)、跳閘湖北省葛南線1月12-13日螺栓松動(dòng)江興Ⅰ、Ⅱ回1月12-14日閃絡(luò)、跳閘興咸Ⅰ、Ⅱ回1月12-13日閃絡(luò)、跳閘漁興Ⅰ、Ⅱ回1月11-15日跳線斷裂、螺栓松動(dòng)嚴(yán)重葛玉線1月12-14日跳線斷裂、掉串吉林省舞動(dòng)情況舞動(dòng)導(dǎo)致線路短路，無法供電，三個(gè)水廠停電，市區(qū)80%面積停水，這種“舞動(dòng)”現(xiàn)象在長春市還是首次。2010年4月13日長春發(fā)生雨雪大風(fēng)，氣溫-3℃以下，瞬間風(fēng)力7級(jí)。導(dǎo)致兩條66千伏線路11處覆冰舞動(dòng)，跳動(dòng)幅度達(dá)到兩三米，每處長達(dá)百余米。六、短路電流引起的導(dǎo)線振動(dòng)七、電暈引起的振動(dòng)五、受風(fēng)擺動(dòng)型振動(dòng)三、次檔距振動(dòng)四、脫冰跳躍型振動(dòng)第二節(jié)微風(fēng)振動(dòng)的基本理論單位長度質(zhì)量為m設(shè)檔距為l水平張力為T0

一、無剛度無阻尼的架空線振動(dòng)1、列出平衡方程式為（a）（b）代入式（b），有即（10?2）、、、將采用分離變量法求解，設(shè)（10?3）

代入（10?2）中，得（c）令

，則（d）上式左端與t無關(guān)，右端與x無關(guān)，因此必等于同一常數(shù)。令這個(gè)常數(shù)為，則（e）于是（10?4）其解為（f）（g）

U（x）是位置x的函數(shù)，稱為主函數(shù)。將上二式代入式（10?3），得

（10?5）

式中常數(shù)A、B由邊界條件確定，C、D由初始條件確定。2、導(dǎo)線兩端固定：則當(dāng)x=0時(shí)，y（0，t）=0；x=l時(shí)，y（l，t）=0。代入式（f），得B=0和sin（ωl/a）=0，由后者知

（n=1，2，3，…）

（n=1，2，3，…）

上式中的ωn為架空線的固有圓頻率，不同的n表示不同階的固有圓頻率。以固有振動(dòng)頻率fn表示其中λ為振動(dòng)波波長（10?8）

導(dǎo)線的固有頻率只與n、l、T0和m有關(guān)，是由系統(tǒng)所決定的，與初始條件無關(guān)。對(duì)應(yīng)不同的n，有不同的頻率fn，即固有頻率不是一個(gè)值，而是一組值。

將式（10?6）和B=0代入式（f），得主函數(shù)為：（n=1，2，3，…）（10?9）上式是n階固有頻率的振動(dòng)主模態(tài)，在架空線長度方向上呈正弦曲線變化。所以（10?10）

假設(shè)導(dǎo)線的初始位移為零，即當(dāng)t=0時(shí)，代入式（10?10）得

（h）必有所以

（10?11）距架空線懸掛點(diǎn)的水平距離最大振幅以圓頻率ωn振動(dòng)時(shí)的波長相應(yīng)的線上各點(diǎn)的速度為（10?12）各點(diǎn)的加速度為（10?13）

從式（10?11、12、13）看出，位移、速度、加速度都是時(shí)間的正弦函數(shù)，它們的變化周期相同，只是相位不同。速度超前位移90°，加速度超前或滯后位移180°，即與位移方向相反。從看出，當(dāng)n=1時(shí)，x

從0到再到l變化時(shí)，從0到1再到0，是一個(gè)正弦“半波”。當(dāng)n=2時(shí)，x

從0到再到變化時(shí)，從0到1再到0，是一個(gè)正弦“半波”；x

從到再到l變化時(shí)，從0到－1再到0，是又一個(gè)正弦“半波”。所以n代表檔內(nèi)的半波數(shù)。導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，檔內(nèi)可以有一個(gè)半波，直到無窮多個(gè)半波。（2）架空線上的某點(diǎn)作簡諧振動(dòng)。對(duì)某一確定位置x0，有（1）分析：上式表明，架空線上的某點(diǎn)作簡諧振動(dòng)，振幅。當(dāng)（k=0，1，2.，…）時(shí)，yx=0，這樣的位置稱為節(jié)點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，振幅達(dá)到最大，這樣的位置稱為波腹。所以振動(dòng)波沿檔距呈正弦的駐波分布，波節(jié)點(diǎn)、波腹的位置不變，其振幅為（3）沿檔距呈正弦的駐波分布。對(duì)某一確定時(shí)刻t0，有設(shè)架空線的剛度為EJ，水平張力為T0，單位長度質(zhì)量為m。由于剛度的存在，微元段dx上有彎矩，如圖所示。列平衡方程有：二、有剛度無阻尼的架空線振動(dòng)整理之，得（a）（b）由梁的彎曲理論代式（c）入式（b）（c）（d）代入式（a）（e）用分離變量法解此偏微分方程，設(shè)，代入式（e）得（f）上式左邊為x的函數(shù)，右邊為t的函數(shù)，左右兩邊必等于同一個(gè)常數(shù)。設(shè)這個(gè)常數(shù)為，可得到兩個(gè)常微分方程（g）和式（h）的解為（h）（i）

（n=1，2，3，…）（j）能滿足邊界條件，將U（x）代入式（g），有所以（10?14）假設(shè)導(dǎo)線兩端為鉸支將式（i）、（j）代入，得到主模態(tài)的位移方程（10?15）式中常數(shù)An、Bn，根據(jù)初始位移和初始速度確定。將有剛度架空線的固有頻率與無剛度的比較，其比值為：剛度架空線的固有頻率比無剛度的稍大，固有頻率的階數(shù)越高二者相差得越多。（10?16）第三節(jié)影響微風(fēng)振動(dòng)的主要因素

一、風(fēng)速和風(fēng)向的影響風(fēng)速有一下限值，一般取0.5m/s。風(fēng)速有一上限值，一般取5m/s，大跨越和高塔可取7～10m/s。當(dāng)夾角小于20°時(shí)，由于風(fēng)輸入的能量不足，基本上觀察不到架空線的振動(dòng)。

二、地形和地物的影響

三、架空線結(jié)構(gòu)和材料的影響

1．架空線截面形狀和表面狀況的影響

圓形截面易形成門旋渦，引起振動(dòng)；表面愈光滑，愈易微風(fēng)振動(dòng)。

2．架空線股絲、股數(shù)和直徑的影響：3．架空線材料的影響架空線所用材料的重量小，其振動(dòng)嚴(yán)重：加速度大，振動(dòng)頻率高。4．分裂導(dǎo)線和間隔棒的影響：

四、檔距長度和懸掛高度的影響此風(fēng)速上限值，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（m/s）五、懸掛體系的影響

六、架空線張力的影響

1．對(duì)振動(dòng)頻率的影響

2．對(duì)疲勞極限的影響

由古德曼（Goodman）圖知

—抗拉強(qiáng)度?！o態(tài)平均應(yīng)力；

—靜態(tài)應(yīng)力為零時(shí)的疲勞極限應(yīng)力；—作用下的疲勞極限應(yīng)力；第四節(jié)微風(fēng)振動(dòng)強(qiáng)度的表示方法一、采用振動(dòng)角表示

1．架空線的振動(dòng)角波峰（波腹）和節(jié)點(diǎn)的位置不變。節(jié)點(diǎn)的角度位移稱為振動(dòng)角，可用節(jié)點(diǎn)處的振動(dòng)波斜率來表示。架空線上線夾出口附近任一點(diǎn)x

處的振幅為其斜率即為振動(dòng)角的正切在線夾出口處x=0，所以當(dāng)x很小時(shí)，振幅，則

在sinωt=1時(shí)有最大值

2．振動(dòng)角的允許值振動(dòng)角的允許值可參考下表。平均運(yùn)行應(yīng)力（抗拉強(qiáng)度的﹪）振動(dòng)角允許值≤2510'＞255'在不采用防振措施時(shí)，實(shí)際工程中的振動(dòng)角一般可達(dá)25'～35'。測量振動(dòng)時(shí)，國際上規(guī)定以距線夾出口89mm（3.5英寸）處的振幅A89作為測量標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)（10?23）二、采用動(dòng)彎應(yīng)變表示A89與動(dòng)彎應(yīng)變之間可看為線性關(guān)系。測試表明，A89給定時(shí)架空線在線夾處的彎曲斜率，接近于均布荷載p作用下、末端撓度為A89、長為l=89mm的懸臂梁。末端撓度則其固定端的最大彎曲應(yīng)變?yōu)闇y試表明，在A89不大于0.38mm時(shí)，若取架空線外層線股的半徑即取C=0.5d，需在上式中乘以1.4的系數(shù)，所以測振常用的動(dòng)彎應(yīng)變計(jì)算式為架空線材料允許動(dòng)彎應(yīng)變（×10?6）硬鋁線、耐熱合金線±100高強(qiáng)度鋁合金線±120高強(qiáng)度耐熱鋁合金線±1201號(hào)鋁合金線±150鍍鋅鋼絞線±400第五節(jié)微風(fēng)振動(dòng)的防振設(shè)計(jì)架空線微風(fēng)振動(dòng)的強(qiáng)度超過允許水平（如疲勞壽命40年）時(shí)，必須采取防振措施降低動(dòng)彎應(yīng)力和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間，以保護(hù)線夾出口處的架空線。一、常用的防振措施1、防振錘2、阻尼線（1）重量輕，不易形成“死點(diǎn)”（2）取材方便，其固有頻率較多（3）高頻時(shí)，其耗能效果較防振錘好（4）阻尼線的耗能特性曲線隨頻率變化出現(xiàn)非常凹凸的現(xiàn)象，在曲線的谷底點(diǎn)上消耗能量相當(dāng)小，在小振幅時(shí)消耗能量急劇降低。3、護(hù)線條4、合理選擇架空線的平均運(yùn)行應(yīng)力二、防振錘的安裝設(shè)計(jì)1、防振錘型號(hào)的選擇2、防振錘個(gè)數(shù)的選擇3、防振錘的安裝位置的計(jì)算S4、多個(gè)防振錘的安裝位置（1）等距離安裝（2）不等距離安裝三、阻尼線的安裝設(shè)計(jì)1、阻尼線的選材2、阻尼線花邊的固有頻率3、花邊數(shù)、花邊弧垂和安裝位置花邊個(gè)數(shù)隨檔距的增加而增多最少3個(gè)，多達(dá)5-6個(gè)。一般第一個(gè)纏扎點(diǎn)布置在最短波的第一個(gè)波腹處，靠近檔距中央的最外側(cè)的纏扎點(diǎn)布置在最長波的第一個(gè)波腹處，其余纏扎點(diǎn)按向外側(cè)花邊弦長遞減布置在其它振動(dòng)頻率下的波腹附近?；ㄟ叺南议L一般不等，由線夾處向檔距中央花邊弦長遞減，最長4～6m，最短0.5～2m花邊弧垂的大小對(duì)防振效果影響不大，一般取弦長的1/6～1/10【10?1】通過某氣象區(qū)的一條線路，導(dǎo)線采用LGJ?120/25（GB1179?83），截面積A=146.73mm2，直徑d=15.74mm，單位長度質(zhì)量m=0.5266

kg/m。線路的一個(gè)耐張段如圖10?9所示，懸點(diǎn)等高H=12m。若已知架空線的應(yīng)力弧垂曲線，欲采用防振錘防振，試進(jìn)行防振設(shè)計(jì)。1．求代表檔距2．由應(yīng)力