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1、35kV三梅输电线路工程设计学 生：指导教师：陈祥和 教学单位：三峡大学机械与材料学院摘要：本设计讲述了架空输电线路设计的全部内容，主要设计步骤是按?架空输电线路设计?书中的设计步骤，和现实中的设计步骤是不一样的。本设计包括导线、地线的比载、临界档距、最大弧垂的判断，力学特性的计算，定位排杆，各种校验，代表档距的计算，杆塔荷载的计算，接地装置的设计，金具的选取。在本次设计中，重点是线路设计，杆塔定位和根底设计，对杆塔的组立施工进行了简要的设计，还简单地设计根底并介绍根底施工。关键词： 导线 避雷线 比载 应力 弧垂 杆塔定位1 前 言电力作为一个国家的经济命脉不管是对于国家的各种经济建设还是对
2、于普通老百姓的生活都起着至关重要的作用，而输电线路那么是电力不可缺少的一个组成局部。目前我国大局部地区都面临着缺电这一问题，国家正在加紧电网建设，许多地方新建和改建了一批输电线路，输电线路的规划设计也就相当重要了，输电线路工程设计是电力建设的重要组成局部，同时也对输电线路正常运行起着决定性作用。本文针对一条具体的输电线路35kV三梅输电线路进行了设计，其中包括比载、临界档距、应力弧垂、安装弧垂的计算，排定杆塔位置，进行各种杆塔定位校验，进行防振设计，选择接地装置，完成绝缘子串的组装图、杆塔地基根底设计、杆塔组立施工设计等，涵盖了输电线路的设计、施工等方面的内容。输电线路杆塔的地下局部的总体统称
3、为根底。它的作用是用来承载输电线路的杆塔。随着我国国民经济的飞速开展，国家每年用于电力根底设施，特别是用于高压输电线路的投资日益增加。输电线路中自立式铁塔根底的设计关系到自立式铁塔在受到各种设计条件允许外力作用下输电线路的平安运行。自立式铁塔的稳定取决于所选根底的抗拔稳定和根底地基的承载能力。输电线路杆塔根底型式的设计是输电线路初步设计的重要环节同时也是影响输电线路工程整体造价的重要环节。铁塔根底的设计应结合输电线路沿线的地质、施工条件和杆塔型式的特点综合考虑。有条件时应采用原状土根底，一般情况下铁塔宜采用现浇钢筋混凝土或混凝土根底；运输或浇制混凝土有困难的地方，可采用预制装配式根底或金属根底
4、；必要时可采用桩根底。输电线路自立式铁塔抗拔根底和抗压根底的设计必须保证铁塔根底的抗拔稳定和根底地基承载能力的可靠。输电线路铁塔根底的设计应注意以下几点：1架空地线和架空导线的应力选择应符合铁塔受力条件。2铁塔根底的地质参数要尽可能准确，必要时采用钻探确定。3使用新的电力行业标准提供的根底计算公式对实际工程中选择的铁塔根底进行受力计算和分析。1.2 课题研究目的输电线路工程设计是电力建设的重要组成局部，同时也对输电线路正常运行起着决定性作用。本课题与输电线路工程专业联系比拟紧密，通过这个输电线路工程的设计能够稳固和加深对本专业知识的理解，使我们的实际工程设计能力得到锻炼，培养及提高独立思考、分
5、析和解决实际问题的能力。为今后更好的从事线路相关工作提供了理论依据和专业根底，到达了培养工程实际运用能力的目的。1.3 本课题的工作任务本课题是在给定35kV三山变梅山变线路工程设计的根本条件和地形图、平断面图的情况下，完成导、地线应力及弧垂计算，线路分段、杆塔定位和杆塔型式确实定，杆塔塔头荷载计算，防振，接地设计计算，铁塔的地基根底施工方案设计，针对该杆塔的特点进行杆塔施工方案设计等内容。2 工程概况为了进一步改善梅山岛的投资环境，提高该地区的供电可靠性，特新建1条从三山变梅山变的35kV线路，配合现役的江穿梅3117线，对梅山岛实行环网供电。本工程从35kV三山变35kV间隔出线。受地形条
6、件影响，须对原三山3115进行改道。在现3115线西侧平行3115线30m左右距离新建电1电10至正大鸡厂附近与3115线39#塔连接，而利用原3115线的40#49#塔作为三山变梅山变35kV环网线中的出线段1#10#塔。线路全长12.154km，全线架设地线，除13#25#塔之间5.007km架设双根地线，其余7.147km架设单地线。线路所经地段大局部为山地，局部茶树、花木等经济作物。输电线路采用LGJX-150/20稀土铝钢芯铝绞线，地线采用GJX-35稀土铝钢绞线。本段线路位于沿海地区，经济兴旺，工业区较多，污染比拟严重，线路经过地区污秽等级为级。根据宁波地区污秽分布，本工程所处区域
7、的泄漏比距要求不小于2.8cm/kv。设计气象条件为典型气象区，最大设计风速为35m/s，覆冰厚度为0mm，最高气温为40，最低气温为-5。塔型选用情况：本段线路属山区，考虑到防雷要求，电压等级，经济性，用三角形排列，因此选用35kV三角形转角杆塔和上字型直线杆塔。根底型式根据地质和地形情况，直线塔和耐张塔大局部采用现浇式钢筋混凝土根底，少数直线塔采用岩石根底及掏挖根底。金具、绝缘子型号选择及绝缘配合，导线换位，房屋拆迁，对弱电流线路的影响，均按35KV电压等级考虑，今后升压改造时，可根据当时情况进行处理；导线对地距离，交叉跨越以及防雷接地，均按相关规程确定。3 导线应力弧垂计算及曲线绘制 应
8、力弧垂曲线的计算工程见下表31。表31 应力弧垂曲线的计算工程计算工程最大风速最厚覆冰安装有风最低气温最高气温外过有风外过无风内过电压年均气温应力曲线导线地线弧垂曲线导线地线注 带者为需要绘制的曲线，无者为不需要绘制的曲线1确定工程所采用的气象条件；2依据选用的架空线规格，查取有关参数和机械物理性能；3计算各种气象条件下的比载；4选定架空线各种气象条件下的许用应力包括年均运行应力的许用值；5计算临界档距值，并判定有效临界档距和控制气象条件；6判定最大弧垂出现的气象条件；7以控制条件为状态，利用状态方程式计算不同档距、各种气象条件下架空线的应力和弧垂值；8按一定比例绘制出应力弧垂曲线。见表32表
9、3-2 计算气象条件表 气象工程最高气温最低气温最厚覆冰最大风安装有风外过有风外过无风内过电压年均温气温40-10-5+10015+151515风速m/s00103010150150冰厚mm0500 0000见表33表3-3 LGJX150/20导线参数表截面积(mm2)导线直径(mm)弹 性系 数(Mpa)温度膨胀系数1/抗拉强度(Mpa)平安系数计算拉断力N许用应力Mpa年均运行应力Mpa单位长度质量Kg/km7300010-646630上表中的抗拉强度用以下公式计算 抗拉强度，即架空线的瞬时破坏应力，Mpa计算拉断力，N截面积，平安系数：根据设计规程导线的平安系数K许用应力由以下公式计算
10、 年均运行应力：在采取防震措施的情况下，不应超过的25%。因此平均应力由以下公式计算 各气象条件下导线比载的计算值可由架空输电线路设计中的公式求得：以下公式的符号如下： 比载，Mpa/mb覆冰厚度,mm； v风速,m/s； q架空线单位长度质量，kg/km；g重力加速度，g=9.80665m/s ；风速v时的理论风压，Pa；sc风载体型系数，线径d17mm时sc=1.2,线径d17mm时c=1.1；d架空线外径；风速不均匀系数，35KV的数值见表3-4表3-4 35kv线路用风速不均匀系数设计风速m/s10及其以下1535及其以上计算杆塔荷载校验杆塔电气间隙1自重比载 2冰重比载 3垂直总比载
11、4无冰风压比载1、安装有风2、内过电压、外过有风 计算强度时：计算风偏时：3、最大风计算强度时： 计算风偏时： 5覆冰风压比载6无冰综合比载1、安装有风 2、内过电压、外过有风计算强度时： 计算风偏时：3、最大风速计算强度时： 计算风偏时：7覆冰综合比载 由以上计算可列表格3-5表35 各类比载计算结果汇总表比载类别计算结果备 注自重比载Mpa/m冰重比载Mpa/m垂直总比载Mpa/m无冰风压比载Mpa/m安装有风内过电压、外过有风计算强度内过电压、外过有风计算风偏最大风计算强度最大风计算风偏覆冰风压比载Mpa/m无冰有风时的综合比载Mpa/m安装有风内过电压、外过有风计算强度内过电压、外过有
12、风计算风偏最大风计算强度最大风计算风偏覆冰综合比载Mpa/m3.2.4计算临界档距，判断控制条件1可能控制条件的有关参数见表3-6现实中，某些气象区最大风速和最厚覆冰时的气温并不相同，不能只从比载的大小来确定二者哪个可能是控制条件。此外，架空线还具有足够的耐震能力，这决定于年平均运行应力的大小，该应力是根据年平均气温计算的，因此年平均气温时架空线的应力不能大于平均运行应力规定的上限值。因此最低气温、最大风速、最厚覆冰和年平均气温四种气象条件都有可能成为控制条件，设计必须考虑。表3-6 可能的控制气象条件气象条件工程最低气温最大风速最厚覆冰年均气温温度t-10+10-5+15比载(Mpa/m)1
13、03103103103许用应力Mpa比值/1/m0248/由小至大编号bdac2计算各临界档距临界档距由以下公式可求当12= 时，当1=2= 时，临界档距；架空线许用应力；j状态的温度；j状态的比载；E导线弹性系数；导线线性温度膨胀系数。3判断有效临界档距，确定控制条件 将各临界档距值填入有效临界档距判别表3-7：表37有效临界档距判别表可能的控制条件a最厚覆冰b最低气温c年均气温d最大风速临界档距m-根据列表法可知有效临界档距为=109.83m ， 由此可知当： 时最厚覆冰为控制条件 时年均气温为控制条件 时最大风速为控制条件采用临界温度判定法：以覆冰无风为第一状态，临界温度为第二状态，列出
14、状态方程式解上式得到临界温度的计算式为：对于的求解：以架空线年均气温时的状态为条件，求，其中-10，比载为档距取那么状态方程式为带入数据求得：那么可见-540，故最大弧垂发生在最高气温气象条件架空输电线路的应力弧垂曲线，表示了各种气象条件下应力弧垂与档距之间的函数关系。现将条件及参数列于表3-8，将待求条件及参数列于表3-9。导线LGJX-150/20参数， E=73000Mpa, 1/表3-8 条件及参数条件最厚覆冰年均气温最大风速控制区间 参数0mmtm()-52010bm(mm)000vm(m/s)10035rm(103Mpa/m)m(Mpa)表3-9 待求条件及参数 气象工程最高气温最
15、低气温最厚覆冰最大风安装有风外过有风外过无风内过电压年均温气温40-10-5+10015+152015风速m/s00103010150150冰厚mm00 500 0000(103Mpa/m) 令应力公式可化简为：用牛顿法解应力方程求出。令其导数为那么牛顿迭代式为给出迭代初值，算出、，利用上式迭代求出，反复进行下去，直至为止。 计算过程： 第一步：以控制气象条件为第一状态，以待求条件的状态为第二状态。由状态方程式及上面的公式求出A、B值。 第二步：由迭代方程，以给出的初值迭代出所求的应力。 第三步：由上方法求出相应档距下的相应的应力迭代求出应力进而求出应力。由得出相应的弧垂。用C语言编程序如下：
16、# include # include main()int t1,t2; float L,E,b2,b1,b=100; float f;double a,r1,r2; double A,B,y,y1;a=1.89e-5; E=76000; scanf(“控制条件：t1=%d,r1=%lf,b1=%fn,&t1,&r1,&b1); scanf(“待求条件：t2=%d,r2=%lf,L=%fn,&t2,&r2,&L); A=-(b1-(E*r1*r1*L*L)/(24*b1*b1)-a*E*(t2-t1); B=E*r2*r2*L*L/24; do b2=b; y=b2*b2*b2+A*b2*b2
17、-B; y1=3*b2*b2+2*A*b2; b=b2-y/y1; while(fabs(b-b2)1e-5); f=r2*L*L/(8*b);printf(b=%.2f,f=%.2fn,b,f);导线应力和弧垂计算表见附表3-1导线LGJX-150/25应力弧垂曲线数据表3.3 导线应力弧垂曲线的绘制以档距为横坐标，应力和弧垂作为纵坐标，以附表3-1的数据为依据，绘制应力弧垂曲线见附图3-1所示。3.4 导线安装曲线的绘制为了确保架空线在运行中任何气象条件下的应力都不超过许用应力，又保证对地面、水面和被跨越物的平安距离，架线时应当根据不同的气象控制不同的弧垂。这就需要先将各种施工气温无冰无风
18、下的弧垂绘制成相应的曲线，以备施工时查用。安装曲线以档距为横坐标,弧垂为纵坐标。一般从最高施工气温至最低施工气温每隔510绘制一条弧垂曲线，为了使用方便，提高绘图精度，对不同的档距，可用其应力均绘制成百米档距弧垂。即观测档距的弧垂可由下式进行换算应力弧垂的计算公式为： 令为考虑导线初伸长后所降温度。这里取应力公式可化简为：用牛顿法解应力方程求出。令其导数为那么牛顿迭代式为给出迭代初值，算出、，利用上式迭代求出，反复进行下去，直至为止。 计算过程： 第一步：以控制气象条件为第一状态，以待求条件的状态为第二状态。由状态方程式及上面的公式求出A、B值。 第二步：由迭代方程，以给出的初值迭代出所求的应
19、力。 第三步：由上方法求出相应档距下的相应的应力迭代求出应力进而求出应力。由得出相应的弧垂。用C语言编程序如下：# include # include main()int i; int t1,t=15; int t210=40,35,30,25,20,15,10,5,0,-5; float E,L,b1,b2,b=100;float f10; float D10; double a,r1,r2=3.424e-2; double A,B,y,y1; a=1.89e-5; E=76000; scanf(“t1=%d,r1=%lf,b1=%f,L=%f,&t1,&r1,&b1,&L); for(i=
20、0;i1e-5); Di=b; fi=r2*100*100/(8*Di); for(i=0;i10;i+)printf(D%d=%.2f,f%d=%.2fn,i,Di,i,fi);导线在各个档距和相应控制条件下的安装应力和弧垂数据见附表3-2导线LGJX-150/25安装应力弧垂曲线数据表，按照表中数据绘制出安装曲线见附图3-2所示，安装曲线以档距为横坐标，弧垂作为纵坐标，从最高施工气温到最低施工气温每隔5绘制一条弧垂曲线。4 地线应力弧垂计算及曲线绘制地线应力弧垂曲线的绘制步骤 1确定工程所采用的气象条件；2依据选用的架空线规格，查取有关参数和机械物理性能；3计算各种气象条件下的比载；4选定
21、架空线各种气象条件下的许用应力包括年均运行应力的许用值；5计算临界档距值，并判定有效临界档距和控制气象条件；6判定最大弧垂出现的气象条件；7以控制条件为状态，利用状态方程式计算不同档距、各种气象条件下架空线的应力和弧垂值；8按一定比例绘制出应力弧垂曲线。地线应力弧垂曲线计算见表41表4-1 计算气象条件表 气象工程最高气温最低气温最厚覆冰最大风安装有风外过有风外过无风内过电压年均温气温40-5-5+10015+152020风速m/s00103510150150冰厚mm000000000见表42 表4-2 GJX35避雷线参数表避雷线直径(mm)弹 性系 数(Mpa)温度膨胀系数1/抗拉强度(M
22、pa)平安系数截面面积Amm2计算拉断力N许用应力Mpa年均运行应力单位长度质量Kg/km18140010-61200464003003001自重比载2冰重比载3垂直总比载4无冰风压比载1安装有风 2内过电压、外过有风计算强度时： 计算风偏时：3最大风速计算强度时：计算风偏时：5覆冰风压比载6无冰综合比载1安装有风2内过电压、外过有风计算强度时： 计算风偏时：3最大风速计算强度时： 计算风偏时： 7覆冰综合比载 比载汇总如下表4-3表4-3 各类比载计算结果汇总表比载类别计算结果备 注自重比载Mpa/m冰重比载Mpa/m垂直总比载Mpa/m无冰风压比载Mpa/m安装有风内过电压、外过有风计算强
23、度内过电压、外过有风计算风偏最大风计算强度最大风计算风偏覆冰风压比载Mpa/m无冰有风时的综合比载Mpa/m安装有风内过电压、外过有风计算强度内过电压、外过有风计算风偏最大风计算强度最大风计算风偏覆冰综合比载Mpa/m4.2.4计算临界档距，判断控制条件1可能控制条件的有关参数见表4-4表4-4 可能的控制气象条件气象条件工程最低气温最大风速最厚覆冰年均气温温度t-510-520比载r(Mpa/m)103103103103许用应力Mpa300300300300比值/(1/m)103103103103/由小至大编号adcb临界档距由以下公式可求当12= 时，当1=2= 时，临界档距；架空线许用应
24、力；j状态的温度；j状态的比载；E导线弹性系数；导线线性温度膨胀系数。3判断有效临界档距，确定控制条件 将各临界档距值填入有效临界档距判别表4-5：表45 有效临界档距判别表可能的控制条件a最低气温b年均气温c最厚覆冰d最大风速临界档距m- 由表可判定出有效临界档距为m。 由此可知当： 时最厚覆冰为控制条件 时最大风速为控制条件采用临界温度判定法：以覆冰无风为第一状态，临界温度为第二状态，列出状态方程式解上式得到临界温度的计算式为：对于的求解：以架空线最大风速时的状态为条件，求，其中-5，比载为档距取那么状态方程式为带入数据求得：那么可见-540，故最大弧垂发生在最高气温气象条件架空输电线路的
25、应力弧垂曲线，表示了各种气象条件下应力弧垂与档距之间的函数关系。现将条件及参数列于表4-6，将待求条件及参数列于表4-7。避雷线GJX-35数据， E=181400MPa/m，1/表4-6 条件及参数条件最厚覆冰最大风速控制区间 参数0mmtm()-510bm(mm)00vm(m/s)1035rm(103Mpa/m)m(Mpa)300300表4-7 待求条件及参数 待求条件参数最高气温最低气温年均气温外过有风外过无风内过电压安装有风最大风速最厚覆冰t()+40-5+20+15+15+200+10-5b(mm)000000000v(m/s)00015015103510 (103Mpa/m)应力弧
26、垂的计算公式为： 令应力公式可化简为：用牛顿法解应力方程求出。令其导数为那么牛顿迭代式为给出迭代初值，算出、，利用上式迭代求出，反复进行下去，直至为止。 计算过程： 第一步：以控制气象条件为第一状态，以待求条件的状态为第二状态。由状态方程式及上面的公式求出A、B值。 第二步：由迭代方程，以给出的初值迭代出所求的应力。 第三步：由上方法求出相应档距下的相应的应力迭代求出应力进而求出应力。由得出相应的弧垂。用C语言编程序如下：# include # include main()int t1,t2; float L,E,b2,b1,b=100; float f;double a,r1,r2; dou
27、ble A,B,y,y1;a=1.15e-5; E=181400; scanf(“控制条件：t1=%d,r1=%lf,b1=%fn,&t1,&r1,&b1); scanf(“待求条件：t2=%d,r2=%lf,L=%fn,&t2,&r2,&L); A=-(b1-(E*r1*r1*L*L)/(24*b1*b1)-a*E*(t2-t1); B=E*r2*r2*L*L/24; do b2=b; y=b2*b2*b2+A*b2*b2-B; y1=3*b2*b2+2*A*b2; b=b2-y/y1; while(fabs(b-b2)1e-5); f=r2*L*L/(8*b);printf(b=%.2f,
28、f=%.2fn,b,f);避雷线应力和弧垂计算结果见附表4-1避雷线GJX-35应力弧垂曲线数据表4.3 地线应力弧垂曲线的绘制以档距为横坐标，应力和弧垂作为纵坐标，以附表4-1的数据为依据，绘制应力弧垂曲线见附图4-1所示。4.4 地线安装曲线的绘制为了确保架空线在运行中任何气象条件下的应力都不超过许用应力，又保证对地面、水面和被跨越物的平安距离，架线时应当根据不同的气象控制不同的弧垂。这就需要先将各种施工气温无冰无风下的弧垂绘制成相应的曲线，以备施工时查用。安装曲线以档距为横坐标,弧垂为纵坐标。一般从最高施工气温至最低施工气温每隔510绘制一条弧垂曲线，为了使用方便，提高绘图精度，对不同的
29、档距，可用其应力均绘制成百米档距弧垂。即观测档距的弧垂可由下式进行换算应力弧垂的计算公式为： 令为考虑避雷线初伸长后所降温度。这里取应力公式可化简为：用牛顿法解应力方程求出。令其导数为那么牛顿迭代式为给出迭代初值，算出、，利用上式迭代求出，反复进行下去，直至为止。 计算过程： 第一步：以控制气象条件为第一状态，以待求条件的状态为第二状态。由状态方程式及上面的公式求出A、B值。 第二步：由迭代方程，以给出的初值迭代出所求的应力。 第三步：由上方法求出相应档距下的相应的应力迭代求出应力进而求出应力。由得出相应的弧垂。用C语言编程序如下：# include # include main()int i
30、; int t1,t=10; int t210=40,35,30,25,20,15,10,5,0,-5; float E,L,b1,b2,b=100;float f10; float D10; double a,r1,r2=e-2; double A,B,y,y1; a=1.15e-5; E=181400; scanf(“t1=%d,r1=%lf,b1=%f,L=%f,&t1,&r1,&b1,&L); for(i=0;i1e-5); Di=b; fi=r2*100*100/(8*Di); for(i=0;i10;i+)printf(D%d=%.2f,f%d=%.2fn,i,Di,i,fi);避
31、雷线在各个档距和相应控制条件下的安装应力和弧垂数据见附表4-2避雷线GJX-35安装应力弧垂曲线数据表，按照表中数据绘制出安装曲线见附图4-2所示，安装曲线以档距为横坐标，弧垂作为纵坐标，从最高施工气温到最低施工气温每隔5绘制一条弧垂曲线。5 杆塔的定位 定位即在已经选好的线路路径上，测绘出平断面图并配置杆塔的位置。杆塔定位时要尽量少占耕地良田，避开水文、地质条件不良的地段，需考虑施工的方便性。档距配置时要最大限度地利用杆塔强度，相邻档档距大小不宜相差太大，以免增加不平衡张力，另外应尽量防止出现孤立档。杆塔选用尽可能地选用最经济的杆塔型式和高度，尽量防止特殊设计杆塔。5.1 绝缘子及金具选择1
32、绝缘子片数确实定本段线路所经过地区污秽等级为级。查规程知级污秽区的爬电比距为,而本线路选用的XP-70型绝缘子的爬电距离为h=29.5cm。 式中 n每联绝缘子的片数；Ue线路额定电压，kV；a爬电比距，cm/kV。h单个绝缘子的爬电距离，cm。所以悬垂串每串4片，耐张串每串5片。2绝缘子串联数确实定导线悬挂在直线杆塔上，其悬垂绝缘子串联数由以下两个条件决定： 按导线最大综合荷载进行验算： 式中 n悬垂串绝缘子串的联数； K绝缘子串平安系数； R悬式绝缘子机电破坏荷载，N；G作用于绝缘子串上的综合荷载，N；导线覆冰时的综合荷载，N； Gv绝缘子串重量，N；水平档距，m；垂直档距，m； 取K=2
33、.7 , R=70000N,那么有 按导线断线条件进行验算：式中 断线张力，N。由可知悬垂串采用单联方式即可。耐张绝缘子串的联数： 式中 导线的最大使用张力，N。即只需要采用单联形式就可满足要求。由于本段线路的直线杆塔其相邻杆塔悬挂点有一定的高差，此时直线杆塔上的导线悬垂角已经超过线夹的允许范围，而绝缘子串经计算其垂直荷重又不超过绝缘子的允许载荷，那么可采用单串双线夹悬垂绝缘子串的形式，无需使用双串悬垂绝缘子串。悬垂绝缘子串组装零件和耐张绝缘子串组装零件分别见表5-1和表5-2。地线悬垂金具串组装零件和地线楔型耐张金具串组装零件分别见表5-3和表5-4。组装图分别见图5-1到图5-4。使用螺栓型耐张线夹时跳线连接示意图见图5-5。