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1、专业课程设计（线路）设计报告500kV架空输电线路设计班级： 机械0807班 姓名：日期： 2011-9-3 华北电力大学机械工程系目录专业课程设计（线路）设计报告11.概述11.1课程设计的目的11.2课程设计任务12设计题目及要求22.1设计题目22.2设计参数2气象条件2导地线参数2污秽等级3设计档距3铁塔塔形3铁塔基础设计条件33.设计方法和步骤43.1线路设计部分4绝缘配合设计4导线和地线的比载计算4绘制导向的应力弧垂曲线6地线的应力选配11导地线对杆塔的作用力12架空线的最大弧垂133.2铁塔设计部分14铁塔呼称高度确定14杆塔荷载组合的原则和工况14铁塔的内力计算的假定及计算方法
2、22构件设计22螺栓连接设计243.3铁塔基础设计部分25阶梯式基础柱身截面的配筋设计25阶梯式基础上拔稳定性计算26阶梯式下压基础的稳定性验算274.收获和新得29专业课程设计（线路）设计报告1.概述1.1课程设计的目的1） 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的能力。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1） 架空线路设计部分：绝缘配合
3、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；2） 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；3） 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。282设计题目及要求2.1设计题目500kV架空输电线路设计2.2设计参数气象条件B表2-1 气象条件B 气象条件气温（）风速（m/s）冰厚（mm)最高气温4000最低温度-4000覆冰-51010最大风速-5320安装情况-15100雷电过电压15100操作过电压-5160导地线型号B：LGJ-630/45地线型号：
4、JLB40-150表2-2 导地线参数型号LGJ-630/45LJB40/150结构(股数/直径mm)铝股45/4.2钢（铝包钢）19/3.15钢芯7/2.8铝 截面积()铝股632.45钢（铝包钢）/铝56.27/91.8钢芯43.1总截面积666.55148.07外径（mm）33.615.75单重(kg/km)2060696.7计算拉断力(kN)148.790.62弹性模量(Mpa)65000109000线膨胀系数()20.513直流电阻0.046330.295最大使用应力(Mpa)85183.60年平均运行应力(N/)53年平均运行应力占抗拉强度25%25%安全系数3级污秽区水平档距B：
5、500m5A-ZM2塔形设计条件、单线图、司令图见附录。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，计算摩擦角，承载力特征值。2） 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。3.设计方法和步骤3.1线路设计部分根据经验选择悬式绝缘子型号：XWP-160，污秽等级，爬电距离h=400mm，查指导书表3-1，a=1.822.0，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：取n=25。根据上式可以得到绝缘子的总长：3.1.2 导线和地线的比载计算
6、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）。地线型号：LJB40-150，总截面积A=148.07mm2,外径d=15.75mm,单重q=696.7kg/km，计算拉断力90.62KN，弹性模量E=109000Mpa，线膨胀系数13（10-6/），最大使用应力183N/ mm2， 年平均应力 (25)。b)计算导线和地
7、线的并给出下列条件下的比载值：公式如下:表3-1 导线比载项目比载(Mp/m)备注自重比载(0,0)30.30785冰重比载(10,0)18.137垂直总比载(10,0)48.445无冰风压比载计算最大风速(0,32)31.939=1.2, =0.75, =1.1校验最大风速(0,32)25.977=1.2, =0.61, =1.1计算安装、外过电压情况(0,10)3.4656=1.0, =1, =1.1内过电压(0,16)6.654=1.0, =0.75, =1.1覆冰风压比载(10,10)6.031=1.0, =1,0, =1.2无冰综合比载计算最大风速(0,32)44.03校验最大风速(
8、0,32)39.917安装、外过电压(0,10)30.5053内过电压(0,10)31.03覆冰综合比载 电气(10,10)48.819表3-2 地线比载：项目比载(Mp/m)备注自重比载(0,0)46.1423冰重比载(10,0)48.2202垂直总比载(10,0)94.3625无冰风压比载计算最大风速(0,32)73.522=1.2, =0.75, =1.2校验最大风速(0,32)57.7979=1.2, =0.61, =1.2计算安装、外过电压情况(0,10)7.9523=1.0, =1.0, =1.2内过电压(0,16)12.4579=1.0, =0.61, =1.2覆冰风压比载(10
9、,10)18.108=1.0, =1,0, =1.2无冰综合比载计算最大风速(0,32)86.802校验最大风速(0,32)73.957安装、外过电压(0,10)46.823内过电压(0,10)47.794覆冰综合比载 电气(10,10)96.084a)导线有关参数：LGJ-630/45截面积A(mm)导线直径d（mm）弹性系数E（MPa）温膨系数（1/C）计算拉断力Tj(N)单位长度质量q(kg/km)强度极限p(MPa)安全系数K许用应力o(MPa)年均应力上限p(MPa)666.5533.66300020.910-61487002060211.932.584.77452.98其中：可能控
10、制成为气象条件的是：最低气温、最大风速、覆冰有风、年均气温。整理改非典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数，列于表3-3。b)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()-40-5-5-5比载（Mpa/m）30.30844.0348.81930.308许用应力(Mpa)84.77484.77484.77452.98/(1/m) 0.3575 0.5190.57590.57206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
11、控制条件，给出各个气象控制条件的控制范围；公式：表3-4 有效临界档距判别表可能控制条件abc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0l1664.448m时控制条件为d气象（覆冰有风）d)以控制条件为已知条件，列已知参数表，以各气象条件为待求条件，列出待求条件的已知条件: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052.2352.231023.21023.2温度（）-101515覆冰厚度（mm）000风速(m/s)01835比载(Mpa/m)30.3130.3149.1水平应力(Mpa)8553.1385 表3-6 待求条件的已知参数参数t（）b(m
12、m)v(m/s)比载（Mpa/m）最高气温400030.30785最低气温-400030.30785年均气温-50030.30785事故-150030.30785外过有风1501030.5053外过无风150030.30785内过电压-501631.03安装-1501030.503覆冰无风-510048.445覆冰有风 -5101048.819最大风（计算）-503244.03最大风（校验）-503239.917 e)利用状态方程，求得各待求条件下的应力和弧垂，并绘制曲线；应力弧垂曲线：表3-7 应力弧垂计算气象条件 档距lr(m)最高气温最低气温年均气温事故外过有风外过无风fv(m)fv(m
13、)5013.170 0.7192 84.774 40.976 52.825 22.773 22.773 0.4187 10022.757 1.6649 84.774 46.287 55.948 32.256 32.256 1.1824 15030.513 2.7938 84.774 51.475 59.490 39.695 39.695 2.1617 165.21732.685 3.1867 84.774 52.984 60.581 41.743 41.743 2.5116 20035.692 4.2460 79.799 52.984 59.228 43.696 43.696 3.4911 2
14、5039.140 6.0500 73.228 52.984 57.671 45.860 45.860 5.1975 30041.746 8.1681 68.117 52.984 56.555 47.429 47.429 7.2368 35043.743 10.6103 64.443 52.984 55.762 48.587 48.587 9.6155 40045.291 13.3847 61.857 52.984 55.192 49.454 49.454 12.3387 45046.506 16.4973 60.018 52.984 54.773 50.116 50.116 15.4098 5
15、0047.471 19.9528 58.682 52.984 54.460 50.630 50.630 18.8315 55048.247 23.7546 57.687 52.984 54.220 51.035 51.035 22.6055 60048.878 27.9051 56.929 52.984 54.034 51.358 51.358 26.7331 65049.396 32.4063 56.340 52.984 53.885 51.619 51.619 31.2152 70049.826 37.2597 55.873 52.984 53.766 51.834 51.834 36.0
16、526 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fv(m)5045.089 41.096 45.178 0.3377 44.039 52.852 52.852 52.2355.393 46.582 55.574 1.0981 53.215 56.030 56.030 10064.612 51.916 64.865 2.1168 61.540 59.626 59.626 15067.256 53.466 67.531 2.4842 63.933 60.733 60.733 20069.771 53.560 70.090 3.4827 65.897 59
17、.419 59.419 25072.723 53.664 73.096 5.2179 68.181 57.906 57.906 30074.983 53.739 75.401 7.2841 69.908 56.820 56.820 35076.721 53.793 77.175 9.6865 71.219 56.048 56.048 40078.070 53.832 78.552 12.4299 72.224 55.492 55.492 45079.127 53.861 79.633 15.5181 73.004 55.084 55.084 50079.965 53.883 80.491 18
18、.9540 73.617 54.778 54.778 55080.637 53.901 81.179 22.7400 74.105 54.544 54.544 60081.183 53.914 81.737 26.8776 74.497 54.361 54.361 65081.629 53.925 82.195 31.3681 74.818 54.216 54.216 70081.999 53.934 82.574 36.2126 75.082 54.100 54.100 f）应力弧垂计算曲线图3-1 导线应力曲线图3-2 导线最大弧垂曲线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
19、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。式中，分别为导线的比载和水平应力； 分别为地线的比载和地线的水平的应力；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，绝缘子长度为3.875m。垂直：H=1200+800+3875=5875mm=5.875m；水平：S=5850mm=5.85m地线的架线应力：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
20、过无风、外过有风、安装有风、年均气温。表3-8 地线应力一览表气象条件温度t（）风速b(mm)冰厚v(m/s)比载（Mpa)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40.0000.0000.0000.046183.60059.5959.076是最低气温-40.0000.0000.0000.046183.60064.0625.259是最大风速-5.00032.0000.0000.087183.600110.5464.787是最厚覆冰-5.00010.00010.0000.096183.600121.4449.019是内过电压-5.00016.0000.0000.048183.600
21、64.4639.766是外过无风15.0000.0000.0000.046183.60059.5329.427是外过有风15.00010.0000.0000.047183.60061.6769.192是安装有风-15.00010.0000.0000.047183.60063.2519.329是年均气温-5.0000.0000.0000.046183.60062.3209.756是a)根据设计档距，由导线的应力弧垂曲线，查得该条件下的水平应力（），再根据下式就可以计算悬挂点的垂向应力：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）最高气温47.471331643.031E-02
22、7.609175006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-0211.0485626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54.46013
23、7743.031E-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）最高气温59.5950.04614211.608最低气温64.0620.09608424.588最大风速110.5460.09436323.770最厚覆冰121.4440.04614211.553内过电压64.4630.04614211.597外过无风59.5320.0
24、8680222.184外过有风61.6760.04779412.024安装有风63.2510.04682311.773年均气温62.320.04682311.775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。3.2铁塔设计部分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。， 取H=36m,铁塔全高47.8m.1.各种工况下塔头的荷载受力分析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载组合工况，按线路设计部分给出的方法计算各工况导线荷载，绘制塔头导线荷载的分工况荷载图，塔身风荷载和自重荷载表。绝缘子重力（包括金具）:a)运行情况一：最大风
25、、无冰、未断线。V=32m/s t=-5 b=0mm1)2) 3)绝缘子串的风载荷：绝缘子串数每串的片数双裙一片绝缘子挡风面积绝缘子串高度约为36m，取风压高度变化系数则:4)图3-4 运行情况1：最大风、无冰、未断线b)运行情况二：覆冰、有相应风速、未断线。V=10m/s b=10mm t=-51)设计冰厚为10mm，覆冰系数取1.075，则地线重力为:2)地线风压为3)导线重力为:4)绝缘子风载荷:5)导线风压为:图3-5 运行情况2：覆冰、有相应风速、未断线c)断导线情况：断一相导线的荷载组合为无冰、无风(1) 地线重力:未断导线相：断导线相(2) 断线张力。LGJ-630/45型导线的
26、计算拉断力为TP=148700N,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%：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(1)导线重力:(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%: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V=10m/s b=0mm t=-15（1）地线重力：（2）地线风压比载：（3）导线重力为：（4）导线风压：（5）正在起吊下导线时
27、下横担处的总重力为：图3-9 安装下导线：有相应风、无冰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。表3-11 塔身、塔头荷载计算的相关参数zs（迎风）s(背风)zAfhb1b
28、2HAAf/Ab/h塔身0.8001.31.1201.4670.192511.5488.3785066058.359.988250.19250.8710.8610.8771.31.1301.4670.19256.3335.36605581013.632.899750.19251.1710.8690.9661.31.1331.4670.19254.7414.55810513518.124.626250.19251.2160.8711.0201.31.1491.4670.19253.1053.35135464021.416.128750.19251.4810.8841.0621.31.1481.4
29、670.19252.55034640419024.413.2450.19251.4720.8831.1041.31.1391.4670.19252.29034190374027.411.8950.19251.3220.8761.1421.31.1351.4670.19251.9032.83740332030.29.8840.19251.2610.8731.1731.31.1261.4670.19251.6762.833202900338.7080.19251.1110.866塔头01.2061.31.1201.4670.19255.28432900154003627.450.19250.667
30、0.8611.2311.31.1201.4670.19256.5752.3154001430038.334.1550.19250.7080.8611.2731.31.1201.4670.192510.7294.2143001224042.555.7340.19250.4500.8611.3021.31.1201.4670.19257.2613.3122401062045.837.7190.19250.4130.8611.3201.31.1201.4670.19254.2972106201170047.822.320.19250.5500.861塔头01.2061.31.1201.4670.19
31、251.15532900154003660.19250.6670.8611.2311.31.1201.4670.19250.7212.3154001430038.33.743250.19250.7080.8611.2731.31.1201.4670.19251.5294.2143001224042.57.943250.19250.4500.8611.3021.31.1201.4670.19250.8663.3122401062045.84.5003750.19250.4130.8611.3201.31.1201.4670.19250.4242106201170047.82.20.19250.5
32、500.861表3-12 塔身荷载塔身荷载运行情况1：最大风(90、0)运行情况1：最大风(45)X、Y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W0.640.06250.06250000.0625v321000010Ps背风9.7114.8560.9480000.9485.8922.9460.5750000.5754.8692.4340.4750000.4753.4141.7070.3330000.3332.9171.4590.2850000.2852.7021.3510.2640000.2642.3161.1580.2260000.226
33、2.0791.040.2030000.857Ps迎风（90、0）11.27601.1010000.9486.7795.6380.6620000.5755.5883.390.5460000.4753.8642.7940.3770000.3333.3041.9320.3230000.2853.0841.6520.3010000.2642.6531.5420.2590000.2262.41.3260.2340000.203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（45）X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
34、线：无冰无风断地线，无冰无风安装情况2，有相应风W0.640.320.320.640.06250000.0625Ps迎风1.73.8890.857.7780.1660000.1661.0834.9410.5419.8810.1060000.1062.3758.3321.18716.6630.2320000.2321.3775.770.68811.540.1340000.1340.6823.4620.3416.9230.0670000.067Ps背风1.4643.3490.7326.6990.1430001.430.9334.2550.4668.510.0910000.9112.0457.176
35、1.02314.3510.20001.9971.1864.970.5939.9390.1160001.1580.5882.9810.2945.9630.0570000.574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，即构件都轴向受力；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
36、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-fem v2.0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。按照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473612000482-500000491606000500-496000斜材56946600570484005714840057246500573-54680574-56300575-563005761370001主材的校核由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下所给塔腿是否安全。由表3-14，知道塔腿内力中，最大