架空输电线路设计课程设计刘志宏.doc

《架空输电线路设计》课程设计

题目：

110KV架空输电线路设计

姓 名
：
刘志宏
专 业
：
农业电气化及自动化
班 级
：

农业电气化及自动化2012级本科班
学 号
：
2012556114
所在学院
：
电气工程学院
指导教师
：
朱瑞金
完成日期
：
2015.7.8

前 言
架空输电线路设计主要内容包括架空输电线路基本知识、设计用气象条件、架空线机械物理特性和比载、均布荷载下架空线计算、气象条件变化时架空线计算、均布荷载下架空线计算进一步研究、非均布荷载下架空线计算、连续档架空线应力和弧垂、架空线断线张力和不平衡张力、架空线振动和防振、路径选择和杆塔定位、计算机在线路设计中应用。在本学期中，重点学习了架空线在各种气象条件下及状态下比载、应力及弧垂计算，要求了解架空线振动危害及防震措施。要求力求通过学习架空输电线路设计，基本掌握架空输电线路基本理论知识，培养技能素养。
而此次架空输电线路课程设计，是在学习完成架空输电线路专业课程后，进一步培养我们综合运用所学理论知识及技能，解决实际问题重要能力。此次课程设计时110KV架空输电线路设计，包含了气象条件选取、比载、临界档距、应力及弧垂计算，把整本书重点及难点全部包含。通过此次课程设计，使我们将次数重难点知识进行了系统整理，并学会将理论联系实际，系统综合运用所学知识，培养我们分析实际问题能力和独立工作能力。
此次课程设计时间短、任务重，因此在进行应力及弧垂计算时，采取是选取特殊气象进行计算，并绘制其曲线，在大家一致努力下克服了计算难关，因采用是笔算及试值法，其计算结果可能稍有偏差。
总体说来，此次课程设计为我们对于架空输电线路实际设计有了进一步深入了解，为以后从事电力行业培养了一个良好设计、思考习惯。

目 录
1、整理该气象区计算所用气象条件.................................................1
2、计算许用应力及年均应力.................................................................1
3、计算各种气象条件下比载.............................................................2
3.1自重比载.............................................................................................3
3.2冰重比载.............................................................................................3
3.3垂直总比载.........................................................................................3
3.4风压比载.............................................................................................3
3.5无冰综合比载.....................................................................................4
3.6覆冰综合比载.....................................................................................4
4、计算临界档距、判断控制气象条件.................................................5
4.1可能控制条件有关参数..................................................................5
4.2按等高悬点考虑，计算各临界档距..................................................5
5、最大弧垂判定..................................................................................6
6、计算各气象条件应力和弧垂，并绘制其曲线..............................7
6.1档距控制范围下已知条件及参数...................................................7
6.2气象条件为待求条件及已知参数.......................................................8
6.3利用状态方程式求解应力...................................................................8
6.4求解最高气温、覆冰无风及外过无风时弧垂................................10
7、计算并绘制安装曲线........................................................................11
7.1计算-10℃~40℃安装曲线.................................................................11
7.2绘制安装曲线....................................................................................14
8、结束语................................................................................................14
附录：主接线图......................................................................................15
图1：导线应力曲线...............................................................................15
图2：导线弧垂曲线...............................................................................15
图3：导线安装曲线...............................................................................15

1、整理该气象区计算所用气象条件
表1：计算用气象条件
气象
项目
最高气温
最低气温
最大风
最厚覆冰
内过电压
外过无风
外过有风
安装有风
事故气象
年均气温
大气温度（℃）
40
-10
+10
-5
+15
+15
+15
-5
-10
+15
风速
0
0
30
10
15
0
10
10
0
0
覆冰
厚度
（mm）
0
0
0
10
0
0
0
0
0
0
查表2-9及各种气象条件得：
最高气温为40℃，无冰无风；
最低气温：最低气温为-10℃，无冰无风；
最大风速：最大设计风速为30m/s，无冰，月平均气温10℃；
最厚覆冰：气温-5℃，风速10m/s，覆冰厚度10mm；
内过电压：年均气温15℃，无冰，0.5位最大风速15m/s；
外过无风：温度15℃，无风无冰；
外过有风：温度15，风速V区取10m/s，无冰；
安装有风：风速10m/s，无冰，最低气温月平均气温-5℃；
事故气象：V气象区覆冰厚度为10mm<20mm，则为一般地区，因此气像条件为无风无冰，最低平均气温-10℃；
年均气温:15℃。将所有已知气象参数整理于表1中。
2、计算许用应力及年均应力
LGJ-150/25型导线有关参数，记录于表2中：
表2:LGJ-150/25导线参数记录表
截面积
A
导线直径
d
弹性系数E

温膨系数a

计算拉断力（N)
单位长度质量（kg/km）
抗拉强度
安全系数
K
许用应力
[]

年均应力上限
[]

173.11
17.10
76000
18.9
55808.39
601.0
306.2675
2.5
122.507
76.5669
查附表A-1可得截面积、导线直径、单位长度质量，由于LGJ-150/25铝钢线根数比为26/7，则查表3-1可得综合弹性系数、温膨系数及安全系数：
绞线拉断力计算式为：。
由于铝直径为d=2.70mm，2.50<d<3.00，查表3—3得，；
由于钢丝直径为d=2.10mm，1.24<d<2.25，又在110kv线路下，位于Ⅴ区，为保证线路正常运行，选择高强度镀锌钢丝，则；
铝绞线股数为26股，则铝线强度损失系数为a=0.95；
则绞线拉断力为：
架空线抗拉强度为：
架空线许用应力为：
年均应力为：
3、 计算各种气象条件下比载
各种气象条件下计算比载值记于表3中：
表3：各气象条件下比载计算值
项目
自重
r1(0,0)
冰重
r2(10,0)
垂直总比载r3(10,0)
无冰风压r4(0,30)
计算强度
无冰风压r4(0,30)
计算风偏
覆冰无风
r3(10,0)
覆冰风压r5(10,10)
计算强度
数据
34.04
43.41
77.46
45.84
37.28
77.46
16.07
备注
——
——
——

——

项目
覆冰风压r5(10,10)
计算风偏
无冰综合r6(0,30)
计算强度
无冰综合r6(0,30)
计算风偏
覆冰综合r7(10,10)
计算强度
覆冰综合r7(10,10)计算风偏
无冰综合r6(0,10)
无冰综合r6(0,15)
数据
16.07
57.10
50.49
79.11
79.11
34.72
35.93
备注

其详细计算步骤如下：
3.1自重比载
自重比载是架空线自身质量引起比载，其大小认为不受气象条件变化影响。其值为：

3.2冰重比载
冰重比载是架空线覆冰重量引起比载，及覆冰厚度相关。其值为：

3.3垂直总比载
垂直总比载为自重比载及冰重比载之和，即为：

3.4风压比载
包括无冰风压比载和覆冰风压比载，方向作用在水平面内。假设风向垂直于线路风向，即，，因d=17.10mm>17mm，取；110kv线路，。
无冰时风压比载计算式为：
（1） 外过电压、安装有风：v=10m/s，
所以：
（2） 内过电压：
所以：
（3） 最大风速：v=30m/s
计算强度时：
所以：
计算风偏时（校验电气间隙）：

（4） 覆冰风压比载：v=10m/s，由于计算强度及风偏时，取值相同，均为
所以：
3.5无冰综合比载
无冰综合比载是无冰有风时综合比载，等于架空线自重比载和无冰风雅比在矢量和，即：
（1） 外过电压、安装有风：

（2） 内过电压：

（3） 最大风速：
计算强度时：

计算风偏时：

3.6覆冰综合比载
覆冰综合比载是架空线垂直总比载和覆冰风压比载矢量和。由于在此计算时，计算风偏及强度时，选取参数一样，则计算结果也是一样。即覆冰综合比载为：

4、计算临界档距、判断控制气象条件
4.1可能控制条件有关参数
将可能应力控制条件记于表4中：
表4：可能应力控制气象条件
气象条件
最大风速
最厚覆冰
最低气温
年均气温
ɤ（ΜΡa/ｍ）
57.10×10ˉ³
78.85×10ˉ³
34.05×10ˉ³
34.05×10ˉ³
[σ0](ΜΡa)
122.507
122.507
122.507
76.5669
ɤ/[σ0](1/m）

气温t（℃）
+10
－5
－10
+15
ɤ/[σ0]从小至大
编号
c
d
a
b

4.2按等高悬点考虑，计算各临界档距
由于a、c、d两两控制条件下许用应力相等即，则可以采用公式：
由于b及a、c、d控制条件下许用应力不等，则只能采用公式：

利用上式计算得各临界档距为：
=虚数

将各临界档距填入有效临界档距判别表如表5所示：
表5：有效临界档距判别表
可能控制条件
a最低气温
b年均气温
c最大风速
d最厚覆冰
临界档距（ｍ）

———
判断有效临界档距，确定控制气象条件:
因为在某条件栏中，存在临界档距为虚数或者0情况，则该栏条件不起控制作用，应当舍去。
容易看出为有效临界档距，则可能控制条件a、c不起控制作用。因此，当实际临界档距时年均气温为控制条件，当实际档距时最厚覆冰为控制条件。
5、最大弧垂判定
最大弧垂判定方法有：临界温度法及临界比载法，此次是利用临界温度判定法来判断最大弧垂控制气象条件,即：在某一温度下，架空线在自载比载作用下产生弧垂及覆冰无风时弧垂相等，则此温度为临界温度。
在等高悬挂点下，覆冰无风时气温为℃，比载，自重比载为：，温膨系数：，弹性系数：E=76000MPa。
计算临界温度值：
将临界温度值及最高气温温度值相比较，>
因此最大弧垂发生在覆冰无风气象条件下。
6、计算各气象条件应力和弧垂，并绘制其弧垂曲线
6.1档距控制范围下已知条件及参数
以各档距范围控制条件为已知条件，有关数据如下表6所示。
表6：已知条件及参数
已知条件
年均气温
最厚覆冰
参数控制区间
0——278.39
278.39——∞
(℃)
+15
-5
(mm)
0
10
(m/s)
0
10

34.05
78.85
(MPa)
76.5669
122.507
6.2气象条件为待求条件及已知参数
以各气象条件为待求条件，已知参数如表7所示。
表7：待求条件及已知参数
待求条件

参数
最高气温
最低气温
年均气温
事故
外过有风
外过无风
内过电压
（℃）
+40
-10
+15
-10
+15
+15
+15
（mm）
0
0
0
0
0
0
0
（m/s）
0
0
0
0
10
0
15
γ（×/m）
34.05
34.05
34.05
34.05
34.72
34.05
35.93

待求条件
参数
安装
覆冰无风
覆冰有风(强度）
覆冰有风
（风偏）
最大风
（强度）
最大风（风偏）
（℃）
-5
-5
-5
-5
+10
+10
（mm）
0
10
10
10
0
0
(m/s）
10
0
10
10
30
30
γ（×/m）
34.72
77.46
78.85
78.85
57.10
50.49
6.3利用状态方程式求解应力
利用状态方程式为：求解各条件下待求应力，已知：E=76000N/，。计算在最高气温、最低气温、年均气温、外过无风、覆冰无风时应力。
(1)最高气温时
已知：

代入状态方程式得：49.41
同理可得：
当l=200m时，58.52
l=278.39时，63.24
l=400m时，67.84
l=500m时，70.12
l=600m时，71.96
l=700m时，72.97
(2)最低气温时
已知：

代入状态方程式得：109.31
同理可得，
当l=200m时，101.92
l=278.39时，94.30
l=400m时，88.01
l=500m时，84.48
l=600m时，82.31
l=700m时，80.82
(3)外过有风时
已知：

代入状态方程式得：76.54
同理可得，
当l=200m时，76.12
l=278.39时，76.60
l=400m时，76.55
l=500m时，76.56
l=600m时，76.55
l=700m时，76.56
(4)外过无风时
已知：

代入状态方程式得：77.05
同理可得，
当l=200m时，76.58
l=278.39时，76.56
l=400m时，76.57
l=500m时，76.57
l=600m时，76.57
l=700m时，76.57
（5）覆冰无风时
已知：

代入状态方程式得：91.31
同理可得，
当l=200m时，83.53
l=278.39时，79.56
l=400m时，78.61
l=500m时，77.80
l=600m时，77.03
l=700m时，76.59
6.4求解最高气温、覆冰无风及外过无风时弧垂
弧垂计算公式为：
（1）在最高气温时
当l=100m时，49.41 则f=0.86
当l=200m时，58.52 则f=2.91
当l=278.39m时，63.24 则f=5.22
当l=400m时，67.84 则f=10.04
当l=500m时，70.12 则f=15.17
当l=600m时，71.96 则f=21.29
当l=700m时，72.97 则f=28.58
（2） 外过无风时
当l=100m时，77.05 则f=0.55
当l=200m时，76.58 则f=2.22
当l=278.39m时，76.56 则f=4.31
当l=400m时，76.57 则f=8.89
当l=500m时，76.57 则f=13.90
当l=600m时，76.57 则f=20.01
当l=700m时，76.51 则f=27.24
（3） 在覆冰无风时
当l=100m时，91.31 则f=1.06
当l=200m时，83.53 则f=4.64
当l=278.39m时，79.56 则f=9.43
当l=400m时，78.61 则f=19.71
当l=500m时，77.80 则f=31.11
当l=600m时，77.03 则f=45.25
当l=700m时，76.59 则f=61.66
则将上述计算结果统计入表8应力弧垂计算表
表8：LGJ-150/25型导线应力弧垂计算

最高气温
最低气温
外过有风
外过无风
覆冰无风
ơ
（）

（m）
（）

（）

（）

（m）

（）

（m）
100
49.41
0.86
109.31
76.54
77.05
0.55
91.31
1.06
200
58.52
2.91
101.92
76.62
76.58
2.22
83.53
4.64
278.39
63.24
5.22
94.30
76.60
76.56
4.31
79.56
9.43
400
67.84
10.04
88.01
76.55
76.57
8.89
78.61
19.71
500
70.12
15.17
84.48
76.56
76.57
13.90
77.80
31.11
600
71.96
21.29
82.31
76.55
76.57
20.01
77.03
45.25
700
72.97
28.58
80.82
76.56
76.57
27.24
76.59
61.66
由上表可知最大弧垂出现在厚冰无风。符合提前最大弧垂判断，因而计算正确。根据表8绘制应力弧垂曲线分别见图1、图2。
7、计算并绘制安装曲线
绘制安装曲线时，以档距为横坐标，弧垂为纵坐标，一般从最高施工气温每隔10℃绘制一条弧垂曲线。应用状态方程式求解各施工气象（无风、无冰，不同气温）下安装应力，进而求出相应弧垂，如果如下表4—1所示。
7.1计算-10~40℃安装曲线
利用公式有；
已知：

（1）计算时应力及百米档距
当时，已在最低气温时计算出应力值，因此可直接计算百米档距。
当l=100m时，109.31 则0.389
当l=200m时，101.92 则0.418
当l=278.39m时，94.3 则0.451
当l=400m时，88.01 则0.484
当l=500m时，84.48 则0.504
当l=600m时，82.31 则0.517
当l=700m时，80.82 则0.527
（2）计算时应力及百米档距
当l=100m时，85.41 则0.481
当l=200m时，82.57 则0.503
当l=278.39m时，76.97 则0.516
当l=400m时，73.21 则0.523
当l=500m时，71.04 则0.531
当l=600m时，70.33 则0.538
当l=700m时，69.77 则0.542
（3）计算时应力及百米档距
当l=100m时，72.79 则0.539
当l=200m时，70.76 则0.542
当l=278.39m时，69.94 则0.547
当l=400m时，68.79 则0.553
当l=500m时，68.14 则0.558
当l=600m时，67.75 则0.561
当l=700m时，67.13 则0.562
（4）计算时应力及百米档距
当l=100m时，60.01 则0.684
当l=200m时，61.07 则0.652
当l=278.39m时，62.18 则0.628
当l=400m时，63.13 则0.603
当l=500m时，64.47 则0.587
当l=600m时，64.91 则0.572
当l=700m时，63.25 则0.567
（5）计算时应力及百米档距
当l=100m时，47.16 则0.779
当l=200m时，51.42 则0.713
当l=278.39m时，53.27 则0.673
当l=400m时，55.36 则0.624
当l=500m时，56.78 则0.598
当l=600m时，57.35 则0.583
当l=700m时，58.03 则0.576
（6）计算时应力及百米档距
当l=100m时，49.41 则0.861
当l=200m时，58.52 则0.727
当l=278.39m时，63.24 则0.673
当l=400m时，67.84 则0.627
当l=500m时，70.12 则0.607
当l=600m时，71.96 则0.591
当l=700m时，72.97 则0.583
将以上数据计入以下表格9：
表9：各种施工气温下应力和百米档距弧垂
档距(m)
100
200
278.39
400
温度
(℃)

40
49.41
0.861
58.52
0.727
63.24
0.673
67.84
0.627
30
47.16
0.779
51.42
0.713
53.27
0.673
55.36
0.624
20
60.01
0.684
61.07
0.652
62.18
0.628
63.13
0.603
10
72.79
0.539
70.76
0.542
69.94
0.547
68.79
0.553
0
85.41
0.481
82.57
0.503
76.97
0.516
73.21
0.523
-10
109.31
0.389
101.92
0.418
94.30
0.451
88.01
0.484

档距(m)
500
600
700
温度
(℃)

40
70.12
0.607
71.96
0.591
72.97
0.583
30
56.78
0.598
57.35
0.583
58.03
0.576
20
64.47
0.587
64.91
0.572
63.25
0.567
10
68.14
0.558
67.75
0.561
67.13
0.562
0
71.04
0.531
70.33
0.538
69.77
0.542
-10
84.48
0.504
82.31
0.517
80.82
0.527
7.2绘制安装曲线
根据表格9，绘制安装曲线，如附录图3所示。
8、结束语
此次架空输电线路路课程设计，历时大约二个周，全部完成所有设计要求。通过此次课设，加强了我对架空输电线路知识有了系统巩固及提高，感谢老师及同学帮助，使我解决了许多没有一次解决问题，让我专业知识技能进一步得到了明显提高。

附录：

图1：导线应力曲线

图2：导线弧垂曲线

图3：导线安装曲线
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