110kv普通硂电杆及基础设计课程设计-毕设论文.doc

电气工程及其自动化（输电线路方向）

《输电杆塔设计》课程设计
设计说明书

题目：110KV普通硂电杆及基础设计

班 级：20081481
学生姓名：
学 号：2008148126
指导教师：王老师

三峡大学电气与新能源学院

2011年7月

设计参数如下：
参数序号
导线型号
水平档距（m）
垂直档距（m）
地线支持力
△Tmax
△Tmin
2008148126
LGJ-150/25
255
375
4550
4450

目 录
一、整理设计用相关数据……………………………….…………………….1
（1）气象条件表……………………………………………………….………1
（2）杆塔荷载组合情况表………………………………………………..…..1
（3）导线LGJ-150/25相关参数表……………………………………..…….1
（4）地线GJ-35相关参数表……………………………………………..……1
（5）绝缘子数据表…………………………………………………………….2
（6）线路金具的选配表……………………………………………………….2
（7）电杆结构及材料………………………………………………………….3
（8）地质条件………………………………………………………………….3
二、导地线相关参数计算………………………………………………..……4
（1）导线比载的计算……………………………………………………..…..4
（2）地线比载的计算………………………………………………..………..5
（3）导线最大弧垂的计算…………………………………………………….7
三、电杆外形尺寸的确定………………………………………………..……9
（1）电杆的总高度……………………………………………………………9
（2）横担的长度………………………………………………………………11
四、荷载计算…………………………………………………………………12
五、电杆杆柱的强度验算及配筋计算…………………………………..…..15
（1）正常情况的弯矩计算…………………………………………………..15
（2）断线情况时的弯矩计算…………………………………………..……16
（3）安装导线时的强度验算………………………………………..………17
（4）杆柱弯扭验算……………………………………………………..……18
（5）正常情况的裂缝宽度验算………………………………………..……18
（6）电杆组立时的强度验算…………………………………………..……19
六、电杆基础强度校验……………….………………………………..……..21
七、拉线及附件设计………………………………………………………….22
八、参考文献………………………………………………………………….22
九、附图

25

110KV普通自立式硂电杆设计

一、整理设计用相关数据：
（1）气象条件表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理IV区气象条件：
序号
代表情况
温度(℃)
风速(m/s)
冰厚(mm)
1
最低气温
-20
0
0
2
最大风
-5
25
0
3
年均平均
10
0
0
4
覆冰有风
-5
10
5
5
最高气温
40
0
0
6
安装
-10
10
0
7
外过有风
15
10
0
8
内过有风
10
15
0

（2）杆塔荷载组合情况表
见后面第四步“荷载计算”最后面。
（3）导线LGJ-150/25相关参数表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理导线LGJ-150/25的相关参数：
名 称
符 号
数 值
单 位
弹性系数
E
76000
MPa
温膨系数
Α
18.9
1/℃
单位长度重量
W
601.0
Kg/km
导线直径
D
17.1
mm
截面积
A
173.11

计算拉断力

54110
N
安全系数
K
2.5

年均应力上限
[]

MPa
重力加速度
G
9.80665

（4）地线GJ-35相关参数表
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）整理地线GJ-35的相关参数：
名 称
符 号
数 值
单 位
弹性系数
E
181400
MPa
温膨系数
α
11.5
1/℃
单位长度重量
W
295.1
kg/km
导线直径
d
7.8
mm
截面积
A
37.17

计算拉断力

43424
N
安全系数
k
2.7

年均应力上限
[]

MPa
重力加速度
g
9.80665

（5）绝缘子数据表
根据任务书整理相关数据：
绝缘子型号
串数
片数
标称电压（kV）
单片长度（mm）
XP-45
1
7
110
146

（6）线路金具的选配表
根据电力金具手册（第二版）查得导线相关数据：
如图所示;

件号
名称
质量(kg)
数量
型号
1
U型螺丝
0.72
1
U-1880
2
球头挂环
0.30
1
Q-7
3
绝缘子
5.0
7
LXP-4.5
4
碗头挂板
0.82
1
W-7A
5
悬垂线夹
3.0
1
CGU-4
6
预绞丝
0.57
1
FYH-150/25
绝缘子串长度L（mm）
1267
绝缘子串重量（kg）
37.41
适用导线
LGJ-150/25
电压等级（kV）
110

地线相关数据：
如图所示：

件号
名称
质量(kg)
数量
型号
1
挂板
0.56
1
Z-7
2
球头挂环
0.27
1
QP-7
3
绝缘子
3.3
1
XDP1-7
4
悬垂线夹
5.7
1
CGU-2
绝缘子串长度L（mm）
362
绝缘子串重量（kg）
9.83
适用避雷线
1×7-7.8-1470-A
电压等级（kV）
110

（7）电杆结构及材料
电杆结构为上字型，材料为钢筋混凝土。
（8）地质条件
见任务书。

二、导地线相关参数计算
（1）导线比载的计算
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）计算比载：
1.导线的自重比载：

2.冰重比载：

3.垂直总比载：

4.无冰风压比载：
假设风向垂直于线路方向，可以得出下式：
1）外过电压，安装有风：v=10m/s,=1.0,=1.1

2）内过电压：v=15m/s,=0.75,=1.1

3）最大风速：v=25m/s,设计强度时，=0.85,=1.1

4）最大风速：v=25m/s,计算风偏时，=0.61,=1.1

5.覆冰风压比载计算：
v=10m/s,计算强度和风偏时，=1.0,=1.2

6.无冰综合比载
1）外过电压，安装有风：
2）内过电压：
3）最大风速,设计强度时：
4）最大风速,计算风偏时：
7.覆冰综合比载：

将计算的结果汇成下表（单位：）
自重

覆冰无风

无冰综合

无冰综合

无冰综合

强度
无冰综合

风偏
覆冰综合
强度和风偏
34.05
51.75
34.72
37.32
49.61
42.76
53.06

=1
=1.1
=0.75=1.1
=0.85=1.2
=0.61
=1.1
=0.75=1.2

（2）地线比载的计算
1.地线的自重比载：

2.冰重比载：

3.垂直总比载：

4.无冰风压比载：
假设风向垂直于线路方向，可以得出下式：
1）外过电压，安装有风：v=10m/s,=1.0,=1.2

2）内过电压：v=15m/s,=0.75,=1.2

3）最大风速：v=25m/s,设计强度时，=0.85,=1.2

4）最大风速：v=25m/s,计算风偏时，=0.61,=1.2

5.覆冰风压比载计算：
v=10m/s,计算强度和风偏时，=1.0,=1.2

6.无冰综合比载
1）外过电压，安装有风：
2）内过电压：
3）最大风速,设计强度时：
4）最大风速,计算风偏时：
7.覆冰综合比载：

将计算的结果汇成下表（单位：）
自重

覆冰无风

无冰综合

无冰综合

无冰综合

强度
无冰综合

风偏
覆冰综合
强度和风偏
77.86
125.60
79.43
85.53
114.25
98.30
130.63

=1
=1.1
=0.75=1.1
=0.85=1.2
=0.61
=1.1
=0.75=1.2

（3）导线最大弧垂的计算
1.计算比值，将计算的结果列入下表：
气象条件
最大风速
最厚覆冰
最低气温
年均气温
许用用力 (MPa)
118.78
118.78
118.78
74.24
比载 ()
49.61
53.06
34.05
34.05
温度t（°C）
-5
－5
－20
10
(1/m)
0.4177
0.4467
0.2867
0.4586
由小至大编号
b
c
a
d
2.计算临界档距：
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）列表求解临界档距：
气象条件
最低气温
最大风速
最厚覆冰
年均气温
临界档距
Lab=271.57m
Lac=240.74m
Lad=虚数
Lbc=虚数
Lbd=虚数

Lcd=虚数

由此得出无论档距多大，年均气温为控制气象条件。
3.计算最大弧垂：
1）判断最大弧垂发生的气象条件：
以年均气温问第一气象条件，覆冰无风为第二气象条件，根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解状态方程。
第一状态：，，；
第二状态：，。
其他条件：无高差，档距l=255m。根据以上条件和公式求解得；
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解临界温度：
解得
所以最大弧垂发生在最高气温下。
2）计算最大弧垂：
根据《架空输电线路设计》（孟遂民）求解最高气温下的导线应力；
第一状态：，，；
第二状态：，。
其他条件：无高差，档距l=255m。根据以上条件和公式求解得；代入《架空输电线路设计》（孟遂民）P67 公式4-39中得出最大弧垂；

三、电杆外形尺寸的确定
（1）电杆的总高度
1．杆塔呼称高度的确定：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）有。
为绝缘子串长度，前面以列表为1267mm。
为导线的最大弧垂，前面已计算为4.75m。
为导线到地面及被跨越物的安全距离，查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取6m。
为施工裕度，取0.7m。
则杆塔呼称高度为：

再根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取呼称高度为13m
2．导线间垂直距离的确定：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）可以求出导线间垂直距离。
导线水平排列线间距离：

导线垂直排列线间距离：

再查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和），取3.5m
3．地线支架高度的确定：
要确定地线支架高度，必须先确定横担的长度。
1）空气间隙校验：
查阅《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得

①基本风压：

②绝缘子串所受风压：
绝缘子串风荷载计算式：

③导线风荷载计算：

④导线自重比载计算：

⑤绝缘子串风偏角，即计算：

根据值，制作好间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。
2）带电作业校验：
带电作业气象条件刚好和外过电压气象条件相同，绝缘字串风偏角，人体活动范围0.5m,带电作业安全距离。校验结果：地电位作业风偏人员对导线作业时，作业人员只能在杆塔顺线方向前后作业，不得在杆塔横线路方向作业。否则带电作业安全距离不够。
3）地线支架高度的确定：
由下一步“横担的长度”求得横担长为2m，根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）求得地线与导线间的垂直投影距离：。
所以地线支架高度为：
综上取2.8m。
4）验算地线保护角：
根据《高电压技术》（赵智大）得：

所以地线高度是安全的。
综上得电杆总高度为3+13+3.5+2.8=22.3m，主杆分段处取距离地面7米处。

（2）横担的长度
上字型杆塔的上横担长度确定根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）
1）正常运行电压情况下：

2）操作过电压：

3）雷电过电压：

4）空气间隙校验：

综上，上横担长度取2m，下横担长度取2.4m。安全起见，横担采用转动横担。

四、荷载计算
1．运行情况I：最大设计风速、无冰、未断线。
1）地线重力为：

2）地线风压为：

3）导线重力为：

4）绝缘子串风荷载：

5）导线风压：

2.运行情况II：覆冰、有相应风速、未断线。
1）地线重力：

2）地线风压：

3）导线重力：

4）绝缘子串的风荷载：

5）导线风压：

3.断导线情况I、II：断一根导线、无冰、无风：
1）地线重力：
2）导线重力：未断导线相：
断导线相：

3）导线断线张力：
地线支持力：
4.断地线情况：无冰、无风、导线未断：
1）导线重力：
2）地线重力：
3）地线断线张力：
5.安装情况I：起吊上导线、有相应风速、无冰：
1）地线重力：
2）地线风压：
3）导线重力：
4）导线风压：
挂上导线时，存在拉力。根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）
；所以它们引起的垂直荷载和横向荷载 为：，
则
6.安装情况II：起吊下导线：
地线、导线的重力和风压同安装情况I。
正在起吊下导线时下横担处的总重力为：

根据以上结果列杆塔荷载组合情况表（标准值）：
荷载组合情况

荷载类型
运行情况I
运行情况II
断导线情况I、II
断地线情况
安装情况I
安装情况II
地线重力
1167.2N
1167+664N
1167.2N

1167.2N
1167.2N
地线风压
792N
340N

149N
149N
导线重力
2547.8N
2547.8+11161N
2547.8N
2547.8N
2547.8N
2547.8N
导线风压
1687N
612N

300N
300N
绝缘子串风荷载
94N
15N

导线断线重力

1457.3N

导线断线张力

7575N

地线断线重力

680N

地线断线张力

3217N

安装上导线总横向荷载

1613N

安装上导线总垂直荷载

8542N

安装下导线总垂直荷载

5302.58N

杆头荷载图如下：

五、电杆杆柱的配筋计算及强度验算
（1）正常情况的弯矩计算
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）计算正常情况下的弯矩：其中，可根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）求得。因为不是重冰区，所以运行情况II不是控制条件，只计算运行情况I的弯矩。计算弯矩应该用到荷载的设计值，所以
1）电杆最顶端弯矩：

2）上横担处弯矩：

3）下横担处弯矩：

4）主杆分段处弯矩：

5）地面处弯矩：

6）嵌固点弯矩：

（2）断线情况时的弯矩计算
断上导线产生比断下导线更大的弯矩（断上导线起控制作用），故只计算断上导线时的弯矩。
1）断上导线情况：
断导线张力：
地线最大支持力：
地线最小支持力：
地线的不平衡张力：
横担转动后断线张力：
上横担弯矩：
嵌固点的弯矩根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）

2）由地线不平衡张力在嵌固点引起的弯矩：

（3）安装导线时的强度验算
1）安装上导线时各处的弯矩：
安装情况I的杆身风压：

2）安装下导线时各处的弯矩：
安装情况II的杆身风压：

（4）杆柱弯扭验算
转动横担起动力为2500N，长度为2.4m，故上导线断线，横担转动时主杆同时承受弯矩、剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N，扭矩T=25002.4=6000N。电杆外径D=400mm，内径d=300mm，C40混凝土，，根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得：

由上式得全部拉应力可有混凝土承担，螺旋钢筋可仅按构造要求配置。

（6）正常情况的裂缝宽度验算
1）已知参数：
初步配置光面I级纵向钢筋。采用I级螺旋钢筋，螺距S=100mm。

光面钢筋v=1。根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）得出：

2）计算开裂弯矩：

3）计算裂缝宽度：

所以满足要求。

（7）电杆组立时的强度验算
以上横担B处为起吊点起吊电杆。已知上横担处的集中荷载为上横担和绝缘子串的重量，估计为900N，作用在下横担C处的集中荷载为2000N；整根电杆自重为30600N。将锥形电杆的自重按等径电杆均布荷载计算，即每米电杆自重为：

1）求支点反力：
，列式计算：
5
解得：；所以得
2）主杆起吊是各截面的剪力：
①O点截面处的剪力：

在OC段内剪力为零的截面E点距O点的距离为：

②C点剪力为：

③B截面点剪力为：
2
3）电杆起吊时O、E、C、B各截面的弯矩计算为：

4）求零弯矩点的位置：
①OC段：设零弯矩点位置距D点的距离为，则

解得：，后者不符合题意。
②CB段：设零弯矩点位置距D点的距离为，则

解得：，前者不符合题意。
以上横担B点位起吊点的剪力弯矩图：

六、电杆基础强度校验
单杆直线电杆一般用倾覆类基础。
1）抗倾覆稳定验算：
根据《输电杆塔及基础设计》（陈祥和）进行计算。
先确定，所有荷载弯矩设计值的总和应等于，因此：

基础计算宽度的计算：

所以计算宽度为：
，查相应表得
则
而
所以不需要加卡盘。

七、拉线及附件设计
无拉线与附件。

八、参考文献
[1].架空输电线路设计
[2].输电杆塔及基础设计
[3].电力金具手册（第二版）
[4].高电压技术

九、附图
附图1结构总布置图

附图2间隙圆校验图

附图3正常运行最大风情况下的抵抗弯矩图