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架空输电线路课程设计

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目录
一、设计条件 3
二、设计要求 3
三、整理已知条件 4
四、比载计算 5
五、计算临界档距，判定控制条件 6
六、判定最大弧垂 8
七、计算各气象条件下应力和弧垂 9
八、安装曲线计算 11
九、画应力弧垂曲线和安装曲线 14
十、感想 14

330Kv架空输电线路设计
一、设计条件
1.经典气象区V区
2.导线型号LGJ-400/50
3.电压等级330Kv
二、设计要求
列出各气象条件，计算出比载，判定临界档距，最大弧垂气象，画出应力弧垂曲线及安装曲线。
三、整理已知条件
1. 气象条件及其作用
气象

项目
最高气温
最低气温
最大风速（强度）
最大风速（间距）
覆冰有风（强度）
覆冰有风（间距）
内过电压
外过无风
外过有风
安装气象
事故气象
年均气温
覆冰无风
气温
40
-10
10
10
-5
-5
15
15
15
-5
-10
15
-5
风速
换算前
0
0
30
30
10
10
15
0
10
10
0
0
0
换算后
0
0
32.01
32.01
10.67
10.67
16.01
0
10.67
10.67
0
0
0
冰厚
0
0
0
0
10
10
0
0
0
0
0
0
10
作用
校验电气间距
计算导线强度
计算强度
校验电气间距
校验杆塔强度
校验电气间距
校验绝缘子风偏后间距
校验地线对档距中央导线保护
校验绝缘子风偏后间距
检验安装时条件
检验杆塔强度
防微风震动
校验电气间距
表一
2.风速换算
因为此处风速是高度为10米处基准风速，而110~330Kv输电线路应取离地面15米处风速，所以应该进行风速高度换算。采取公式

式中 —线路设计高度h处风速，m/s；
—标准高度10m处风速，m/s；
—风速高度改变系数；z为粗糙度指数；为修正系数
在此设计中采取《架空输电线路设计》孟遂民版中表2—6要求，取粗糙度等级为B；
则对应z=0.16；=1.0
则 最大风速时风速换算值为v=1.067×30=32.01m/s
覆冰有风，外过有风，安装气象时风速换算值为v=1.067×10=10.67m/s
内过电压时风速换算值为v=1.067×15=16.01m/s
3.导线参数
此处采取LGJ-400/50导线，其对应参数以下表二所表示
截面积A( )
导线直径d(mm)
弹性系数E(MPa)
温膨系数
计算拉断力（N）
计算质量（kg/km）
抗拉强度
（MPa）
安全系数k
许用应力
（MPa）
年均应力上限
（MPa）
451.55
27.63
69000
19.3×10^-6
123400
1511
259.62
2.5
103.85
64.90
导线安全系数取2.5，控制微风震动年均气象条件下年均运行应力设计安全系数取4

则抗拉强度

许用应力

年均运行应力上限
四、比载计算
1.自重比载

2.冰重比载

3.垂直总比载

4.无冰风压比载

（1） 外过电压，安装有风
此时风速v=10.67m/s

(2)内过电压
此时风速v=16.01m/s

（3）最大风速
此时风速v=32.01m/s
计算强度时
校验电气间距时
5.覆冰风压比载

此时风速v=10.67m/s
计算强度和检验风偏时均可取

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
计算强度时
校验风偏时
7.覆冰综合比载

计算强度和校验风偏时
各气象条件下比载计算值列于下表三
项目
自重比载
冰重比载
无冰综合（强度）
无冰综合（风偏）
覆冰综合（强度）
覆冰综合（风偏）
数据（）
32.82
55.93
46.07
42.05
56.65
56.65
五、计算临界档距，判定控制条件
1. 当气象条件改变时，应力随之改变，在应力达成最大时气象条件即为控制条件，在输电线路设计时，应考虑四种气象条件分别为最低气温，最大风速，最厚覆冰，年均气温。
这四种气象条件相关参数如表四所表示
条件
项目
最大风速
最厚覆冰
最低气温
年均气温
许用应力
103.85
103.85
103.85
64.90
比载

温度
10
-5
-10
15
排序
b
d
a
c
2.按等高悬点考虑，计算各临界档距
由状态方程式

可得临界档距计算公式为

所以各临界档距以下：
将结论列于下面表五
可能控制条件
a（最低气温）
b(最大风速)
c(年均气温)
d（最厚覆冰）

临界档距（m）

—
由上表五可得出以下结论：
现代表档距l<164.82m时年均气温是控制条件；现代表档距l>164.82m时最厚覆冰是控制条件。
六、判定最大弧垂
此处最大弧垂是指架空线在无风气象条件下垂直平面内档距中央弧垂最大值。出现最大弧垂气象条件是最高气温或覆冰无风，在此设计中采取临界温度法判定最大弧垂。
1. 临界温度法
在某一温度下，架空线在自重比载作用下产生弧垂和覆冰无风时弧垂相等，则此温度称为临界温度。
设覆冰无风为第一状态：气温为，比载为，架空线水平应力为
临界温度为为第二状态：温度为，比载。水平应力为
则可依据状态方程式解得临界温度计算式为

2. 判定
（1） 现代表档距l<164.82m时，年均气温为控制条件
第一状态：年均气温，温度，比载，水平应力
第二状态：覆冰无风，温度，比载，水平应力
由状态方程式

可求得覆冰无风条件下应力
替换表档距l=100m,将各数据代入上式得

采取试凑法可得
临界温度
最高气温 所以最大弧垂发生在最高气温条件下。
（2） （2）现代表档距l>164.82m时，最厚覆冰为控制条件
第一状态：最厚覆冰，温度，比载，水平应力
第二状态：覆冰无风，温度，比载，水平应力
由状态方程式1

可求得覆冰无风条件下应力
替换表档距l=200m,将各数据代入上式得

采取试凑法可得
临界温度
最高气温 所以最大弧垂发生在最高气温条件下。
总而言之，在整个档距范围内最大弧垂全部发生在最高气温条件下。
七、计算各气象条件下应力和弧垂
1. 各已知条件及参数以下表六所表示

已知条件
年均气温
最厚覆冰
控制区间
参数
0~164.82

15
-5

0
10

0
10.67

64.90
103.85
2.待求条件已知参数以下表七所表示
待求条件

参数
最高气温
最低气温
年均气温
事故气象
外过有风
外过无风
内过电压
安装气象
覆冰无风
覆冰有风（强度）
覆冰有风（风偏）
最大风速（强度）
最大风速（风偏）

40
-10
15
-10
15
15
15
-5
-5
-5
-5
10
10

0
0
0
0
0
0
0
0
10
10
10
0
0

0
0
0
0
10.67
0
16.01
10.67
0
10.67
10.67
32.01
32.01

32.82
32.82
32.82
32.82
33.17
32.82
33.80
33.17
55.93
56.65
56.65
46.07
42.05

3. 利用状态方程式求得各条件下应力和弧垂，列于下表八中。
由《架空输电线路设计》孟遂民版中表5—8要求，导线应力曲线应该计算表七中十三中气象条件，而弧垂曲线只需计算最高气温，覆冰无风，外过无风三种气象条件。
（1） 应力计算
在此取档距范围为50~800m，间隔为50m
以档距400m为例计算最高气温下应力和弧垂：
档距l=400m时，控制条件为最厚覆冰。则能够最厚覆冰为第一状态，最高气温为第二状态
第Ⅰ状态：温度，比载，水平应力
第Ⅱ状态：温度，比载，水平应力
由状态方程式

代入数据化简得

可采取迭代法求解此方程
令A=92.96 B=495490.104
则上式变换为 取

所以可取
最高气温下对应弧垂
计算出各档距和多种气象条件下应力，并计算出弧垂，列于下表

八、安装曲线计算
1.架线施工时，常以观察弧垂方法确保线路符合设计要求，所以事先将多种施工气温（无冰无风）下弧垂绘制成对应曲线，以备施工时查用。安装曲线以档距为横坐标，弧垂为纵坐标通常从最高施工气温至最低施工气温每隔5度绘制一条曲线。为了使用方便提升绘图精度，对不一样档距，可依据其应力绘制成百米档距弧垂，即

观察档距弧垂可由下式换算

此设计中等距范围取50~800m，间隔50m，温度介于最高气温至最低气温之间，取-10~40,间隔。各弧垂计算结果以下表九所表示。
2.架空线并不是完全弹性体，首次受张力作用后不仅产生弹性伸长，还会产生永久塑蠕伸长。在线路运行早期最为显著，故在线路工程上称为架空线初伸长。架空线初伸长使档内线长增加，弧垂增大，使架空线对地或跨越物安全距离减小而造成事故。所以线路设计时必需考虑架空线初伸长影响。此处采取恒定降温法赔偿架空线初伸长。
设架空线单位长度塑性伸长量为,则架空线应力状态方程式为

式中
说明增大架线应力相当于将架线时气温降低
多种导线消除架空线初伸长降温值以下表
架空线类型
铝钢截面比m=7.71~7.91
铝钢截面比m=5.05~6.16
铝钢截面比m=4.29~4.38
钢绞线
降温值（）
20~25
15~20
15
10

此处架空线型号为导线型号LGJ-400/50，查附表得其铝截面积为，钢截面积为
则铝钢截面比m=。所以应该降温
以档距为400m，温度40为例计算应力和百米弧垂
第Ⅰ状态（最厚覆冰）：温度，比载，水平应力
第Ⅱ状态（无冰无风）：温度，比载，水平应力
由状态方程式

代入数据得
采取迭代法令A=66.32 B=495490.104
则上式变换为 取

可取 百米弧垂
同理可求得其它温度下应力和百米弧垂

气象条件

档距l（m）
最高气温
最低气温
年均气温
事故气象
外过有风
外过无风
内过电压
安装气象
覆冰无风
覆冰有风（强度）
覆冰有风（风偏）
最大风速（强度）
最大风速（风偏）

50
35.81

97.17
64.9
97.17

100

164.82

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

档距（m）
100
164.82
200
300
400
500
600
700
800
温度（）

40

35

30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

九、画应力弧垂曲线和安装曲线
十、感想