35kv格塘架空送电线路设计.doc

毕业设计说明书35kV格塘架空送电线路设计 专 业：电气工程及其自动化（输配电工程） Undergraduate Design(Thesis)THE DESIGN OF 35kV GE TANG OVERHEAD TRANSMISSION LINE BYSupervised by School of Electric Power Engineering Nanjing Institute of Technology June 2013摘 要本设计根据格塘线段地形，气候等各种因素来计算导线、避雷线的应力以及弧垂，由此来绘制弧垂曲线图。然后根据设计要求依次选择杆塔型式，包括确定直线杆杆型、选择绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线规格及其金具，确定杆塔呼称高，确定杆头尺寸，确定电杆的埋深以及确定耐张杆杆型和选择耐张绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线的连接金具，确定耐张杆的呼称高和杆头尺寸，确定电杆埋深等一系列步骤；其次根据计算得到的结果制作一张弧垂曲线模板，根据模板进行杆塔的室内定位并绘制成图纸；接着进行耐张杆杆头的尺寸校验和耐张杆的强度及基础的稳定性设计；最后再对线路各段进行防振设计。关键词 应力弧垂，设计，架空送电线路AbstractThe arc and uprightness graph of this design is protracted according to the design Getang line topography, climate and other factors to calculate wire, lightning and the stress lines sag. Then according to the design requirements, choose the tower types, including the identification of linear Bar-Bar, Model choice insulator strings with the specifications and choose lightning line with the specifications and determine called Tower high, determine club head size, Pole determine the depth of resistance and to identify Bar-Bar and choice-resistant insulator string models and specifications for the equipment, The choice of lightning with the link to determine the tolerance bar called high and club head size and depth of Poles identified a series of steps; Second, based on the calculation of the results produced a sag curve template, According to the Tower templates indoor positioning and mapping drawings, followed by the first-resistant poles and the size Check-resistant rod based on the strength and stability of design; Finally, on the lines of the design for Earthquake Prevention.Key words GETANG, stress Sag, design, overhead power transmission lines目录摘 要.IAbstract.I1 绪论.12 说明书.2 2.1 线路概况.22.2 导线应力弧垂计算22.3 杆塔型式选择.62.4 绝缘子的选择.92.5 金具的选择112.6 模板曲线与室内定位.132.7 导线防振设计.152.8 杆塔头部尺寸校验.172.9 杆塔的荷载计算.212.10 基础的稳定性设计.263 计算书.283.1 导线应力弧垂计算283.2 绝缘子的选择.303.3 金具的选择.303.4 排杆定位.303.5 杆头尺寸及定位校验.363.6 导线的防振设计.393.7 耐张杆强度及基础稳定计算414 本章小结.52谢 辞.53参考文献.54附录1：外文资料翻译.55A1.1提供农村电力供应路线的新方法(译文) .55A1.2 A novel approach to providing on route power supplies to rural and urban communities in close proximity to the extra high voltage DC transmission line.59附录2：图纸.65A2.1 35kV直线杆.65A2.2 35kV带外拉线耐张杆66A2.3 直线及耐张杆金具67A2.4 导线应力弧垂曲线69附录3.70A3.1平断面图.70- 70 -1 绪论电力工业是为国民经济和社会发展提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。我国电力工业已经走过121年的发展历程，与世界各国一样，电力在经济发展和社会进步中越来越成为不可缺少的物质资料和生活资料，电气化程度成为一个国家现代化程度的标志。电力系统包括发电厂、电力网和用电设备。电力网包括变电所和各不同电压等级的输电线路。输送电能的线路通称为电力线路。它主要由导线、避雷线、绝缘子、线路金具、杆塔和拉线、基础以及接地装置等部分组成。架空输电线路的任务是输送电能，并联络各发电厂、变电所使之并列运行，实现电力系统联网。电力系统联网，既提高了系统安全性、可靠性和稳定性，又可实现经济调度，使各种能源得到充分利用。高压输电线路是电力工业的大动脉，是电力系统的重要组成部分。输电线路设计是电力系统中一个非常重要的环节，正所谓兵马未动，粮草先行。为节约国家资源、安全等各方面来看，线路设计显得尤为重要。线路设计按电压等级可分为：低电压线路设计，高电压线路设计两种，本次设计主要以35KV输电线路为主。包括输电线路应力弧垂计算，杆塔形式的选择，绝缘子、金具的选择，弧垂模板的制作以及利用制作好的弧垂模板进行杆塔定位，塔头尺寸校验、杆塔荷载计算、内力计算以及杆塔基础的设计，导线防振设计。计算导线应力弧垂是进行杆塔选择和定位的依据；根据电压等级和平断面图选择杆塔，合适的杆塔型号，配合合适的绝缘子、金具能够保证线路在运行过程中的安全性和可靠性；用制作的弧垂模板定位是实际施工过程中杆塔定位的依据；尺寸校验、荷载计算、内力计算和基础设计则是杆塔在运行中能够适应各种不同的气象条件和地理条件下安全运行的保障，不发生倒塌和倾覆；加装防振锤是防止因导线、避雷线的震动造成的危险几率，需利用准确的计算来确定个数与安装距离是十分重要的。2 说明书2.1 线路概况(1)导线型号：根据江苏省电力公司电力系统规划设计，拟新建一条35kV格塘架空送电线路，导线型号采用LGJ-300/25。(2)线路路径：沿线路路径情况见提供的平断面图，沿线路的地质为 塑性亚粘土，孔隙比0.8，塑性指数15，液性指数0.69，地下水在表面下2.5 米，地区污秽2 级。(3)气象条件：相当于我国典型气象区的第IV区。2.2 导线应力弧垂计算2.2.1 导线应力弧垂计算参数表2.1 典型气象区第四区气象条件代表情况温度()风速(m/s)冰厚(mm)最大风-525/最低温-20/最高温40/年平均气温1015/覆冰-5105外过电压(有风)1510/外过电压(无风)15/内过电压1015/安装(有风)-1010/表2.2 导线的计算参数表名称数据计算截面()333.31外径()23.76温度线膨胀系数()20.5弹性模数()65000计算重量()1058计算拉断力(N)83410安全系数2.5表2.3 导线比载参数名称符号计算公式结果(Mp/m)自重比载31.13冰重比载11.96垂直总比载43.09无冰风压比载26.04 18.6814.1239.21覆冰风压比载7.60无冰有风综合比载40.59 36.3047.5359.97覆冰有风综合比载43.76注 表中c为风载体型系数：线径17，取1.2；线径17，取1.1；覆冰取1.2。表2.4 不均匀系数设计风速（m/s）20以下2030303535以上1.00.850.750.7又Tmax=Tb且R6R7所以最大应力出现在覆冰2.2.2 确定导线应力值(1)最大使用应力=237.74()(2)平均运行应力=0.25=59.43()2.2.3 判断临界档距(1)将最低气温、最大风、年平均气温、覆冰四种控制气象条件，按比载与应力的比值()按从大到小分别判为A、B、C、D表示，并浆算得的临界档距Lk按C、B两种控制条件与其它控制条件组合排成表，由于第IV典型气象区属于第二类气象区，本设计中g60.253.23.83.84.52.4.2绝缘子的选择电力系统的运行电压为35Kv，导线型号LGJ-300/25，地区污秽等级为2级，所以选择XP-70型绝缘子。表2.7 XP-70型绝缘子的电气性能如下：产品型号盘经mm高度mm泄漏距离mm工频电压有效值kV50闪络电压幅值kV抗张负荷(9.8)重量kg干闪湿闪击穿例行一小时机电机电破坏XP-7025514630075451101203500520070004.62.4.3绝缘子串片数的选择1) - 式中 泄漏比距 现取1.9；L0几何的泄漏距离 ；Kx绝缘子泄露距离的有效系数 取1。2)根据操作过电压的要求校验所选的绝缘子的片数。 得出片数 3片由以上得悬垂绝缘子片数 3片。3)耐张绝缘子型式为XP-70，耐张绝缘子的型号与悬垂绝缘子的相同，根据运行经验对于220kV以下线路每串耐张片数比悬垂片数多1到2片，所以耐张绝缘子片数为4片。2.4.4绝缘子串数的选择悬垂绝缘子串的串数应由以下两个条件进行计算：1) 按导线的最大综合比载决定 式中 n 串数；T 悬式绝缘子一小时机电荷载 N；G 作用在绝缘子上综合荷载 N；K1 运行条件下的机械强度安全系数 K1=2.0。2) 按导线的断线条件计算式中 Td 导线的断线张力，N；K2 断线条件下的机械强度安全系数；T 悬式绝缘子一小时机电荷载 ，N。根据公式计算,悬式绝缘子和耐张绝缘子串数都为1，具体计算详见计算书。2.5 金具的选择将杆塔、导线、避雷线和绝缘子连接起来所用的金属零件，统称为送电线路金具。送电线路金具，按性能、用途大致分为悬垂线夹、耐张线夹、联结金具、接续金具、保护金具和拉线金具等六大类金具。线夹一般与导线相配套，联结金具与线夹及绝缘子相配套，金具主要从机械强度及电气方面进行校验。常根据下列方法作金具的选用：1) 根据导线及避雷线的型号和直径来选择悬垂线夹，耐张线夹及连接金具；2) 根据绝缘子的机电破坏荷载确定连接金具的型号。金具一览表如下：1、直线杆塔用绝缘子串金具 表2.8 导线用悬垂绝缘子串用金具：件号金具名称型号数量每个质量（kg）总共质量(kg)总质量(kg)主要尺寸H(mm)1挂板Z-710.60.618.0602U型挂环U-711.01.0603球头挂环QP-710.30.6504悬式绝缘子XP-7034.613.814635碗头挂板W-7B11.01.0706悬垂线夹XGU-312.02.0102连接图见附图。2、 耐张绝缘子串组装金具表2.9 耐张绝缘子串组装材料表件号名称型号数量每个质量kg共计质量kg总质量kg主要尺寸H(mm)1U型挂环U-721.02.022.5602挂板Z-720.61.2603绝缘子XP-7044.618.414644球头挂环QP-710.30.3505碗头挂板W-7B11.01.0706耐张线夹NLD-212.12.1205注：连接图见附图。2.6 模板曲线与室内定位2.6.1 杆塔定位原则(1)应尽量少占耕地良田。(2)便于施工，检修，杆位处应质地良好。(3)对于拉线杆塔，应考虑打拉线的位置。(4)最大限度地利用杆塔强度。(5)尽量避免出现过大或过小的档距。(6)相邻档距不要相差过于悬殊。(7)尽量避免出现孤立档。2.6.2 模板曲线的制作根据弧垂计算公式 可见当g,值一定时，其弧垂形状相同。因此可按不同的K值，以档距为横坐标，以弧垂为纵坐标，以档距中央为坐标原点刻出一组弧垂曲线。2.6.3 弧垂模板定位排杆(1) 直线杆塔的定位高度H=E-d(对地安全距离)-(绝缘子串长度)-(定位裕度)h(杆塔施工基面)(2) 耐张杆塔的地位高度H=E-d-h 综上所述，选择如下直线杆塔 HD=10.5(m)耐张杆塔 HD=12.5(m)表2.10 导线与地面的最小距离线路经过地区线 路 电 压 （kV）35110154220330500500居民区7.07.58.51416非居民区6.06.57.511(水平排列)10.5(三角排列)12.5交通困难地区5.05.56.58.5定位裕度的取值为档距700m以下取1.0m，大于700m及孤立档取1.5m，大跨越取23m。(2)根据允许的最大弧垂，估算代表档距。最大弧垂，同时可计算档距为 可近似地取代表档距对平原地区取0.9，山区取0.8。(3)根据假定的，初步排定杆位。当排出一个耐张杆位后，计算实际代表档距及其对应的值。若值与值接近或相等，其误差在之内，说明排杆合适，可派下一个耐张段。否则重新排杆。2.7 导线防振设计在架空线上安装防振锤是目前广泛采用的防振措施之一，防振锤的安装设计需确定防振锤的型号，安装个数和安装位置。2.7.1 选取防振锤型号表2.11防振锤与架空线的配合表防振锤型号FD1FD2FD3FD4FD5适用导、地线型号LGJ3550LGJ7095LGJ120150LGJ180240LGJ300400防振锤型号FD6FG35FG50FG70FG100适用导、地线型号LGJQ500630GJ35GJ50GJ70GJ100选取：导线FD5 防振锤的安装个数与档距有关，档距越大，需安装的防振锤数量越多，它们之间的对应关系见表表2.12 防振锤个数选择表防振锤个档距范围 防振锤架空线直径 个数123d1230030060060090012d22350350700700100022d37.145045080080012002.7.2 安装距离防振锤的安放位置应在驻波的波腹处，以便最大限度地消耗振动能量。振动波的最大半波长为(m) 振动波的最大半波长为(m) 式中 稳定风速的上、下限； 最低气温时导线的最大应力； 最高气温时导线的最小应力。注 具体设计内容见计算书第三章。2.8杆塔头部尺寸校核2.8.1绝缘子强度校核1）两个重要参数的计算确定（取Y2Z1，Z1Z2两档）水平档距 垂直档 式中 L1 、L2 分别为相邻两档的档距， m；H1 、H1 分别为计算悬挂点与相邻悬挂点的高差， m； 0 代表档距所对应的应力， N/mm2； 3 导线的覆冰比载， MPa/m 。2）绝缘子（选用XP-70）的正常情况安全系数校验由公式计算K的大小，如果K2，则满足要求式中P 绝缘子一小时的机电荷载， N ；Tmax 绝缘子串最靠近横担的一片绝缘子所受到的最大使用荷载， N。式中 Gn 导线覆冰时的综合比载 ；Gi 绝缘子覆冰时的综合比载， N。3）事故情况下绝缘子的安全系数由公式，计算K的大小，如果K1.3，则满足要求 满足要求。本设计选取档距较大,悬挂点高差相对较大的第二档和第三档为例，进行绝缘子强度的校核，均满足条件，因选取的情况是最危险的情况，则整条线路均为安全。2.8.2绝缘子串的串数选择1）悬垂绝缘子串的串数是根据最大荷载和断线情况下来选择的1）按导线最大综合荷载计算 式中 K1悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1 =2.0；Gn 导线覆冰时的综合比载，；Gi 绝缘子串覆冰时的综合比载，；T 绝缘子一小时机电荷载，N。2） 按导线断线条件计算 式中 K2悬式绝缘子在断线情况下的机械强度的安全系数，K2 =1.3；Td 导线断线张力，；T 绝缘子一小时机电荷载，N。经校核悬垂串数为1串。3）对于耐张绝缘子串 式中 K1悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1=2.0；Tm 导线的最大使用张力，N；T 绝缘子一小时机电荷载，N；经校核耐张串的穿数为1串。 2.8.3直线杆塔头尺寸的校核1、 直线杆悬垂绝缘子串的风偏角计算及校验1）计算风偏角悬垂绝缘子串在横线路方向的风偏角 式中 Gj 悬垂绝缘子的重量， N；Pj 悬垂绝缘子的风压 ，；A 导线的截面积； Lv 校验条件下的垂直荷载；Lh 校验条件下的水平档距；v 设计采用的10分钟平均风速；c 绝缘子串的受风面积，单盘每片取0.02m2；金属零件对单导线每片取0.03 m2。表2.14 绝缘子风偏角的计算结果情况4 x 103（Mpa / m）1 x 103（Mpa / m）()运行电压57.5445.5357.45内过电压18.2845.5326.71外过电压10.8345.5316.24(1) 做间隙圆对风偏角进行校验具体校核详见计算书，通过校验，对正常运行、内过电压、外国电压均满足各种条件下最小间隙：表2.15 各种条件下最小间隙计算条件各种电压(KV)3560110接地110不接地154220330500运行电压0.10.20.250.40.550.551.01.15内过电压0.250.50.70.81.101.452.02.5外过电压0.450.651.01.902.63.72、导线间水平距离的校验根据我国长期进行的试验和参照国外公式，提出了当档距小于1000m时公式为： 式中 D 导线间水平相间距离， m ； 悬垂绝缘子串的长度， m； U 额定电压， kV； fm 导线的最大弧垂，m 。 本设计选用的典型杆塔相间距离为7m，经过校验满足条件计算详见计算书。非直线杆塔的跳线风偏角 表2.16 非直线杆塔的跳线风偏角情况4 x 103（Mpa / m）1 x 103（Mpa / m）()运行电压57.5445.5357.45内过电压18.2845.5326.71外过电压10.8345.5316.242.9杆塔的荷载计算2.9.1 承力杆塔运行情况的荷载计算条件：1) 最大风无冰,相应气温,未断线；2) 覆冰，相应气温，未断线；3) 最低气温，无风无冰，未断线.(用于终端杆塔和转角杆)。2.9.2承力杆塔断线情况的荷载计算条件：1) 在同档内断两根导线，无风无冰.；2) 断一根导线，风无冰，在断线情况下,所有导线张力取导线最大使用张力的70%；3) 杆塔安装情况的荷载计算条件：4) 一侧装一根导线，另一根未装好，其它任何线都未装。2.9.3各类荷载的组合系数.运行情况: 1.0；断线情况(包括耐张杆及220kv以上直线杆) 0.9； 110kv及以上直线杆 0.75； 安装情况 0.9；2.9.4荷载的计算公式:1、转角耐张杆塔, 正常情况:1) 垂直荷载 G=g1ALv+Gj 2) 水平荷载PD=g4ALh+2Tsin(/2)+Pj 3) 纵向荷载一般不考虑.2、转角耐张杆塔, 正常情况:1) 垂直荷载 G=g1ALv+Gj 2) 水平荷载P=2T sin(/2) 3) 纵向荷载一般不考虑3、转角耐张杆塔, 正常情况:1) 垂直荷载 G=g1ALVD+GJ 2) 水平荷载P=2T sin(/2)3) 纵向荷载一般不考虑4、转角耐张杆塔断导线1) 未断相以及断线相的未断线侧垂直荷载 G=g1ALv+Gj 2) 断线相断线侧导线垂直荷载Gd=Gjd,另加Gfd；3) 未断线相以及断线相的未断线侧水平荷载Pd=0.7Tmaxsin(/2) ;Pb=0.8Tmaxsin(/2);4) 断线相断线侧水平荷载为0；5) 断线相纵向荷载,Td=0.7Tdmaxcos(/2).5、 转角耐张杆塔安装情况：1） 已装导线的垂直荷载G=g1ALVD+GJ；2）正装导线的垂直荷载GD=gDADIVD+0.74 TD + GJD + GFD，另加Gfd；3）装导线水平荷PD=g4DADL/2+1.12TDsin(/2)+PJD；4）正装导线水平荷载，P1D=g4DADL/2+0.2TDsin(/2)+PJD；5） 已装导线纵向荷载Td=1.12(Td1-Td2)cos(/2)；6）正装导线纵向荷载，Td=(1.12Td1-0.2Td2)cos(/2)。2.9.5横担的计算设 且1） 上平面主材的受力： 2）下平面主材的受力： 3）下平面斜材的受力： 对于耐张，转角杆塔，由于两侧档距不同，作用在两个挂点A、B上的荷载可能不同，故计算中取其较大者。当考虑上平面分担纵向张力的时，应按 、 将纵向张力分配在上下两个平面后，计算各杆内力2.9.6杆身风