110KV架空输电线路初步规划设计.doc

毕 业 设 计（论 文）

题　　　　目　110KV架空输电线路初步设计　　　　　　　　　　　　　
并列英文题目　Preliminary Design Of 110KV Overhead Transmission Line

系　　部　　　　　　　专业　　　　
姓　　名　　　　　　　 班级　　　　　　
指引教师　　　　　　 职称 副专家　　　　　　　
论文报告提交日期　　　　　　

摘要
本设计阐明书中重要内容涉及有:一方面，通过输送容量及功率因数运用经济电流密度来进行到县级避雷线型号选取；在选出导线后来，运用已知气象条件，计算出导线在各种气象条件时应力及弧垂，进而绘制导线安装曲线图；运用最大弧垂计算出呼称高，选出适当杆塔及相应基本形式；最后进行绝缘子选型以及防雷 防振和保护和接地装置。

Abstract
The main content of the instruction of this design includes:First，carries on the wire through the transportstion capacity and the power factor use economical current density and the line model choice；
In selects after the wire，use the known meteorological condition，calculates the wire hangs in each kind of meteorological condition，time stress and the arc，tenth plan wire installs the diagram of curves；Using most hangs calculates shouts calls high，selects the appropriate pole tower and the corresponding foundation form；Finally is carries on the insulator the shanping as well as anti-radar quakeproof and the protetive earthling installment.

目 录
内容摘要
第一某些 前言…………………………………………5
第二某些 原始资料简介………………………………6
第三某些 设计阐明书
第一章 导线及避雷线某些……………………………..7
第二章 导线应力及弧垂………………………………..8
第三章 杆塔选取……………………………………13
第四章 杆塔基本设计……………………………….14
第五章 绝缘子选取…………………………………17
第六章 防雷防振及接地保护装置选取………………19
第四某些 设计计算书
第一章 导线截面选取及校验计算某些…………………22
第二章 导线应力弧垂计算…………………………..23
第五某些 结束语………………………………………35
参照资料
附图

第一某些 前 言
初步设计是工程设计重要阶段,重要设计原则,都在初步设计中明确,应尽全力研究深透。初步设计阶段应着重对不同线路途径方案进行综合技术经济比较，获得关于合同，选取最佳途径方案；充分论证导线和地线、绝缘配合及防雷设计对的性，拟定各种电气距离；认真选取杆塔和基本形式；合理地进行通信保护设计；对于严重污秽区、大风和重冰雪地区、不良地质和洪水危害地段、特殊大跨越设计等均要列出专项进行调查研究，提出专项报告；依照工程特点及设计实际状况，列出新技术科研专项，把科学实验成果用于工程设计中去。各项设计均作出了安全可靠、技术经济合理设计方案，进行优选。设计必要做到技术进步，并从实际出发，结合国情和地区特点，积极慎重地推广采用成熟新材料、新构造等先进技术。

第二某些 原始资料简介
－、设计状况
随着河南经济发展，现需要建一110KV变电站。该站输电线路采用单回输电方式，线路总长30KM，输送功率46MW，功率因数0.85最大负荷小时数6500小时。
因地处平原，该输电线路通过地势平坦，相对高度较小，沿线耕地较少，多为居民区，工厂，道路，池塘，沿线树木稀少，土质含沙量较大，地下水位较浅。
二、自然条件
线路所经地区自然条件如下表
气
象
条
件
类
别

气温℃

风速m/s

覆冰厚度（mm）
最高气温
+40
0
0
最低气温
-20
0
0
最大风速
-5
30
0
覆冰状况
-5
10
10
年平均气温
+15
0
0
外过电压
+15
10
0
内过电压
+15
15
0
安装状况
-10
10
0
冰比重
0.9g/ g/cm3
第三某些 设计阐明书
第一章．导线及避雷线某些
导线是固定在杆塔上输送电流金属线，由于经常承受着拉力和风 冰 雨 雪及温度变化影响，同步还受空气中化学杂质侵蚀，因此导线材料除了应有良好导电率外，尚有足够机械强度和防腐性能。
线路设计规程规定，110kV线路设计气象条件，应依照沿线气象资料和附近已有线路运营经验考虑。
在拟定最大设计风速时，应按本地气象台（站）重现期为，10min时距平均年最大风速作样本，并宜采用极值I型分布作为概率记录值。110kV线路最大设计风速不应低于25m/s。
合理选取导线截面，对电网安全运营和保障电能质量有重大意义，随着经济高速发展，对电力需求越来越大，咱们在选取导线时候，还要考虑线路投运后5年发展需要。
本设计中咱们按照经济电流密度进行导线截面选取
公式如下： （其中S指引线截面；J指经济电流密度；指线路最大负荷电流）
在此咱们选用普通型钢芯铝绞线，即LGJ-150／20型与避雷线配合原则，避雷线型号选取为GJ-35型。（详细计算见计算书）

第二章．导线应力及弧垂
架空线路导线和避雷线，周期性遭受外部荷载作用，在导线和避雷线上产生不同应力。在架空线路机械计算时，应用“比载”计算机械荷载比较以便。架空线路中相邻两直线杆塔中心线间水平距离，称档距L。导线悬挂点到导线最低点垂直距离，称为弧垂。当气象条件变化时，导线受温度和荷载作用，导线材料应力，弧垂及线长也将随着变化，不同气象条件下导线应力。也可以依照状态方程进行计算。
查表及资料可知，导线计算截面 S=167．37ｍ㎡，导线计
算直径 d=16．72mm 单位质量q=589Kg/Km 最大风速 Vmax=30m/s 覆冰厚度b=10mm Tmax=40℃ Tmin=-20℃ 覆冰风速 V=10m/s
一、计算比载
1. 自重比载

2. 冰重比载

3. 垂直总比载

4. 无冰风压比载

5. 覆冰风压比载

6. 无冰综合比载

7. 覆冰综合比载

二、临界档距计算及鉴别
参照关于资料，150/20型导线物理特性参数为瞬时破坏应力，安全系数K，膨胀系数，弹性系数E。
1、运用参数计算导线许用应力

按设计技术规程规定，年运营应力气象条件采用平均气温，导线年平均运营应力不得超过导线瞬时破坏应力上限25%
则
2、临界档距鉴别
为了保证架空线长期运营安全可靠性，除需使其应力在任何气象条件下均不得超过强度许用应力外，应具备足够耐振能力取决于年平均运营应力大小，满足强度条件规定架空线，在任何气象状况下应力均不超过强度许用应力，而耐振条件则规定架空线在平均气温下应力不超过年平均运营应力上限，这两种条件那一种在什么气象条件下起控制作用，需要借助临界档距来判断，考虑了耐振条件后来共有三个临界档距：（1）最低气温和最大比载临界档距；（2）最大比载和年平均气温临界档距。（3）最低气温和年平均气温临界档距。
也许控制条件排列表。

应力气象条件
控制应力（）
比 载

温 度
℃
比值

序号
最低气温
113.68

-20

A
年平均气温
71.05

+15

C
最大风速
113. 68

-5

B
覆冰
113.68

-5

D

其于档距依照上面算法即可求出。

将临界档距填入有效临界档距鉴别表中，进行判断
A
B
D

有效临界档距为

A D

由图可以看出：当L<128.8m 时，由最低气温控制；当L>128.8时，由最大比载控制应力。
三、计算各种气象条件下应力及弧垂
导线假设安装是在不同条件下进行，施工时需对照事先做好表格，查处相应弧垂，以拟定松紧限度，使其在任何条件下都不超过容许值且满足耐振条件，并且导线对地和被跨物之间距离符合规定，保证运营安全。
运用如下公式求出最低气温和做高气温两种气象条件下应力弧垂并作表格：

最高和最低气温条件下应力弧垂关系表（如下表所示）

档距（m）
50
100
128.8
150
200
250
300
350
500
应力
-20℃
113.6
113.6
113.6
106.7
89
75.98
66.64
61.8
59.06
40℃
32.8
42.9
48.1
48.2
48
48.71
48.84
48.92
48.98
弧垂
-20℃
0.096
0.39
0.64
0.92
1.9
3.6
5.91
8.68
11.33
40℃
0.33
1.02
1.5
2.04
3.6
5.62
8.1
11.0
14.6

第三章．杆塔选取
1、杆塔作用
架空线路杆塔是用来支持导线和避雷线，并使导线与导线，导线与避雷线，导线与大地及其他被跨越物间保持一定安全距离。
杆塔有水泥杆塔和铁塔，水泥杆塔比铁塔有如下缺陷：
1.钢筋混凝土电杆重力大。
2.由于钢筋混凝土耐张转角杆普通都需要有拉线，在居民拥挤地带以及地区都不能使用。
3.钢筋混凝土电杆普通不能承受较大荷载
2、杆塔选用
本线路杆塔根据《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL／T5092-1999）规定进行选型。导线在杆塔上布置方式如下：
（1） 单回路铁塔为三角排列布置
（2） 地线为水平排列布置。
序号
杆塔型号
高 度（m）
线间距离（m）
安全距离（m）
用途
呼称高（m）
全高
水平
垂直
1
J1-15
15
18
0.5
3.5
7.0
转角
2
J1-15
15
18
0.5
3.5
7.0
转角
3
ZM1-18
18
21
0.5
3.5
7.0
直线

第四章．杆塔基本设计
在送电线路中，杆塔底下某些总体称为基本，它作用是使杆塔在各种受力状况下不倾覆，下陷和上拔。因而对基本施工质量规定必要严格，工程数据，资料记录必要齐全，以利于长期安全运营。
一、铁塔基本承受如下几种荷重：
1、由杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具等自重而产生垂直荷重，还应计及覆冰荷重和安装时工人、工具及附件荷重。
2、由风力产生荷重力，转角杆塔角度荷载。
3、由两侧导线、避雷线张力不平衡由事故断线而产生张力和冲击力。
4、组立杆塔及架空线时产生安装负重。
二、基本型式选取
岩石基本施工，最重要是岩石自身强度，施工时应依照设计资料，逐基核查覆土层厚度及岩石质量，当实际状况和设计不符时，应向设计单位提出解决方案。地表上岩石长期暴露在外，在太阳辐射热，大气、水及生物等机械或化学作用影响下，会逐基变化岩石性状，使整体岩石破碎成松散碎屑即风化。风化作用使岩石联结性遭受破坏，影响了她物理力学性质，特别大大减少岩石强度，对杆塔基本起着不良影响。因而鉴别岩石风化限度对基本安全是相称重要。

类别
风化限度
特性
1类
微风化
岩石新鲜、表面梢有风化迹象
2类
中档风化
1． 构造或构造层理清晰
2． 岩体被节理，裂隙分割成块状（200~500mm）,裂隙中填充少量风化物。垂击声脆，且不易击碎
3． 用镐难挖掘，岩心钻方可钻进
3类
强风化
1． 构造或构造层理不甚清晰
2． 岩体被节理，裂隙分割成碎石（20~200），碎石用手可以折断
3． 用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进
岩石风化限度类别：岩石风化限度划分
本施工改造段属3类岩石事实上不能做成岩石基本，宜采用现浇钢筋混凝土或混凝土基本；运送或浇制混凝土有困难地区，可采用预制装配式基本或金属基本；必要时可采用桩基本。
依照该线路所经地段地形、地质状况，结合考虑水文、地震及施工等因素，因此本工程所有现浇钢筋混凝土基本

第五章．绝缘子选取
一、绝缘子作用
绝缘子是用来支撑和悬挂导线，并使导线和杆塔绝缘，它应具备足够绝缘强度和机械强度，同步对化学物质侵蚀具备足够抵抗能力，并能适应大气条件变化。
二、绝缘子污闪分析
由于送电线路周边大气污染，绝缘子表面附着污秽物质，在大雾或比较潮湿状况下，积附在绝缘子表面污秽物质中可溶性盐类被水分溶解，形成一种导电水膜。从而使绝缘子表面电阻下降，泄漏电流增大，产生局部放电，当绝缘子电阻下降到不能承受线路运营电压时，绝缘子就会发生闪络，使线路跳闸，导致供电中断。
三、绝缘子选取
对线路穿过地区实地考察，该地区为Ⅲ级污秽区，因此设计采用Ⅲ级污秽区原则设计。
依照GB/T 16434-1996《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区别级及外绝缘选取原则》和《悬式绝缘子选型及爬电比距配备导则》规定，在额定工作电压时，对于玻璃绝缘子二、三、四级污区爬电比距分别按2.25～2.50cm/kV、2.85～3.20cm/kV、3.50～3.80cm/kV进行配备；复合绝缘子爬电比距按如下原则配备：二级污区不不大于2.3cm／kV；三、四级污区不不大于2.88cm／kV。
依照豫电生字（1989）第54号文，河南省电力工业局关于精神和河南省电力公司编制湖南地区污秽区域图及现场踏勘状况，线路所经地区污秽级别达到Ⅲ级。
依照实际需要：本线路孤立档选用单串合成绝缘子成串；持续档耐张杆塔选用双串合成绝缘子成串，直线杆塔跨越档选用双串合成绝缘子成串，非跨越档选用单串合成绝缘子成串；跳线选用单串耐污型悬式绝缘子成串。
1、悬垂串 FXBW4-110/120 单串成串
2、悬垂串 FXBW-110/70 双串成串
3、耐张串 FXBW4-110/120 单串成串
4、耐张串 FXBW-110/70 双串成串
5、跳线悬垂串 XWP-7 单串成串
据DL/T 5092-1999线路设计规程，海拔1000m如下地区，操作过电压及雷电过电压规定悬垂绝缘子串绝缘子片数，不应少于下表数值。耐张绝缘子串绝缘子片数应在下表基本上增长，对110～330kV送电线路增长1片，对500kV送电线路增长2片。操作过电压及雷电过电压规定悬垂绝缘子串至少片数：
标称电压(kV)
110
220
330
500
单片绝缘子高度(mm)
146
146
146
155
绝缘子片数(片)
7
13
17
25

第六章．防雷防振及接地保护装置选取
一、防雷保护办法
依照电力行业原则《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》(DL/T620—1997)及《设计规程》规定，本工程采用如下办法防雷：
1、防雷本线路全线架设两根地线；
2、塔头布置两根地线之间距离不超过地线与导线垂直距离5倍，地线对边导线保护角不不不大于20度；
3、在外过电压15度无风时，在档距中央，导线与地线间距离满足下式规定：
S>=0.012L+1； 式中S--档距中央导线与地线间距离(m)； L—档距(m) （计算条件为±15℃、无冰、无风）。
二、防振办法
导线振动和舞动对导线危害较大，引起导线振动重要因素是风作用，架空输电线路导线受稳定微风作用时，便在导线背面形成以一定频率上下交替变化气流涡流，从而使导线受到一种交替脉冲力作用，当频率与导线固有频率相等时，导线垂直平面产生共振，引起导线舞动。
导线振动波形为驻波，即波节不变，波腹上下交替变化。在一年中，导线振动时间达全年30％－35％，无论导线以什么频率振动，线夹出口总是为一波节点，因此导线振动使导线在线夹出口重复扭折，使材料疲劳，最后导致导线断线或断股事件发生，对导线运营安全危害很大。
鉴于导线振动起因及危害，咱们必要采用相应办法来保护线路安全运营，在该设计中重要从下面两方面来保护：
1、采用防振线夹，运用设备自身对导线阻尼作用，减少导线振动；
2、采用防振锤（导线使用FD-3 避雷线使用FG-35型）
安装防振锤原则：最大波长和最小波长状况下，防振锤安装位置在线夹出口第一种半波内。
三、接地保护
依照规程规定：有地线杆塔均应接地。本工程线路通过地区，该线路通过地区土壤电阻率为100≤ρ≤500Ω·m，在雷雨季节干燥时，自立杆塔工频接地电阻按不不不大于15Ω设计，每基杆两腿和塔四腿均装设接地引下线及接地装置，接地体采用φ12元钢，接地体及引下线应热镀锌防腐并敷设成放射型，埋深不不大于0.8m。为便于测量变电站接地网电阻，在变电站地线挂线架上，装设一片XWP-7型悬式绝缘子。正常时地线与变电站连接，测量电阻时拆开。
杆塔接地电阻满足关于规程规定不不不大于下表所列值。
杆塔工频接地电阻
土壤电阻率（Ω.m）
杆塔工频接地电阻（Ω）
p<=100
10
100<p<=500
15
500<p<=1000
20
1000<p<=
25
p>
30

第四某些 计算任务书
第一章．导线截面选取及校验计算某些
一、按经济电流密度选取导线截面
表2-1导线和电缆经济电流密度校验J(A/mm)
线路类别
导线材料
年最大负荷运用小时数
3000如下
3000h-5000h
5000h以上
架空线路
铝
1.65
1.15
0.90
铜
3.00
2.25
1.75
电缆线路
铝
1.92
1.73
1.54
铜
2.50
2.25
2.00
I=P/,查表2-1得 J=0.9A/mm,则单回路线路总截面积为

由附表查得选取钢芯铝铰线LGJ-150,避雷线依照与导线配合原则选取 GJ-35.
二、导线截面校验
已知:r=0.21/km，x=0.432/km，P=2521.25 MW,Q=3.75 Mvar。
（1）按容许电压损耗校验
则实际电压损耗为：

故实际电压损耗不大于容许值，因而满足电压损耗规定。
（2）热稳定校验： 规程规定导线长期容许工作电流为70摄氏度，LGJ-150/20导线容量容许电流为445A。当回路断开或故障时，容许电流为445×1.2=534A(双回线路时电流是单回线路1.2倍）。远不不大于Imax(445A)故能满足发热条件规定。
（3）机械强度条件校验 由于架空线导线悬挂在杆塔上，不但要受到导线自身荷重作用，并且要经受气候条件等各种外界不利条件影响。为保证线路安全运营，因此导线必要具备足够机械强度。因而规程规定，对于线路跨越铁路、通航河流、公路、通信线路和居民区线路，其导线截面不得不大于35mm，因而选取双回路LGJ-150/20导线能满足机械强度规定。
第二章．导线应力及弧垂计算
当导线受外界温度变化时，将引起导线热胀冷缩；而导线上荷载变化，将引起导线弹性变形。这两种成果，均使导线长度发生变化。在档距一定期，导线长度虽然发生微小变化，也将会导致导线张力和弧垂发生相应变化。导线长度缩短，将使导线张力增大，弧垂减小，机械安全系数减少；反之，导线伸长，将使导线张力减小，弧垂增大，安全系数增大。因而，在设计线路时，必要计算导线应力和弧垂，以便拟定和掌握在各种气象条件下导线应力和弧垂变化状况，使设计做到经济合理，以以便施工安装。
一、比载计算
查表及资料可知：导线计算截面积 导线计算直径 单位质量 最大风速 覆冰厚度 ℃ ℃ 覆冰风速
１、自重比载
=9.8××=35.01×（）
2、冰重比载
=27.73×=44.27×（）
3、垂直总比载
=（35.01+44.27）×=79.28×（）
4、无冰风压比载
=35.01×=0.6125××=56.17×（）
5、覆冰风压比载
=×=0.6125××=16.13×（）
6、无冰综合比载
==×=66.19×（）
7、覆冰综合比载
==×=80.91×（）
二、临界档距计算及鉴别
查资料可知： LGJ-150/20参数 =284.2（瞬时破坏应力） 安全系数K=2.5 膨胀系数 =19×（℃） 弹性模数 =78400
按设计规程规定，年运营应力气象条件采用年平均气温，导线年平均运营应力不超过导线瞬时破坏应力上限
则 =×
导线许用应力 ==113.68
=×=×284.2=71.05
为了保证架空线长期安全可靠，除需使其应力在任何气象条件下均不得超过强度许用应力外，还应具备足够耐振能力。架空线耐振能力取决于年平均运营应力大小，满足强度条件规定架空线，在任何气象条件应力均不至超过强度许用应力，而耐震条件则规定架空线在平均气温下应力不超过年平均运营应力上限这两种条件哪一种在什么气象状况下起控制作用，需要借助于临界档距来鉴别，考虑了耐震条件后来公用三个临界档距：（1）最低气温和最大比载临界档距（2）最大比载和年平均气温临界档距（3）最低气温和年平均气温临界档距。

名称
最低气温
最大风速
平均气温
最大比载
应力
113.68
113.68
71.05
113.68
比载（）
35.01
52.41
35.01
80.90
气温℃
-20
-5
15
-5
（）
0.3078
0.461
0.492
0.712
顺序编号
A
B
C
D

=
=241.1m

=
=140.14m

=
=128.8m
=虚数
=0
=122.03m

A控
D控
将临界档距填入有效临界档距鉴别表中，进行判断
A
B
D
=241.1m

=140.14m

=128.8m

=虚数
=0

=122.03m

有效档距为 =128.8m
由图可以看出：当L〈128.8m时，应力由最低气温控制；当L〉128.8m时，应力由最大比载控制。
三、各种气象条件下应力和弧垂计算
导线假设安装是在不同条件下进行，施工时需对照事先做好表格，查出相应弧垂，以拟定松紧限度，使其在任何条件下都不超过容许值且满足耐振条件，并且导线对地和被跨物之间距离符合规定，保证运营安全。
（一） 最低气温（T=20℃）
当L=50m时， 应力由最低气温控制 =113.68
g=35.01×
==0.09624m
当L=100m时，应力由最低气温控制
==0.385m
当L=128.8m时，为临界档距
==0.639m
当L=150m时，由最大比载控制

=106.7
f=
=0.92m
当L=200m时，应力由最大比载控制

f=
=1.95m
当L=250m时，应力由最大比载控制

= 3.6m
当L=300m时，应力由最大比载控制

=5.91m
当L=350m时，应力由最大比载控制

=8.68m
当L=500m时，应力由最大比载控制

=11.33m
（二）最高气温时 ℃
当L=50m时，应力由最低气温控制

=0.33m
当L=100m时，应力由最低气温控制

=1.02m
当L=128.8m时，为临界档距

=1.5m
当L=150m时，应力由最大比载控制

=2.04m
当L=200m时，应力由最大比载控制

=3.61m
当L=250m时，应力由最大比载控制

=5.62m
当L=300m时，应力由最大比载控制

=8.1m
当L=350m时，应力由最大比载控制

=11m
当L=500m时，应力由最大比载控制

=14.6m

第五某些 结束语
通过一种多月努力，毕业设计接近尾声，通过这次毕业设计自己学到了诸多知识，为后来学习和工作打下了一定基本，在一定限度上增长了自己知识含量，也锻炼了自己实际动手能力，也结识到了自己在知识上匮乏和实际应用能力局限性。
在毕业设计过程中得到了李芳教师和同窗们大力协助，我在此表达感谢，在后来学习和工作中我会更加努力。

参照资料：
1、《电力工程高压送电线路设计手册》 张殿生 主编
2、《输配电线路设计》 刘增良 杨泽江 主编
3、《35–110KV输电线路设计》 许建安 主编
4、《高压架空送电线路机械计算》 周正山 主编
5、《高压架空线路设计基本》 云南工业大学 曾宪凡 主编
6、《送电线路金具设计、安装实验和应用》
7、《电力金具手册》
8、《110KV–500KV架空送电线路设计技术规程》