毕设论文--11kv线路电气初步设计-输电线路说明书.doc

广西电力职业技术学院电力工程系
毕业设计说明书

题 目 110KV线路电气初步设计
专 业 高压输配电线路施工运行与维护
班 级
学 号
学生姓名
指导教师

2012年10月15日

摘要
首先根据毕业设计任务书提供的原始资料进行计算选出导线截面。再按照电晕损耗校验、机械强度校验、热稳定校验、电压损耗校验来进行对导线截面的校验，判断是否符合要求。其次根据导线型号和经过的第II气象区条件求出导线计算参数、导线特性、计算比载、控制条件、有效临界档距和各种气象条件下不同档距的应力和弧垂值并绘出导线机械特性表及安装表。按照所算出来的参数、应力、弧垂值及导线比载选择绝缘子串型号和金具。根据AutoCAD绘出最大弧垂曲线模板，利用该模板在平断面图上描出各杆塔的定位高度，然后用定位高加110kV电压等级时线间距离、导线对地与接地体之间的安全距离、交叉跨越距离、绝缘子长度（直线杆塔）和裕度即可得到杆塔的呼称高。用求出的呼称高确定各杆塔的型号。校验所选杆塔的头部间隙、直线塔上拔、耐张绝缘子串倒挂、交叉跨越等，校验合格的杆塔即可采用，不合格者应另外选择。再根据导线型号、气象条件和不同的档距选择防振锤型号、防振锤安装个数和计算出防振锤的安装距离。

目 录

第一章 导线截面选择与校验
1.1 导线的选择 ----------------------------------------------------------------------- ----1
1.2 导线截面选择计算--------------- -------------------------------------------------- --2
1.3 导线的校验--------- ------------------------------------------------------------- ---- -2

第二章 导线的弧垂和应力
2.1 导线的应力与弧垂--------------------------------------------------------------------6
2.2 导线弧垂计算--------------------------------------------------------------------------6
2.3 导线应力比载和弧垂特性曲线-----------------------------------7
2.4 导线应力计算------------------------------------------------------------------------13
2.5 导线安装曲线------------------------------------------------------------------------16

第三章 杆塔选择与定位
3.1 定位用弧垂模板的制作---------------------------------------------------------------18
3.2 定位用弧垂模板的选择---------------------------------------------------------------18
3.3 定位前的准备工作---------------------------------------------------------------------19
3.4 模板定位的操作方法------------------------------------------------------------------20
3.5 杆塔的确定 ---------------------------------------------------------------------------20
3.6 杆塔呼称高的确定 -------------------------------------------------------- -----------22

第四章 杆塔校验
4.1 塔头尺寸的确定-------------------------------------------------------------------------23
4.2 空气间隙的校验-------------------------------------------------------------------------23
4.3 杆塔和导线的间距计算及校验-------------------------------------------------------25
4.4杆塔上拔校验-----------------------------------------------------------------------------28
4.5交叉跨越校验 --------------------------------------------------------------------------30

第五章 防振锤的选择安装
5.1 导线振动类型及危害-------------------------------------------------------------------32
5.2 防振锤的个数及安装距离的计算 ---------------------------------------------------34

参考文献----------------------------------------------------------------------------------------37
致谢----------------------------------------------------------------------------------------------38

第一章 导线的选择与校验
1.1 导线的选择
电力网中所用的导线，不仅对电力网所需的有色金属消耗量及投资有很大关系，而且在电力网运行中对供电的安全可靠和电能质量有重大意义。
选择截面过大的导线，不仅将增加投资，而且将增加有色金属消耗量；选择截面过小的导线，在运行时将在电力网中造成过大的电压损耗和电能损耗，致使导线接头处温度过高，线路末端电压过低，并导致电动机难以起动等不正常运行状态，所以正确选择导线截面，对电力网运行的经济性和技术上的合理性具有重大意义。为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线（包括电缆）截面时必须满足下列条件。
1.1.1 经济电流密度
维持电力网正常运行时每年所支出的费用称为电力网年运行费。电力网年运行费包括电能损耗费、折旧费、修理费。其中电能损耗费、折旧费及修理费是随导线截面而改变的，维护费则不随导线截面而变化。
如果导线截面越大，导线中的功率损耗和电能损耗就越小，但线路的初建投资增加，同时线路的折旧费、修理费和有色金属的消耗能量也就增加。如果导线截面越小，则线路初建设投资和有色金属消耗能量就越小，而线路中的功率损耗和电能损耗将必增加。由此可见线路中的电能损耗和初建投资都影响年运行费，若只加强一个侧面，片面增加或减少导线截面都是不经济的。综合考虑各方面因素定出的符合总的经济利益的导线截面，称为经济截面。对应于经济截面的电流密度，称为经济电流密度。我国现行的经济电流密度见表
表1-1 经济电流密度J值 ()

导线材料
最大负荷使用时间（h）
3000以下
3000-5000
5000以上
钢芯铝绞线
1.65
1.15
0.9
1.1.2 按经济电流密度选择导线截面
架空送点线路的导线截面，一般是按经济电流密度来选择的。
按经济电流密度选择导线截面时，首先必须确定电力网的计算传输容量（电流）及相应的最大负荷使用时间。确定电力网的计算传输容量，实质上是确定计算年限问题，因为电力网的负荷是逐年增长的。所以，选择传输容量时，应考虑电网投入运行后5~10年的发展远景。
电力网最大负荷使用时间，一般是根据电力网所输送负荷的性质确定的，可由下表查出。对于往返送电的电力网，其最大负荷使用时间，等于往返输送电量的总和除以输送的最大负荷。
表1-2 变电站负荷情况表
最大负荷（）
功率因数（）
回路数
最大负荷利用小时（h）
60
0.97
1
2500
当已知最大负荷电流和相应的最大负荷使用时间后，可以在表1-1中查出导线的经济电流密度J，并按下式计算导线的经济截面A
A=() （1-1）
1.2 导线截面选择计算
线路输送的电流 = =324.7(A)
由表1-1查得，当=2500h，J=1.65（A/）代入式（1-1）可得
A===196.8（）
采用单回路供电，所以应选择LGJ-240/30型钢芯铝绞线。
1.3 导线的校验
1.3.1 电晕校验。
电晕现象的发生和大气环境及导线截面有关，导线发生电晕时要消耗电能，为了降低电能量损耗，防止产生电晕干扰，按规程规定，海拔不超过1000m的地区，对于110KV及以上电压等级的线路，应按电晕条件校验导线截面，所选导线的直径应不小于表1-3的导线外径值。
表1-3 按电晕要求的导线最小直径 （海拔不超过1000m）
额定电压（KV）
110
220
330
500
导线外径
9.6
21.3
2×21.3
3×27.4 ~ 4×23.7
相应导线型号
LGJ-50
LGJ-240
LGJ-240×2
LGJQ-400×3~300×4
现选择的LGJ-240/30型钢芯铝绞线直径为d=21.60mm大于9.6mm，所以满足电晕校验。
1.3.2 机械强度校验。
为了保证电力线路运行安全可靠性，要求电力线路的导线必须具备足够的机械强度。对于跨越铁路，通航河流和运河、公路、通信线路和居民区的线路，规定其导线截面不得小于35。通过其他地区的导线最小允许截面为：35KV以上的线路为25，35KV及以下的线路为16。任何线路都不允许使用单股导线。架空线路按其主要程度可分为3个等级，如表1-4所示。对不同等级的线路，按其机械强度条件规定的允许导线最小截面积或直径，见表1-5所示。
表1-4 架 空 线 路 的 等 级
架空电力线路等级
架空电力线路规格
额定电压（kV）
电力用户的类别
I
超过110
所有用户
35～110
一类和二类
II
35～110
三类
1 ～20
所有类别
III
1及以下
所有类别
表1-5 机械强度允许的导线最小截面积（）或直径（mm）
导线结构
导线材料
线 路 等 级
I
II
III
单股导线
铜
青铜
钢
铝及合金
不允许
10
3.5
3.5
不允许
6
2.5
2.75
10
多股导线
铜
青铜
钢
铝及合金
16
16
16
25
10
10
10
16
6
6
10
16
从表1-4和表1-5可看出所选的导线截面满足机械强度要求。
1.3.3 热稳定校验。
选定的输电线路的导线截面，必须根据不同的运行方式以及事故情况下的输送电流进行发热校验。所选导线的最大容许持续电流应大于该线路在正常或故障后运行方式下可能通过的最大持续电流。
当导线通过电流时，导线中就产生电能损耗，结果使导线发热，温度上升，因而使导线与周围介质产生一定温差。温差的大小与通过导线的电流有关，电流愈大，导线与周围介质的温差愈大。当温差达到一定数值时，导线所发生的热量等于向周围介质散发的热量，此时导线的温度不再上升，达到热稳定状态。
由于导线的温度过高，使导线连接处加速氧化，从而增加了导线的接触电阻，接触电阻的增大，使导线连接处更加发热又引起温度升高的恶性循环。对于架空导线，温度升高，会使弛度过大，结果使导线对地距离不能满足安全距离的要求，可能发生事故。对于电缆和其他绝缘导体，温升过高，会使导线周围介质加速老化，甚至损坏。所以，在选择导线截面时，为了使电力网安全可靠的运行，导线在运行中的温度不应超过其最高容许温度。
根据规定，铝及钢芯铝线在正常情况下的最高温度不超过，事故情况下不超过。对各种类型的绝缘导线，其容许工作温度为。为了使用方便，工程上都预先根据各类导线容许长期工作的最高允许温度，制定其长期容许载流量，如表1-6（部分）所示：
表1-6（部分） 钢芯铝线的载流量（环境温度，最高允许温度）
钢芯铝绞线
导线型号（）
屋外载流量（A）
LGJ-150
445
LGJ-185
515
LGJ-240
610
LGJ-300
700
LGJ-400
800
注：本表数值均系按最高温度为70℃计算的。对于铝线和钢芯铝线，当温度采用90℃时，则表中的载流量应乘以系数1.2。
为了保证供电的可靠性，钢芯铝绞线在事故情况下温度不超过，所以屋外载流量应乘以1.2
由前面可知：,LGJ-240型导线在周围空气温度为时，查表1-6得知，LGJ-240型导线的屋外载流量为，远远大于其长期容许载流量，所以满足热稳定要求。
1.3.4 电压损耗校验。
线路中的电压损耗是由导线的电阻和电抗决定的，电压损耗的计算公式为：
(1-2)
式中
P——线路的有功功率，
Q——线路的无功功率，；
R——线路的电阻，；
X——线路的电抗，；
由于LGJ-185/25的线间距离需要较大，所以假设线路的线间距离为4.5m，则线路的几何均距为5.67m，所以LGJ-300型导线单位长度的阻抗为：，。电抗上的无功功率的计算公式为：

所以线路上的电压损耗为：

所以，该线路的电压损耗满足要求。

第二章 导线的应力和弧垂
2.1 导线的应力与弧垂的关系
导线（或避雷线）的应力弧垂计算是架空线路设计的基本计算之一。此项计算是决定架空线路杆塔设计高度、杆塔设计荷载条件、导线对地安全距离以及交叉跨越距离的主要依据。可使高压架空线路的结构强度和电气性能适应自然界气象的变化。导线的应力是随气象条件变化的,当导线最低点在最大使用应力气象条件时的应力应为最大使用应力时，其他气象条件时的应力必小于最大使用应力。在设计架空线路时，应使导线在机械强度允许的范围内，尽量减少弧垂，从而最大限度地利用导线机械强度，又降低杆塔高度，做到经济、合理、运行安全。
2.2 导线弧垂的计算
2.2.1 悬点等高时中点弧垂的计算
悬点等高时，中点弧垂精确计算式为。当悬点等高时，有，这时将代入式，得中点弧垂的近似计算式，即
（2-1）
2.2.2 任意点弧垂的计算
由图（2-1）可看出，当悬点等高时，利用

可得到任一点的弧垂近似计算式为
（2-2）
式中 ，
2.3 导线应力比载和弧垂特性曲线
在架空线路设计过程中，为了确定有关杆塔的设计荷载、导线对地安全距离以及交叉跨越的距离，必须计算导线（或避雷线）在各种气象条件下不同挡距的应力或弧垂，并将计算的结果以横坐标为挡距，纵坐标为应力或弧垂，并按一定比例绘制出在各种气象条件下的挡距与应力的关系曲线，这些曲线组称为导线（或避雷线）应力弧垂特性曲线或称导线机械特性曲线。
当已知气象条件忽然挡距时，在导线和避雷线的机械特性曲线上，能够很快的查出相应的应力和弧垂。
导线机械特性曲线是根据广泛调查分析沿线有关气象数据等资料的前提下确定的设计条件，包括导线型号、气象区、安全系数和防治措施（以确定年平均运行应力）后，通过下述计算程序绘制的。设计条件中任意改变其中之一，就有不同的机械特性曲线，所以应力必须明确设计条件，特别是输电线路较长时，可能在线路不同区段采用不同的设计条件，此时尤其需要注意。
导线特性曲线的计算程序如下：
（1） 确定导线型号及设计气象区。
（2） 确定导线在各种气象条件时的比载。
（3） 确定导线的安全系数及防振措施，计算导线最大使用应力和年平均运行应力。
（4） 计算临界挡距并进行有效临界挡距判别，确定控制条件及控制范围。
（5） 以有临界挡距判别结果为已知条件，利用状态方程式和弧垂公式，逐一求出其他各种气象条件下各种代表挡距值时的应力（或弧垂）为纵坐标，绘制各种气象条件时的应力、弧垂曲线。
(6) 以代表档距为横坐标，应力（或弧垂）为纵坐标，绘制各种气象条件时的应力、弧垂曲线。

2.3.1 控制条件及比载计算
架空线路的导线应力,是随着挡距的不同和气象的改变而变化的。对同一耐张段，导线应力随气象规律符合导线状态方程式。为了保证架空线在任何气象条件下的应力都不超过最大使用应力，必须使架空线在长期运行中可能出现的最大应力等于最大使用应力。以控制条件和相应的控制应力为以知状态，利用状态方程式求出架线时相应气象条件下的应力和弧垂。按照计算出的应力和弧垂安装导线，就可以保证导线在运行中，在任何气象条件下，其应力不超过允许值。

表2-1 线路设计用组合气象条件及相应比载示例表

温度
风速
覆冰
最高气温
40
0
0
最低气温
-10
0
0
最大风速
10
27
0
最大覆冰
-5
10
5
年平均气温
15
0
0
安装
0
10
0
外过电压
15
10
0
内过电压
15
15
0
事故断线
15
0
0
备注：1、最高气温、最低气温、年平均气温、事故断线四种气象条件下：综合比载均为。
2、本例是以导线型号为、第气象区为例。
一般情况下，可能成为控制应力，因为条件的气象条件有如下四种：
（1）最低气温、无风、无冰；
（2）最大风速、无冰、相应的气温；
（3）覆冰、相应风速、－５℃；
（4）年平均气温、无风、无冰。
其中前三种情况，可能出现最大应力，因而其控制应力都是导线的最大使用应力。最后一种条件是从导线的防振观点提出的，为了满足导线耐振的要求。在年平均气温条件下，导线应力不得大于年平均运行应力。规程规定，导线的平均运行应力上限为其瞬时破坏应力的25%，即控制应力为25%。
架空线路通过第气象区，风向垂直于线路，导线为型，计算其比载如下：从附表中查得：导线为的计算截面积，外径，计算质量。气象条件从表中查取，计算导线的各种比载。以下比载单位为。
1、自重比载：
。
2、冰重比载：

3、覆冰时垂直总比载）：

4、无冰时导线风压比载：
风速为10m/s时，

风速为15m/s时，

风速为27m/s时，

5、覆冰时风压比载：

6、无冰有风时的综合比载：
风速为10m/s时，

风速为15m/s时，

风速为27m/s时，

7、有冰有风时的综合比载：

2.3.2 临界挡距
以上四种控制条件，并不是在所有的挡距范围内都是控制条件，各控制条件可能在不同的挡距范围内起控制作用，而在某一挡距下可能某两个控制条件同时起控制作用，超过此挡距时是一个条件控制，而小于此挡距时是另一个条件控制。这样的挡距称为该两个控制条件的临界挡距。因控制条件可能有四个，对它们进行两两组合，则有六种不同组合。显然，每一种组合的两种控制控制条件之间均有一临界挡距，所以临界挡距共有六个。
根据临界挡距的概念，利用导线的状态方程式可推得临界挡距的计算式为
（2-7）
式中 ——临界挡距，；
、——两种控制条件的控制应力，；
、——两种控制气象条件时的比载，
、——两种控制气象条件时的气温，；
——导线的膨胀系数，；
E——导线的弹性伸长系数，
由式可见，当两种控制条件的控制应力相等时，式子可简化为
(2-8)
下面计算平断面图所列耐张段的临界挡距，并确定其控制条件，查附表3得LGJ-400/20 导线参数如下：
计算拉断力：
计算截面:
导线的综合瞬时破坏应力：
弹性系数：
热膨胀系数： ，
2.3.2.1 计算控制应力
取设计安全系数，则最大使用应力为：

在平均气温时，控制应力为平均运行应力的上限，即

表2-2 可能控制条件排列表
出现控制应力的气象条件
控制应力
比载g
温度
比值

顺序代号
最低温度
109.610

-10
0.299 ×10-3
A
最大风速
109.610

10
0.402×10-3
B
最大覆冰
109.610

-5
0.427×10-3
C
年平均气温
68.506

15
0.478×10-3
D
根据，，所以

虚数
虚数
虚数
虚数
表2-3 临界档距判别

因为A、B、C栏均存在虚数，所以全线收年平均气温控制。见下图：

由上图可知，全线受D条件控制，控制应力。
2.4 导线应力计算（以导线在最高气温下应力的分析计算为例）

当时,时。如果有, ，，如果有，，
计算各种气象条件下的应力。
（1） 求最高气温时导线应力曲线，此时，年平均气温为已知条件，控制应力为，最高气温为待求条件。
当时，则：
1

，

f=0.28m
当时，则：

f=0.95m
当时，则