架空输电线路设计课程设计刘志宏

《架空输电线路设计》课程设计题目：

110KV架空输电线路设计

姓名：刘志宏

专业：农业电气化与自动化

班级：

农业电气化与自动化2012级本科班学号：2012556114

所在学院：电气工程学院

指导教师：朱瑞金

完成日期：2015.7.8

前言

架空输电线路设计的主要内容包括架空输电线路基本知识、设计用气象条件、架空线的机械物理特性和比载、均布荷载下架空线的计算、气象条件变化时架空线的计算、均布荷载下架空线计算的进一步研究、非均布荷载下架空线的计算、连续档架空线的应力和弧垂、架空线的断线张力和不平衡张力、架空线的振动和防振、路径选择和杆塔定位、计算机在线路设计中的应用。在本学期中，重点学习了架空线的在各种气象条件下与状态下的比载、应力与弧垂计算，要求了解架空线的振动危害与防震措施。要求力求通过学习架空输电线路设计，基本掌握架空输电线路的基本理论知识，培养技能素养。

而此次架空输电线路的课程设计，是在学习完成架空输电线路的专业课程后，进一步培养我们综合运用所学理论知识与技能，解决实际问题的重要能力。此次课程设计时110KV架空输电线路的设计，包含了气象条件的选取、比载、临界档距、应力与弧垂的计算，把整本书的重点与难点全部包含。通过此次课程设计，使我们将次数的重难点知识进行了系统整理，并学会将理论联系实际，系统综合的运用所学知识，培养我们分析实际问题的能力和独立工作的能力。

此次课程设计的时间短、任务重，因此在进行应力与弧垂计算时，采取的是选取特殊气象进行计算，并绘制其曲线，在大家的一致努力下克服了计算难关，因采用的是笔算与试值法，其计算结果可能稍有偏差。

总体说来，此次课程设计为我们对于架空输电线路的实际设计有了进一步的深入了解，为以后从事电力行业培养了一个良好的设计、思考习惯。

目录

1、整理该气象区的计算所用气象条件 (1)

2、计算许用应力与年均应力 (1)

3、计算各种气象条件下的比载 (2)

3.1自重比载 (3)

3.2冰重比载 (3)

3.3垂直总比载 (3)

3.4风压比载 (3)

3.5无冰综合比载 (4)

3.6覆冰综合比载 (4)

4、计算临界档距、判断控制气象条件 (5)

4.1可能控制条件的有关参数 (5)

4.2按等高悬点考虑，计算各临界档距 (5)

5、最大弧垂的判定 (6)

6、计算各气象条件的应力和弧垂，并绘制其曲线 (7)

6.1档距控制范围下的已知条件与参数 (7)

6.2气象条件为待求条件与已知参数 (8)

6.3利用状态方程式求解应力 (8)

6.4求解最高气温、覆冰无风与外过无风时弧垂 (10)

7、计算并绘制安装曲线 (11)

7.1计算-10℃~40℃安装曲线 (11)

7.2绘制安装曲线 (14)

8、结束语 (14)

附录：主接线图 (15)

图1：导线应力曲线 (15)

图2：导线弧垂曲线 (15)

图3：导线安装曲线 (15)

1、整理该气象区的计算所用气象条件

查表2-9与各种气象条件得：

最高气温为40℃，无冰无风；

最低气温：最低气温为-10℃，无冰无风；

最大风速：最大设计风速为30m/s，无冰，月平均气温10℃；

最厚覆冰：气温-5℃，风速10m/s，覆冰厚度10mm；

内过电压：年均气温15℃，无冰，0.5位最大风速15m/s；

外过无风：温度15℃，无风无冰；

外过有风：温度15，风速V区取10m/s，无冰；

安装有风：风速10m/s，无冰，最低气温月的平均气温-5℃；

事故气象：V气象区覆冰厚度为10mm<20mm，则为一般地区，因此气像条件为无风无冰，最低平均气温-10℃；

年均气温:15℃。将所有已知气象参数整理于表1中。

2、计算许用应力与年均应力

LGJ-150/25型导线的有关参数，记录于表2中：

表2:LGJ-150/25导线参数记录表

查附表A-1可得截面积、导线直径、单位长度质量，由于LGJ-150/25的铝

钢线根数比为26/7，则查表3-1可得综合弹性系数、温膨系数与安全系数：

绞线拉断力的计算式为：S a a j A A a T %1σσ+=。

由于铝直径为d=2.70mm ，2.50

铝绞线股数为26股，则铝线的强度损失系数为a=0.95； 则绞线的拉断力为：

39.55808131025.2486.14817095.0%1=?+??=+=S a a j A A a T σσ

架空线的抗拉强度为：MPa A

T p p 2675.30611

.17339

.5580895.0=?

==

σ

架空线的许用应力为：MPa K

p

a 507.1225

.22675

.306==

=

σσ

年均应力为：MPa p cp 5669.762675.30625.025.0=?==σσ

3、计算各种气象条件下比载

各种气象条件下的计算比载值记于表3中：

表3：各气象条件下比载的计算值

其详细计算步骤如下：

3.1自重比载

自重比载是架空线自身质量引起的比载，其大小认为不受气象条件变化的影响。其值为：

)/(1005.341011

.17380665

.960110)0,0(3331m MPa A qg r ---?=??=?=

3.2冰重比载

冰重比载是架空线的覆冰重量引起的比载，与覆冰厚度相关。其值为： )/(1041.431011

.173)

101.17(10728.27)()0,10(332m MPa A b d b A vg r --?=?+??=+==ρπρ

3.3垂直总比载

垂直总比载为自重比载与冰重比载之和，即为：

)/(1046.77)0,10()0,0()0,10(3213m MPa r r r -?=+=

3.4风压比载

包括无冰风压比载和覆冰风压比载，方向作用在水平面内。假设风向垂直于

线路风向，即?

=90θ，1sin =θ，因d=17.10mm>17mm ，取1.1=sc μ；110kv 线

路，0.1=c β。

无冰时风压比载计算式为：

323

2410625.010sin ),0(--?=?=A

v d A W d v r sc f v sc f c μαθμαβ

（1）外过电压、安装有风：v=10m/s ，1.1,0.1==sc f μα

所以：)/(1079.61011

.173101.171.10.1625.0)10,0(332

4m MPa r --?=??

???= （2）内过电压：1.1,75.0,/15===sc f s m v μα

所以：)/(1046.111011

.173151.171.175.0625.0)15,0(332

4m MPa r --?=??

???= （3）最大风速：v=30m/s 计算强度时：1.1,75.0==sc f μα

所以：)/(1084.451011

.173301.171.175.0625.0)30,0(332

4m MPa r --?=??

???= 计算风偏时（校验电气间隙）：1.1,61.0==sc f μα

)/(1028.371011

.173301.171.161.0625.0)30,0(332

4m MPa r --?=?????=

（4）覆冰风压比载：v=10m/s ，由于计算强度与风偏时，取值相同，均为

1.1,61.0==sc f μα

所以：

)/(1073.141011

.17310)1021.17(1.10.1625.0)10,10(332

5m MPa r --?=???+???=

3.5无冰综合比载

无冰综合比载是无冰有风时的的综合比载，等于架空线的自重比载和无冰风雅比在的矢量和，即：

（1）外过电压、安装有风：

)/(1072.341079.605.34)

10,0()0,0()10,0(332224216m MPa r r r --?=?+=+=

（2）内过电压：

)/(1093.351046.1105.34)

15,0()0,0()15,0(3

3

2

2

24216m MPa r r r --?=?+=+=

（3）最大风速： 计算强度时：

)/(1010.571084.4505.34)

30,0()0,0()30,0(3

3

2

2

24216m MPa r r r --?=?+=+=

计算风偏时：

)

/(1049.501028.3705.34)

30,0()0,0()30,0(3

3

2

2

24216m MPa r r r --?=?+=+=

3.6覆冰综合比载

覆冰综合比载是架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和。由于在此计算时，计算风偏与强度时，选取的参数一样，则计算结果也是一样的。即覆冰综合比载为：

()()())/(1085.781073.1446.7715,100,1010,10332225237m MPa --?=?+=+=γγγ

4、计算临界档距、判断控制气象条件

4.1可能控制条件的有关参数

将可能的应力控制条件记于表4中：

表4：可能的应力控制气象条件

4.2按等高悬点考虑，计算各临界档距

由于a 、c 、d 两两的控制条件下的许用应力相等即[][][]000σσσ==j i ，则可以采用公式：[]

()

2

2024i

j i j ij t t l γγασ--=

由于b 与a 、c 、d 控制条件下的许用应力不等，则只能采用公式：

[][]()[

][][]???

????

??

???

?

?-???? ??-+-=

2

02

00024i i j j

i j i j ij E t t E l σγσγ

ασσ

利用上式计算得各临界档距为：

[][]()[][][]?

???

???????? ??-???? ??-+-=2000024a a b b a b a b ab E t t E l σγσγασσ=虚数

[]()m t t l a

c a c ac 565.254242

20=--=γγασ []

()m t t l a

d a d ad 034.8224220=--=γγασ

[][]()[][][]518.792242

02000=????

???????? ??-???? ??-+-=

b b

c c b c b c bc E t t E l σγσγασσ [][]()[][][]m E t t E l b b

d d b d b d bd 39.278242

02000=???

?

???????? ??-???? ??-+-=

σγσγασσ []

()虚数=--=22024c

d c d cd t t l γγασ

将各临界档距填入有效临界档距判别表如表5所示：

表5：有效临界档距判别表

判断有效临界档距，确定控制气象条件:

因为在某条件栏中，存在临界档距为虚数或者0的情况，则该栏的条件不起控制作用，应当舍去。

容易看出m l bd 39.278=为有效临界档距，则可能的控制条件a 、c 不起控制作用。因此，当实际临界档距bd l l ≤时年均气温为控制条件，当实际档距bd l l ≥时最厚覆冰为控制条件。

5、最大弧垂的判定

最大弧垂的判定方法有：临界温度法与临界比载法，此次是利用临界温度判定法来判断最大弧垂的控制气象条件,即：在某一温度下，架空线在自载比载作用下产生的弧垂与覆冰无风时弧垂相等，则此温度为临界温度。

在等高悬挂点下，覆冰无风时气温为5-=b t ℃，比载m MPa r /1046.7733-?=，自重比载为：m MPa r /1005.3431-?=，温膨系数：6109.18-?=α，弹性系数：E=76000MPa 。 计算临界温度值：

C E r r t t b b j 0

6

333159.4276000

109.18507.122)1004.771005.341(5)1(=?????-+-=-+=---ασ

将临界温度值与最高气温的温度值相比较，C t o j 59.42=>C t o 40max = 因此最大弧垂发生在覆冰无风气象条件下。

6、计算各气象条件的应力和弧垂，并绘制其弧垂曲线

6.1档距控制范围下的已知条件与参数

以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如下表6所示。

表6：已知条件与参数

6.2气象条件为待求条件与已知参数

以各气象条件为待求条件，已知参数如表7所示。

表7：待求条件与已知参数

6.3利用状态方程式求解应力

利用的状态方程式为：)(2424122

01

2

210120222202t t E l Er l Er ---=-ασσσσ求解各条件下的待求应力，已知：E=76000N/2mm ，)/1(109.1806C -?=α。计算在最高气温、最低气温、年均气温、外过无风、覆冰无风时的应力。 (1)最高气温时

已知：

;15,40,5669.76),

/(1005.34),/(1005.34,1000

102013132C t C t MPa m MPa r m MPa r m l ===?=?==--σ

代入状态方程式得：=02σ49.41 同理可得：

当l=200m 时，=02σ58.52 l=278.39时，=02σ63.24 l=400m 时，=02σ67.84 l=500m 时，=02σ70.12 l=600m 时，=02σ71.96 l=700m 时，=02σ72.97 (2)最低气温时

已知：

;

15,10,5669.76),

/(1005.34),/(1005.34,1000

102013132C t C t MPa m MPa r m MPa r m l =-==?=?==--σ

代入状态方程式得：=02σ109.31 同理可得，

当l=200m 时，=02σ101.92 l=278.39时，=02σ94.30 l=400m 时，=02σ88.01

l=500m 时，=02σ84.48 l=600m 时，=02σ82.31 l=700m 时，=02σ80.82 (3)外过有风时

已知：

;

15,15,5669.76),

/(1005.34),/(1072.34,1000

102013132C t C t MPa m MPa r m MPa r m l =+==?=?==--σ

代入状态方程式得：=02σ76.54 同理可得，

当l=200m 时，=02σ76.12 l=278.39时，=02σ76.60 l=400m 时，=02σ76.55 l=500m 时，=02σ76.56 l=600m 时，=02σ76.55 l=700m 时，=02σ76.56 (4)外过无风时

已知：

;

15,15,5669.76),

/(1005.34),/(1005.34,1000

102013132C t C t MPa m MPa r m MPa r m l ===?=?==--σ

代入状态方程式得：=02σ77.05 同理可得，

当l=200m 时，=02σ76.58 l=278.39时，=02σ76.56 l=400m 时，=02σ76.57 l=500m 时，=02σ76.57 l=600m 时，=02σ76.57 l=700m 时，=02σ76.57 （5）覆冰无风时

已知：

;

15,5,5669.76),

/(1005.34),/(1046.77,1000102013132C t C t MPa m MPa r m MPa r m l =-==?=?==--σ