220kV庄慈线架空线路设计 毕业设计论文.doc
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1、摘 要 此次毕业设计为 220kV 庄慈线架空线路设计,参考电气工程专业毕业设计 指南输配电分册的相关内容,本着贴近工程实际的原则,本设计主要讲述 了架空线路设计的基本原则和做法。 本设计的主要内容有:导线、避雷线的应力弧垂计算,绝缘子、金具的选择, 杆塔的选型,线路路径选择和杆塔定位,杆塔荷载计算及塔头尺寸校验,耐张铁 塔内力计算,杆塔基础设计及稳定性校验,导线、避雷线防振设计等,对每一个 内容都作了详细的论述与计算,力争做到准确、经济、合理。 关键词 线路设计,应力,弧垂,杆塔稳定,杆塔荷载计算 摘 要 Title Overhead line Zhuangci power line des
2、ign of 220kV Abstract Design for the graduation of 220 kV overhead line Zhuangci circuit design,Reference “electrical engineering graduate design - transmission and distribution volumes“ relevant to elements of the project close to the actual principles, The main design of overhead lines shows the b
3、asic design principles and practices. The design includes:wire, lightning shielding line sag stress, insulator and fitting selection, tower selection, line routing and positioning tower, tower load calculation and tower head size calibration,tower internal forces, the tower foundation design and sta
4、bility calibration, wire, lightning shielding line anti-vibration design, and do a lot in calculating,making the design economical and reasonable. Keywords line design , stress, sag, tower stability, tower load calculation 目录 前言1 说明书 第一章 架空线的应力弧垂.2 第二章 避雷线的应力弧垂.10 第三章 杆塔设计.12 第四章 线路路径的选择和杆塔定位.17 第五章
5、 耐张杆塔头尺寸校验20 第六章 耐张杆塔头荷载.23 第七章 耐张杆基础校验.28 第八章 导线避雷线的防振设计30 计算书 第一章 架空线的应力弧垂计算32 第二章 避雷线的应力弧垂计算36 第三章 杆塔定位结果校验.38 第四章 耐张杆塔头尺寸校验.41 第五章 耐张杆塔头荷载图43 第六章 耐张杆基础稳定性计算47 第七章 导线避雷线的防振设计48 结论.51 致谢.52 参考文献.53 附录 1:外文资料翻译. 54 附录 2:附图. .60 1 前言 本设计为 220kV 庄慈线架空线路设计,为传统的设计题目,主要考察学生 所学的知识和灵活应用知识的能力,设计的内容主要有以下特点:
6、 一、注重内容的完整性、条理性和尽量简明扼要,在设计中提供了线路设计的 整体思路,详细罗列了设计用公式和相关参数及图表;二、注重工程实践性, 设计内容完全按照输电线路总体设计流程,为以后毕业生的工作打好实践基础; 三、注重线路设计的合理性,对各个阶段的计算结果做了详细的论证,力争做 到设计合理。 本 设 计 的 内 容 有 : 进行导线、避雷线应力弧垂计算,绘制对应的曲线; 制作最大弧垂模板进行杆塔室内定位并在平断面图上作校验;选择杆塔、绝缘 子、金具型式;进行绝缘配合设计、杆塔强度计算、基础稳定性计算;导地线 防振设计等。 作为一名即将毕业的大学生,毕业设计在大学学习具有非常重要的作用, 不
7、仅要求我们具有扎实的专业知识,而且要对所学的知识要有一个系统的认识, 比如:排杆定位时要用到弧垂模板的制作的相关知识,而且要学会运用一定的 应用软件,例如:AUTOCAD 等,会熟练运用它们绘制各种图形。方便对设计内 容做一些修改。因 而 , 毕 业 设 计 对 于 我 们 具 有 以 下 目 的 和 意 义 : 1 培养和提高我们综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,巩固所学 的理论知识并且加以深化及应用,能够初步掌握一些实际工作中应该具备的能 力。 2 培养我们分析和解决工程实际问题的能力和进行科学研究的初步能力,能对 试验的数据进行采集与分析处理。 3 培养我们独立的工作能力和创新
8、能力,学会调查研究,收集、查询和阅读中 外文的文献资料,能够进行定性、定量相结合的独立研究和论证。要求我们要 使创新精神与科学态度相结合,大胆提出新的设计方案和技术措施。 4 熟悉国内、国际相关专业的发展状况,和我国电力发展的基本方针政策,树 立我们工程设计所必须的安全、可靠、经济的观点。 2 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 2 第一章 架空线的应力和弧垂 1.1 设计用气象条件的组合 架空输电线路设计常年在大气中运行,承受着四季气温、风、冰以及雷电 等气象变化的影响,其中风、覆冰和气温对架空输电线路的机械强度和电气间 距有较大影响,是线路设计需考虑的主要气象参数,称为气象条件三要素。
9、其 值的选取应符合整个线路的技术经济性的要求,并保证架空输电线路安全地施 工和运行检修。但是在设计时并不能将三要素出现的最不利情况进行简单叠加, 因为线路运行中的实际气象条件虽然是风、覆冰、气温等气象参数的组合,但 最大风速、最厚覆冰、最低(高)气温通常并不同时出现。因此,必须根据线 路运行、检修和施工中可能遇到的情况和实际运行经验,对原始气象资料慎重 地分析,在数理统计分析基础上合理地组合设计气象条件。 1.线路正常运行情况下的气象组合 (1)最大风速:最大设计风速,无冰,相应的月平均气温。该气象组合主 要用于计算架空线和杆塔的强度或刚度,校验工作电压下的电气间距。 (2)最低气温:最低气温
10、,无冰,无风。该气象组合主要用于架空线的强 度设计,悬垂绝缘子串的上扬校验等。 (3)覆冰有风(最厚覆冰):最厚覆冰,相应风速,气温-5 。根据雨C 凇形成规律,相应风速一般为 10 .若该地区最大设计风速很大,可考虑相sm/ 应的风速为 15 .sm/ (4)覆冰无风(最大垂直比载):最厚覆冰,无风,气温-5 。 (5)最高气温:最高气温,无冰,无风。 2.线路断线事故情况下的气象组合 (1)一般地区,无风,无冰,历年最低气温月的日最低气温平均值。 (2)重冰区(覆冰厚度 20以上) ,无风,有冰,气温-5。 3.线路安装和检修情况下的气象组合 (1)安装气象:风速 10 ,无冰,最低气温月
11、的平均气温。sm/ (2)带电作业:风速 10 ,无冰,气温 ,用于带电作业的间距C15 校验。 4. 线路耐振计算用气象组合 由于线路微风振动一年四季中经常发生,故控制其平均运行应力的组合气 3 象条件为:年平均气温,无风,无冰。 4.雷电过电压气象组合 雷电过电压是指由于雷电的作用在导线上产生的过电压,也称外过电压。 (1)外过有风:温度 ,相应的风速,无冰。C15 (2)外过无风:温度 ,无风,无冰。 6.操作过电压气象组合 操作过电压是由于大型设备和系统的投切在导线上产生的过电压,也称内 过电压,其气象组合为:年均气温,无冰,0.5 倍的最大风(不低于 ) 。sm/15 1.2 典型气
12、象区 典型气象区作为一种计算气象条件,简化了一个地区的设计工作,便于开 展标准化工作。根据我国各地区气象条件的情况,以影响输电线路设计最大的 三个因素:风速、温度、覆冰厚度作为整理条件,进行了归纳合并,形成了我 国九个典型气象区,此次设计中典型气象区为区,具体的参数如下表。 表 1.1 气象区全国典型气象条件 代表情况 大气温度 ( )C风速( )sm/覆冰厚度( )m 最高温 +40 0 0 最低温 -10 0 0 最大风 +10 30 0 最厚覆冰 -5 10 5 内过电压 +15 15 0 外过无风 +15 0 0 外过有风 +15 10 0 安装有风 0 10 0 事故气象 0 0 0
13、 年均气温 +15 0 0 1.3 架空线的物理特性和比载 1.3.1 架空线的机械物理特性 此次设计提供的导线型号为 ,它的各种物理特性如下表。2/30LGJ 表 1.2 的物理特性表 截面积 (mm 2) 导线直径 (mm) 温度线性 膨胀系数 ( C/1 ) 温度线性 膨胀系数 ( / ) 计算重量 (kg/km ) 计算拉断 力 (N) 安全系数 324.33 23.43 20.96063000 1002 75680 2.5 4 抗拉强度 )(MPp 许用应力 )(MPcp年均应力上限 )(MPcp 221.68 88.67 55.42 在上述表中数据抗拉强度,许用应力,年均应力上限计
14、算原理如下: (1)抗拉强度的计算: )(95.0MPATp (2)架空线的许用应力 架空线的最大使用应力又称许用应力,是指架空线弧垂最低点所允许使用的最 大应力,应按下式计算: )(0PK 式中 架空线的最大使用应力, N/mm2;0 架空线的瞬时破坏应力,N/mm 2;P 导线、避雷线的安全系数。设计规程中规定 2.5。K K (3)架空线的年均应力上限 在线路设计中,为了保证架空线路长期运行的安全可靠性,除了满足在任 何气象条件下,架空线的最低点处的使用应力不能大于许用应力外,还应满足 年平均运行应力的要求,防止导线因振动而出现断股和断线。 架空线的年平均运行应力 一般取瞬时破坏应力 的
15、 25%,即cPP 。这是由于架空线的年平均运行应力的上限一般按加防振措施考pcp25.0 虑。 1.3.2 架空线的比载 作用在架空线上的机械荷载有自重、冰重和风荷载。这些荷载可能是不均 匀的,但为方便计算,一般按均匀分布考虑。根据架空线上作用的荷载的不同, 相应的比载有自重比载、冰重比载、风压比载等。根据作用方向的不同,比载 可分为垂直比载、水平比载和综合比载。 (1)自重比载 式中 架空线的单位长度质量,qkmg/ 架空线的截面积,A2 重力加速度,g/8.9sg )/(10),(31MPaqg 5 (2)冰重比载 式中 覆冰厚度, 架空线的外径, ;bmdm (3)垂直总比载 )0,(
16、),()0,(213bb (4)无冰风压比载 (5)覆冰风压比载 (6)无冰综合比载 ),0(),(),0(24216 vv (7)覆冰综合比载 ),(),(),(25237 vbvb 表 1.3 各气象条件下比载结果图 名称 符号 结果 )/10(3mMPa 自重比载 )0,(130.28 冰重比载 52 12.15 垂直总比载 ,3 42.43 无冰风压比载(强度) )(433.52 无冰风压比载(风偏) 0, 27.27 无冰风压比载 14 4.97 无冰风压比载 )5,(8.38 覆冰风压比载 7.73 无冰综合比载(强度) 30,6 45.17 无冰综合比载(风偏) )(40.75
17、无冰综合比载 1,6 30.69 无冰综合比载 31.42 覆冰综合比载 )0,(743.13 )/(10)(728.)0,( 32 MPaAbb )/(sin),0( 324 mMPaAWdvvscf )/(1sin)(),( 325 PaAbdvbvscf 6 1.4 架空线的应力和弧垂计算 1.4.1 应力弧垂曲线 架空线的应力弧垂曲线表示了各种气象条件下应力(弧垂)与档距之间的 变化关系。在确定出档距以后,很容易从曲线上得到各种气象条件下的应力与 弧垂值。在制作架空线应力弧垂曲线时一般按照以下顺序: (1)确定工程所采用的气象条件; (2)依据选用的架空线规格,查取书中有关参数和机械物
18、理性能,选定架 空线各种气象条件下的许用应力(包括年均运行应力的许用值) ; (3)计算各种气象条件下的比载; (4)计算临界档距,并判断有效临界档距和控制气象条件; (5)判断最大弧垂出现的气象条件; (6)以控制条件为已知状态,利用状态方程式计算不同档距、各种气象条 件下架空线的应力和弧垂值(导线一般只计算最大弧垂气象和外过无风气象下 的二条弧垂) ; (7)在电脑中利用 Excel 绘制出应力弧垂曲线图。 应力弧垂曲线计算项目表如下: 表 1.4 架空线应力弧垂曲线计算项目 计 算 项 目 最 高 气 温 最 低 气 温 最 大 风 强 度 最 大 风 风 偏 覆 冰 无 风 最 厚 冰
19、 强 度 最 厚 冰 风 偏 内 过 电 压 外 过 无 风 外 过 有 风 安 装 情 况 事 故 气 象 年 均 气 温 导 线 避 雷 线 导 线 避 雷 线 1.4.2 计算临界档距,判断控制条件 (1)可能控制条件的有关参数见表 7 表 1.5 可能的应力控制气象条件 最大风速 最后覆冰 最低气温 年均气温 许用应力 )(0MPa 88.67 88.67 88.67 55.42 比载 /m3107.45310.431028.31028.01 5.09 4.86 3.41 5.46 温度 )(Ct+10 -5 -10 +15 编号0B C D A (2)按等高悬点考虑,计算各临界档距
20、气象条件变化时,架空线的应力也随之变化。为了保证架空线在任何气象 条件下的应力都不超过许用应力,必须使架空线在长期运行中可能出现的最大 应力等于许用应力,因此,需要找出出现最大应力时的控制气象条件来。档距 不同,控制气象条件也不同,我们把以上条件各种情况中有两种气象条件下导 线均达到各自允许应力最大值时的档距称为临界档距。 临界档距的计算公式: 计算有: 虚数, 虚数, 虚数,ABlAClADl 265.05m, 573.39m, 144.62mDBC (3)由计算结果知年均气温控制全程档距。 1.4.3 架空线应力和弧垂计算原理 以各气象条件为待求条件,已知参数如下表: 表 1.6 待求各气
21、象条件及已知参数 最 高 气 温 最 低 气 温 年 均 气 温 事 故 外 过 有 风 外 过 无 风 内 过 电 压 安 装 覆 冰 无 风 覆 冰 有 风 强 度 覆 冰 有 风 风 偏 最 大 风 强 度 最 大 风 风 偏 )()(242020ij ijijijEtl 8 )(Ct40 -10 15 0 15 15 15 0 -5 -5 -5 10 10mb 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 0 0/sv 0 0 0 0 10 0 15 10 0 10 10 30 30)/10(3MPa 30. 28 30. 28 30. 28 30. 28 30. 69 30. 28 3
22、1. 42 30. 69 42. 43 43. 13 43. 13 45. 17 40. 75 利用状态方程: 弧垂公式: 求得各待求条件下的应力和弧垂。 此次设计在此环节进行了创新,利用 C 语言程序对该状态方程进行了编译, 得到了 的档距的指定的应力和弧垂计算结果如下表。在 Excel 软件中m605 出图。 表 1.7 导线的应力弧垂计算表 最高气温 最低气温 年均气温 事故 安装 档距 应 力 MPa 弧垂 m 应 力 MPa 应 力 MPa 应 力 MPa 应 力 MPa 50 28.14 0.34 87.18 55.42 74.31 74.33 100 34.68 1.09 83.
23、92 55.42 71.98 72.09 150 39.53 2.16 79.32 55.42 68.94 69.17 200 43.07 3.52 74.39 55.42 65.96 66.32 250 45.66 5.18 70.03 55.42 63.50 63.96 300 47.6 7.16 66.62 55.42 61.65 62.19 350 49.05 9.45 64.10 55.42 60.29 60.88 400 50.16 12.07 62.27 55.42 59.30 59.93 450 51.02 15.02 60.93 55.42 58.57 59.23 500 5
24、1.7 18.30 59.94 55.42 58.02 58.69 550 52.24 21.92 59.18 55.42 57.60 58.29 600 52.68 25.87 58.60 55.42 57.27 57.97 )(24241201010 tEllE8lf 9 外过无风 外过有风 内过电压 覆冰无风档距 应 力 MPa 弧垂 m 应 力 MPa 应 力 MPa 应 力 MPa 弧垂 m 50 55.42 0.17 55.47 55.56 81.58 0.16 100 55.42 0.68 55.59 55.88 81.11 0.65 150 55.42 1.54 55.71 5
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