1、- 1 -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 指导教师 职称 副教授 论文报告提交日期 2摘要本设计说明书中的主要内容包括有:首先，通过输送容量及功率因数利用经济电流密度来进行到县级避雷线型号的选择；在选出导线以后，利用已知的气象条件，计算出导线在各种气象条件时的应力及弧垂，进而绘制导线安装曲线图；利用最大弧垂计算出呼称高，选出合适的杆塔及对应的基础形式；最后进行绝缘子的选型以及防雷 防振和保护和接地装置。110KV
2、 架空输电线路初步设计- 3 -AbstractThe 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, calcula
3、tes 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 shanp
4、ing as well as anti-radar quakeproof and the protetive earthling installment.4目 录内容摘要第一部分 前言5第二部分 原始资料介绍6第三部分 设计说明书第一章 导线及避雷线部分7第二章 导线应力及弧垂8第三章 杆塔的选择13第四章 杆塔基础的设计.14第五章 绝缘子的选择17第六章 防雷防振及接地保护装置的选择19 第四部分 设计计算书第一章 导线截面选择及校验计算部分22第二章 导线的应力弧垂计算23第五部分 结束语35参考资料附图 110KV 架空输电线路初步设计- 5 -第一部分 前 言初步设计是工程设计的重要
5、阶段,主要的设计原则,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的线路路径方案进行综合的技术经济比较，取得有关协议，选择最佳的路径方案；充分论证导线和地线、绝缘配合及防雷设计的正确性，确定各种电气距离；认真选择杆塔和基础形式；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题进行调查研究，提出专题报告；根据工程的特点及设计的实际情况，列出新技术的科研专题，把科学实验的成果用于工程设计中去。各项设计均作出了安全可靠、技术经济合理的设计方案，进行优选。设计必须做到技术进步，并从实际出发，结合国情和地区特点，积极慎重地推
6、广采用成熟的新材料、新结构等先进技术。6第二部分 原始资料介绍、设计情况随着河南经济的发展，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，该输电线路经过的地势平坦，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的自然条件如下表气温 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覆冰情况 -5 10 10年平均气温 +15 0 0外过电压 +1
7、5 10 0气 象条 件类别110KV 架空输电线路初步设计- 7 -第三部分 设计说明书第一章导线及避雷线部分导线是固定在杆塔上输送电流的金属线，由于经常承受着拉力和风 冰 雨 雪及温度变化的影响，同时还受空气中化学杂质的侵蚀，所以导线的材料除了应有良好的导电率外，还有足够的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，应根据沿线的气象资料和附近已有线路的运行经验考虑。在确定最大设计风速时，应按当地气象台（站）重现期为 15年，10min 时距平均的年最大风速作样本，并宜采用极值 I 型分布作为概率统计值。110kV 线路的最大设计风速不应低于25m/s。合理的选择导线
8、截面，对电网安全运行和保障电能质量有重大意义，随着经济的高速发展，对电力的需求越来越大，我们在选择导线的时候，还要考虑线路投运后 5 年的发展需要。本设计中我们按照经济电流密度进行导线截面选择公式如下： （其中 S 指导线截面；J 指经济电流密度；LIsJ指线路最大负荷电流）LI内过电压 +15 15 0安装情况 -10 10 0冰的比重 0.9g/ g/cm38在此我们选用普通型钢芯铝绞线，即 LGJ-15020 型与避雷线配合的原则，避雷线的型号选择为 GJ-35 型。 （具体计算见计算书）第二章导线的应力及弧垂架空线路的导线和避雷线，周期性的遭受外部荷载的作用，在导线和避雷线上产生不同的
9、应力。在架空线路机械计算时，应用“比载”计算机械荷载比较方便。架空线路中相邻两直线杆塔中心线间的水平距离，称档距 L。导线悬挂点到导线最低点的垂直距离，称为弧垂。当气象条件变化时，导线受温度和荷载的作用，导线材料的应力，弧垂及线长也将随着变化，不同的气象条件下导线的应力。也可以根据状态方程进行计算。查表及资料可知，导线计算截面 S=16737，导线计算直径 d=1672mm 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Nsqg(108.9312./m)2. 冰重比载s
10、db()(2.732./)110KV 架空输电线路初步设计- 9 -3. 垂直总比载)./(2213mNg4. 无冰风压比载sacdvg(106125.0324 2./)5. 覆冰风压比载Nsvbdacg(10)2(615.035 2./m)6. 无冰综合比载)./(22416mg7. 覆冰综合比载)./(22537N二、临界档距的计算及判别参照有关资料，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。p1、利用参数计算导线的许用应力 )/(2mNp按设计技术规程规定，年运行应力的气象条件采用平均气温，导线的年平均运行应力不得超过导线瞬时破坏应力上限的
11、25%则 )/(%252mNppj2、临界档距的判别为了保证架空线长期运行的安全可靠性，除需使其应力在任10何气象条件下均不得超过强度许用应力外，应具有足够的耐振能力取决于年平均运行应力的大小，满足强度条件要求的架空线，在任何气象情况下的应力均不超过强度许用应力，而耐振条件则要求架空线在平均气温下的应力不超过年平均运行应力的上限，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，考虑了耐振条件以后共有三个临界档距：（1）最低气温和最大比载的临界档距；（2）最大比载和年平均气温的临界档距。 （3）最低气温和年平均气温的临界档距。可能控制条件排列表。应力气象条件控制应力（ 2/m
12、N）比 载 )./(2温 度比值 /g序号最低气温 113.68 35.01-20 310289.A年平均气温 71.05 +15 46C最大风速 113. 68 32.4-5 35.B覆冰 113.68 8091-5 107D110KV 架空输电线路初步设计- 11 -2224( 4()()()babalabbtLg其于的档距根据上面的算法即可求出。将临界档距填入有效临界档距判别表中，进行判断有效临界档距为 128.ladmLA D128.ladmL由图可以看出：当 L128.8 时，由最大比载控制应力。三、计算各种气象条件下的应力及弧垂导线的假设安装是在不同条件下进行的，施工时需对照事先做
13、好的表格，查处对应的弧垂，以确定松紧程度，使其在任何条A B D241.0.128.labmlcladL 0lbcldL虚 数 12.03lcdmL12件下都不超过允许值且满足耐振条件，并且导线对地和被跨物之间的距离符合要求，保证运行的安全。利用以下公式求出最低气温和做高气温两种气象条件下的应力弧垂并作表格：22()44nmnmnmlglgt28lgf最高和最低气温条件下的应力弧垂关系表（如下表所示）档距（m）50 100 128.8 150 200 250 300 350 500-20113.6 113.6113.6 106.7 89 75.98 66.64 61.8 59.06应力 314
14、032.8 42.9 48.1 48.2 48 48.71 48.84 48.92 48.98-200.096 0.39 0.64 0.92 1.9 3.6 5.91 8.68 11.33弧垂400.33 1.02 1.5 2.04 3.6 5.62 8.1 11.0 14.6110KV 架空输电线路初步设计- 13 -第三章杆塔的选择1、杆塔的作用架空线路的杆塔是用来支持导线和避雷线的，并使导线与导线，导线与避雷线，导线与大地及其它被跨越物间保持一定的安全距离。杆塔有水泥杆塔和铁塔，水泥杆塔比铁塔有以下缺点：1.钢筋混凝土电杆的重力大。2.由于钢筋混凝土耐张转角杆一般都需要有拉线，在居民拥挤
15、地带以及地区都不能使用。143.钢筋混凝土电杆一般不能承受较大荷载2、杆塔的选用本线路杆塔依据110500kV 架空送电线路设计技术规程（DLT5092-1999）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。第四章杆塔基础设计在送电线路中，杆塔底下部分的总体称为基础，它的作用是使杆塔在各种受力情况下不倾覆，下陷和上拔。因此对基础施工的质量要求必须严格，工程数据，资料的记录必须齐全，以利于高 度（m）线间距离（m）序号 杆塔型号呼称高（m）全高 水平 垂直安全距离（m）用途1 J1-15 15 18 0.5 3.5 7.0 转角2 J1-1
16、5 15 18 0.5 3.5 7.0 转角3 ZM1-18 18 21 0.5 3.5 7.0 直线110KV 架空输电线路初步设计- 15 -长期安全运行。一、铁塔基础承受以下几种荷重：1、由杆塔、导线、避雷线、绝缘子、金具等的自重而产生的垂直荷重，还应计及覆冰荷重和安装时工人、工具及附件的荷重。2、由风力产生的荷重力，转角杆塔的角度荷载。3、由两侧导线、避雷线张力不平衡由事故断线而产生的张力和冲击力。4、组立杆塔及架空线时产生的安装负重。二、基础型式的选择岩石基础施工，最主要的是岩石本身的强度，施工时应根据设计资料，逐基核查覆土层厚度及岩石质量，当实际情况和设计不符时，应向设计单位提出处
17、理方案。地表上的岩石长期暴露在外，在太阳辐射热，大气、水及生物等机械或化学作用影响下，会逐基改变岩石的性状，使整体岩石破碎成松散的碎屑即风化。风化作用使岩石的联结性遭受破坏，影响了他的物理力学性质，尤其大大降低岩石的强度，对杆塔基础起着不良的影响。因此判别岩石的风化程度对基础的安全是相当重要的。16岩石风化程度的类别：岩石风化程度的划分本施工改造段属 3 类岩石实际上不能做成岩石基础，宜采用现浇钢筋混凝土或混凝土基础；运输或浇制混凝土有困难的地区，可采用预制装配式基础或金属基础；必要时可采用桩基础。根据该线路所经地段地形、地质情况，结合考虑水文、地震及施工等因素，所以本工程全部现浇钢筋混凝土基
18、础类别 风化程度 特征1 类 微风化 岩石新鲜、表面梢有风化迹象2 类 中等风化 1 结构或构造层理清晰2 岩体被节理，裂隙分割成块状（200500mm）,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 结构或构造层理不甚清晰2 岩体被节理，裂隙分割成碎石（20200） ，碎石用手可以折断3 用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进110KV 架空输电线路初步设计- 17 -第五章绝缘子的选择一、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，它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学物质的侵蚀具有足够的抵御能力，并能适应大气条件的变化。二、绝缘子
19、污闪分析由于送电线路周围的大气污染，绝缘子表面附着污秽物质，在大雾或比较潮湿的情况下，积附在绝缘子表面的污秽物质中可溶性盐类被水分溶解，形成一种导电水膜。从而使绝缘子的表面电阻下降，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行电压时，绝缘子就会发生闪络，使线路跳闸，造成供电中断。三、绝缘子的选择对线路穿过地区实地考察，该地区为级污秽区，所以设计采用级污秽区标准设计。根据GB/T 16434-1996高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准和悬式绝缘子选型及爬电比距配置导则要求，在额定工作电压时，对于玻璃绝缘子二、三、四级污区的爬电比距分别按182.252.50
20、cm/kV、2.853.20cm/kV、3.503.80cm/kV进行配置；复合绝缘子的爬电比距按如下原则配置：二级污区不小于2.3cmkV；三、四级污区不小于2.88cmkV。根 据 豫 电 生 字 （ 1989） 第 54 号 文 ， 河 南 省 电 力 工 业局 有 关 精 神 和 河 南 省 电 力 公 司 编 制 的 湖 南 地 区 污 秽 区 域 图 及现 场 踏 勘 情 况 ， 线 路 所 经 地 区 污 秽 等 级 达 到 级 。 根 据 实 际 需 要 ： 本 线 路 孤 立 档 选 用 单 串 合 成 绝 缘 子 成 串 ；连 续 档 的 耐 张 杆 塔 选 用 双 串 合
21、 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 以下地区，操作过
22、电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串绝缘子片数，不应少于下表的数值。耐张绝缘子串的绝缘子片数应在下表的基础上增加，对 110330kV 送电线路增加 1 片，对 500kV 送电线路增加 2 片。操作过电压及雷电过电压要求悬垂绝缘子串的最少片数：110KV 架空输电线路初步设计- 19 -第六章防雷防振及接地保护装置的选择一、防雷保护措施根据电力行业标准交流电气装置的过电压保护和绝缘配合(DL/T6201997)及设计规程规定，本工程采用以下措施防雷：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的距离不超过地线与导线垂直距离的 5 倍，地线对边导线的保护角不大于 20 度；3、在外过
23、电压 15 度无风时，在档距中央，导线与地线间的距离满足下式要求：S=0.012L+1； 式中 S-档距中央导线与地线间的距离(m)；L档距(m) （计算条件为15、无冰、无风） 。二、防振措施导线的振动和舞动对导线的危害较大，引起导线振动的主要原因是风的作用，架空输电线路的导线受稳定的微风作用时，便标称电压(kV) 110 220 330 500单片绝缘子的高度(mm)146 146 146 155绝缘子片数(片) 7 13 17 2520在导线的背面形成以一定频率上下交替变化的气流涡流，从而使导线受到一个交替的脉冲力作用，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
24、振动的波形为驻波，即波节不变，波腹上下交替变化。在一年中，导线振动的时间达全年的 3035，无论导线以什么频率振动，线夹出口总是为一波节点，所以导线振动使导线在线夹出口反复扭折，使材料疲劳，最终导致导线断线或断股事件发生，对导线的运行安全危害很大。鉴于导线振动的起因及危害，我们必须采取相应的措施来保护线路安全运行，在该设计中主要从下面两方面来保护：1、采用防振线夹，利用设备本身对导线的阻尼作用，减少导线的振动；2、采用防振锤（导线使用 FD-3 避雷线使用 FG-35 型）安装防振锤的原则：最大波长和最小波长的情况下，防振锤的安装位置在线夹出口的第一个半波内。三、接地保护根据规程规定：有地线的
25、杆塔均应接地。本工程线路经过的地区，该线路经过地区土壤电阻率为 100500m，在雷雨季节干燥时，自立杆塔的工频接地电阻按不大于 15 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12 元钢，接地体及引下线应热镀锌防腐并敷设成放射型，埋深110KV 架空输电线路初步设计- 21 -不小于 0.8m。为便于测量变电站接地网的电阻，在变电站的地线挂线架上，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。 杆塔接地电阻满足有关规程的要求不大于下表所列值。杆 塔工频接地 电阻土壤电阻率（.m）杆塔工频接地电阻（）p2000 3022第四部分 计算任务书第一
26、章导线截面选择及校验计算部分一、按经济电流密度选择导线截面表 2-1 导线和电缆的经济电流密度校验 J (A/mm )ec2I =P/ ,查表 2-1 得 max3cos250/(315)2.()UAJ =0.9A/mm ,则单回路线路总的截面积为ec2 2max/1./9.()ecSIJm由附表查得选择钢芯铝铰线 LGJ-150,避雷线根据与导线配合的原则选择 GJ-35.年最大负荷利用小时数线路类别 导线材料3000 以下 3000h-5000h 5000h 以上铝 1.65 1.15 0.90架空线路铜 3.00 2.25 1.75铝 1.92 1.73 1.54电缆线路铜 2.50 2
27、.25 2.00110KV 架空输电线路初步设计- 23 -二、导线截面的校验 已知:r =0.21 /km，x =0.432 /km，P=25 21.25 000.85MW,Q=3.75 Mvar。（1）按容许电压损耗校验则实际电压损耗为： %105.10/53.%10/ 34272.5. Ueu故实际电压损耗小于容许值，因此满足电压损耗要求。（2）热稳定校验： 规程规定导线长期允许工作电流为 70 摄氏度，LGJ-150/20 导线的容量容许电流为 445A。当回路断开或故障时，容许电流为 4451.2=534A(双回线路时电流是单回线路的1.2 倍） 。远大于 Imax(445A)故能满
28、足发热条件要求。（3）机械强度条件校验 由于架空线导线悬挂在杆塔上，不但要受到导线本身荷重的作用，而且要经受气候条件等各种外界不利条件的影响。为保证线路安全运行，所以导线必须具备足够的机械强度。因此规程规定，对于线路跨越铁路、通航河流、公路、通信线路和居民区的线路，其导线截面不得小于 35mm ，因此选2择双回路 LGJ-150/20 导线能满足机械强度要求。第二章导线的应力及弧垂计算当导线受外界温度变化时，将引起导线的热胀冷缩；而导线上荷载的变化，将引起导线的弹性变形。这两种的结果，均使导线长度发生变化。在档距一定时，导线长度即使发生微小的变24化，也将会导致导线张力和弧垂发生相应的变化。导
29、线长度缩短，将使导线的张力增大，弧垂减小，机械安全系数降低；反之，导线伸长，将使导线张力减小，弧垂增大，安全系数增大。因此，在设计线路时，必须计算导线的应力和弧垂，以便确定和掌握在各种气象条件下导线应力和弧垂的变化情况，使设计做到经济合理，以方便施工安装。一、比载计算查表及资料可知：导线计算截面积 导线2167.3Sm计算直径 单位质量 最大风速 16.72dm598qkg覆冰厚度 覆冰max30Vs10bmax40tmin20t风速 、自重比载=9.8 =35.01 （ ）19.8qgs598167.3303102.N2、冰重比载=27.73 =44.27 （327.3()10bdgs 31
30、0(6.72)10310）.Nm3、垂直总比载=（35.01+44.27） =79.28 （ ）312g3103102.Nm4、无冰风压比载= 35.01 =0.6125 4g20.65cdvs310 2.856.731110KV 架空输电线路初步设计- 25 -=56.17 （ ）3103102.Nm5、覆冰风压比载= =0.61255g2.62()cdbvs310 =16.13 （ ）21.0(.7)333102.Nm6、无冰综合比载= = =66.19 （ ）g214225.016.73103102.7、覆冰综合比载= = =80.91 （ ）2352279.8.3332.Nm二、临界档
31、距的计算及判别查资料可知： LGJ-150/20 的参数 =284.2 （瞬时破坏应力） 安全系数 K=2.5 膨胀系p2()Nm数 =19 （ ） 弹性模数 =78400610 2()Nm按设计规程规定，年运行应力的气象条件采用年平均气温，导线的年平均运行应力不超过导线瞬时破坏应力上限的 025则 = pj025p2()Nm导线的许用应力 = =113.68k84.52()Nm= = 284.2=71.05pj02p0 2()为了保证架空线长期的安全可靠，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，还应具有足够的耐振能力。架空线的耐振能力取决于年平均运行应力的大小，满足强度条件26
32、要求的架空线，在任何气象条件的应力均不至超过强度许用应力，而耐震条件则要求架空线在平均气温下的应力不超过年平均运行应力的上限这两种条件哪一种在什么气象情况下起控制作用，需要借助于临界档距来判别，考虑了耐震条件以后公用三个临界档距：（1）最低气温和最大比载的临界档距（2）最大比载和年平均气温的临界档距（3）最低气温和年平均气温的临界档距。名称 最低气温 最大风速 平均气温 最大比载应力 3102()Nm113.68 113.68 71.05 113.68比载 （3）2.35.01 52.41 35.01 80.90气温 -20 -5 15 -5（g）310m0.3078 0.461 0.492
33、0.712顺序编号 A B C D110KV 架空输电线路初步设计- 27 -2224( 4()()()babalab abtLgg=6 6226241.750(13.8.)4190(520)40 =241.1m 2224( 4()()()cacalac actLgg=6 6226241.750(71.53.8)4190(52)490 =140.14m=6 6226241.750(13.8.)4190(52)70 =128.8m=虚数lbcL2224( 4()()()ad aad dl adtLgg28=0lbdL=122.03mlcd将临界档距填入有效临界档距判别表中，进行判断A B D=2
34、41.1mlabL=140.14mlac=128.8mladL=虚数lbcL=0ld=122.03mlcdLA 控 D 控110KV 架空输电线路初步设计- 29 -有效档距为 =128.8m ladL由图可以看出：当 L128.8m 时，应力由最低气温控制；当L128.8m 时，应力由最大比载控制。三、各种气象条件下的应力和弧垂计算导线的假设安装是在不同条件下进行的，施工时需对照事先做好的表格，查出对应的弧垂，以确定松紧程度，使其在任何条件下都不超过允许值且满足耐振条件，并且导线对地和被跨物之间的距离符合要求，保证运行的安全。 （一） 最低气温（T=20）当 L=50m 时， 应力由最低气温
35、控制 =113.682()Nmg=35.01 3102.Nm= =0.09624m28lgf35.0168当 L=100m 时，应力由最低气温控制 = =0.385m28lgf23105.1068当 L=128.8m 时，为临界档距= =0.639m28lgf231.35.0168当 L=150m 时，由最大比载控制3022()44nnnmnmmlglgt226 2262 21503.10150.410193.8 (205)773.8.7 =106.72()Nmf=231503.10867=0.92m当 L=200m 时，应力由最大比载控制2262262 2035.1005.4101913.8 (205)4773.8.7 89.()Nmf=23035.107=1.95m当 L=250m 时，应力由最大比载控制226 2262 2503.1050.4101913.8 (205)474.73.8.7 .982()Nm325035.01798f = 3.6m当 L=300m 时，应力由最大比载控制
