1、广西电力职业技术学院电力工程系课程设计说明书题 目 架空线路机械特性及安装曲线制作及应用 专 业 高压输配电线路施工运行与维护 班 级 电力 812 班 学 号 204081224 学 生 姓 名 韦 振 堂 指 导 教 师 曾 令 通 2009 年 09 月 12 日摘 要本设计是高压输配电线路专业的线路设计方案。根据课程应用知识设计规格采用的导线型号为 LGJ120/7，气象条件为第 VI 气象区。初步设计的工作包括：确定气象条件、编制导线的机械应力计算原则（指安全系数、平均运行应力等）及应力弧锤曲线。根据导线型号和经过的气象区条件利用 WCAD 线路设计辅助软件求出导线计算参数、导线特性
2、、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锤值并用 AutoCAD 绘出导线机械特性曲线导线安装曲线的制作及过程；断线张力和邻档断线的交叉跨越校验；施工紧线时弧锤观测档选择及观测档的观测弧锤值计算。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。2009 年 9 月目 录第一章 导线应力弧锤特性曲线 11.1 导线应力弧锤特性曲线的定义 11.2 导线机械特性曲线的计算程序 11.3 确定控制条件 41.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时各孤立档的应力 51.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图 81.4
3、 导线安装曲线 81.4.1 导线安装曲线的计算 91.4.2 根据以上结果可手工绘出导安装曲线如下图 9第二章 交叉跨越校验及观测挡的选择 102.1 断线前交叉跨越的基本要求 102.2 导线交叉跨越效验计算 102.3 施工紧线时的观测弧锤 112.3.1 观测档的选择 112.3.2 观测档的弧锤计算 12第三章 导线防振设计 133.1 振动的起因 133.2 影响振动的主要因素 133.3 防振措施 133.4 导线防振锤的安装 143.5 计算防振锤的安装距离 16参考文献 17附录一 18附录二 19致谢 201第一章 导线应力弧锤特性曲线1.1 导线应力弧锤特性曲线的定义在架
4、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)在各种天气条件下不同挡距的应力或弧锤，并将计算的结果以横坐标为挡距，纵坐标为导线的应力或弧锤，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的应力弧锤特性曲线或称导线机械特性曲线。1.2 导线机械特性曲线的计算程序当已知气象条件和挡距时，在导线和避雷先的机械特性曲线上，能够很快的查出相应的应力和弧锤。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，安全系数和防振措施(以确定年平均运行应力)后，通过下述计算程
5、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，所以应用时必须明确设计条件，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。导线机械特性曲线的计算程序如下：(1)确定导线的型号及设计气象区。(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)以有效临界挡距判别结果为已知条件，利用状态方程式和弧锤公式，逐一求出其他各种气象条件下各种代表挡距值时的应力和弧锤值。(6)以代表挡距为横坐标，应力(或弧锤)为纵坐标，绘制各种气象条件
6、时的应力，弧锤曲线。导线的机械特性曲线并不需要按所有气象条件计算和绘制，根据工程需要一般须计算和绘制的曲线和项目如下表：2表 1-1 机械特性曲线计算项目表外过电压计算项目 大风 覆冰 安装 事故 低温 高温平均气温内过电压 有风 无风导线 应力曲线避雷线 导线 * 弧锤曲线避雷线 注 表示需要绘制的曲线；*表示当导线最大弧锤发生在最大锤直比载时，应计算覆冰（无风）和稀有覆冰（无风）时的弧锤曲线；空格栏表示可不计算。由附表 1-3 查得，LGJ-120/7 导线的计算拉断力 TP=27570N，计算截面 A=125.50mm2，所以导线的综合瞬时破坏应力 P=27570/125.5=219。6
7、8N/mm 2，LGJ-120/7 导线的铝钢结构比为18/1，有附表 1-4 查得，弹性系数 d=21.210-6/， =1/E=15.1510-6mm2/N。1、计算控制应力取设计安全系数 K=2.5，则最大使用应力为 2/87./mNkmp在平均气温时，控制应力为平均运行应力的上限，即 2/9.54%2pc2、可能控制条件列表根据比载；控制应力，将有关数据按 值由到大列出表格，并按 A，B，C，D 顺序编号，/g如表 1-2 所示。3表 1-2 可能控制条件列表出现控制应力的气象条件控制应力（ ）2/mN比 载N（ ） 2m温度（） 比值 /g顺序代 号最低气温 87.87 31065.
8、9g-20 3107.A年平均气温 54.9 2+10 59B最大风速 87.87 3)5(61.-5 364.C覆冰 87.87 70.g-5 10D3、计算临界挡距根据 时，mn226)()( )(10.424mn mnmngtjl mlllbdbcab 24)1064.()1053.( )5(.2)879.424 .539. 10(. 136).10()30 )2(.87.9.51.2426 323 66 323 66 根据 时，mnjl2)(4mngt0 174)013.5()061.29(2.487. 9 )( 2362336 CDACl ml41.3 确定控制条件表 1-3 有效临
9、界挡距判别表A B C136Bl 4.2Cl 0Dl70ACBD4Dl从上表可看出，A 栏中无虚数，故判别 A 栏，选取一个最小临界挡距 m，然后判136ABl别 B 栏，选取最小临界挡距 ，由于 ，故 C 栏的所有临界挡距均无效。mlBC4.20为CDl代表挡距 inDl32133从图 1-4 中可得出，当 控制条件为最低温度，控制应力为 ；,136mlD 2/87.mNcp当 控制条件为年平均气温，控制应力 54.9N/mm ，当 控制条件,4.2136lmD 2,4.lD为最大风速，控制应力为 87.87N/mm 。2B 控制 C 控制图 1-4 判定最大应力的控制挡距范围136 224
10、.4Al BlA 控制51.3.1 求已知年平均时的气象条件求最高气温时的应力表 1-5 根据 A 的符号和 d 的大小直接算出应力的精确解：条件 1 条件 2 求根公式 序号A0 d1 3cos1dCn1A0 d11hn2A0 d0 31dsCn3A0 d bn 4根据公式：)(24mnmtlgA24lgBn已知最低气温时的气像条件及应力为：， ， ， 0mvbCtm0 )./(1065.29231Ng )./(87.2mNcp求在知道最高气温时的气象条件下各孤立档的应力：， ， ， ，nntn04 )./(. 231mn )./(?2利用状态方程式求最高气温时导线应力，此时最低气温为已知条
11、件，最高气温为待求条件。解：当 =50m 时Dl17 )402(105.287.105.24)69(87.)(24 6623 mnmtagA60315.)069(232lBn686.129|7|Aa03Bb5403bc 9.175acd，0dMPashshcn 85)30.(.5)3(11 最高气温的导线应力为 185MPa。已知气年平均气温时的气像条件及应力为：， ， ， 0mvbCtm01 )./(1065.29231mNgm )./(9.542mNcp求在知道最高气温时的气象条件下各孤立档的应力：， ， ， ，nntn04 )./(. 231n )./(?2m利用状态方程式求最高气温时导
12、线应力，此时年平均气温为已知条件，最高气温为待求条件。当 =136m 时Dl82 )401(5.129.4105.2436)69(87.)(4 622 mnmtalgA6105.3)6.9(62lBnb=B=44616 c=82|Aa 2.084613ab7.03cd，d 0 最高气温时导线应力为 96MPa已知最大风速时气像条件及应力为：， ， ， 25mv0bCtm05 )./(109.53231mNgm )./(87.2mNcp求在知道最高气温时的气象条件下各孤立档的应力：MPadshcn 9621.0)3(17， ， ， ，0nvnbCtn04 )./(1065.29231mNgn )
13、./(?2mN利用状态方程式求最高气温时导线应力，此时最大风速为已知条件，最高气温为待求条件。当 =224.4m 时Dl9 )405(1.5287.105.24)93(87.)(24 6623 mnmtalgA39105)9.3(62232lBnc=|Aa4Bb 3.594063ab7.1935cd，d 0 MPashcn 628.)3(1最高气温时导线应力为 62Mpa已知最大风速时气像条件及应力为：， ， ， 25mv0bCtm05 )./(109.53231mNgm )./(87.2mNcp求在知道最高气温时的气象条件下各孤立档的应力：， ， ， ，nntn04 )./(6.2231n
14、)./(?2m利用状态方程式求最高气温时导线应力，此时最大风速为已知条件，最高气温为待求条件。当 =500m 时Dl108 )405(1.2,87.105,24)9.3(87.)(24 6623 mnmtalgA105.)93(6232lBn8|10|Aa c=2048Bb8最 高 气 温机 械 特 性 曲 线代 表 档 距 (m)180423ab3.cd，d1 AMPadChcn 72.318)(最高气温时导线应力为 37MPa1.3.2 根据以上结果可手工绘出导线特性曲线如下图KGJ-120/7 第 IV 气象区 K=2.5 =0.25 0 （图 1-6）最高气温如图 1-6，同理计算出导
15、线在各种气象条件下不同档距的应力或弧锤，并将计算的结果以横坐标为档距，纵坐标为导线的应力或弧锤，并按一定比例绘制出在各种气象条件下的档距与应力的关系曲线，其机械曲线图如附录 1 所示。1.4 导线安装曲线安装曲线就是以横坐标为挡距，以纵坐标为弧锤曲线和张力，利用导线状态方程式，计算9安 装 曲 线代 表 档 距 (m)出各种可能的安装气象条件下，不同挡距时的弧锤张力，并将其绘制成曲线。该曲线供施工安装导线使用，并作为线路运行的技术挡案资料。导线和避雷线的架线安装，是在不同的气温下进行的。施工前紧线时要用事前做好的安装曲线，查出各种施工气温下的弧锤，以确定架工线路的松紧程度，使其在运行中任何气象
16、条件下的应力都不超过最大使用应力，且满足耐振条件，使导线任何点对地面及被跨越物之间的距离符合设计要求，保证运行的安全。导线安装曲线通常绘制张力和弧锤两种曲线。安装曲线的计算方法与机械特性曲线计算相同。只是其气象条件为无冰无风情况，温度变化范围为最高气温到最低气温，其间隔可取 5（或 10） ，挡距的变化范围视工程实际情况而定。图中每一条曲线对应一种安装气象条件。导线的张力和应力的关系为： ATO式中 T导线张力，N导线应力，N/mmo2A导线截面积，mm1.4.1 导线安装曲线的计算当 ， =185125.5=23.2KNmlo50ATO当 ， =96125.5=12KN136当 ， =621
17、25.5=7.8KNlo4.2O当 ， =37125.5=4.6KNm50AT1.4.2 根据以上结果可手工绘出导线安装曲线如下图10同理计算出其他导线在各种安装条件下不同档距的张力，并将计算的结果以横坐标为档距，纵坐标为导线的张力或弧锤，并按一定比例绘制出在各种安装条件下的档距与张力的关系曲线，其安装曲线图如附录 2 所示。第二章 交叉跨越校验及观测挡的选择2.1 断线前交叉跨越的基本要求（1）线路与电信线、铁路等交叉跨越时，首先应满足交叉角的要求，而且不得在电线杆顶或配电线路的变压器上方跨越，以免影响被跨越物的检修。(2)线路与河流交叉跨越时，应在河道最窄，跨越挡距最小，河道顺直，河岸稳固
18、且不受洪水淹没冲刷的地方和地质较好的地方跨越。(3)线路不得在码头船舶停靠的地方跨越河流。(4)跨河点应避开支流入口处，河道转弯处和主流经常变迁的地方。(5)跨越河流时，线路路径应尽量靠近摆渡和公路桥梁，以便施工，运行检修的通畅，但线路不得在其上方跨越。(6)尽量与河流锤直交叉跨越以缩短跨越挡距降低造价。(7)线路不得在铁路进出站的信号装置及车站站界范围以内跨越铁路，否则应 取得有关部门同意。(8)当线路与河道，干枯河沟，公路等外交叉时，应注意两侧立杆塔的可能性，尽量避免平行接近斜交叉，以防杆塔落在河道或沟内。2.2 导线交叉跨越效验计算在线路设计时，如果没有考虑防范导线断线造成的各种可能，那
19、么在运行中一旦发生了断线，就将事故扩大，以致造成整个耐张段甚至全线路倒杆，修复工作量很大。一次，设计线路杆塔时应考虑一根至两根导线与避雷线折断时 的事故情况。断线的根数按杆塔的形式而定。11计算断线张力的目的，除了为杆塔的强度设计提供荷载外，还为交叉跨越挡的限距效验提供应力，以便计算弧锤。此外，在线路运行中也可以分析实际发生的断线事故。根据耐张段布置图选耐张塔 4#为对象求交叉跨越校验，断线挡为 3-4 号杆。l =D 3.1038231l645. 16.08.95612.30 glD查表得， .0断线应力为： MPao 4.36.89.5弧锤：f 1.2074.362102baxlgd=H
20、=0.243m 不合格5xcAhfH2.3 施工紧线时的观测弧锤2.3.1 观测档的选择在连续的施工紧线时，并不是每个档都进行弧锤观测，而是从一个耐张段中选出一个或几个观测档进行弧锤观测。为了使一个耐张段的各档弧锤都能满足要求，弧锤观测档应力求符合两个条件：即档距较大及悬点高度差较小的档。具体选择原则如下：（1） 当紧线耐张段连续档在 6 档或 6 档以下时，靠近中间选择一大档距作为观测档。（2） 当紧线耐张段连续档在 715 档时，靠近两端各选择一大档作为观测档，但不宜选择有耐张杆的档距。12（3） 当紧线耐张段连续档在 15 档以上时，应在两端及中间附近选择一大档距作为观测档。2.3.2
21、观测档的弧锤计算线路施工时，一般根据各个耐张段的代表档距，分别从安装曲线上查出各种施工温度t（要考虑初伸长的影响）下的弧锤，当曲线中没有温度为 t 的安装曲线时，可采用插入法查取。再换算到观测档距的值，以便安装紧线时使用。当已知代表档距的弧锤时，则观测档的弧锤计算如下： )(Diilf式中 观测挡距的弧锤，m；if代表挡距的弧锤，m；D观测挡距长度，m；il代表挡距，m。D取 AB 作为观测档 现场实测气温 ，,380mlAB5.71t mlD8.3515.71tt根据 ， 查安装曲线得0lDfD.8mlfABAB 6.9)8.350(.)(213第三章 导线防振设计3.1 振动的起因架空输电
22、线路的导线受到稳定的微风作用时，便在导线背后形成以一定频率上下交替变化的气流旋涡，从而使导线受到一个上下交变的脉冲作用。当气流旋涡的交替变化频率与导线的固有自振频率相等时，导线在锤直面内产生共振即引起导线振动。3.2 影响振动的主要因素风速、风向、挡距、悬点高度、导线应力以及地形、地物等。表 3-1 引起导线振动的风速范围引起振动的风速范围(m/s)挡距(m) 悬挂点高度(m) 下限 n上限 m150250 12 0.5 4.0300450 25 0.5 5.0500700 40 0.5 6.0700-1000 70 0.5 8.03.3 防振措施设法从根本上清除引起导线振动的条件。利用线路设
23、备本身对导线振动的阻尼作用。在导线上装设防振锤。防振锤型号及适用绞线截面： 14表 3-2 防振锤型号及适合绞线截面适用绞线截面（ ）2m型号钢绞线 铝绞线或钢芯铝绞线质量（ kg）FD-1 3550 1.5FD-2 7095 2.4FD-3 120150 4.5FD-4 185240 5.6FD-5 300400 7.2FD-6 500630 8.6FG-35 1.8FG-50 2.4FG-70 4.2FG-100355070100 3.93.4 导线防振锤的安装最常用的防振锤形式它是由一段短的钢绞线在其两端各装一个重锤，中间有专为装于导线上使用的夹板组成。当导线振动时，夹板随着导线上下移动
24、，由于两端重锤具有较大的惯性而不能和夹板同步移动，致使防振锤的钢绞线不断上下弯曲。重锤的阻尼作用减小了振动的振幅，而钢绞线的变形及股线间的摩擦则消耗了导线振动传给它的能量，从而减小了导线的振动。导线振动的振幅越大，防振锤的钢绞线上下弯曲挠度越大，则消耗的能量越多。振幅减小，防振锤消耗的能量随之下降，最后在能量平衡的条件下导线以很低的振幅振动。这就是防振锤的防振原理，从中我们可以看出，严格来说防振锤并不是防振，而是将振动限制在无危险的范围。从防振锤的防振原理可见，要使防振锤能量最大限度地消耗导线振动的能量，就要在防振锤的安装时，以防振锤的钢绞线能产生最大挠度为原则。在选择防振锤型号时，首先防振锤
25、的固有自振频率应与导线可能发生的振动频率范围相适15应，其次防振锤的重量要适当，太轻则消振效果差，太重则可能在防振锤安装位置形成新的波节点，另外，还应与导线型号相配合，防振锤的选择一般可按下表进行在确定防振锤安装位置时，因为导线的振动是沿整挡导线驻波分布的，导线悬挂点处无论何种频率的振动均为一固定的波节点，因此，防振锤应安装在悬挂点附近，另外，防振锤应安装在波腹点附近，这样防振锤甩动幅度最大，消耗振动能量最多。然而，导线振动的频率和波长并非是惟一的，而是在一定范围内变化的。为使防振锤的安装能对个种频率和波长的振动都能发挥一定的防振作用，就应照顾到出现最大及最小半波长时，都能起到一定的防振作用，
26、如此自然对中间波长的振动具有更好的防振效果。综上所述，当安装一个防振锤时，其安装位置的确定原则是：在最大波长和最小波长情况下，防振锤的安装位置在线夹出口处第一个半波长范围内，并对这两种波长的波节点或波腹点具有相同的接近程度，即在这两种情况下防振锤安装点的“相角”的正弦绝对值相等。根据上述原则，可以推得防振锤安装距离计算式为：b= 2nmnd4018.9gmmn21.n式中 b-防振锤的安装距离，m-振动波的最大波长，m-振动波的最小波长，mn-最低气温时的导线应力，N/mm2-最高气温时的导线应力，N/mmn-振动的上限风速，m/sm-振动的下限风速，m/sn防振锤的安装距离，对悬锤线夹来是说
27、，是指自线夹出口至防振锤夹板中心间的距离，对16耐张线夹来说，当采用一般轻型螺栓式或压接式耐张线夹时，也指自线夹出口至防振锤夹板中心间的距离。当导线挡距较大，悬点高度较高，风的输入能量很大而使导线振动强烈时，安装一个防振锤不足以将此能量消耗至足够低的水平，这时就需多安装个防振锤。实际工程中，挡距两侧各需安装的防振锤个数一般可按下表确定。表 3-3 防振锤的安装个数防振锤安装个数 挡距(m)导线直径(mm )21 2 312 300 300-600 600-90012-22 350 350-700 700-100022-37.1 450 450-800 800-1203.5 计算防振锤的安装距离
28、查表 9-4 得 LGJ-120/7 导线选用 FD-3 型防振锤。表 4-1 选振动风速，第一耐张段所选风速： ， ，由应力弧锤曲线查得 =6.2kg/mm ， =4.58kg/mmsmV/5sn/5.0m2n2)(9.1065.298.1.481942 3gdmn )(44805.0 31Vnmnb= )(2.84.29.2mn（表 3-4）该线路所需防振锤个数及安装距离如下表。杆塔 1 2 3 4 5 6 7档距(m) 250 440 350 380 300 320防振锤个数 3 3 6 6 3 3 6 6 3 3 3 3安装距离(cm)0.8217参考文献1. 刘增良、杨泽江主编。 输
29、配电线路设计 。 北京：中国水利水电出版社，20042. DL/T5092-1999 （110-500kV 架空送电线路设计技术规程3. 李瑞祥 高压输电线路设计基础4. 孟遂民、李光辉 架空输电线路设计5. 陶俊 杆塔结构设计6. 孙传坤 架空送电线路施工7. 陈应镗 送电线路金具设计8. 东北电力设计院 高压架空送电线路设计手册 。18附录一19附录二20致 谢本次线路课程设计由曾令通老师全程指导完成，感谢曾令通老师的悉心指导。同时感谢和本人一起工作的组员谭海光、王俊伟、何建崖、安建宝、傅文忠。在本次的设计活动中我们分工合作，互相帮助，使得本次设计工作的顺利完成，使自己对输配电线路设计有了更深入的理解与认识，也说明了只要我们团结互助，勇于创新，不怕困难，坚持不懈，就能取得成功。
