500KV单回路送电线路设计.doc

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1、目 录第1章 引言.1第2章 导、地线设计.1 2.1气象区条件及选取导、地线型号.1 2.2 导线比载计算及临界档距的求.2 2.3 应力弧垂的求取及应力弧垂曲线的绘制.6 2.4 杆塔定位及定位后的校验.9第3章 金具设计.16 3.1 绝缘子数量的选择.16 3.2 防震锤的设计.16第4章 杆塔设计荷载.18 4.1杆塔荷载的来源与分类.18 4.2 5A-ZB1塔荷载计算.19 4.3 5A-ZB1塔荷载分布图.26第5章 自立式铁塔的内力计算.28 5.1自立式铁塔内力计算简介. 28 5.2自立式铁塔的内力计算. 29 5.3双腹杆平面的桁架的内力计算. 32第6章 基础的上拔下

2、压强度校验计算.33 6.1自立式铁塔基础简介. 33 6.2自立式铁塔基础校验计算. 33第7章 防雷设计. 35 7.1防雷设计简介.35 7.2防雷设计的计算.35结束语 .46参考文献.47单回路500KV架空送电线路设计摘 要：500k高压输电线路工程设计主要研究线路所用导线、地线型号、铁塔定位、铁塔型式、受力分析、金具选用、防雷接地设计、基础设计等问题。导线应导电性能良好，具有一定的机械强度，且重量轻、价格低廉。铁塔的选用应根据各种气象条件下的受力情况及运输、线路占用走廊等因素进行综合的技术比较。基础的选择应根据线路的地形、地质、水文等情况及基础的受力条件进行综合来确定。关键词：5

3、00KV；输电线路； 杆塔荷载设计；防雷接地 第1章 引 言高压输电打破了地域的局限，增大了传输容量和距离，降低传输每瓦电力的线路造价以及降低输电线路的损耗。本设计主要进行500KV输电线路工程设计。本论文选用全国第典型气象区的气象条件，采用四分裂导线。XP-16式绝缘子以单回路垂直排列杆塔设计。第2章 导、地线设计2.1气象区条件及选取导、地线型号查导地线参数，根据气象区条件，计算导地线的七种比载，计算出临界档距，判断出控制气象，以控制气象为第I状态，待求气象为第II状态，利用状态方程，求出待求气象条件下的不同档距的应力与弧垂，并计算出安装条件下，不同温度时的各个档距的应力及相应弧垂，以横坐

4、标表示档距，以纵坐标表示弧垂（应力），绘制出导线应力弧垂曲线及导线的安装曲线。1）耐张段长度：5km。2）气象条件：第典型气象区。3）地质条件：坚硬粘土。4）地形条件：平原。5）污秽等级：0级。6）输送方式及导线型号：单回路，LGJ400/50导线。7）地线：GJ-70导、地线设计：确定导线、地线型号;计算导线的各种参数，绘制应力弧垂曲线、杆塔定位图。1.通过查阅全国典型气象区气象条件得第典型气象区条件如下冰厚复冰风速最大风速雷电过电压风速内部过电压风速b = 10mmv = 10m/sv = 25m/sv = 10m/sv = 15m/s2.通过查阅钢芯铝绞线规格（GB1179-83）知导线

5、计算拉断力导线计算截面积导线外径导线计算质量Tm=95940NA=419mm2d =26.6mmGo=1295kg/km注：其中导线截面积A=(铝)391.91 mm2+(钢)27.10 mm2 =419 mm23.通过查阅镀锌钢绞线规格（GB1200-88）知地线计算拉断力地线计算截面积地线外径地线计算质量Tm=78528NA=72.19mm2d=11.0mmGo=615kg/km4.计算导线铝对钢的截面比：391.91/27.10=14.465.查阅钢芯铝绞线弹性系数和膨胀系数（GB1179-83）知线膨胀系数弹性模量=20.910-6 1/E=63000N/mm26.查阅导线及避雷线的机

6、械物理特性（SDJ379）知线膨胀系数弹性模量=11.510-6 1/E=181423N/mm22.2导地线比载计算及临界档距的求取2.2.1导线的相关计算一、导线的比载：导线单位面积、单位长度的荷载称为比载。比载在导线荷载的计算中是最适合的参数。线路设计中常用的比载有7种。(1)自重比载：由架空线本身自重引起的比载。g1(0,0)=9.8Go/A10-3=32.81210-3（N/m-mm2 ）(2)覆冰比载：架空线上覆冰后，冰重除以架空线长度及架空线截面积即为冰重比载。g2(5,0)=10-3=55.9010-3(N/m-mm2)(3)覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和覆冰比载之和。

7、g3(20,0)=g1（0，0）+g2（5，0）=58.6610-3(N/m-mm2)(4)无冰时导线风压比载：无冰时导线每单位长度、每单位截面积上的风压荷载。g4（0，v）=sin210-3 当v=30m/s时=0.75,c=1.1(d17mm), =90.g4(0,30)=28.93410-3(N/m-mm2)当v=15m/s时=1.0 ,c=1.1, =90.g4(0,15)=9.7610-3(N/m-mm2) 当v=10m/s时=1.0,c=1.1 ,=90.g4(0,10)=4.2610-3(N/m-mm2)（5）覆冰时的风压比载：覆冰时导线每单位长度、每单位截面积的风压荷载。g5（

8、5，10）=sin210-3=6.43210-3(N/m-mm2) （6）无冰有风时的综合比载：在导线上垂直方向作用的自重比载和风压比载的几何之和。 g6（0,30）=46.56710-3(N/m-mm2)g6（0,15）=31.8610-3N/m-mm2g6（0,10）=30.62210-3(N/m-mm2)（7）有冰有风时的综合比载：在导线垂直方向上作用着的自重和覆冰的比载与在水平方向作用着覆冰时的风压比载的几何和。 g7=g7（5，10）=43.34810-3N/m- mm2二、导线的机械物理特性（1） 导线的抗拉强度：导线的计算拉断力与导线的计算接面积的比值称为导线的抗拉强度或瞬时破坏

9、应力。p=Tm0.95/A=95940N0.95/(425.24mm2）=217.55(Mpa)（2） 控制应力：max=p/K=217.55/2.5=87.010024MPa) 其中K为导线、地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。（3） 年平均气温下的运行应力：p=p25%=58.029(Mpa)三、可能控制气象条件列表： 最低温度最大风速年均气温覆冰控制应力(MPa)103.8352524103.83525464.89703275103.8352524比载（N/m-mm2）32.81210-340.98210-332.81210-35

10、8.6610-3 温度()-1010+15-5 g/k3.4810-45.3510-45.5710-44.9810-4 排列序号ACDB四、计算临界档距：L= 五、查得 A（最低气温） D(年均气温)L LAC=24.1m 当L 24.1m时，年均气温（D）为控制气象条件, tI=-5,gI=30.30910-3(N/m-mm2),b=0mm,v=0m/s.2.2.2地线的相关计算一、地线的比载： (1)自重比载：由架空线本身自重引起的比载。g1(0,0)=9.8Go/A10-3=83.99210-3（N/m-mm2 ）(2)覆冰比载：架空线上覆冰后，冰重除以架空线长度及架空线截面积即为冰重比

11、载。g2(5,0)=10-3=31.92510-3(N/m-mm2)(3)覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和覆冰比载之和。g3(5,0)=g1（0，0）+g2（5，0）=115.91810-3(N/m-mm2)(4)无冰时导线风压比载：无冰时导线每单位长度、每单位截面积上的风压荷载。g4（0，v）=sin210-3 当v=30m/s时=0.75,c=1.2(d17mm), =90.g4(0,30)=77.44510-3(N/m-mm2)当v=10m/s时=1.0,c=1.2 ,=90.g4(0,10)=11.47310-3(N/m-mm2)（5）覆冰时的风压比载：覆冰时导线每单位长度、每

12、单位截面积的风压荷载。g5（5，10）=sin210-3=22.410-3(N/m-mm2) （6）无冰有风时的综合比载：在导线上垂直方向作用的自重比载和风压比载的几何之和。 g6（0,30）=114.24810-3(N/m-mm2)g6（0,10）=84.77210-3(N/m-mm2)（7）有冰有风时的综合比载：在导线垂直方向上作用着的自重和覆冰的比载与在水平方向作用着覆冰时的风压比载的几何和。 g7=g7（5，10）=118.06210-3N/m- mm2二、地线的机械物理特性（4） 地线的抗拉强度：地线的计算拉断力与地线的计算接面积的比值称为地线的抗拉强度或瞬时破坏应力。p=Tm0.9

13、5/A=1110.05N0.95/(49.46mm2）=1054.5(Mpa)（5） 控制应力：max=p/K=1054.5/3=351.5（MPa) 其中K为导线、地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数，取3.0。（6） 年平均气温下的运行应力：p=p25%=263.6(Mpa)三、可能控制气象条件列表： 最低温度最大风速平均气温覆冰控制应力(MPa)351.5351.5263.6351.5比载（N/m-mm2）83.99210-3114.24810-384.77210-3118.06210-3 温度()-10+10+15-5 g/k23

14、.8910-532.510-532.1510-533.5910-5 排列序号ACBD四、计算临界档距：L= 经计算得：LAB=822.58mLAC=1159.14mLAD=286.4mLBC=481.51mLBD=0mLCD= 402.25m五、列临界档距判别表, 确定有效临界档距控制区及控制气象条件：ABCDLAB=822.58m LBC=481.51mLCD=402.25mLAC=1159.14m LBD=0m LAD=222.43m A（最低气温） D(覆冰)L LAC=222.43m 当LLAD=286.4m时，最低气温（A）为控制气象，tI=-10,gI=83.99210-3(N/m

15、-mm2),b=0,v=0;当LLAD=286.4m时，最低气温（A）覆冰（D）同为控制气象条件； 当LLAD=286.4m时，覆冰（D）为控制气象条件, tI=-5,gI=118.06210-3(N/m-mm2),b=15mm,v=15m/s. 2.3应力弧垂的求取及应力弧垂曲线的绘制一、计算各条件下的应力弧垂：计算应力弧垂的MATLAB程序L=50500 所取档距E=63000 弹性模量I= 控制气象条件下的控制应力=20.9e-6 线膨胀系数gI= 控制气象条件下的比载gII= 所求控制气象条件下的比载tI= 控制气象条件下的温度tII= 所求控制气象条件下的温度B=I -E*gi2*L

16、2/(24*I 2)-E* (tII-tI)D=Egj2L2/24rr=1 B 0 D S=roots(rr) 应力f=gjl2/(8*S) 弧垂当LLAC=24.1m时，I=87.010024Mpa, gI=30.30910-3N/m-mm2, tI=-10;当LLCD=87.94m时，I=54.381265Mpa, gI=30.30910-3N/m-mm2, tI=15.气象条件最高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最大风档距应力(mpa)弧垂(m)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa)应力(mpa

17、)弧垂 (m)应力(mpa)应力(mpa)021.18087.0154.0973.8454.0954.0954.0973.8480.43080.4360.681021.660.0287.0154.1473.8654.1454.1454.1573.8680.460.0180.4760.82022.890.0787.0154.2973.8954.354.2954.3373.980.570.0380.661.163024.380.1486.8554.3873.854.454.3854.4673.880.590.0680.6661.584025.910.2386.5154.3873.5454.4154

18、.3854.5173.5680.490.180.6262.035027.430.3586.0754.3873.2254.4254.3854.5873.2480.370.1680.5862.566028.910.4785.5554.3872.8354.4454.3854.6672.8780.220.2380.5263.177030.320.6184.9454.3872.3954.4554.3854.7472.4480.050.3180.4563.828031.650.7784.2554.3871.954.4754.3854.8371.9679.870.4180.3864.59032.90.938

19、3.554.3871.3654.4954.3854.9371.4379.680.5280.3165.210034.081.1182.6754.3870.7954.5154.3855.0370.8879.470.6480.2365.9111035.181.381.7954.3870.1954.5354.3855.1270.2979.250.7880.1466.6212036.211.5180.8754.3869.5754.5554.3855.2269.6979.030.9380.0667.3113037.171.7279.954.3868.9354.5754.3855.3269.0778.811

20、.0979.9767.9914038.081.9578.9154.3868.2954.5954.3855.4168.4578.581.2779.8868.6515038.932.1977.8954.3867.6454.6154.3855.567.8278.361.4679.869.2916039.722.4476.8754.3867.0154.6254.3855.5867.2178.131.6779.7169.9117040.462.7175.8554.3866.3854.6454.3855.6766.677.921.8979.6370.518041.162.9874.8354.3865.77

21、54.6654.3855.7466.0177.72.1279.5571.0619041.813.2773.8354.3865.1854.6754.3855.8265.4477.52.3779.4771.6120042.433.5772.8554.3864.6254.6954.3855.8964.8977.32.6479.472.1221043.013.8871.9154.3864.0754.754.3855.9564.3777.112.9179.3272.6122043.554.2170.9954.3863.5654.7154.3856.0263.8776.933.2179.2673.082.

22、4应力弧垂的求取及安装曲线的绘制一、安装曲线的数据计算：当LLAC=24.1m时，I=87.010024Mpa, gI=30.30910-3N/m-mm2, tI=-10;当LLCD=87.94m时，I=54.381265Mpa, gI=30.30910-3N/m-mm2, tI=15.二、在不同气温下，安装时的应力与弧垂：此时gII=g6(0,10)=31.39910-3N/m-mm2 ，tII= -20 +40;L(m)50889095100150200250300350400450500-20.(MPa)97979797957253444037363534f(m)0.10.30.30.3

23、0.41.22.95.58.712.617.222.328.0-15.(MPa)91919190896751433937353534f(m)0.10.30.30.30.41.33.05.68.912.817.322.528.2-10.(MPa)84858584836248413836353434f(m)0.10.30.30.40.41.33.25.89.113.017.522.628.3-5.(MPa)78787878775846403736353434f(m)0.10.30.40.40.51.53.36.09.213.217.722.828.50.(MPa)71727272715444393

24、735343434f(m)0.10.40.40.40.51.63.56.19.413.317.822.928.7+5.(MPa)65666666655042383635343433f(m)0.10.40.40.50.51.73.66.39.613182328+10.(MPa)58616161594740373534343333f(m)0.10.40.50.50.61.83.86.49.713.618.223.329.0+15.(MPa)52555555544439363534343333f(m)0.50.60.60.60.71.93.96.69.913.818.323.429.2+20.(MP

25、a)46505050494137353434333333f(m)0.20.60.60.70.72.14.16.810.114.018.523.629.3+25.(MPa)40454546453936353433333333f(m)0.20.660.690.770.862.24.26.91014182329+30.(MPa)35414141413735343333333332f(m)0.20.70.70.80.92.34.47.110.414.318.823.929.6+35.(MPa)30373738373534333333323232f(m)0.30.810.840.941.02.44.57

26、.210.514.418.924.129.8+40.(MPa)26333334373333323232323232f(m)0.30.90.91.01.12.64.77.410.714.619.124.229.92.5 杆塔定位及定位后的校验一、杆塔定位：1）定位的原则要求：使导线上任一点在任何情况下，必须保证对地及障碍物的安全距离（限距）。 限距与弧垂的公式是：， H-杆塔呼称高 ，-绝缘子串长 ，-限距 ，。2）估计耐张段代表档距： 在应力-弧垂曲线查出=16.305m对应的覆冰（产生最大弧垂）时的档距为定位档距l定=435m， 以0.9(平地取0.9)乘以定位档距作为估算的代表档距：l代=

27、0.9340=391.5（m）3）由此代表档距在应力-弧垂曲线上查出“产生最大弧垂那一气象条件”（覆冰时）的应力=54.1Mpa. 4)按x(m)Zx(m)-25018.35-20011.73-1506.6-1002.93-500.7300500.731002.931506.620011.7325018.355）制作模板把模板曲线画一条曲线是最大弧垂曲线，在其下端相距+=11.7m画另一条曲线叫限距曲线（比例横向1：5000，纵向1：500）6）用模板排定直线杆塔塔位（定位图比例 :横向1：5000，纵向1：500） 从耐张杆1开始排起（图） 第一杆和最后一杆定位公式m 其余各杆m在耐张杆1上

28、自地面向上量取AB=21.3m，使限距曲线通过B点，且与地面相切，并要求模板的纵轴始终保持垂直。量取限距曲线与地面的垂直距离CD=16.305m，则CD即为第2根直线杆的位置。移动模板使限距曲线通过D点，并与地面相切。量取限距曲线与地面的垂直距离EF=16.305m，则EF为第3根直线杆塔的位置。依次排定。杆塔定位后的校验：（1） 杆塔的最大允许档距：m（2） 导线的悬点应力：最大覆冰时： , g=g7=30.309lh5026.810047.620087.7400146.1600186.4800200.91000197.21300146.217000按实际的档距和高差在图中得到的点，均落在曲

29、线的下方，表明悬点应力未超过允许值，符合设计要求（3）导线悬垂角：从断面图上量取杆塔两侧的垂直档距，在图上得到的相应点，经检查各点均在曲线下方，符合要求。017325016381001549200138030012344001092500970600856 （4）导线及避雷线的上拔悬挂点高差系数： 3为负值且较大，在最低气温或最大风时可能出现上拔力，最大风=97.732MPa, 最低气温=97.732MPa. 最大风时 最低气温时50218.75100437.520087530012112.54001615050020187.560024225单位：米。从横断面上量得被检查杆塔的水平档距和垂直

30、档距，这些点均在曲线的上方，不会上抜。(5)悬垂绝缘子串的摇摆角： ,其中 ， ， ， m2， ，；条件(m)R（m）tan正常0.30.15雷电0.30.45操作0.30.3带电0.30.60 最大风时： 雷电过电压时：内过电压时： 检修时：（m）最大风的(m)外过电压的(m)内过电压的(m)检修的(m)50-70.8-132.0-39.7-78.1100-73.2-150.3-54.9-69.1200-78.1-186.9-85.3-51.1300-83.0-223.5-115.7-33.1400-87.9-260.1-146.1-15.1500-92.8-296.7-176.52.860

31、0-97.7-333.3-206.920.8 在定位图上查水平档距的实际垂直档距，均在此曲线的上方，符合要求。第3章 金具设计确定防振措施、选择绝缘子型号与片数、绘制绝缘子串组装图。3.1 绝缘子数量的选择绝缘子是用来支撑和悬挂导线，并使导线与杆塔绝缘。它应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对污秽物质的侵具有足够的抵抗能力，并能适应周围大气条件的变化，如温度和湿度变化对它本省的影响等。高压架空电力线路绝缘子的选择，应按DL/I5092-1999110-500kV架空送电线路设计技术规程的规定进行。直线杆塔上绝缘子串的绝缘子数量，应按表4-1所列数量选用。表 4-1 直线杆塔上绝缘子串的绝缘子数

32、量电压等级（kV）3560110154220330500绝缘子数量XP-70型357101319-XP-160型-28本次500kV线路设计，架设在一般地区，污秽等级为0级，杆塔架设的平均海拔低于1km。所以选用28片普通绝缘子组成悬垂绝缘子串。3.2 防震锤的设计3.2.1 防震锤型号的选择我国目前主要生产的防振锤型号为F-18型。各种导线不但直径和单位长度重力不同，而且在实际工程中它们的悬挂点高度、应力、档距也不同。因此，在发生振动过程中，它们的振幅、频率范围、风速范围等都有差异，也就是说振动的能量大小也不相同。所以就不能只采用一中型号的防振锤来解决所有导线的振动问题，必须分别对待。一般来

33、讲：直径大的和单位重力大的导线，相应的防振锤要大些，见表4-2.表 3-2 导线与防振锤型号配合表防振锤型号适 用 导 线 型 号 截 面GJLJLGJLGJJLGJQF-1300400300400300500F-2185240185240185240F-3120185120150150150F-470F-57095F-650F-735F-835503.2.2 防震锤数量的选择当导线直径小档距大，或者导线直径大而档距也大时，风传给导线的能量就大，往往需采用多个防振锤才能防止振动的危害，一般取13个，大跨越至要67个之多。其个数的决定，应根据表4-3查出所需防振锤个数。表3-3 防振锤个数与档距、导线直径大小的关系导线地线直径（mm）防 振 锤 个 数1233.2.3防震锤安装距离的计算本设计采用LGJ-400/25导线，查表4-2选用F-1型防振锤；档距介于450m和800m之间，采用两个防振锤。计算最大、最小“半波长”；防振锤的安装方式：若采用等距安装，第一个防振锤一定在第一个最小半波内。但是，其他防振锤就不一定都在最小半波，可能会装在节点或节点附近，那么这个防振锤就起不到防振作用，安装在节点上的饿防振锤，反而会起相反的作用。对线路安全运行很不利。因此，采用不等距方法来消除。安装两个防振锤，第一、第二个防振锤安装位置分别按下式计算：m；m；