说明书论文范本110KV大新架空送电线路设计.docx
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1、 毕业设计说明书110kV大新架空送电线路设计 学生姓名: 班级学号: 院、系、部: 电力工程学院 专 业: 电气工程及其自动化() 指导教师: 合作指导教师: 2007年06月 南 京摘 要本文从工程设计理论出发,较详细地分析了110kV大新架空线路设计中的各种应用的理论和实现方法,内容包括架空线的应力和弧垂计算、杆塔形式的选择、线路路径选择和杆塔的定位、杆塔荷载的计算及头部尺寸校验、导线的防振设计。本文主要由设计说明书和计算书组成。说明书详细地列出了设计内容、要求及注意事项,给出了相关的设计图纸,计算书详细地列出了设计理论和计算公式。在本次设计中,采用了多种计算机辅助软件。如:Auto C
2、AD2004、MATLAB6、WORD2003等。并且用Auto CAD完成了绝缘子、线夹等金具图和杆塔荷载图的绘制,用MATLAB完成了导线避雷线的应力和弧垂的部分计算和曲线的绘制。关键词 输电线路,杆塔塔型,杆塔定位,杆塔荷载AbstractKey Words目 录摘要Abstract 1 绪论.12 说明书.22.1 架空线的应力和弧垂计算.22.2 杆塔形式的选择.82.3 线路路径选择和杆塔的定位.132.4 杆塔荷载的计算及头部尺寸校验.162.5 导线的防振设计.243 计算书263.1 架空线的应力弧垂计算.263.2 避雷线的应力弧垂计算.633.3 杆塔定位的计算.833.
3、4 塔头尺寸的校验853.5 耐张杆荷载计算893.6 导线避雷线的防振设计.954 结论97谢辞.98参考文献98附录1 外文资料翻译99A1.1 译文:模拟风力发电、太阳能发电供电系统.99A1.2 原文:The simulation of photovoltaic power generation and wind power generation on the hydrid electricity supply system102附录2 附图.106A2.1 直线杆塔110S-Z-20A107A2.2 耐张杆塔110S-N-18A.108A2.3 直线杆单导线单联悬垂绝缘子串组装图10
4、9A2.4 耐张塔单导线单联悬垂绝缘子串组装图110A2.5 导线应力曲线图111A2.6 导线弧垂曲线图.111A2.7 避雷线应力曲线图112A2.8 运行情况112A2.9运行情况.113A2.10 断线情况.113A2.11 安装情况.114A2.12 挂线荷载.1141 绪论架空送电线路设计的目的,意义在于培养和提高我们大学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,分析与解决工程实际问题的能力和进行科学研究的初步能力;培养我们独立工作能力、创新能力,以及理论联系实际和严谨求实的工作作风,使得我们经过了几年的系统的理论知识学习后,学习如何应用这些理论知识去解决工程实践问题的过程,这
5、个过程是对所学理论知识的复习巩固、深化和应用。使我们全方位能力有所提高,如调查研究,收集、查询和阅读中外文献资料;综合运用专业理论与知识分析解决实际问题;能进行定性、定量相结合的独立研究与论证;制定实验方案,选用合适的仪器设备并能进行安装、调试、测试,对实验数据进行采集与分析处理;设计、计算与绘图能力,包括使用计算机的能力;逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力;撰写设计说明书或毕业论文的文字表达能力。对于我们输配电专业方向的学生来说,由于绝大多数将从事线路的设计、施工、运行维护与管理方面的工作,毕业设计可以使我们对本专业在国内外的发展现状,技术所平有所了解,又使我们具有了一定的工程实践
6、意识,为今后工作奠定了基础。随着世界各国工业迅猛发展,要求电力也越来越迫切,由于火电厂装电容量越来越大,便使输电线路技术朝着高电压、大容量、远距离的目标不断进步。20世纪后半业发展更加迅速。1952年瑞典首先采用380kV输电电压,1954年美国354kV线路投运,1956年前苏联建成伏尔加河水电站至莫斯科的400kV线路并于1959年升压到500kV。进入60年代欧洲各国普遍采用380kV级输电电压,北美和日本则建设大量500kV线路。以后加拿大、前苏联和美国又相继建成一批735765kV线路。亚洲、非洲、拉丁美洲和大洋洲许多国家都建设了330-500kV线路。300-750kV超高压(EH
7、V)线路已在各国主干电网和国际互联网中广泛采用。我国从1974年开始试验研究500kV输电线路,80年代初建成第一条平武500kV以来到现在、东北、华北、中南、西南及华南地区(西北地区为330kV系统),有15000多km超高压线路在运行。21世纪我国建成了长江三峡水电站,将研究多回路500kV线路,同时也要着手研究1000kV特高压输电线路。本课题将重点分析如何在架空送电线路设计中合理地配置导线、避雷线、杆塔、金具等一系列具体电力器材,通过利用计算机辅助软件完成对整条线路设计的校验和绘制相应的应力弧垂曲线图、金具图及杆塔荷载图,以期能满足国家规定的安全要求。2 说明书2.1 架空线的应力和弧
8、垂计算2.1.1 设计用气象条件2.1.1.1 概述架空线常年暴置于大自然中,经受各种恶劣气候的影响。为了保证其安全运行,必须使之在结构强度和电气性能等各方面能够很好地适应自然界的气象变化,以保证送电线路的安全运行1。所谓设计用气象条件,是指那些与线路的电气强度和机械强度有关的气象参数,如风速、覆冰厚度和温度,称为设计用气象条件三要素。在线路设计过程中,必须对沿线的气象情况进行全面的了解,详细搜集有关气象资料,设计过程中应搜集的所需气象资料及主要用途见表2.1。表2.1 气象资料及用途表搜集内容用途最高气温计算电线最大弧垂,使电线对地面及其他物体保持一定的安全距离最低气温电线可能产生最大应力,
9、检验绝缘子串上扬或电线上拔及防振计算等年平均气温防振设计,一般用平均气温时电线的应力作为计算控制条件历年最低气温月的平均气温计算电线或杆塔安装、检修时的初始条件最大风速及最大风速月的平均气温风荷载是考虑杆塔和电线强度的基本条件地区最多风向及其出现频率用于电线的防振、防腐及绝缘防污设计雷电日数(或小时数)防雷计算用电线覆冰温度杆塔及电线强度设计依据,验算不均匀覆冰时电线纵向不平衡张力及垂直布置的导线接近距离雨天、雪天、雾凇天的持续小时数计算电晕损失时的基本数据土壤冻结深度用于杆塔基础设计常年洪水位及最高航行水位气温确定跨越杆塔高度及验算交叉跨越距离2.1.1.2 设计用气象条件的组合风速、覆冰厚
10、度和大气温度是架空线路设计中要考虑的主要因素,它们的取值方法称为气象条件的组合。气象条件的组合,除了应合理反映自然规律的变化外,还要考虑技术经济上的合理性及设计计算上的方便性。高压架空输电线路,计算用气象条件组合主要有以下几组:(1) 线路正常运行情况下的气象条件组合1. 设计最大风速,无冰和相应的大气温度。2. 覆冰,相应风速,气温-5。3. 最低气温,无冰,无风。4. 最高气温,无冰,无风。(2) 线路安装和检修情况下的气象条件组合因为通常在六级以上大风时不能进行施工安装工作,故其组合是风速10m/s,最低气温月的平均气温,无冰。(3) 外过电压时的气象条件组合1. 当设计塔头尺寸,计算导
11、线风偏对凸出物的距离时,其组合为:外过电压温度15,相应风速。2. 用于验算档距中央、导线与避雷线间的距离,需满足S0.012L+1的要求,其组合为:外过电压温度15,无风。其中,S为导线与避雷线间距离,m;L为档距,m。(4) 线路断线事故情况下的气象条件组合一般地区,无风,无冰,历年最低气温月的日最低气温平均值。重冰区(覆冰厚度20mm以上),无风,有冰,气温-5。(5) 线路耐振计算用的气象条件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象条件为:年平均气温,无风,无冰。(6) 内过电压的气象条件组合内过电压即操作过电压,其计算组合为:年平均气温,无冰,0.5倍最
12、大风速不低于15m/s。2.1.1.3 典型气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,本设计中典型气象区为V区,具体的参数见表2.2。表2.2 气象区V区代表情况大气温度()风速(m/s)覆冰厚度(mm)最高温40最低温-10覆冰-51010最大风1030安装-510外过电压1510内过电压、年均温15152.1.2 架空线的物理特性和机械特性2.1.2.1 架空线的物理特性和机械特性本设计中给出的导线型号为LGJ
13、95/20,其详细数据如下表2.3表2.3 导线型号截面积A(mm2)导线外径d(mm)温膨系数(1/)弹性模数E(MPa)伸长系数=1/E导线单位长度质量(q)瞬时破坏应力p=Tp/A安全系数K113.9613.8718.810-6755111.3210-5408.9326.432.52.1.2.2 架空线的最大使用应力和年平均运行应力(1) 架空线的最大使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,应按下式计算为 (2.1)式中 max 架空线的最大使用应力,N/mm2; p 架空线的瞬时破坏应力,N/mm2; k 导线、避累线的安全系数。设计规程中规
14、定k2.5(2) 架空线的年平均运行应力在线路设计中,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cp一般取瞬时破坏应力p的25%,即cp=25%p。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虑。2.1.2.3 架空线的比载架空线的比载是指单位长度和单位截面上导线所承受的机械荷载,其常用单位是N/ mmm2或MPa/m。作用在架空线路上的荷载有架空线的自重、冰重和架空线所承受的风压,为了清楚的表示这些比载,可采用符号x(b,v)表示,
15、其中x=17,表示7种不同的比载,b表示计算比载时的覆冰的厚度,mm;v表示计算风速,m/s。(1) 自重比载1(0,0)它是架空线自身质量引起的比载,即 (MPa/m) (2.2)式中 G0 架空线单位长度质量,kg/km; A 架空线的截面积,mm2。(2) 冰层比载2(b,0)覆冰时的冰重由架空线承受,在计算冰层比载时,假定沿导线全长,覆盖着一层围绕导线呈贺柱状的厚薄均匀的比重为的冰层,冰层比载的计算为 (MPa/m) (2.3)式中 b 冰层厚度,mm;d 导线的计算直径,mm;A 架空线的截面积。(3) 垂直总比载3(b,0)垂直总比载是自重比载和冰层比载之和,即 (MPa/m) (
16、2.4)(4) 导线无冰时的风压比载4(0,v) (MPa/m) (2.5)(5) 导线覆冰时的风压比载5(b,v) (MPa/m) (2.6)(6) 导线无冰有风时的综合比载6(0,v) (MPa/m) (2.7)(7) 导线覆冰有风时的综合比载7(b,v) (MPa/m) (2.8)2.1.3 架空线的的应力和弧垂曲线计算2.1.3.1 应力弧垂曲线的计算和制作应力弧垂曲线图是输电线路设计图纸中的一部分,它反映了某地区各种气象情况下应力、弧垂与代表档距之间的变化关系,计算它们的主要目的是为了提供导线的力学特性,从而能进行线路杆塔设计的进一步的计算4。(1) 应力弧垂曲线的计算项目应力弧垂曲
17、线计算项目见表2.4表2.4 应力弧垂曲线计算项目计算项目大风覆冰安装事故断线最低气温最高气温大气过电压(有风)大气过电压(无风)操作过电压平均运行应力应力曲线导线避雷线弧垂曲线导线避雷线注 带者为需要绘制的曲线,无者为不需要绘制的曲线。带者是导线最大弧垂出现在最大垂直比载时,应计算覆冰无风时和稀有覆冰无风时的弧垂曲线。(2) 应力弧垂曲线的计算步骤1. 确定工程所采用的气象条件。2. 确定导线的计算参数。3. 计算导线的比载。4. 确定应力值。最大使用应力或称为许用应力;年平均运行应力cp=0.25p。5. 计算临界临界档距,判断控制导线应力的档距范围。将气象条件的有关数据填入表,顺序编号是
18、按/的大小依次编号A、B、C、D。计算临界档距,画出逻辑图,找出各控制情况的档距范围。6. 最大弧垂出现气象情况的判定。可采用临界温度法或临界比载法判定最大弧垂出现的气象情况。7. 各种气象情况下导线应力和弧垂值的计算。确定了各控制气象条件的控制档距范围后,对其他气象条件下导线的应力可由状态议程式求出2。说明:导线应力弧垂曲线的计算具体内容祥见计算书2.1.4 本章小节本章列出了架空线的应力和弧垂计算的几个重要条件:一.设计用气象条件,二.架空线的机械物理特性、最大使用应力和年平均应力及比载。对架空线的应力和弧垂计算步骤做了详细的解释。为计算书中的架空线应力弧垂计算过程做了充分的计算前准备工作
19、。2.2 杆塔型式的选择2.2.1 概述输电线路杆塔型式的确定,应根据国家经济建设发展水平,不断总结杆塔设计、运行和施工经验、择优选用技术先进、经济合理、安全适用的杆塔型式。线路杆塔型式是多种多样的,一条线路到底选用何种杆塔外型结构,主要取决于线路的电压等级、线路的回路数,线路经过地区的气象条件,以及地形地质情况等。进行一条线路的设计,必须结合工程的特点,确定出杆塔所采用的型式。杆塔按照在线路的用途分为六类:直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、换位杆塔、终端杆塔、跨越杆塔。一条线路的线路路径上分成若干个耐张段,每个耐张段两端为耐张杆塔,中间使用直线杆塔。线路转角处要使用转角杆塔,线路在跨越大河流以及
20、较高的被跨越物等处时要设置跨越杆塔。在变电所、发电厂的线路进出口要使用终端杆塔。为使架空线路三相参数保持平衡,长于200km的线路要设置换位杆塔。2.2.2 杆塔的型式2.2.2.1 直线杆的杆型直线杆的杆型用于线路的直线段上,采用针式绝缘子、悬式绝缘子或棒式绝缘子支撑导线,承受线路正常运行时的水平荷载和垂直荷载;也要求它具有一定的顺线路方向的强度,以支撑断线或其他情况下的纵向张力。直线杆塔在线路上用量最多,在平坦地区可占到全线杆塔总数的80%左右。(1) 35110kV单回路直线杆平地和丘陵地区35110kV的线路上,广泛采用不带拉线的钢筋混凝土单杆,常用的杆头型式有上字型、鸟骨型和斜三角型
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