35kv架空线路设计 毕业论文

论文题目: 35kV架空线路设计 专 业: 电气工程及其自动化

学 生: （签名）______________ 指导教师: （签名）______________

来保障柠条塔煤矿的用电安全。

摘 要

为满足陕煤集团柠条塔煤矿的用电安全，建设由110kV变电站35kV配电室出线到

陕煤集团柠条塔煤矿35kV变电站的单回路架空送电线路。本次设计新建35kV架空线路

本次架空线路设计的主要内容根据当地地形合理选择架空线路径；架空线导线的确定；架空地线的选择；金具的选择；架空线路的防雷设计；杆塔定位、杆塔结构的选择、对地距离及交叉跨越的处理；基础的设计等。

本毕业设计以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定准绳，结合工程实际情况，保证柠条塔煤矿供电可靠，经济性合理，满足各项技术要求。

关键词：35kV，线路设计，杆塔，防雷

I

Subject: The Design of 35kV Overhead Line Specialty: Electric Engineering and Automation

Name: Zhang Peiyao (Signature) Instructor: Li Zhong (Signature)

ABSTRACT

To meet the Shaanxi Coal Group NingTiaota mine electrical safety, construction by the 110kV substation 35kV power distribution chamber outlet to the Shaanxi Coal Group Mine 35kV substation NingTiaota single circuit overhead transmission line. The design of the new 35kV overhead lines to protect NingTiaota mine electrical safety.

The main contents of overhead line design reasonable choice according to the local topography overhead line route; overhead line conductors identified; overhead ground wire choices; gold with choice; overhead lines lightning protection design; tower positioning, tower structure selection, ground distance and cross-cutting processing; based design.

This paper in order to design task book as the basis for national economic construction policies, technical regulations criterion, combined with practical engineering, to ensure coal supply NingTiaota reliable, economical and reasonable, to meet the technical requirements.

KEY WORDS: 35kV, circuit design, tower, Lightning

II

目录

第一章 绪论 ................................................................ 1

1.1 设计的背景及意义 ................................................... 1 1.2 架空线路设计研究现状 ............................................... 1 1.3本次设计的主要工作 .................................................. 2 第二章 设计规范要求 ........................................................ 3

2.1 路径(参照GB 50061-2010) ............................................ 3 2.2 路径协议 ........................................................... 3 2.3 绝缘子、金具及杆塔 ................................................. 3 第三章 总体设计思路 ........................................................ 5 第四章 导、地线设计 ........................................................ 7

4.1导线设计 ............................................................ 7

4.1.1导线的设计 .................................................... 7 4.1.2导线的选择 .................................................... 8 4.1.3 导线的比载 .................................................... 8 4.2 架空地线的设计 .................................................... 15

4.2.1 地线的比载计算 ............................................... 15 4.2.2 计算临界档距、判断控制气象 ................................... 17 4.3 金具设计 .......................................................... 19

4.3.1 绝缘子的设计 ................................................. 19 4.3.2防震锤的设计 ................................................. 20 4.3.3 间隔棒的设计 ................................................. 21 4.4 杆塔结构设计 ...................................................... 23

4.4.1 杆塔定位 ..................................................... 23 4.4.2 杆塔定位后校验 ............................................... 24 4.4.3 荷载组合气象条件 ............................................. 27

第五章 基础设计及防雷 ..................................................... 31

5.1 基本要求 .......................................................... 31 5.2自力式铁塔基础上拨校验 ............................................. 31

5.2.1 土重法计算基础上拨 ........................................... 31 5.3地基压力计算 ....................................................... 34

5.3.1单向偏心荷载计算 ............................................. 34 5.3.2 地基承载力设计值 ............................................. 35 5.4 防雷设计 ......................................................... 37

5.4.1 一般地区耐雷水平计算 ......................................... 38 5.4.2 耐雷水平和雷击跳闸率 ......................................... 38 5.4.3计算耐雷水平和雷击跳闸率 ..................................... 39

结 论 ..................................................................... 41

III

附 录 ..................................................................... 42 致 谢 ..................................................................... 43 参考文献 .................................................................. 44

IV

第一章 绪论

1.1 设计的背景及意义

为满足陕煤集团柠条塔煤矿的用电安全，建设由110kV变电站35kV配电室出线到陕煤集团柠条塔煤矿35kV变电站的单回路架空送电线路。柠条塔煤矿位于陕北地区，两变电站之间多为陕北台塬地和一般山地，海拔高度在1200米左右，地广人稀。本次设计新建35kV架空线路来保障柠条塔煤矿的用电安全。

本次设计的目的在于通过毕业设计受到一次综合运用所学理论和技能的训练，进一步提高分析问题和解决问题的能力。学会阅读参考文献，收集、运用原始资料的方法以及如何使用规范、手册、产品目录，选用标准图的技能，从而提高个人的设计计算和绘图的能力。

1.2 架空线路设计研究现状

输电线路按结构分为架空线路和电缆线路。由于电缆线路的技术要求和施工费用远高于架空线路，所以除了特殊情况外，目前广泛采用架空输电线路。

输电线路是电力不可缺少的重要组成部分，目前我国部分地区仍面临着缺电这一问题，国家正在加紧电网建设，输电线路的规划设计在这其中起着重要的作用，输电线路工程设计是电力建设的重要组成部分，同时也对输电线路正常运行起着决定性作用

[1][2][1]！

架空电力线路路径的选择是一项非常重要的工作，对架空电力线路的造价和安全性、适用性的影响至关重要。近年来由于工农业设施、市政设施的不断发展，线路路径的选择越来越困难。因此在选择、设计线路时，应认真进行调查。对各种影响因素，如地理条件、地形条件、交通条件、运行和施工条件等，应进行综合比较。对影响路径选择的重要环节，应在选线时进行比较深入的技术经济比较

[3]。

输电线路是电力系统的重要组成部分，担负着输送和分配电能的重要任务。电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电能可以方便的转化为其它形式的能，且易于远距离运送和自动控制。电能最主要输送途径的输电线路好坏也直接影响到电能的输送，所以输电线路的设计显得尤为重要

[4]。电力线路按结构可分为架空线路和电缆线路两种。

架空线路相比电缆线路来说有许多优点，如成本低、投资少、安装容易、维护和检修方便、易于发现和排除故障等。所以不论是输电线路还是配电线路多数采用架空线路。但

1

是架空线路由于直接暴露于空气中，非常容易受雷击和污秽空气危害，且架空线路要占用一定的地面和空间，有碍交通等，因此在一些特殊环境中架空线路的使用受到限制[5]。

1.3本次设计的主要工作

（1）根据两变电站之间的实际地形，进行架空线路路径的设计，选择最优路径。线路选径要考虑线路的运行安全、经济合理、施工方便等多方面因素。

（2）选择导线型号、地线选择、金具的设计、杆塔定型等，并通过计算验证其可行性，确保输电线路能长期安全运行。

（3）线路防雷的设计及基础设计并编制施工手册。防雷是保证线路安全运行的重要工作。在基础设计方面满足成本低、维护检修方便等条件。

2

第二章 设计规范要求

2.1 路径(参照GB 50061-2010)

⑴架空电力线路路径的选择，应认真调查研究，综合烤炉运行、施工、交通条件和路径长度等因素，统筹兼顾，全面安排，进行多方案的比较，做到经济合理、安全适用

[6]。

(2)在可能的条件下，应使路径长度最短，转角少，角度小，特殊跨越少，水文地质条件好，投资少，省材料，施工方便，运行安全可靠。

(3)市区电力线路的路径，应与城市总体规划想结合。线路路径走廊位置应与各种管线和其他市政设施同一安排

[6]。

[6](4)架空线路路径的选择，应符合下列要求：

①应减少与其他设施交叉；当与其他架空线路交叉时，其交叉点不应该选在被跨越线路的杆塔顶上。

②3kV以上架空线路，不应跨越储存易燃、易爆物的仓库区域。架空电力线路与火灾危险性的生产厂房和库房、易燃易爆材料堆场以及可燃或易燃、易爆液（气）体储罐的防火间距，应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）的规定。

③应避开洼地、冲刷地带、不良地质地区、原始森林区以及影响线路安全运行的其他地区。

④不宜跨越房屋。

2.2 路径协议

当跨越与接近重要地区（如铁路、公路、航运、厂矿、邮电、机场等）时，在路径初步确定后，应与有关单位进行协议，取得书面答复文件。此外，还应与市、县规划部门协商，取得规划部门的同意。

2.3 绝缘子、金具及杆塔

⑴绝缘子和金具的安装设计可采用安全系数设计法

[6]。

⑵35KV和66KV架空电力线路，宜采用悬式绝缘子。耐张绝缘子串的绝缘子数量，应比悬垂绝缘子串的同型绝缘子多一个。全高超过40m的有地线的杆塔，高度每增加10m，应增加一个绝缘子

[6]。

3

⑶35KV及以上单回路杆塔，导线可采用三角排列或水平排列；多回路杆塔可采用鼓型、伞型或双三角型排列

[6]。

4

第三章 总体设计思路

架空线路设计收集地形图，进行室内选线选择导线型号选择架空地线型号进行送电线路路径勘测选择设计气象条件导线和地线的力学特性曲线和防震措施绝缘配合，确定绝缘子及金具选择线路路径方案确定常用和特殊杆塔的荷载条件设计常用和特殊杆塔的基础设计书及附图

图2-1 架空输电线路设计框图

本次设计针对柠条塔煤矿的用电安全建设，保证煤矿的用电可靠性。在本次设计中选用多种方案进行对比，从而选出最佳方案，实现安全性、经济性、可靠性等多方面符合要求。

架空线路径的设计我初步拟定三条线路（见附表），在经过对比分析后，确定线路A

5

为本次架空输电线路的路径。线路A相比另两条线路有很多优势：

（1）线路B和线路A走径大体相同，但是在35kV出线端跨越树林的跨越点选择不合理，和线路A 相比要砍伐更多树木，不符合路径选择的原则。线路B同时存在耐张段过长的问题，耐张段过长杆塔所受荷载过大，在长时间运行情况下不能保证线路的可靠运行。线路A 相比线路B 有绝对的优势，所以不考虑线路B方案。

（2）线路C也是不合理的。线路C在靠近柠条塔煤矿变电站侧选择跨越居民区和煤场。跨越煤场无法避免，如果跨越居民区的话，架空线到房屋的安全距离要满足要求，无疑增加了杆塔高度，增加了投资。在居民区占地进行基础建设费用同样会增加投资。线路C选择跨越居民区是不合理的。

经过对比，线路A的走径是合理的，可以满足要求。线路A 在跨越树林时，选择树木较少的地方。满足选径原则和经济性要求。在线路走径中设计多处转角杆塔，以便在跨越煤场时尽量减少占地，保证经济性要求。转角杆塔同样承受导线等带来的负荷，多处使用转角杆塔使线路在西北IV区大风、覆冰等气象条件下所受影响小，保证线路安全可靠、长期运行。(路径走向示意图见附录)

6

第四章 导、地线设计

4.1导线设计 4.1.1导线的设计

本次设计针对陕西省榆林市神木县柠条煤矿，参考本线路经过的地区已有线路的运行经验和当地的气象条件，选用全国典型气象区西北IV区：

表4-1 全国典型气候IV区 项 目 气象区 最高气温 最低气温 大气 温度 （℃） 安 装 内过电压 外过电压 覆 冰 安 装 风 速 （米/秒） 内过电压 外过电压 最大风速 年平均雷暴日（日/年） 覆冰冰厚（mm） 10 12.5 25 40 5 最高气温 最低气温 年平均气温 年平均气温 覆 冰 西北IV级气象区 +40 -20 +10 -5 -10 +10 +15 -10 10 0 0 0

7

4.1.2导线的选择

如何选择线路导线截面时电力网设计中的一个重要问题。线路的能量损耗同电阻成正比，增大导线截面可以减少能量损耗。但是线路的建设投资却导线截面积的增大而增加。综合考虑这两个相互矛盾的因素，采用按经济电流密度选择导线截面，这样可以使线路运行有最好的经济效果。

根据资料显示，本次设计中的35kV变电站容量为31.5MWA，根据公式可以计算出其最大负荷电流：

ImaxP31.5?103???519.63A

3U1.732?35根据查得最大负荷利用小时数典型值，取最大负荷利用小时数5000h以上。查表得

2(A/mm) 经济电流密度J=1.75

经济截面S?Imax519.63??296.9mm2 J1.75查表选取LGJ-240/30型导线，其标准截面积275.96mm2

校验安全载流量：查得LGJ-240/30在导线温度90℃时，载流量为645A。导线LGJ-240/30型满足要求。

机械强度校验：根据规定35kV线路最小允许截面为35mm2，导线LGJ-240/30型满足机械强度要求。

按照经济电流密度选择导线，本段线路选用LGJ-240/30型钢芯铝绞线作为本次设计的导线。

表4-2 LGJ-240/30参数表

根数/直径 导、地线型号 铝芯 LGJ-240/30 24/3.6 计算截面计算重 安全系数计算拉断外径mm mm Kg/Km （K） 力(N) 钢芯 7/2.4 275.96 21.6 922.2 2.8 75620 最大设计年平均运应力行应力(MPa) (MPa) 92.97 65.08 4.1.3 导线的比载

4.1.3.1 自重比载：

8

g1=

9.807G9.807?922.2=?10?3=32.773?10?3 A275.934.1.3.2 冰重比载：

27.728b(d?b)27.728?5?(21.6?5)g2??10?3??10?3?13.354?10?3 A275.964.1.3.3垂直总比载：

g3?g1?g2?32.773?10?3?13.354?10?3?46.127?10?34.1.3.4 无冰风压比载：

表4-3 各种风速下的风速不均匀系数a取值表

设计风速（m/s） 20以下 1.0 35及以上 0.70

20-30 0.85 30-35 0.75 ? 2（1）当v?10，?F?1.0，c=1.1时g4(10)?0.613??Cdv10?10?3?0.613?1.0?1.1?21.6?10?3?5.274?10?3 A275.96222

（2）当v?15，?F?1.0，c=1.1时

v15?10?3?0.613?1.0?1.1?21.6?10?3?11.875?10?3 A275.96(3)当v?25,aF?0.85,c?1.1时g4(15)?0.613??Cdg4(25)?0.613??Cdv25?10?3?0.613?0.85?1.1?21.6?10?3?20.039?10?3 A275.9622

4.1.3.5 覆冰时的风压比载：

由覆冰时风速v=10m/s, 查表得?=1.0,而且C=1.2：

v2102?3g5?0.613??C(d?2b)?10?0.613?1.0?1.2?(21.6?2?5)?10?3?8.423?10?3 A275.964.1.3.6 无冰有风时综合比载：

g6(10)?g1?g4(10)?32.7732?5.2742?31.196?10?322

g6(15)?g1?g4(15)?32.7732?11.8752?34.895?10?322 9

g6(25)?g1?g4(25)?32.7732?20.0392?38.415?10?34.1.3.7 有冰有风时的综合比载：

g7?22

g3?g5?46.1272?8.4232?46.890?10?322

4.1.4计算临界档距，判断控制气象

4.1.4.1 导线的允许控制应力:

TpKA?75620?109.61 2.5?275.96?0.25?75620?65.51 275.96?m??m?0.25TpA表4-4 可能成为条件排列表 条件 气象条件 最低气温 最大应力 (N/mm2) 比载 （MPa/m） 32.773?10?3温度 （?C） g/δ比值 （1/m） 编号 109.61 -20 0.299?10?30.350?10?30.428?10?30.500?10?3 A 最大风 109.61 38.415?10?3 -5 B 覆冰 109.61 46.890?10?3 -5 C 年均气温 65.51 32.773?10?3 +10 D 4.1.4.2 计算临界档距并判断控制气象

24(?m??n)?24?(tm?t)lcr?Egg(m)2?(n)2?m?n

?6查表得LGJ-240/30导线的弹性系数E=72570，线膨胀系数为20×10

10

lcrAB?24(109.61?109.61)?24?20?10?6(?20?5)72570?215.32 32.773?10?3238.415?10?32()?()109.61109.61

lcrAC?24(109.61?109.61)?24?20?10?6(?20?5)72570?217.52?3?3 32.773?10246.890?102()?()109.61109.61

lcrAD?24(109.61?65.51)?24?20?10?6(?20?10)72570?虚数 32.773?10?3232.773?10?32()?()109.6165.51

lcrBC?24(109.61?109.61)?24?20?10?6(?5?5)72570?0?3?3 38.415?10246.890?102()?()109.61109.6124(109.61?65.51)?24?20?10?6(?5?10)72570?虚数 46.890?10?3232.773?10?32()?()109.6165.51

lcrCD?

表4-5 有效临界档距判别表

A lAB?215.32lAC?217.52B C lCD?虚数lBC?0lBD? lCD?虚数 11

控制条件的控制范围(导线受年平均气温控制)

4.1.4.3 求各种状态下的应力弧垂

当气象变化时，架空线所受温度和荷载也发生变化，其水平应力?和弧垂也随着变化。导线内的水平应力随气象条件的变化规律可用导线的状态方程来描述。 导线在孤立档距中的状态方程：

2222EgnlEgml?n?????E(tn?tm) m2224?n24?m式中：

gn?初始气象条件下的比载，N/m.mm2gm?待求气象条件下的比载，N/m.mm2tn?初始条件下的温度，?Cm?待求气象条件下的温度，?C?n?在温度tn和比载gn条件下的应力，MPa

?m?在温度tm和比载gm条件下的应力，MPa??线温度膨胀系数，1/?CE?导线的弹性系数，MPal?档距，m

求解各气象条件下的应力和弧垂，并利用此数据绘制出导线的机械特性曲线。

表4-6 LGJ第IV气象区导线应力弧垂计算表 气象条件 档 距 m 50 100 最高气温 应力 MPa 33.439 39.426 弧垂 m 0.291 0.987 最低气温 应力 MPa 94.924 92.251 弧垂 m 0.102 0.422 年均气温 应力 MPa 62.56 62.56 最大覆冰 应力 MPa 88.803 87.708 弧垂 m 0.154 0.623 12

150 200 250 300 350 400 450 500 44.279 47.996 50.828 52.996 54.670 55.975 57.005 57.825 1.977 3.243 4.785 6.608 8.719 11.123 13.823 16.823 88.349 83.946 79.751 76.200 73.400 71.264 69.645 68.413 0.991 1.854 3.050 4.596 6.494 8.737 11.314 14.220 62.56 62.56 62.56 62.56 62.56 62.56 62.56 62.56 86.234 84.705 83.330 82.191 81.285 80.575 80.020 79.583 1.426 2.581 4.100 5.986 8.238 10.855 13.834 17.172

表4-7 LGJ第IV气象区导线应力弧垂计算表 气象条件 档 m 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 安装 应力 MPa 94.941 92.319 88.503 84.207 80.122 76.665 73.938 71.853 70.271 69.064 事故断线 应力 MPa 94.924 92.251 88.349 83.946 79.751 76.200 73.400 71.264 69.645 68.413 外过电压 无风 应力 MPa 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 62.560 外过电压 有风 应力 MPa 62.598 62.691 62.801 62.902 62.984 63.047 63.096 63.133 63.162 63.184 内过电压 应力 MPa 62.751 63.215 63.754 64.243 64.642 64.953 65.192 65.375 65.518 65.630 最大风 应力 MPa 63.375 65.255 67.337 69.188 70.702 71.901 72.841 73.579 74.162 74.626

4.1.4.4 计算安装曲线的应力和弧垂

架空线的安装需要不同的温度条件，导线安装时应在安装曲线中对应当时温度进行。

13

已知前面的参数，应用状态方程式求解各施工气象（无风、无冰、不同气温等）下的安装应力，进而求得相应的弧垂。

表4-8 同温度下安装曲线的应力 档距 温度 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 -10 94.941 92.319 88.503 84.207 80.122 76.665 73.938 71.853 70.271 69.064 -5 0 5 10 15 20 25 30 88.393 86.127 82.916 79.425 76.212 73.556 71.483 69.901 68.702 67.781 81.873 80.036 77.520 74.889 72.546 70.648 69.180 68.062 67.212 66.555 75.390 74.076 72.248 70.616 69.123 67.934 67.020 66.325 65.793 65.383 68.959 68.280 67.431 66.618 65.938 65.404 64.996 64.684 64.445 64.260 62.598 62.691 62.801 62.902 62.984 63.047 63.096 63.133 63.162 63.184 56.338 57.359 58.485 59.468 60.250 60.853 61.313 61.666 61.939 62.153 50.222 52.339 54.501 56.310 57.725 58.809 59.638 60.276 60.773 61.163 44.317 47.684 50.859 53.418 55.394 56.905 58.063 58.959 59.659 60.213 gl2安装曲线根据上面的应力，用公式f=求的相应弧垂8?

表4-9 不同温度下安装曲线的弧垂 档距 温度 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

50 0.104 0.111 0.120 0.131 0.143 0.157 0.175 0.196 0.222 100 0.426 0.457 0.492 0.532 0.577 0.628 0.686 0.752 0.826 150 1.001 1.068 1.143 1.226 1.314 1.411 1.515 1.625 1.742 200 1.870 1.983 2.103 2.230 2.364 2.504 2.648 2.797 2.948 250 3.071 3.229 3.392 3.560 3.732 3.907 4.084 4.263 4.442 14

300 4.622 4.818 5.016 5.216 5.418 5.621 5.823 6.026 6.227 350 6.523 6.747 6.972 7.197 7.421 7.644 7.867 8.088 8.307 400 8.768 9.012 9.256 9.498 9.739 9.979 10.216 10.452 10.685 450 11.346 11.605 11.863 12.119 12.372 12.623 12.873 13.120 13.365 500 14.253 14.522 14.790 15.055 15.318 15.579 15.837 16.094 16.348

4.2 架空地线的设计

架空地线的作用：

(1)减少了雷电直击导线的机会，降低了线路绝缘承受的雷电过电压幅值。当雷击于塔顶或地线上时，塔身电位很高，加在绝缘子串上的电压等于塔身电位与导线电位之差，这个电压一般远比雷直接击中导线时绝缘子串上的电压低，不会导致闪络放电。但是，如果接地电阻很大，则塔身电位将会很高，这时就会发生逆闪络，也就是通常说的“反击”。 (2)对导线有耦合作用。当雷击塔顶或地线时，由于耦合，导线电位将抬高，所以耦合可使绝缘子串上的电压降低。因此，为了减少“反击”，在接地电阻很难降低时，可以利用架空地线的分流、耦合性质，在导线下面再增加一条耦合地线。

(3)由于避雷线接地，所以它可以屏蔽感应雷对导线的作用，降低感应雷过电压。

跟据《架空线路设计》，导线LGJ—240/30相配合的地线为地线GJ—50。

表4-10 地线GJ-50相应参数

名称 导线综合截面积 导线外经 导线单位重量 综合弹性系数 计算拉断力 综合膨胀系数 安全系数 许用应力 年均应力上限 符号 A d G。 E Tp α K [σ] [σcp] 数据 49.46 9.0 423.7 181423 60564 单位 mm2 mm kg/km MPa N 11.5?10?6 4 408.168 306.126 1/?C MPa MPa 4.2.1 地线的比载计算

15

4.2.1.1 自重比载：

地线本身重量造成的比载称为自重比载。

g1?

9.807G9.807?423.7?10?3??10?3?84.012?10?3 A49.464.2.1.2 冰重比载：

地线覆冰时，由于冰重产生的比载成为覆冰比载。

27.728b(d?b)27.728?5?(9.0?5)g2??10?3??10?3?39.243?10?3A49.46

4.2.1.3 垂直总比载：

g3?g1?g2?84.012?10?3?39.243?10?3?123.255?10?3

4.2.1.4 风压比载：

无冰风压比载应计算最大风速和安装有风两种情况。无冰时作用在导线上每米长每平方毫米的风压荷载称为无冰时风压比载。

表4-11 各种风速下的风速不均匀系数a 设计风速（m/s） 20以下 1.0 20-30 0.85 30-35 0.75 35及以上 0.70 ? （1）当v?10，?F?1.0，c?1.2时g4(10)v2102?3?0.613??Cd?10?0.613?1.0?1.2?9.0?10?3?13.385?10?3A49.46 v2152?3?0.613??Cd?10?0.613?1.0?1.2?9.0?10?3?30.117?10?3A49.46 v2252?3?0.613??Cd?10?0.613?0.85?1.2?9.0?10?3?71.110?10?3 A49.46（2）当v?15，?F?1.0，c?1.2时g4(15)（3）当v?25，?F?0.85，c?1.2时g4(25)4.2.1.5 覆冰时风压比载：

g5(5,10)v2102?3?0.613??C(d?2b)?10?0.613?1.0?1.2?(9?2?5)?10?3?28.258?10?3

A49.464.2.1.6 无冰有风时得综合比载：

g6(10)?g1?g4(10)?84.0122?13.3852?85.072?10?3

16

22

g6(15)?g1?g4(15)?84.0122?30.1172?89.247?10?32222

g6(25)?g1?g4(25)?84.0122?71.1102?110.066?10?34.2.1.7 有冰有风时的综合比载，按下式计算：

g7(5,10)?g3(5)?g5(5,10)?123.2552?28.2582?126.453?10?3以上所得比载值的单位均为N/m?mm。

表4-12 各气象条件下导线比载的计算值 比 载 项 目 数据?10?3222

自重比载 覆冰无风 无冰综合 无冰综合 无冰综合 覆冰综合 g（10,0） g（35,0） g6（0,10） g6（0,15）89.247 g6(25) g7(5,10) 84.012 123.255 85.072 110.066 126.453 N/m?mm2 备 注 C1=1.2 ?F?1.0 C1=1.2 ?F?1.0 C1=1.2 ?F?0.85 C1=1.2 ?F?1.0 4.2.2 计算临界档距、判断控制气象

4.2.2.1 地线的允许控制应力：

规程规定，导线最低点的最大使用应力按下式计算：

Tp60564导线最大许用应力?m???408.168（MPa）KA3?49.46 0.25Tp0.25?60564年平均运行应力?平???306.126（MPa） A49.464.2.2.2 可能成为控制气象列表：

最大应力(N/mm2) 408.168 408.168 306.126 408.168

表4-13 气象列表 比载（MPa/m） 84.012 104.909 84.012 126.453 温度 （?C） -20 -5 +10 -5 g/δ比值 （1/m） 2.058 2.570 2.744 3.089 编号 A B C D 最低气温 最大风速 年平均气温 覆冰

17

4.2.2.3计算临界档距并判断控制气象：

24(?m??n)?24?(tm?t)lcr?Egg(m)2?(n)2?m?n

lcrAB?

24(408.168?408.168)?24?11.5?10?6(?20?5)181423?417.992?3?3 84.01?102104.91?102()?()408.168408.16824(408.168?306.126)?24?11.5?10?6(?20?10)181423?501.353 84.01?10?3284.01?10?32()?()408.168306.12624(408.168?408.168)?24?11.5?10?6(?20?5)?181423?596.2?3?3 84.01?102126.453?102()?()408.168408.16824(408.168?408.168)?24?11.5?10?6(?5?10)181423?虚数 104.86?10?3284.012?10?32()?()408.168408.16824(408.168?408.168)?24?11.5?10?6(?5?5)181423?0?3?3 104.86?102126.453?102()?()408.168408.16824(306.126?408.168)?24?11.5?10?6(15?5)181423?虚数 84.01?10?32126.453?10?32()?()306.126408.168

lcrAC?

lcrAD

lcrBC?

lcrBD?

lcrCD?

18

表4-14 有效临界档距判别表

A lAB?417.992lAC?501.353B C lCD?虚数lBC?虚数lBD?0 lAD?596.2

判定结果

4.3 金具设计 4.3.1 绝缘子的设计

4.3.1.1 绝缘子的种类及选择

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，同时对化学物质的侵蚀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身的影响等。

架空线常用的绝缘子有针式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担式绝缘子等。

根据线路电压等级、导线配合及经济性考虑，本线路选用XP---60型悬垂绝缘子串。4.3.1.2 绝缘子片数的确定（选用XP—60型绝缘子） 绝缘子串的泄露距离应满足下式： D?Ud 式中 D—绝缘子的泄露距离，cm

U—线路额定电压，kV

19

d—泄露比距，cm/kV

直线杆每串绝缘子片数为：n=D/S 式中 D—绝缘子的泄露距离，cm

S—每片绝缘子的泄露距离，cm

n—直线杆绝缘子串的绝缘子片数。

本次设计所在地区风沙严重，靠近公路并且沿途有煤矿、工厂等。选用3级污秽等级，泄露比距取3.8 cm/kV，XP—60型绝缘子的泄露比距为28cm。

所以 D?35?3.8=133

n=D/S=133/18=4.75

绝缘子片数取5片。

4.3.2防震锤的设计

4.3.2.1 导线的防震措施:（1）减弱震动的措施。

（2）加强导线的耐震强度。

4.3.2.2防震锤的选择

防震锤的自震频率要和导线相近，当导线震动时，引起防震锤共振，使两个重锤有较大的甩动，可以有效的消耗导线的震动能量。防震锤的重量应和导线型号适应。 国家标准GB2336—80规定了防震锤所适用的导线型号。

表4-15 防震锤型号及适用导线 防震锤型号 型式 适用导线型号 FD-1 双螺旋 LGJ--35～50 FD-2 双螺旋 LGJ--70～95 FD-3 绞扣式 LGJ--120～150 FD-4 绞扣式 LGJ--180～240 FD-5 绞扣式 LGJQ--300～400 FD-6 绞扣式 LGJQ--500～600 FD-35 GJ--35 双螺旋 FD-50 GJ--50 双螺旋 FD-170 GJ--70 绞扣式 FD-100 GJ--100 绞扣式 重量（kg） 1.5 2.4 4.5 5.6 7.2 8.6 1.8 2.4 4.2 5.9

20

4.3.2.3防震锤的个数选择

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1～3个，大跨越至要6～7个之多。其个数的决定，应根据下表查出所需防振锤个数。此处取1个防震锤。

表4-16 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 1 2 3 d?12 d?22?37.1 12?d?22 l?300l?350l?400l?300?600l?600?900l?700?1000l?800?1200l?350?700l?450?800

4.3.3 间隔棒的设计

送电线路分裂导线间隔棒的主要用途是限制子导线之间的相对运动及在正常运行的情况下保持分裂导线的几何形状。按照送电线路分裂导线的根数不同，我国500kv及以下送电线路的间隔棒可分为二、三、四根分裂导线用的三种类型。按间隔棒的工作特性分为两类，即阻尼型间隔棒及非阻尼型间隔棒。阻尼式间隔棒特点：在间隔棒活动关节处利用橡胶作材料来消耗导线的振动能量，对导线振动起阻尼作用。因此，该类间隔棒可适用于各地区。重点作用于导线容易产生振动地区的线路（如平原、丘陵及一切开阔地带）。本次设计的地形条件为平原，所以可选择阻尼式间隔棒。 4.3.3.1 间隔棒的技术要求

（1）耐短路电流向心压力的机械强度：

送电线路发生短路事故时，分裂导线受电磁作用将产生较大的向心压力，间隔棒的各部件应在经受这一压力时不发生破坏或永久变形。 间隔棒的向心力按下式计算：

F?1.566?2sIscsn?1IscFtlg?3.132(n?1)Ftlgndnd

21

式中: F—短路电流向心力,N；

n—分裂导线根数；

Isc—系统可能出现的最大短路电流，kA； Ft—子导线张力，N； s—分裂导线间距，m； d—子导线直径，m: （2）两夹头之间的拉、压强度：

分裂导线间隔棒的机械强度应能承受导线覆冰不平衡张力（如仅单根导线覆冰）、次档距振荡及单根导线上人时在子导线之间产生的拉、压力。考虑到可能出现的严重情况，一般该强度应不低于4000N。 （3）夹头握力：

送电线路不仅要求在正常运行或导线在微风振动情况下，间隔棒对导线有稳固的握力，以防住导线，以保证外力消除（如覆冰脱落）后，导线能有自行恢复到原位置的能力。恢复力矩有两个来源，即M=M1+M2，M1是因夹头偏离其平衡位置后，由两侧张力合成的结果。

这个力矩可近似地表述为：

M?2?n?Ft2rsin?(0????) L式中：n—分裂导线根数;

Ft—子导线张力，N;

L—次档距长度（即两间隔棒之间的长度），m; r—间隔棒分裂半径，m; β—间隔棒的扭转角度。

国外资料及国内实测结果表明，在长期运行情况下，铝截面为300mm2的钢芯铝绞线，间隔棒夹头扭握力不应低于25～30N·m,铝截面为400mm2的钢芯铝绞线，间隔棒夹头扭握力不应低于35～40N·m.止磨损导线。而且还要求由于不均匀覆冰等原因使导线发生扭转时，间隔棒夹头应能握住导线，以保证外力消除（如覆冰脱落）后，导线能有自

22

行恢复到原位置的能力。

(4)活动性：

间隔棒应具有充分的活动性，以避免由于导线的振动、振荡、弛度差及不均匀覆冰时，夹头附近的导线出现高应力疲劳损坏。

(5)电气性能：

间隔棒应符合线路金具防电晕及无线电干扰的要求，此外，对采用橡胶做阻尼元件或做夹头防松件的间隔棒而言，橡胶应具有一定的导电性能，以防止在子导线之间的不平衡电压作用下橡胶元件发热损坏。

4.3.3.2间隔棒的安装：

如何合理地选择间隔棒的安装位置，仍然是一个正在探索中的问题。但是，目前国内外已广泛采用按不等距离安装的方式。参考国外厂家所推荐的安装距离，初步拟定下述几项原则：

（1）第一次档距对第二次档距（或倒第一对倒第二次档距）的比值宜选在0.55～0.65左右。此外，间隔棒不宜布置成对于档距中央呈对称分布。

（2）端次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒可选在30～45m范围内，对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒可选在25～35m范围内。

（3）最大次档距长度，对阻尼性能良好的间隔棒，一般不宜超过80～90m, 对阻尼性能一般或非阻尼型间隔棒一般不宜超过60～65m。

4.4 杆塔结构设计 4.4.1 杆塔定位

杆塔定位是综合与初勘测和终勘测的结果来确定的。

4.4.1.1杆塔的呼称高

架空导线对地面、对被跨越物必须保证有足够的安全距离。为此，要求线路的杆塔具必要的适当高度。同时还要求线路有与杆高相配合的适当的档距。从地面到最低层横

23

担绝缘子串挂点的高度，叫做杆塔的呼称高。用H表示。用下式计算： 式中: λ----绝缘子串长度,m; f----导线最大弧垂,m;

h----导线对地最小允许距离,也叫限距,m;

Δh---考虑施工误差预留的裕度,m,一般取0.5-1m,视档距大小而定.

表4-17 定位裕度 档距(m) 定位裕度(m) H???f?h??h

?200 0.5 200-350 0.5-0.7 350-600 0.7-0.9 600-800 0.9-1.2 800-1000 1.2-1.4

4.4.1.2 计算最大弧垂

??0.73m,h?6m,??0.7m

H=?+fm+h+△

所以，导线的最大弧垂fm=20-0.73-6-0.7=12.57m

4.4.1.3 计算耐张段的代表档距

根据最大弧垂查弧垂应力表得耐张档距L=453.349m

则估算代表档距 （平地）:

ld=0.9L=408.01

查应力弧垂曲线中得应力 :

??64.641N/mm2

4.4.2 杆塔定位后校验

4.4.2.1 计算水平档距和垂直档距 水平档距 : 计算垂直档距在杆塔图上量取

24

lsh?li?li?12

表4-18 水平档距和垂直档距 Lch左m /443.9 453.8 433.5 454.9 442.4 441.5 453.4 439.4 456.6 447.4 448.2 455.8 436.8 454.33 445.2 446.4 453.9 459.2 468.8 Lch右m /481.3

计算杆塔的最大允许档距

最大线间距离：Dm?0.4??U?0.65fm110 3?0.4?0.73?235?0.65fm110

fm?13.52对应的??80.06fm?

g1lm8?0 8?fm8?80.06?13.52lm???512.02mg132.773?10?3

实际档距均小于最大允许档距，满足要求。

4.4.2.2 间隙圆校验

（1）规程绘出的最小空间隙为:

R正?0.10R操?0.25R雷?0.45

（2) 三种气象情况下绝缘子串偏角 ①基本风压：

v2102? w???0.0625kN /m216001600 22v15? n???0.141kN /m216001600 22v25?外z???0.3906kN/m2 16001600②绝缘子串所受风压：

25

v2Pj?9.8?n?1?Aj16

式中：

Pj?绝缘子串风荷载;n?每串绝缘子的片数,片Aj?每一片绝缘子的受风面积，一般单裙绝缘子取0.03m,双裙绝缘子取0.04m

根据规程本线路采用双联5片绝缘子，

P?9.8??5?1??0.03?0.0625?0.11025kN j外

③导线风荷载计算

Pd???us?0dlhPj内?9.8??5?1??0.03?0.141?0.2487kN22

Pj正?9.8??5?1??0.03?0.3906?0.689kN

?1.069kN?2.41kNPd外???us?dlh?1.0?1.0?1.1??0.11025?21.6?10?3?408.01Pd内???us?dlh?1.0?1.0?1.1?0.2487?21.6?10?3?408.01

Pd正???us?dlh?0.85?1.0?1.1?0.689?21.6?10?3?408.01?5.677kN④导线重力荷载

Q?9222.2kg/km 1

?3Gd?2Q1glv?2?922.2?10?10?408.01?7.525kNlv?408.01m

⑤绝缘子风偏角

?pd?pj/2????tan??G?G/2?j?d?

?1?外?tan?1??内?tan?1??1.273?0.147????8.19?9.295?0.573?

?2.164?0.332????14.20?9.295?0.573?

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/un63.html