110KV输电线路转角塔设计

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毕业设计（论文）

学生姓名学号专业班级指导教师评阅教师

完成日期 2014年 5 月 23 日

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 2014年 05 月 23 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于

1、保密 □，在_________年解密后适用本授权书。 2、不保密 □。

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作者签名： 2014年 05 月 23 日

导师签名：年月日

摘要 ......................................................................................................................................................... 1 前言 ......................................................................................................................................................... 3 1输电铁塔简介 ................................................................................................................................ 4

1.1 国内外输电事业的发展状况 ............................................................................................ 4 1.2 输电线路耐张塔的现状及存在问题 .............................................................................. 5 1.3 输电铁塔的特点和分类 ..................................................................................................... 6 1.4 输电铁塔设计的复杂性 ..................................................................................................... 6 1.5 设计步骤 ................................................................................................................................ 6

2设计条件选择 ................................................................................................................................ 7

2.1原始资料及主要参数 ........................................................................................................... 7 2.2架空线应力弧垂计算 ........................................................................................................... 8 2.3金具的选用 ........................................................................................................................... 13 2.4塔头尺寸的确定 .................................................................................................................. 16

3 铁塔的荷载组合及计算 ....................................................................................................... 17

3.1运行工况杆塔荷载计算 .................................................................................................... 17 3.2断线时杆塔荷载计算 ............................................. 21 3.3安装工况荷载计算 ............................................... 25 3.4杆塔风荷载计算 ................................................. 26

4 铁塔的内力计算 ....................................................................................................................... 28

4.1塔身受压计算 ...................................................................................................................... 28 4.2塔身受扭计算 ...................................................................................................................... 31 4.3塔头内力的计算 .................................................................................................................. 33 4.4 塔腿内力的计算................................................................................................................. 35 4.5 受压构件稳定性的计算 ................................................................................................... 39

5 铁塔节点连接计算 .................................................................................................................. 40

5.1螺栓数目的计算 .................................................................................................................. 40 5.2 铁塔节点的设计................................................................................................................. 41

6 铁塔的稳定计算 ....................................................................................................................... 42

6.1 等截面格构式柱的强度和稳定计算 ............................................................................ 42

致谢 ................................................................................................................................................. 44 参考文献 ............................................................................................................................................ 45

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厦门市李同线110KV输电线路转角塔设计

学生：高梓瑞指导老师：高广德

单位：三峡大学电气与新能源学院

摘要：厦门市110kV李同线，现成为洪塘头变和叶厝变的电源进线，该线路的安全可靠运行对洪塘头和叶厝区域一带的正常、安全、可靠供电起着重要的作用。但由于线路运行多年，加之地貌变化，造成导地线金具腐蚀，绝缘老化严重,部分水泥杆产生明显的裂纹，存在着诸多安全隐患，因此急需对该段水泥杆线路进行改造，本毕业设计是通过设计完成改造线路一基完整干字形耐张铁塔。本文通过完成铁塔各种荷载计算来选定铁塔尺寸，然后进行验算其安全距离、强度和稳定性等，让我们在认识到干字形转角塔结构组成的同时，也让我们对干字形转角塔的特性有了一定的理解。关键词：干字形耐张塔；设计；荷载；内力

The design of 110Kv Corner tower tower for Xiamen

Litong transmission line

Student: Gaozirui Faculty Adviser: Gaoguangde

(China Three Gorges University College of Electrical Engineering & New Energy )

Abstract: Xiamen 110kV Li with the line, now become power Hongtang head and leaf CuO variable into the wire, the safe and reliable operation of the line ofHongtang head and leaf CuO regional area normal, safe, reliable power supplyplays an important role in. But because the line running for many years,landscape change caused by the earth wire fittings, corrosion, insulation agingserious, some cement rod produced obvious cracks, there exist many securityhidden danger, so it is urgent to carry out the transformation of the cement

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poleline, this graduation design is the design of complete transformation circuit basedcomplete dry type strain tower. In this paper, through the completion of variousload calculation to the selected tower tower size, and then check the safety distance, strength and stability, let us recognize dry shaped tower structure at the same time, also let us tension Tata to stem shape had certain understanding.

Keywords:stem shape strain tower; design; load; internal force

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前言

随着我国国民经济的持续发展，人民群众对用电量的需求也越来越大，因此，我国的电力建设的发展也越来越快。在架空高压的输电线路中，输电线路杆塔的结构占有非常重要的地位，输电线路是电网的重要组成部分，而杆塔又是输电线路的重要组成部分。由于输电线路距离远、电压高的特点，从而对输电线路的设计就提出了新的要求，对输电线路杆塔的设计进行优化，可以使整个输电线路建设的水平大大提高。同时，还有很多旧线路的铁塔需要改造建设。

由于我国地域辽阔，人员和低电压等级的用户分散较广。因此，以110KV为代表的运行电压等级将会在我国的电力输送中将长期扮演着重要的角色。另外，虽然近年来高压和超高压的技术发展迅猛，但是事实上在单位功率电能输送上110kV电压等级比其他电压等级成本小得多。因此，在今后110kV线路依然是我们国家电力线路中最重要的部分。另外，110kV线路的施工难度及其技术要求比220kV低得多，很多低资质电力建设单位都能参与建设，这样能够更好提升社会生产力。因此，在今后将会有越来越多的新建低电压等级线路。

作为工科高校毕业生走上工作岗位之前的最后一门课程，也是综合其本科四年学习的理论知识和社会实践，本设计是一次综合运用所学理论和技能的训练，能够进一步提高分析和解决问题的能力。同时，我们将通过本次设计，促使我们学会查阅相关参考文献，以及提升我们收集、运用原始资料的能力。另外对于如何使用规范、手册、产品目录，选用标准图等方面也将会有一个知识上的提升。

我国的铁塔构造设计在解放初期主要采用原苏联模式, 根据我国地理和气候条件进行强度校核, 只对原有铁塔进行局部修改。从60年代以后, 开始自行设计, 逐渐形成了从35KV到500KV输电线路铁塔系列.

70年代中期, 随着国民经济的恢复和对电力需求的急剧增长, 我国开始进行500KV输电线路的设计、实验和建设, 但第一批500KV输电工程结构本体的设计, 因缺乏经验, 比国外同类工程材料消耗多30%。直到1984年电力建设研究所84型酒杯塔实验研究成功, 才使设计人员造在思想方法上冲破了旧模式的束缚。短短几年中,东北电力设计院和华北电力设计院设计的酒杯型直线塔以及电力建设研究所研制的猫头型自立塔均达到了国际先进指标, 1987年华北电力设计院设计的ZVX拉V塔和电力建设研究所研制的LV87拉V塔进入了国内先进水平的行列。这些成果, 缩小了我国500KV输电结构设计和世界先进水平的差距。

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目前国内架空线路设计领域尚未成熟，特高压输电及其大跨越输电还在探索中前进。同时，也仅有为数不多的几所高校开设了输电线路工程学科，其中我校和华北电力大学的输电线路工程走在国内前列，但设计运用到实践中反馈回来的问题还有很多，值得我们继续探索。

1输电铁塔的简介

1.1 国内外输电事业的发展状况

110kV是我国区域电力网的主要电压等级之一，输送距离在50～300km的电力网。它可以将较大范围内的发电厂联系起来，通过较长的高压输电线路向较大范围内的各种类型的用户输送电能。目前我国县市主杆电网是采用110kV的电力网。110kV的线路电压等级较高，杆塔荷载较大。目前一般采用双杆门型电杆、带叉梁门型电杆带、叉梁V型拉线门型电杆、V型拉线撇腿门型电杆以及铁塔。为了提高110kV输电线路的耐雷水平，实际工程中常常采用一根避雷线，防雷保护角为25°左右这样防止雷击线路及杆塔造成停电事故；自动重合闸是减少雷击跳闸而造成供电中断的有效措施；增加绝缘子的片数也可以提高耐雷水平。但是随着绝缘子片数的增加杆塔所受的荷载增加，要求杆塔强度提高，不能满足经济要求所以实际工程中一般采用7片绝缘子。

目前国内架空线路设计领域尚未成熟，特高压输电及其大跨越输电还在探索中前进。同时，也仅有为数不多的几所高校开设了输电线路工程学科，其中我校和华北电力大学的输电线路工程走在国内前列，但设计运用到实践中反馈回来的问题还有很多，值得我们继续探索

美国目前标准化导线有铜质绞线，导电能力大于铝值绞线，但成本较高，密度较大。在一些发达国家，如美国和加拿大拥有较为成熟的线路设计流程和技术，超高压特高压方面起步早，前苏联曾尝试过2000KV交流输电线路，目前运营中的最高电压等级输电线路为1200KV。

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1.2 输电线路耐张塔的现状及存在问题

目前国内杆塔设计、制造的水平与其他行业的先进制造技术相差甚远。国内的杆塔制造企业可分为2 类:一类是手工生产企业，大多为人数少的乡镇企业或个体、集体企业，其生产、加工能力和水平都很差，一般没有什么技术力量。在这些企业的生产过程中，杆塔的放样、机加工等均由手工操作完成，整塔加工完成后，虽经试装，其制造质量仍难以保证。另一类是国营大企业或电力部的定点生产厂，这些铁塔生产厂的技术力量相对较强，有一定的加工设备和加工能力，企业从业人员较多，加工制造多为80 年代设计生产的设备和技术水平，利用现代制造技术的企业几乎没有。因此，引进先进制造技术和设备，提高杆塔制造行业的自动化水平，推动技术进步是必要的。这些杆塔设计制造中的技术问题可归纳如下: （1）杆塔结构强度的分析方法

杆塔结构中存在有大量的不确定因素，传统的满应力设计方法很难反映设计参数的不确定性因素，由此所得到的结构是不安全或不经济的。结构的可靠性设计方法，考虑了载荷、结构中的不确定因素，从统计学与可靠性理论出发，对杆塔的可靠性进行分析与设计是杆塔结构设计的一个新方向。杆塔结构是一种超静定结构，某一杆件的破坏并不能导致整个结构的破坏，只有当破坏的杆件达到一定数目时，杆塔不能再承受载荷，才算杆塔破坏。（2）杆塔新型式、新结构的研究

随着电压等级的提高，杆塔的载荷大大地增加了，原来的单肢角钢和双肢角钢结构等已不能满足工程要求。目前，国内可以生产特高强度的钢材(如15MnVNa—C)型材除角钢外，还有管材等，合理利用这些新材料开发研究新的杆塔结构型式是当务之急。杆塔的结构可分为两大部分，即头部和身部。杆塔结构的优化设计是降低其耗钢量。优化设计的主要方法有采用满应力设计的最轻重量设计，以及有待进一步研究的以重量最小为目标的形状优化设计和改变杆件结构形式的拓扑优化设计。利用这些优化设计方法，可得到新一代的杆塔形式，并进一步降低其耗钢量，降低制造成本。新型杆塔的头部结构是根据电气特性要求确定的，塔身部分及其杆件的布置形式则可通过结构形状优化与拓扑优化技术确定。形状优化确定杆塔结构的主要控制尺寸，拓扑优化确定杆件的最优布置。二者相结合，有望得到新一代的杆塔结构形式，并降低其耗钢量。

（3）杆塔设计的新工艺研究

利用计算机技术，智能设计与制造技术和CIMS技术等，解决杆塔设计与制造中

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的问题，避免繁重的体力劳动和经验性的工作，是杆塔设计与制造新工艺的关键所在。利用目前的铁塔结构满应力设计软件，要得到一个新塔型，设计者需要人为地反复设定塔型的主要控制尺寸，人为地反复调整，要花费很多的时间和精力，得到的也仅仅是人为条件下的“优化”。更为重要的是从设计、制造到完成组塔，整个周期较长，不易满足工期的要求。在以往杆塔设计、生产过程中，单线图设计、放样、制造等工作分别独立完成。单线图设计时的大量信息，在放样、制造等工序无法继承，相互之间缺乏必要的信息联系，重复性劳动、人为干预很多，工作效率低，这是当前杆搭设计行业的弊端所在。研究基于三维杆塔智能化建模、分析计算、设计与制造的计算机控制系统，从而实现新型杆塔的无图纸设计，完成从设计到制造一体化，提高生产效率，保证产品质量是摆在杆塔制造行业面前的重要课题。

1.3 输电铁塔的特点和分类

输电线路铁塔简称电力铁塔，按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔（更换导线相位位置塔）、终端塔和跨越塔等，它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在60m以下的铁塔，在铁塔的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。

直线塔是输电线路最常用的一种塔型，也叫过线塔。在输电线路中直线塔一般用来承受导线的重力，即垂直荷载。常见直线塔型有干字型、杯型、猫头型等。此次设计是110KV猫头直线塔,是一种普遍塔型。

1.4 输电铁塔设计的复杂性

杆塔设计的工作技术要求多，工作量大，劳动强度大，是整个输电线路工程设计中最能够体现设计水平的主体部分之一。杆塔设计水平的高低、质量的优劣将直接影响到整个工程的质量、造价，也影响到杆塔的加工制造和施工安装，最终影响到电网的安全运行。对于杆塔选型、布置、计算和构造，应遵循科学规划、准确计算、规划设计、充分优化、合理构造的原则。

1.5 设计步骤

本次设计的目的是通过设计完成改造线路第一基完整铁塔（铁塔的主材和辅材都

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是角钢），按照杆塔设计规范要求，根据电压等级，气象条件等，计算塔头荷载，确定危险工况，选择钢材，设计塔头有关尺寸，然后验算。编写计算说明书并用CAD出图。

2设计条件选择

2.1原始资料及主要参数

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2.2架空线应力弧垂计算

2.2.1计算架空线路的比载

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（2）水平比载

表2—4 风荷载参数表