220kv马大线架空送电线路设计 毕业论文 73页

摘要本设计拟从马坝变电站新建一条220kV的送电线路向大良变电站供电。由已知的气象条件、地理情况、材料参数等对线路进行设计，设计书包括说明书、计算书、杆塔与金具示意图三部分，主要内容有导线的应力、弧垂计算、杆塔型式和金具的选择、选线和定位、直线杆塔荷载的计算、基础设计、各种受力的校验、导线的防震设计等，说明书中简要说明了设计理论和计算公式，列出了详细的设计内容及要求。关键词送电线路，应力弧垂，杆塔定位，基础设计AbstractAnewtransmissionlinewillbebuilttotransmitelectricityfromMABAsubstationtoDALIANG，itsvoltageis220kV.Wemadethedesignbookonthebaseoftheknownconditionthataremeteorologicalsituationthegeographyconditionoflineelectricalmaterialanditsparameterandsoon.Thedesignbookincludedthreeparts,theyarethedirectionbook,thecountingbook,thepictureofpoleandthefittingsofpole.Themaincontextofthetransmissionlinedesignincludedtheseaspects:thecountingofstressandsagheightofconductor,Theselectionofsupportandfittings,Selectingelectriclineandfixedpositionofpole,Thepole’sloadcalculationandthefoundationdesign,Thevibrationdesignofwires.Thesynopsisexplainedthedesigntheoriesandthecalculationformulasinthemanual,listingthedetaileddesigncontentsandrequesting,regulation.KeyWordsPowertransmissionline，Stresscamber，positionfixingofpole,foundationdesign-Ⅰ- 目录摘要…………….……………………………………………..……….….……..…...….IAbstract……………………………….……………………………….…...…..….….…I1绪论………….………………….……………..…………....…….…....…….….....…11.1设计课题的意义、目的...............………………….………..…….…..…….………11.2毕业设计内容及要求........……………………….……………...…………....……12毕业设计说明书…..………………..…….…………………………….…….……....22.1线路工程概况……..……………………………………………….……..………...22.2导线避雷应力弧垂计算…………………………...……………………….……....22.3杆塔型式的选择…………..………………….………………………….....……....82.4绝缘子及金具的选择……..………………….…………………………...…..…....82.5室内排杆定位………………..……………….………………………….......…....132.6线路的防振设计………..……………………………………………......…..…....152.7杆塔头部尺寸校核…………………………….………………………...…..…....162.8杆塔荷载计算……………………………….………………………….....……....222.9耐张塔内力计算……………………………….………………….....……....252.10基础的稳定性设计……………………….……………………………...……....272.11本章小结……………………….………………………………………...……....333毕业设计计算书………………….………………………………...………..…...…333.1导线和避雷线应力和弧垂计算………………………..….………..333.2金具和绝缘子的选择.……………………….…………………….…….363.3室内排杆定位……………….…………………….…………………….…….…..363.4线路的防振设计……………….…………………………………...……..393.5塔头尺寸校验………………..….…………………………………...……..403.6杆塔荷载计算……………….………………………………….……..453.7铁塔内力计算……………….……………………………….…………..483.8铁塔规格及构件计算……….….…….………..…………………….………..513.9铁塔基础校验……….…..………………………………………….………..533.10本章小结…………….……………………………………….……………..……554结论………….………………………………………....……………………………56-Ⅰ- 谢辞……………....……..…………………………………….…………………..……57参考文献……………...…..…………........……………….…...………………………57附录1外文资料翻译…..……………………………………………….………..……58A1.1中压电网中性点接地方式分析与探讨……………….…..………….……58A1.2Medium-voltagepowergridneutralgroundingAnalysisandDiscussion…….…60附录2耐张杆组装图……………………...……………..………..….….…63A2.1直线及耐张干金具图…..……….……………..………………63附录3杆塔型式一览图….………………………………..…..…………...………….66A3.1直线杆塔型图…………………......………………………………….…………66A3.2耐张杆塔型图…………………..………………….……………………………67附录4导地线应力弧垂曲线图…..……..………………...………….68A4.1导线应力弧垂曲线……..…………………………………….…………68A4.2地线应力弧垂曲线………..………………....………………….………69附录5室内定位图…….……………………………………………………...……….70-Ⅰ- 1绪论1.1设计的意义、目的毕业设计是高等教育人才培养计划中的一个十分重要的综合性教学环节，它是大学生完成学业的标志性作业，是对学习成果一次综合性总结和检阅，又是一次锻炼，是大学生从事科学研究的最初尝试，是在教师指导下所取得的科研成果的文字记录，也是检验学生掌握知识的程度、分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。理论应该与实践相结合。通过撰写毕业论文，我可以了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何观察、如何调查、作样本分析；如何利用图书馆，检索文献资料；如何操作仪器仪表等方法以及理论联系实际和严谨求实的工作作风。总的来说，毕业设计既可使我们对本专业在国内外的发展现状、技术水平有所了解，又可以使我们具有了一定的工程实践意识，为今后的工作奠定了基础。1.2本设计的主要内容编写计算导线的应力和弧垂通用程序，绘出导线的机械特性曲线和安装曲线。避雷线的安全系数取3.5，编写计算避雷线的应力和弧垂通用程序，绘出避雷线的机械特性曲线和安装曲线。确定直线杆杆型，选择绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线的规格及其金具，确定杆塔呼称高，头部尺寸和电杆埋深。确定耐张杆杆型，选择绝缘子串型号规格及其金具，选择避雷线的规格及其金具，确定杆塔呼称高，头部尺寸和电杆埋深。制作弧垂曲线模板，进行杆塔室内定位并对杆塔进行编号。校验线间距离，线到接地体的安全距离，耐张绝缘子串倒挂，悬垂角等。耐张杆杆头尺寸校验，耐张杆强度及其基础稳定性设计。导线，避雷线防震设计。确定防震措施，绘制防震锤安装图。-69- 2说明书2.1线路工程概况本设计是根据电力系统规划设计，拟马坝变电站建一条220kV向大良变电站的送电线路，导线采用LGJ-400/65。线路路径：沿线路路径情况见提供的平断面图，沿线路土质为粘土，孔隙比0.6，液性指数0.75，地下水在表面下3米，地区污秽等级4级。气象条件：相当于我国典型气象区的第Ⅵ区。2.2导线、避雷线的应力、弧垂计算2.2.1导线应力、弧垂计算(1)确定所采用的计算气象条件（Ⅵ级气象区）表2.1气象区参数代表情况温度(℃)风速(m/s)冰厚(mm)最高气温4000最低气温-2000最大风速-5250覆冰-5105安装-10100年平均气温1000外过电压（有风）15100内过电压10150(2)确定导线的计算参数（LGJ-400/65）表2.2导线的计算参数名称数据导线总面积A(mm2)464-69- 续表2.2名称数据导线外径d(mm)28导线温度膨胀系数α(1/℃)18.9×10-6最终弹性系数E(N/mm2)76000导线单位长度质量q(kg/km)1611导线瞬时破坏应力σp(N/mm2)135.2导线安全系数2.5(3)比载计算表2.3导线的各种比载名称符号公式(×10-3MPa/m)结果(×10-3MPa/m)自重比载γ1(0,0)q.g/A34.05冰重比载γ2(5,0)27.728b(d+b)/A22.71垂直比载γ3(5,0)γ1(0,0)+γ2(5,0)56.76无冰风压比载γ4(0,25)βcαfµscdv2sin2θ/(1.6A)22.04γ4(0,10)βcαfµscdv2sin2θ/(1.6A)4.15γ4(0,15)βcαfµscdv2sin2θ/(1.6A)9.33覆冰风压比载γ5(5,10)βcαfµsc(d+2b)v2sin2θ/(1.6A)7.76无冰有风综合比载γ6(0,25)[γ12(0,0)+γ42(0,30)]1/240.56γ6(0,10)[γ12(0,0)+γ42(0,10)]1/234.3γ6(0,15)[γ12(0,0)+γ42(0,15)]1/235.31覆冰有风综合比载γ7(5,10)[γ32(10,0)+γ52(10,10)]1/257.23上表中µsc为风载体型系数：线径<17mm取1.2；线径≥17mm取1.1；覆冰(不论线径大小)取1.2。αf为风速不均匀系数。-69- 表2.4风速不均匀系数设计风速(m/s)15及其以下20~3030~3535及以上αf1.00.850.750.7(4)确定应力值①架空线许用应力（2.1）②平均运行应力σcp（2.2）(5)判断临界档距①将最低气温，年平均气温，最大比载三种控制气象条件，按比载与应力的比值(γ/σ)按从小到大，如、C、B、A表示并将算得的临界档距Lk按C、B、A两种条件与其他控制条件组合顺序排成表，表格如下：表2.5导线的各种控制条件项目最低温年平均覆冰许用应力116.5572.84116.55比载×10-334.0534.0557.28气温℃-2010-5γ/[σ]×10-42.924.674.92编号ABC②计算各种临界档距Lij-69- 计算公式：（2.3）由计算公式可以求出各临界档距如下：LAB=虚数LAC=208.69mLBC=550.48m③本设计判断出气象控制条件为：当L≤550.48m时，由年平均气温控制；当L≥550.48m时，由覆冰控制。208.69550.48虚数CBA图2.1临界档距判断图(6)导线应力、弧垂计算根据控制气象条件利用状态方程，分别求出各档距下的应力、弧垂值，并记录在表中。(7)作出导线的应力和弧垂曲线根据上面计算出的导线应力、弧垂值，画出其对应的曲线。2.2.2避雷线的应力、弧垂曲线-69- (1)根据导线的型号确定避雷线的型号。按下表选取：表2.6导线、避雷线型号匹配导线型号LGJ－35～LGJ－70LGJ－95～LGJ－185LGJ－240～LGJ－300LGJ－300以上避雷线型号GJ－25GJ－35GJ－50GJ－70由上表可得LGJ－400/65，选用的避雷线型号为GJ－70。安全系数为3.5。(2)计算气象条件由于避雷线不用输送电力,故不需计算内过电压，外过电压(有风)情况，计算外过电压无风只是校验导线与避雷线在档距中央的距离配合。其他气象条件与导线一致。(3)确定避雷线的计算参数表2.7避雷线的计算参数名称数据规格GJ—70截面积(mm2)72.19直径(mm)11温度膨胀系数α(1/)0.0000115弹性模量E(Gpa)181000单位长度重量(kg/km)615瞬时破坏应力(Mpa)78528(4)避雷线的各种比载计算-69- 表2.8避雷线的各种比载计算名称符号公式(×10-3MPa/m)结果(×10-3MPa/m)自重比载γ1(0,0)q.g/A83.54冰重比载γ2(5,0)27.728b(d+b)/A80.66垂直比载γ3(5,0)γ1(0,0)+γ2(5,0)164.21无冰风压比载γ4(0,25)βcαfµscdv2sin2θ/(1.6A)60.71γ4(0,10)βcαfµscdv2sin2θ/(1.6A)11.43覆冰风压比载γ5(5,10)βcαfµsc(d+2b)v2sin2θ/(1.6A)32.21无冰有风综合比载γ6(0,25)[γ12(0,0)+γ42(0,30)]1/2103.27γ6(0,10)[γ12(0,0)+γ42(0,10)]1/284.32覆冰有风综合比载γ7(5,10)[γ32(10,0)+γ52(10,10)]1/2167.33(5)避雷线应力、弧垂的计算根据防雷要求，避雷线在15℃，无风，无冰时的应力为（2.2）式中s、h——导线、避雷线在杆塔上悬挂点间的水平距离和垂直距离，m；、——导线、避雷线的自重比载，Mpa/m；、——导线、避雷线在在15℃，无风，无冰时的应力，N/；——档距，m。将为最大值的档距定义为控制档距，当S=0时，=166.7(h-1)（2.3）-69- 算得=766.2m绘制避雷线应力弧垂曲线时，取0～750m，而<，故取=750m代入式中，求出。以，15℃，无风，无冰为已知状态，应用状态方程求出气象条件下的应力弧垂值，并画出应力弧垂曲线。导线、避雷线的应力弧垂曲线见附图。2.3杆塔型式的选择2.3.1选择原则在工程应用中，尽量用典型设计或经过施工运行检验的成熟杆型，尽量避免特殊设计杆塔，对较大转角杆塔应尽量降低杆塔高度。尽可能地选用最经济的杆塔型式或高度，充分利用杆塔的使用荷载条件导线。在同一线路上，尽量减少杆塔形式，做到形式统一。为充分利用地形，排位时高、矮塔应尽量配合使用。导线和避雷线的规格及气象条件也可以作为选择杆塔的依据。2.3.2选择结果由于电压等级为220kV，电压比较高，而且导线型号为LGJ－400/65，避雷线型号为GJ－70，对杆塔的强度等要求也比较高。另外线路所经地区有较多的河流和建筑物，还有其他电力线路及通讯线，所以选择铁塔。选择结果如下：直线杆采用酒杯型直线铁塔，其呼称高为23.7m；耐张杆采用干字型耐张铁塔，其呼称高为20.5m；转角杆采用干字耐张铁塔，其呼称高为20.5m。杆型见附图。2.3.3杆塔头部尺寸的校验直线塔绝缘子串的风偏角、耐张塔的跳线风偏角、档距中央导线间距离、避雷线与导线间安全尺寸以及避雷线的最大使用张力的校验，以上各项经校验均满足要求，具体校验过程见后面章节。2.4绝缘子及金具的选择-69- 2.4.1绝缘子的选择(1)绝缘子的选择条件绝缘子的选择条件主要有以下几个方面：承受的外荷载；线路运行电压；绝缘子允许机电荷载（一般为5200×9．81）。本设计线路的运行电压为220kV，导线型号为LGJ－400/65，地区污秽等级为4级，所以选择XWP3-70型绝缘子。表2.9XWP3-70型绝缘子的电气性能生产厂家产品型号盘径(mm)高度(mm)泄漏距离(mm)工频电压有效值(kV)50%闪络电压幅值(kV)抗张负荷(kg)重量(kg)干闪湿闪击穿例行一小时机电机电破坏渤海电力XWP3-70280160450100501201353500525070007(2)绝缘子串片数的选取按工频电压下，污秽等级所确定的绝缘子串的泄漏比距来确定。nλ/（2.4）式中λ——泄漏比距；——几何泄漏距离。计算得n=3.2220/45=15.6满足操作过电压的要求，即绝缘子的冲击闪络电压来确定。-69- U=（2.5）选取结果为：n取16片。(3)绝缘子串数的选择悬垂绝缘子串，其串数应由以下两个条件进行计算。按导线最大综合荷载计算为（2.6）式中N——悬垂绝缘子串联数；T——悬式绝缘子1h机电荷载；——悬式绝缘子在运行情况下的机械强度安全系数，=2.0；——作用在绝缘子串上的综合荷载，=（导线覆冰综合比载）+（绝缘子串覆冰综合比载）。按导线断线条件计算为（2.7）式中T——悬式绝缘子1h机电荷载；——悬式绝缘子在断线情况下的机械强度安全系数，=1.3；——导线断线张力。计算得使用一串悬垂绝缘子串。耐张绝缘子串，它应承受导线的全部张力，因而其联数计算公式为（2.8）-69- 式中——导线的最大使用张力。计算得使用1串耐张绝缘子串。2.4.2金具的选择送电线路金具按其性能、用途大致可分为悬垂线夹、耐张线夹、联结金具、接续金具、保护金具和拉线金具等六大类，常根据下列方法作金具的选用。(1)选择悬垂线夹、耐张线夹及接续金具根据导线及避雷线的型号和直径来选择悬垂线夹、耐张线夹及接续金具。(2)确定联结金具的型号根据绝缘子的机电破坏荷载确定联结金具的型号。(3)金具一览表如下直线杆导线单联悬垂绝缘子及金具表格。表2.10直线杆导线单联悬垂绝缘子及金具编号名称型号每组数量（个）每个重量（kg）共计重（kg）总重（kg）１挂板UB-710.750.75118.92２球形挂环QP-710.270.27３悬式绝缘子XWP3-70167112.0４悬垂线夹XGU-5A15.75.75铝包(110)0.1-69- 耐张杆绝缘子及金具表格。表2.11耐张杆绝缘子及金具编号名称型号每组数量（个）每个重（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环U-1030.541.62255.552挂环PH-1010.490.493联板L-104024.438.864挂板Z-720.561.125球头挂板QP-720.270.546绝缘子XWP3-702177238.07碗头挂板WS-720.971.948耐张线夹NY-400/6512.882.889铝包(110)0.10.1直线杆避雷线金具表格。表2.12直线杆避雷线金具编号名称型号每组数量（个）每个重量（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环UB-710.750.753.42直角环ZH-710.850.853悬垂线夹CGU-211.81.8耐张杆避雷线金具表-69- 表2.13耐张杆杆避雷线金具编号名称型号每组数量（个）每个重（kg）共计重（kg）总重（kg）1U形挂环U-710.440.441.072耐张线夹NY-50G10.630.632.5室内定位2.5.1杆塔定位的原则杆位的选定原则是尽量少占耕地良田，同时便于施工，检修；杆位处应质地良好，另外对于拉线杆塔，应考虑打拉线的位置；档距的配置也应注意最大限度地利用杆塔强度；尽量避免出现过大或过小的档距；相邻档距不要相差过于悬殊；尽量避免出现孤立档。2.5.2具体的排杆定位所谓室内排杆定位是指在已提供好的平断面图上进行杆塔的合理安置。常见步骤如下。(1)判断导线的最大弧垂出现的气象条件导线的最大垂直弧垂只有出现在最高气温和最大比载两种条件下，通常有临界温度法和临界比载法来判断最大弧垂出现的气象条件。也可以由第二章的应力弧垂计算，参考应力弧垂曲线。本设计最大弧垂出现在最高气温时，具体判别详见计算书。(1)最大弧垂与杆塔定位的关系杆塔定位的主要要求是导线的任意点在任何情况下必须保证对地安全距离（限距）。最大允许弧垂计算公式为-69- （2.9）式中H——杆塔的呼称高度，m；——悬垂绝缘子串的长度，m；——导线对地安全距离，m；由线路电压和所给地区决定。——限距裕度，m。其取值见下表：表2.14限距裕度<700700孤立挡大跨越（m）1.01.51.52～3(1)杆塔的定位高度的确定直线塔：=（2.10）耐张塔：=（2.11）式中h——杆塔施工基面，现取0m。(2)最大弧垂模板的制作根据查导线安装曲线得出相应的计算档距，把它作为定位档距查最大弧垂时对应的应力值，最大弧垂模板k值由k=/(2)求得。采用与平断面图相同的比例，根据（-300x300）,制成模板，通过计算求得k=6.55。(5)用最大弧垂模板排定杆塔位置的方法根据杆塔的定位高度,用弧垂模板在平断面图上定出杆塔的位置，模板的弧线与档距内最高跨越物相切。走完一耐张段后，根据公式=，求出实际代表档距。由查最大弧垂时对应的应力，并求出。如果k与的误差在-69- 之内，就满足要求。否则，再按模板重新排杆定位，直到k与在误差范围内。2.5.3定位结果表2.15定位结果耐张段杆塔标号档距(m)代表档距(m)呼称高度(m)一26026020.520.5二41023.7460423.129.739023.5三370409.523.744026.744026.737020.5四390363.523.732020.5390-69- 26.7续表2.15定位结果耐张段杆塔标号档距(m)代表档距(m)呼称高度(m)五415408.926.723.742023.5六320284.626.722520.52.6线路的防振设计防振在电力系统中，通常从两个方面着手：第一是减弱振动；第二是增加导线的耐振强度。本设计采用我国最广泛的防振装置——防振锤。防振锤是目前送电线路上广泛采用的一种积极的防振措施，其可将振动的幅度降低到安全范围内，对于减弱或消除线路振动危险效果明显。防振锤的设计主要解决两个问题，一是确定其重量、型号和个数；二是计算防振锤的安装位置。2.6.1根据导线和避雷线型号、直径，选用防振锤导线型号为LGJ－400/65，选用FD－5；避雷线型号为GJ－70，选用FG－70。2.6.2确定防振锤的数量根据下表查得，导线悬挂点两侧应各安装一个防振锤。-69- 表2.16防振锤安装数量防振锤型号导线直径（mm）防振锤安装数量当需要安装下列防振锤个数时的相应档距(m)1个2个3个FG-50,FG-70,FD-2d<12300300～600600～900FD-3,FD-412d22350350～700700～1000FD-5,FD-6222（2.17）则满足要求。式中P——绝缘子一小时机电荷载；——绝缘子片最大使用荷载。-69- (1)事故情况时绝缘子的安全系数如果K=P/>1.3（2.18）则满足要求。式中P——绝缘子一小时机电荷载；——绝缘子片受到的最大使用荷载。2.7.2绝缘子串的串数选择(1)悬垂绝缘子串的串数选择按导线最大垂直荷载计算N≥K1(+)/T（2.19）式中n——悬式绝缘子串数；K1——悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1=2.0；——导线覆冰时的综合比载，N/m；——绝缘子串覆冰时的综合比载，N/m；T——绝缘子一小时机电荷载，N。按导线断线条件计算N≥K2/T（2.20）式中K2——悬式绝缘子在断线情况下的机械强度的安全系数，K2=1.3；TD——导线断线张力，N；T——绝缘子一小时机电荷载，N。(2)耐张绝缘子串的串数选择N≥K1/T（2.21）-69- 式中K1——悬式绝缘子在运行情况下的机械强度的安全系数，K1=2.0；——导线的最大使用张力，N；T——绝缘子一小时机电荷载，N。2.7.3直线塔塔头尺寸校验(1)绝缘子串的风偏角计算风偏角=arctg（2.22）表2.17风偏角计算结果情况g4×10-3（Mpa/m）g1×10-3（Mpa/m）(°)运行电压28.0935.0339.98内过电压11.9035.0319.29外过电压5.2935.038.94带电作业5.2935.038.94做间隙圆对风偏角进行校验杆塔的经校验，满足安全要求。(2)非直线跳线风偏角εε=arctg(/)（2.23）表2.18跳线风偏角ε计算结果情况运行电压内过电压外过电压带电作业ε（°）38.7318.768.598.59-69- (3)档距中导线的水平线间距离的校验当<1000m时D=0.4λ+（2.24）式中D——导线的水平线距，m；λ——悬垂绝缘子串长度，m；——线路的电压等级，kV；——导线的最大弧垂，m。(4)避雷线支架确定避雷线对边导线的保护角。α=arctg(s/h)（2.25）双避雷线对导线呈水平排列的中导线保护要求。D/s>5（2.26）避雷线与导线在档距中央的距离配合。S≥0.012L+1（2.27）避雷线的最大使用应力（外过电压，15℃，无风）。=≤=/K（2.28）(5)杆塔呼称高的调整。-69- 已知选定的典型杆塔的呼称高为h，实际条件确定的呼称高为，则应h≥，其中=（2.29）2.8铁塔荷载计算2.8.1直线塔荷载计算(1)各类荷载的组合系数运行情况1.0断线情况（包括耐张杆及220kV以上直线杆）0.9110kV及以上直线杆0.75安装情况0.9(2)荷载的具体计算情况直线塔正常情况Ⅰ（最大风、无风、未断线）。垂直荷载G=×A×+（2.30）水平荷载=×A×+Pj（2.31）纵向荷载一般不考虑。直线塔正常情况Ⅱ（覆冰、相应风速及温度、未断线）。垂直荷载-69- G=×A×+（2.32）水平荷载（2.33）纵向荷载一般不考虑。直线塔断导线(断一根导线，避雷线未断，无风，无冰)。垂直荷载未短线相G=×A×+（2.34）垂直荷载短线相（2.35）水平荷载=0（2.36）纵向荷载（2.37）2.8.2耐张塔荷载计算(1)耐张转角杆塔正常情况Ⅰ(最大风、无风、未断线)垂直荷载计算。G=×A×+2（2.38）-69- 水平荷载计算。=×A×+2Tsin(θ/2)+2Pj（2.39）纵向荷载一般不考虑。(2)耐张转角杆塔正常情况Ⅲ(最低气温，无风，无冰，未断线)垂直荷载计算。G=×A×+2（2.40）水平荷载计算。P=2×Tsin(θ/2)（2.41）纵向荷载一般不考虑。(3)耐张转角杆塔断导线未断导线、避雷线垂直荷载。G=×A×+2（2.42）断线相导线垂直荷载。=×A×/2+2×+（2.43）未断导线、避雷线水平荷载。=2×0.7××sin(θ/2)（2.44）=2×0.8××sin(θ/2)（2.45）-69- 断导线相水平荷载。=0.7××sin(θ/2)（2.46）断线相纵向荷载。=0.7×cos(θ/2)（2.47）2.9耐张塔内力计算铁塔内力计算主要是对塔材内力进行计算，并进行铁塔的选材和螺栓数目的确定，下面将详细介绍。2.9.1塔身风压计算塔身风压计算公式：（2.48）（2.49）式中——风压高度变化系数；——构件体型系数；——风荷载调整系数；——构件承受风压投影面积计算值。2.9.2铁塔自重假定本铁塔假定总重为100kN,则铁塔每米高度重量为G/H=4kN/m。假定铁塔头部重量为=20kN。-69- 2.9.3铁塔内力计算(1)塔身部分塔身构件内力，一般按最大风情况和断线情况计算，并取其内力较大者选择构件。在最大风情况下，塔身主材及斜材的计算，与平面桁架受水平方向荷载作用相同。在断线情况下，作用在塔身侧面有两个力，即由断线张力产生的轴力T和扭力。详细计算过程见计算书。2.10基础稳定设计输电线路的铁塔基础，受上拔力和下压力以及水平力的作用，因此应按不同的情况进行基础的稳定性设计。2.10.1基础的选择原则应根据基础的受力，杆塔的形式，沿线的地形，工程地质、水文以及施工运输等条件综合确定，设计基础时应该符合安全、经济、方便的原则。2.10.2计算基础受力铁塔的每个塔腿基础承受着铁塔上部传下来的压力、上拔力、下压力、水平力和扭力。(1)运行情况下的上拔力T、下压力N计算（2.65）-69- （2.66）式中——所有外力对塔腿y-y面的力矩之和；——铁塔所有垂直力之和；b——塔身正面宽度。(2)断线情况下的上拔力T、下压力N计算（2.67）（2.68）（2.69）（2.70）式中——断线张力对塔脚x-x轴的力矩；c——断线张力至塔中心的距离；a——塔基础侧面的宽度。2.10.3确定计算参数(1)确定和-69- 表2.19上拔和倾覆稳定设计安全系数杆塔类型上拔稳定倾覆稳定直线型1.61.21.5悬垂转角、耐张型2.01.31.8转角型、终端型、大跨越2.51.52.2(2)确定土质及状态已知知土质为粘土，状态为软塑。附表如下：表2.20泥土状态表2.21泥土土质坚硬0硬塑0<0.25可塑0.25<0.75软塑0.75<1流塑>1粘土>7亚粘土10<17轻亚粘土3<10(3)确定上拔角α和土的计算容重附表如下:表2.22上拔角α和土的计算容重土名参数粘土、亚粘土、轻亚粘土粗砂中砂细纱粉砂坚硬、硬塑可塑软塑（kN/）171615171615α()262010282622-69- (4)确定临界深度表2.23临界深度土名及状态圆形底板方形底板沙类土2.5D3.0B粘性土（坚硬的、硬塑的）2.0D2.5B粘性土（可塑的）1.5D2.0B粘性土（软塑、流塑1.2D1.5B由上表可知=2.03=6(m)。(5)确定地基的基本容许承载应力[R]表2.24基本容许承载应力塑性指标液性指标00.51.000.250.500.751.001.20孔隙比0.5350310280450410370(340)0.6300260230380340310280(250)0.72502101903102802502302001600.82001701502602302101901601200.91601401202202001801601301001.01201001901701501301101.1150130110100本设计结合已知条件[R]=120kN/m²。(6)确定基础宽度和埋深的承载应力修正系数和表2.25承载应力修正系数和土的类别老粘性土和一般粘性土粘土、亚粘土0.31.5轻亚粘土0.52.0按上表，因为是粘土，则=0.5，=2.0。-69- 2.10.4基础强度稳定设计(1)设计条件沿线路的地质为轻亚粘土，孔隙比e=0.6,塑性指标=10，液性指标=0.75，地下水在表面下3米。(2)基础受力铁塔的每个塔腿基础，承受着铁塔传下来的压力、上拔力、水平力和扭力的作用。(3)基础基本尺寸h=3m,=2.7m,==0.3m,B=3m,=1.5m,b=0.8m(4)基础强度校验在计算时，不考虑土体的抗剪强度，通常用“土重法”进行计算。上拔稳定计算关于上拔土锥体的体积和深度内基础体积。当时当>时式中——计算上拔角；-69- B——根开，m。基础上拔稳定按下式计算。满足公式式中T——上拔力，N；——基础自重，N；——土的计算容量；、——与土抗力和基础自重相关的上拔设计安全系数。下稳定计算地基容许承载应力R计算。求双向偏心受压基础地面的压应力=A/6=B/6式中N——下压力；——基础混凝土重力；——底板正上方土重力。地基的容许承载应力核算。-69- 当基础受轴心压力时2.11本章小结本章节主要对设计内容及方法进行具体的阐述和说明，并罗列出各项设计结果。本章由设计的基本条件和相关条件，参考相关书籍，逐步逐项设计。主要分为导地线的应力弧垂计算，线路室内定位，杆塔荷载、内力计算，基础校验和相关金具、绝缘子的选配和校验。本章只对设计全过程的理论和方法进行阐述和说明，具体的计算过程见下章的计算书。-69- 3设计计算书3.1架空线路的应力、弧垂计算3.1.1导线的比载计算在说明书中已经计算出(1)确定应力值(2)判断临界档距计算各种临界档距。（无高差、许用应力相同）（3.1）（无高差、许用应力不同）（3.2）得：-69- (3)导线应力、弧垂计算结果表3.1导线应力弧垂气象条件最高气温最低气温年平均气温安装外过有风档距(m)σ(Mpa)f(m)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)5035.3590.301116.09475.575100.74266.06210042.8360.994116.52581.33998.43767.03015048.8261.961117.10087.35195.12668.14220053.4563.185117.70492.67291.44869.14725057.0344.664118.26697.14787.96969.97030059.8156.404118.754100.84285.00970.61835061.9948.410119.164103.87882.64471.12040063.71610.688119.503106.37180.80671.51045065.09013.241119.781108.42579.39071.81550066.19616.074120.009110.12678.29472.055550.4867.10419.219120.198111.55377.43072.24960067.93122.555120.525112.87376.89272.51465068.18826.371120.013113.31975.87072.22970068.39930.490119.589113.69275.05471.99775068.57534.911119.235114.00774.39471.806续表3.1气象条件外过无风操作过电压覆冰无风最大风档距(m)σ(Mpa)f(m)σ(Mpa)σ(Mpa)f(m)σ(Mpa)5069.2460.25672.96495.4550.18693.100-69- 10076.2730.93073.27298.0720.72389.39115083.2251.91873.645101.2191.57783.75120089.2283.18073.996104.2512.72277.06625094.2234.70674.290106.9144.14770.48730098.3316.49474.524109.1575.84964.938350101.7028.54574.707111.0147.82960.723400104.47410.86574.849112.53910.08757.670450106.76213.45774.960113.79112.62555.475500108.65916.32375.047114.82215.44753.876550.48110.25519.49975.118115.68218.58452.677600111.71222.86375.291116.54521.91551.885650112.29426.69374.906116.54425.72050.825700112.78230.82474.593116.54429.82950.003750113.19435.25674.336116.54434.24249.3523.1.2避雷线的应力、弧垂计算避雷线不同档距不同天气情况应力弧垂计算。表3.2避雷线应力弧垂值档距(m)项目最大风速覆冰安装最低气温大气过电压年平均运行σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)f(m)σ(Mpa)50314.84317.85324.49345.14272.950.10283.23100301.87313.71309.07329.13259.250.40269.09150282.74308.25285.33304.13239.180.98248.12200261.16302.73256.89273.38217.051.92224.53250241.14297.90229.00242.06197.443.31203.17300225.09293.98206.16215.47182.625.15186.78350213.24290.91189.63195.86172.257.43175.26400204.74288.53178.23182.32165.0910.12167.32-69- 续表.3.2档距(m)项目最大风速覆冰安装最低气温大气过电压年平均运行σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)σ(Mpa)f(m)σ(Mpa)450198.62286.70170.34173.02160.0713.21161.78500194.13285.26164.76166.49156.4616.69157.80550190.77284.13160.70161.78153.7920.54154.87600188.20283.22157.66158.28151.7624.77152.65650186.19282.49155.33155.61150.1929.38150.93700184.60281.90153.50153.53148.9534.35149.58750183.32281.40152.05151.87147.9539.70148.493.2绝缘子及金具的选择3.2.1绝缘子的选择3.2.2绝缘子串片数的选择所以：绝缘子串取16片绝缘子。3.3杆塔室内定位3.3.1判断导线的最大弧垂出现的气象条件取代表档距代表档距时，控制气象条件为年平均气温t=10℃,σ=72.8MPa，γ1=34.05×10-3MPa/m-69- 则得=104.25MPa<所以最大弧垂出现在最高气温时3.3.2最大弧垂与杆塔定位的关系最大允许弧垂：=23.7-2.6-6.5-1=13.4(m)3.3.3杆塔的标准定位高度的确定直线塔：=23.7-2.6-6.5-1-0=13.4(m)耐张塔：=20.5-6.5-1.5-0=12.5(m)3.3.4最大弧垂模板的制作及排杆由=13.4m查安装曲线得=400m，查最高气温时的应力弧垂曲线得=64Mpa。则=6.65，根据制作弧垂模板。表3.4弧垂模板值(m)100200300400500(m)0.69162.76646.224411.065617.29第一耐张段校验：=260(m)-69- 查应力弧垂曲线得：=59Mpa，=7.214，不满足要求。选用重新进行排杆。经效验，满足要求第二耐张段校验：=423.1(m)查应力弧垂曲线得：=62Mpa，=6.686，满足要求。第三耐张段校验：=409.5(m)查应力弧垂曲线得：=62Mpa，=6.686，满足要求。第四耐张段校验：=363.5(m)查应力弧垂曲线得：=61Mpa，=6.978，不满足要求。选用重新进行排杆。经效验，满足要求第五耐张段校验：=408.9(m)查应力弧垂曲线得：=62Mpa，=6.686，满足要求。-69- 第六耐张段校验：=284.6(m)查应力弧垂曲线得：=59.5Mpa，=7.153，不满足要求。选用重新进行排杆。经效验，满足要求3.4线路的防振设计3.4.1根据导线和避雷线型号、直径选用防振锤(见说明书)3.4.2确定防振锤的数量防振锤的数量的选择结果详见说明书。3.4.3防振锤的安装距离s的确定(取档距为400m)(1)导线防振锤的安装距离sS=(×)/(+)=1.375-69- (1)避雷线防振锤的安装距离sS=(10.32×0.73)/(10.32+0.73)=0.68m3.5杆塔头部尺寸校验3.5.1绝缘子强度校核（取——）(1)水平档距计算Lh=(2)垂直档距计算(3)正常运行时绝缘子的安全系数校验-69- =（3.4）==11314.89(N)==1.151129.8=1262.24(N)K=P/=11314.899.81/(11314.89+1262.24)=8.8>2所以：满足要求。(4)事故情况时绝缘子的安全系数=（3.5）=+A=1262.24+56.76464425.5=12468.5(N)K=P/=52509.81/(11314.89+12468.5)=2.17>1.3，满足要求。3.5.2绝缘子串的串数选择(1)悬垂绝缘子串的串数的选择悬垂绝缘子串的串数是根据最大垂直荷载和断线情况下来选择的按导线最大综合荷载计算N≥K1(+)/T=按导线断线条件计算N≥K2/T=-69- 综上所述：悬垂绝缘子串只需一串。(2)耐张绝缘子串N≥K1/T综上所述：耐张绝缘子串需一串。3.5.3直线塔塔头尺寸的校验(1)直线塔悬垂绝缘子串的风偏角计算及校验计算风偏角。正常工作电压（运行电压）时==33.24外过电压时==7.00内过电压时-69- ==16.54带电作业时,与外过电压时一致。=7.00。做间隙圆对风偏角进行校验。经校验，满足要求。(2)导线间水平距离的校验D=0.4λ+=0.4=5.6(m)经检验，符合条件。(3)避雷线的保护计算避雷线与导线在档距中央的距离配合应按下式校验。s>0.012L+1=6.4(m),满足条件。避雷线对边导线的保护角校验。-69- 220kV双避雷线路，一般为20左右。=13.4经检验，符合条件。避雷线对中导线的保护。D/s=11/1.5=7.3>5经检验，满足要求。避雷线的最大使用应力。=178.89Mpa<1200/3.5=342.86Mpa经检验，满足条件。杆塔呼称高的调整。=2.56+12.5+6.5+1=22.56(m)