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本科毕业设计（论文）说明书110kV输电线路设计系别专业班级电气工程及其自动化输电线路学生姓名指导教师提交日期年月日 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。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月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留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关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。本人授权华南理工大学广州汽车学院可以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。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日 毕业设计（论文）任务书兹发给07电气工程及其自动化（2）班学生毕业设计（论文）任务书，内容如下：1.毕业设计（论文）题目：110kV输电线路设计2.应完成的项目：（1）输电线路路径的选择，导线、避雷线的选择。（2）杆塔的定位、杆塔的选型。（3）导线、避雷线的防震设计。（4）导线机械特性曲线以及各种的校验。（5）电气计算、电气设备的选择以及校验。（6）安装曲线的绘制，绘制平、断面图等等。3.参考资料以及说明：[1]许建安.35-110kV输电线路设计[M].北京：中国水利水电出版社.2003[2]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.东北电力设计院.2001[3]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.北京：中国电力出版社.2002[4]输电杆塔结构及其基础设计[M].北京：中国水利电力出版社.2005[5]输电线路设计基础[M].北京：水利电力出版社.2007[6]孟遂民.架空输电线路设计[M].北京：中国三峡出版社.2001[7]陈祥和，田启华.输电杆塔设计[M].北京：中国三峡出版社.2001[8]董吉谔.电力金具手册[M].第二版．北京：中国电力出版社，20034.本毕业设计（论文）任务书于2011年1月10日发出，应于2011年5月30日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。专业教研组（系）负责人审核年月日指导教师（导师组负责人）签发年月日 毕业设计（论文）评语：毕业设计（论文）总评成绩：毕业设计（论文）答辩小组负责人签字：年月日 摘要龙川县内一条单回架设的110kV输电线路,由负荷需求,负荷发展情况,计算导线的截面,再有当地的气候条件,地理条件等等因素计算出经济档距,由电气及机械强度计算杆塔的高度等等一系列参数,最终列出需要的材料清单,得出本次设计的110kV输电线路.输电线路是电力系统的重要组成部分,它担任着输送和分配电能的任务,电力网中,从发电厂将电能输送到变电所的高压架空电力线叫输电线，电压等级一般为35kV及以上，在我国，通常称35-220kV的线路为高压输电线路，330-500kV的线路为超高压输电线路。通过架空线路，可实施远距离输电，有效节约资金，同时，还可以进行系统间的联网。架空输电线路得组成主要有导线、避雷线、金具、绝缘子、杆塔、拉线和基础等等。对110kV输电线路的设计过程作一个简单的介绍,当然每一条输电线路都有其自己独特之处,气候条件,地理条件等等制约因素,在实际生产过程中还要考虑到线路走廊,征地,交通,民居等等问题,由于这次设计是一个理想情况,线路全长也比较短,预计1.5kM的输电线路能在2-5耐张段内。关键词：输电线路，设计，杆塔，导线III AbstractLongchuancountyerectedasinglecircuit110kVtransmissionline,theloaddemand,loaddevelopment,calculationofconductorcross-section,andthentherearelocalclimaticconditions,geographicalconditions,theeconomicblock,amongotherfactorstocalculatethedistancecalculatedbytheelectricalandmechanicalstrengthtowerheight,andsoaseriesofparameters,thefinallistofmaterialsneededarelisted,cometothisdesign110kVtransmissionlines.Transmissionlinesisanimportantpartofpowersystem,whichservedasthetaskofpowertransmissionanddistribution,powergrid,powerfromthepowerplantwillbetransportedtothehighvoltageoverheadpowerlinesubstationcalledthetransmissionline,voltage35kVandabovegenerallyinChina,usuallycalledthelineforthe35-220kVhighvoltagetransmissionline,330-500kVlinefortheEHVtransmissionlines.Byoverheadlines,long-distancetransmissioncanbeimplementedeffectivelysavemoney,butcanalsobeusednetworkingsystems.Overheadtransmissionlinewascomposedofmainlywire,shieldingwire,fittings,insulators,towers,cableandinfrastructureandsoon.110kVtransmissionlineofthedesignprocesstomakeabriefintroduction,ofcourse,eachtransmissionlinehasitsownuniqueclimateconditions,geographicalconditions,constraints,etc.,intheactualproductionprocessalsotakeintoaccountlinecorridors,landacquisition,transportation,residentialareasandsoon,becausethisdesignisanidealsituation,thelinelengthisrelativelyshort,thetransmissionlineisexpectedto1.5kMstraininparagraph2-5.keyword:Transmissionline,design,tower,wireIII 目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1概况和电力建设11.2平断面图11.3龙川县气候条件分析21.4本章小结3第二章导线选取42.1导线截面的选择42.2导线截面的校验52.2.1电晕验算52.2.2机械强度验算52.3避雷线的选择52.4本章小结6第三章导线、避雷线的机械计算73.1架空线路的比载计算73.1.1自重比载g173.1.2冰重比载g273.1.3垂直总比载g373.1.4风压比载g4、g573.1.5综合总比载g6、g783.2导线许用应力计算103.3导线最大弧垂计算113.3.1确定临界档距123.3.2导线应力和最大弧垂153.4本章小结18第四章金具和绝缘子的选择194.1绝缘子的选择和计算19III 4.1.1绝缘子片数计算194.1.2绝缘子串数计算194.2绝缘子串的组装204.2.1悬式绝缘子串组装204.2.2耐张绝缘子串组装214.3本章小结23第五章杆塔外形的确定245.1铁塔的结构形式245.2杆塔外形尺寸的确定255.2.1杆塔呼称高的确定255.2.2线间距离的确定265.2.3导线与杆塔之间的空气间隙校验275.2.4带电作业条件的空气间隙校验295.2.5地线支架高度及地线水平线间距离的确定295.3本章小结33第六章杆塔基础设计346.1“大开挖”基础346.2掏挖扩地基础346.3爆扩桩基础346.4岩石锚桩基础346.5钻孔灌注桩基础346.6倾覆基础356.7本章小结35结束语36参考文献37致谢38III 第一章绪论第一章绪论1.1概况和电力建设河源市龙川县位于广东省东北部，东江和韩江上游，东连梅州、汕头、西靠韶关，北接江西，南近珠江三角洲，面积3089平方公里，辖25个镇，人口90万，海外华侨和港、澳、台同胞33万人。县辖25个镇，县内电网与全省电网相联，建有6个11万伏安的变电站和1个22万伏安的输变电站，电力充足，供给正常。2008年，龙川县继续加强水利工程建设。加大力度对小型水库的除险加固工程建设，完成除险加固工程18宗，机电排灌改造12宗，新建小水电站4宗。进一步完善新城和工业园区供水配套设施，县城东江两岸防洪首期工程全面完成。积极推进东江梯级水利开发进程，稔坑水电站工程顺利进展，龙潭水电站已投入运营。电网建设进一步完善，全县用电实现与全省“同网同价”。完善佗城变电站自动化设施建设，对老隆、群辉、通衢等变电站进行改造建设。继续加强农网改造，全年改造线路580公里。1.2平断面图[9]输电线路经室内选线和现场踏勘后，就要进行选定线测量。先在地形图上确定好线路路径方案，通过测角、测距等方法把线路中心线在地形图上用一系列的木桩标志出来，以确定线路在地面上实际的方向。选定线后，现场地面有大量的直线桩Z、转角桩J（或Y）、测站桩C，此时要测出个桩互间的距离和高差，为后面的平断面图测量做准备。视距的长度在平地时，应不超过400m；丘陵地区应不超过600m；山区应不超过800m。当透视条件不好时，还应适当减少视距长度或停止观察。桩位定位见表1-1表1-1桩位定位表测点123456789101112水平距离5015015015015015015015015015015050高差108.937.866.795.714.948.7511.5314.3717.22020.9417 第一章绪论标高1412.9311.8610.799.718.9412.7515.5318.3721.22424.94已知起点标高为4m新设计的输电线路跨越原有输电线路或其他建筑时，都必须测量新线路与被跨越物交叉点处的标高，作为新线路档距和弧垂设计的参考依据。把线路通道内的一切建筑设施，经济作物、自然作物，以及与线路平行平行接近的弱电线路，按实际情况采用仪器或目测，测出其范围和相对的平面分布位置。利用这些技术资料确定杆塔的地面位置及架空导线的对地安全距离，为线路施工提供切实的技术经济资料；同时也为了本线路工程造价，提供了比较精确的概算方案。利用经纬仪以及一系列辅助工具，对线路走向两边各50m的地物、地貌进行测量，通过测量水平距离和水平角度来确定点位。一般对线路中心线两侧各30m内用仪器实测，30～50m内因对线路影响有限，一般目测勾画出大致轮廓即可。沿线路中线方向测出各点地形变化的测量为中线纵断面测量，它用以排杆定位时确定杆塔高度。沿线路中线的垂直方向还要测地形变化情况，称之为横断面测量。纵断面测量是为了鉴定导线对地、对被跨物的弧垂是否符合规定的电气安全距离，横断面是为了鉴定边导线风偏后是否符合会顶的电气安全距离。断面测量主要是指中线纵断面测量。平断面图见图1-1图1-1平断面图1.3龙川县气候条件分析当地气候条件见表1-217 第一章绪论表1-2气候参数表气象条件项目温度（°C）风速（m/s）冰厚（mm）最高气温4000最低气温-500最大风速10250设计覆冰-51010大气过电压（有风）15100大气过电压（无风）1500内部过电压15150年平均气温1500安装情况-5100事故情况-5105年雷暴日（日/年）76冰的密度（克/立方毫米）0.0005～0.0009年平均气温在15°C，年雷暴日为76日，根据雷电活动的频度和雷害的严重程度，我国雷区的分类见表1-3。表1-3我国雷区按年雷暴日分类[1]年雷暴日分类T>90强雷区T≥40多雷区15≤T≤40中雷区T≤15少雷区即该地区为多雷区。事故情况和设计覆冰的覆冰厚度为5mm,重冰区指输电线路覆冰厚度达20cm及以上的输电线路，即该地区不属于重冰区。1.4本章小结本章对龙川县的总体，要建设输电线路得地形，气候条件进行分析，在下章对已分析的地形和气候参数进行导线的选取。17 第二章导线选取第二章导线选取一般对于区域性架空线路，首先是按经济电流密度选择导线截面，再校验导线热稳定条件、电压损耗、电晕条件、机械强度条件。而对于地方性架空线路，首先按电压损耗来选择导线截面，然后再校验其他条件。2.1导线截面的选择[2]由于待建的110kV高压架空线路由110kV变电站线路出线侧构架起，到110kV变电站进线构架止，全线采用铁塔单回架设，全长1.5kM，全线沿途地形基本以平原为主，所以导线选择LGJ型。采用经济电流密度选择导线截面，可以使线路运行有最好的经济效果。对于各种电压等级的电力线路一般都可按经济电流密度选择其导线截面，根据给定的线路在正常运行方式下的最大负荷电流Ij和最大负荷利用小时数，即可按经济电流密度J计算出导线的经济截面Sj。A站当前最大负荷为80MW，待建110kV线路设计水平定为5年，年平均负荷增长率为9.25%即MW即MW根据软导线经济电流密度图（图2-1），确定JecTmax=3500H，查表得Jec=1.35图2-1软导线经济电流密度表17 第二章导线选取mm2另外，一般地区选用铝钢截面比为5.3~8.3的钢芯铝绞线，重冰区或大跨越地段可选用铝钢截面比小于4.5的钢芯铝绞线，以提高机械强度。该地段不属于重冰区或大跨越地段，经过计算得：LGJ-240/40负荷要求，铝钢截面比为6.1导线LGJ-240/40参数如表2-1所示：表2-1导线LGJ-240/40参数S(mm2)D(mm)q(kg/km)(kg/mm2)(1/℃)E(kg/mm2)β(mm2/N)277.7521.66964.32919*10-6800012.755*10-62.2导线截面的校验[3]2.2.1电晕验算电晕校验。电晕现象的发生和大气环境及导线截面有关，为了降低能量损耗，防止产生电晕干扰，按规程规定，海拔不超过1000m的地区，对于110kV及以上电压等级的线路，应按电晕条件校验导线截面，所选导线的直径不小于表2-2所示数值。表2-2不必验算电晕的导线（适用于海拔小于1000m的地区）额定电压（kV）110220330500导线外径9.621.32*21.33*27.4~4*23.7相应导线型号LGJ-50LGJ-240LGJ-240*2LGJQ-400*3~300*42.2.2机械强度验算机械强度校验。为了保证电力运行安全可靠，一切电压等级的电力线路都要具有必要的机械强度。对于跨越铁路，通航河流和运河、公路、通讯线路和居民区的线路，其导线截面应不小于35mm2。通过其他地区的线路最小允许截面：35kV以上线路为25mm2，35kV以下线路为16mm2，任何线路都不许使用单股导线。2.3避雷线的选择对于各级电压线路架设避雷线的要求有如下规定：1）330kV及500kV线路应沿全线架设双避雷线。2）220kV线路应沿全线架设避雷线。在山区，宜架设双避雷线，但少雷区除外。3）110kV线路一般沿全线架设避雷线。在雷电活动特殊强烈地区，宜架设双避雷线。在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微地区，可不沿全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置。17 第二章导线选取按规程规定，避雷线与导线配合，应符合表2-3的要求。表2-3常用导线和避雷线配合表导线型号LGJ-35LGJ-50LGJ-70LGJ-95LGJ-120LGJ-150LGJ-185LGJQ-150LGJQ-185LGJ-240LGJ-300LGJQ-240LGJQ-300LGJQ-400LGJ-400LGJQ-500及以上避雷线型号GJ-25GJ-35GJ-50GJ-70该输电线路采用单回LGJ-240/40的导线，即采用GJ-50的避雷线配合。该地区为多雷区，规定表明要全线架设双避雷线。避雷线GJ-50参数如表2-4所示：表2-4避雷线GJ-50参数S(mm2)D(mm)q(kg/km)(kg/mm2)(1/℃)E(kg/mm2)β(mm2/N)49.59.0423.712011.5*10-61813005.63*10-72.4本章小结本章对负荷要求，计算、选择出导线，再有导线和避雷线的配合要求，选出避雷线。在下章中进行导线和避雷线的机械计算，为下面的杆塔外型计算做准备。17 第三章导线、避雷线的机械计算第三章导线、避雷线的机械计算3.1架空线路的比载计算[5]在进行架空线路的机械计算时，首先需要进行计算其机械荷载（简称荷载）。具体计算式，机械荷载常用“比载”表示，它是指单位长度和单位截面上导线所承受的机械荷载，用符号g表示，单位为N/（m*mm2）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垂直于线路方向的水平风压。因此架空线路的比载分自重比载、冰重比载和风压比载等。3.1.1自重比载g1架空线路的自重比载为：[N/（m*mm2）]（3-1）式中q1表示每公里导线的重量，kg/kmS表示架空线的计算总截面，即架空线实际截面，对钢芯铝绞线等复合导线为铝和钢截面之和，mm2。3.1.2冰重比载g2架空线路的冰重比载为：[N/（m*mm2）]（3-2）式中b表示覆冰厚度，mm。d表示架空线路的计算直径，mm3.1.3垂直总比载g3垂直总比载为自重比载与冰重比载之和（见图3-1）即：（3-3）图3-1垂直总比载示意图3.1.4风压比载g4、g5架空线路上的风压是有作用于架空线的空气动能所引起的。17 第三章导线、避雷线的机械计算不覆冰的架空线路风压比载为：[N/（m*mm2）]（3-4）覆冰的架空线路风压比载为：[N/（m*mm2）]（3-5）式中V表示风速，m/s；表示风速的不均匀系数，对杆塔取1，对导线则从表3-1中查取。表3-1风速不均匀系数设计风速（m/s）V＜2020≤V＜3030≤V＜35V≥351.00.850.750.7式中C表示体形系数，采用下列数值：线径d＜17mm，取1.2；线径d≥17mm；取1.1，覆冰时（不论线径大小），取1.2；F表示在线路垂直方向的受风面积，θ表示风向与线路轴线的水平夹角，计算风压比载时一般取θ=90°；L表示档距中架空线路的长度，m。3.1.5综合总比载g6、g7不覆冰的架空线路，综合总比载为自重比载g1和风压比载g4的几何和，见图3-2即：（3-6）图3-2无冰综合比载示意图覆冰的架空线路，综合总比载为自重比载g3和风压比载g5的几何和，见图3-3即：（3-7）17 第三章导线、避雷线的机械计算图3-3覆冰综合总比载示意图分别列出已知条件，气象、导线和避雷线参数，见表3-2表3-2气象、导线和避雷线参数Vmax(m/s)V冰(m/s)b(mm)t冰(℃)tmax(℃)tmin(℃)tP(℃)251010-540-515S(mm2)D(mm)q(kg/km)(kg/mm2)(1/℃)E(kg/mm2)β(mm2/N)277.7521.66964.32919*10-6800012.755*10-649.59.0423.712011.5*10-61813005.63*10-7LGJ-240/40的比载：GJ-50的比载：17 第三章导线、避雷线的机械计算3.2导线许用应力计算根据运行的可靠性要求，导线的最大应力不应超过导线材料的许用应力。在工程力学中，导线的许用应力按下式计算：（3-8）式中：为导线的瞬时破坏应力，N/mm2，对于各类钢芯铝绞线，是指综合瞬时破坏应力，可从架空线路的机械物理特性表中选用，见表3-3；k为架空线的安全系数。表3-3架空线路的机械物理特性架空线路种类瞬间破坏应力（N/mm2）弹性模数（N/mm2）线膨胀系数（1/℃）比重钢芯铝绞线LGJ-70及以下LGJ-95～400264.6284.27.84*10419*10-6-轻型钢芯铝绞线LGJQ-150～300LGJQ-400～700245235.27.25*10420*10-6加强型钢芯铝绞线LGJJ-150～240LGJJ-300～400303.8313.68.13*10418*10-6铝绞线7股股径≤3.5mm股径＞3.5mm147137.25.88*10423*10-62.719股股径≤3.5mm股径＞3.5mm147137.25.59*10437股137.25.59*10461股132.35.39*104镀锌钢绞线117618.13*10411.5*10-67.8《110～500k17 第三章导线、避雷线的机械计算V架空线路设计技术规程》规定，送电线路导线的设计安全系数不应小于2.25，一般k=2.5，架线安装时不应小于2.0。避雷线的安全系数宜大于导线的安全系数。则导线的许用应力为LGJ-240/40的安全系数k=2.5.则：最大使用应力GJ-50安全系数k=3.0，则：最大使用应力3.3导线最大弧垂计算[6]为了保证架空线路长期安全运行，出应使在不超过强度许用应力外，还应具有足够的耐振能力，使导线不致因振动引起断股或短线。前者称为强度条件，后者称为耐振条件。架空线路的耐振能力决定于年平均运行应力的大小，年平均运行应力即年平均气温时的应力，它的最大允许值见表3-3。强度条件要求架空线路在任何气象条件下的应力，不超过强度许用应力；耐振条件要求架空线路在年平均气温下的应力，不超过规定的平均运行应力的上限。强度条件和耐振条件同时考虑时，最大使用应力控制气象条件的确定须借助于临界档距来判别。考虑耐震条件时架空线的计算，最大弧垂只可能在最高气温或覆冰无风时出现，气候条件控制气象条件属于第二类气象区，这时的控制气象条件有四个，分别是最低气温、最大风速、覆冰、年平均气温。临界档距共有六个，分别为四个控制气象条件两两之间的临界档距。考虑耐振条件后，任两种气象情况的临界档距可根据状态方程式导出，计算公式为：（3-9）式中：、表示某两种气象情况下的最大使用应力（强度许用应力或平均运行应力上限）；、表示某两种气象情况下的比载；、表示某两种气象情况下气温。由输电线路设计基础可知采用防震锤（阻尼线）或另加护线条的架空线平均运行应力的上限为瞬时破坏应力的25%。规程规定：导线和避雷线的平均运行应力的上限和相应的防振措施，应符合表3-4的要求。17 第三章导线、避雷线的机械计算表3-34架空线路的平均运行应力的上限与防振措施情况防振措施平均运行应力的上限（瞬时破坏应力%）LGJGJ档距不超过500m的开阔地区不需要1612档距不超过500m的非开阔地区不需要1818档距不超过120m不需要1818不论档距大小扩线条22-不论档距大小防震锤（阻尼线）或另加护线条2525LGJ-240/40的年平均运行应力上限为：GJ-50的年平均运行应力上限为：3.3.1确定临界档距[11]列出各控制状态的应力，按g/由小到大排列出A、B、C、D，分别计算出计算临界档距LLAB、lLBC、lLCD、lLAC、lLAD、lLBD，列出关系表，画出逻辑图。确定临界档距。LGJ-240/40的各控制状态的应力，见表3-5表3-5LGJ-240/40的各控制状态的应力参数最低气温最大风速最大覆冰年平均气温最大使用应力（N/mm2）113.68113.68113.6871.05比载（）（N/m*mm2）34.023944.02766.5634.0239气温（℃）-510-515g/（）0.2990.3870.5860.479顺序编号ABDC计算临界档距LLAB、lLBC、lLCD、lLAC、lLAD、lLBD17 第三章导线、避雷线的机械计算有效临界档距判别：1、看A栏中有无0或虚数值，如有，则该栏没有有效临界档距；2、若A栏值均大于0，则三者中的最小值是A栏的有效临界档距，另外两个舍去；3、用同样的方法判别B栏；4、若A栏确定的有效临界档距为lLAC，则B栏被隔越，即B栏没有有效临界档距，转至C栏进行判断；5、若A栏确定的有效临界档距为lLAD，则B、C栏均被隔越；6、若B栏确定的有效临界档距为lLBD，则C栏被隔越。列表得出控制结果，见表7-3表3-6控制条件确定A(舍去)B（舍去）C（取值）336.5i0ii179.8由控制条件列出结果判断图，见图3-417 第三章导线、避雷线的机械计算图3-4控制条件结果判断图GJ-50的各控制状态的应力，见表3-7表3-7GJ-50的各控制状态的应力参数最低气温最大风速最大覆冰年平均气温最大使用应力（N/mm2）382.82382.82382.82287.1比载（）（N/m*mm2）85.97112.62199.9085.97气温（℃）-510-515g/（）0.2250.2940.5220.299顺序编号ABDC计算临界档距LLAB、lLBC、lLCD、lLAC、lLAD、lLBD17 第三章导线、避雷线的机械计算列表得出控制结果，见表3-8表3-8控制条件确定A(舍去)B（取值）C（舍去）288.5i0ii197.6（取值）由控制条件列出结果判断图，见图3-5图3-5控制条件结果判断图3.3.2导线应力和最大弧垂[10]悬挂于两悬点间的一档导线，当气象条件发生变化，即导线上作用的荷载或环境温度发生变化时，导线线长会随之发生变化，进而引起导线的应力、弧垂发生相应的变化。我们用导线的状态方程把这一变化过程计算、表示出来。当某一气象条件（比载、气温）下的应力为以知，欲求得另一气象条件（比载为g、气温为t）下的应力时，即可用下式：（3-10）导线的状态方程是以为未知数的一元三次非齐次方程，除以外，其他参数均为已知数。则可简写成下式：（3-11）17 第三章导线、避雷线的机械计算或（3-12）式中（3-13）（3-14）再配合任意弧垂点公式即可求出应力和弧垂，弧垂公式如下：（3-15）因为该气候区属于第二气候区，所以最大弧垂有可能出现在：覆冰、无风和最高气温，两种条件下。LGJ-240/40中，当L＜179.8m时，受年平均气温控制，=71.05N/mm2，t=15℃；当L＞179.8m时，受最大覆冰控制，=113.68N/mm2，t=-5℃。因为不受最高温度和覆冰无风控制，所以每档的应力弧垂必须通过导线的状态方程求出，再用弧垂公式得出最大弧垂。下面以档距为50m，0℃为例。代入数据化简得：解得：即以下以每50m为一个档距，一直到档距为500m，列出导线LGJ-240/40的弧垂，详细见表3-9，安装曲线见图3-6：图3-6应力弧垂曲线17 第三章导线、避雷线的机械计算表3-9导线LGJ-240/40弧垂表L＜179.8m年平均气温控制档距（m）-5℃0℃5℃10℃15℃20℃25℃30℃35℃40℃500.1058020.1142620.1241330.1357710.1496480.1663890.1868070.2119230.2428970.2807861000.43470.4679870.505910.5491940.5985910.6547840.7182650.7891670.8671280.9512431501.0173131.0887661.1673761.2533951.346831.4473831.5544341.6670731.7841841.904561L＞179.8m最大覆冰控制档距（m）-5℃0℃5℃10℃15℃20℃25℃30℃35℃40℃2001.4171111.4964771.5825931.6758191.7764041.8844451.9998462.1222942.2512572.3860022502.2242722.3382462.4596622.5885192.724662.8677663.0173523.1727893.3333263.4981343003.2178683.3670743.5234633.6867023.8563344.0317884.2123984.3974384.5861454.7777513504.3997464.5829624.7724284.9676115.1679015.372645.581145.7927076.0066616.2223484005.7710635.9859096.2057276.4299086.6578226.8888337.1223167.3576687.5943237.8317554507.3324027.5759167.8230378.0731768.3257588.5802268.8360539.0927479.3498569.6069695009.083939.3529839.6243569.89753610.1720310.4473910.7231910.9990411.274611.5495417 第三章导线、避雷线的机械计算3.4本章小结本章计算了导线和避雷线的比载，应力和最大弧垂等等，基本这些都是为了检验导线的机械性能，下章选择金具和绝缘子，目的得出外塔外型尺寸参数。17 第四章金具和绝缘子的选择第四章金具和绝缘子的选择输电线路主要由杆塔、导线、地线、绝缘子、金具等组成。将杆塔、导线、地线和绝缘子连接起来所用的金属零件，统称为金具。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。绝缘子按用途可分为悬垂绝缘子串和耐张绝缘子串两大类。金具主要根据绝缘子串和导线线径选取。4.1绝缘子的选择和计算[8]4.1.1绝缘子片数计算直线杆塔上悬垂绝缘子串的绝缘子数量，应按表4-1所列数量选用。表4-1直线杆塔上悬垂绝缘子串的绝缘子数量电压（kV）3560110154220330500绝缘子数量XP-70357101319-表4-1列出的数值适用于架设在一般地区的线路，因为该地区海拔不在1000m以上，所以不用进行片数的验算。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，既为8个4.1.2绝缘子串数计算根据DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》的规定，绝缘子机械强度的安全系数，不应小于表4-2的数值。表4-2绝缘子机械强度的安全系数绝缘子种类运行程况短线程况瓷横担3.02.0悬式绝缘子2.01.3悬式绝缘子的串数：因此，悬式绝缘子的串数取一串；各绝缘子的参数见表4-3：表4-3绝缘子参数产品型号XP-70CXP-70TXP-100XWP2-70XWP2-70CXHP-70主要尺寸公称结构高度H146146146146146146瓷件公称盘径D255255255255255255连接形式标记1616161616C1633 第四章金具和绝缘子的选择最小公称爬电距离295295295400400432机电破坏负荷7070707070100打击破坏负荷565565678--雷电冲击耐受电压10010010050%-1250%-12050%-12工频一分钟耐湿电压404040454545工频击穿电压110110110120120120参考重量5.35.45.387.28耐张绝缘子串数的选择：因此，耐张串绝缘子的串数取两串。4.2绝缘子串的组装4.2.1悬式绝缘子串组装[12]35～220kV的输电线路的悬式绝缘子串，一般选用型号为XP-70、LXP-70以及XW1-70的悬式绝缘子组装。根据绝缘子的允许荷重，单串绝缘子已能满足所选用导线要求的垂直档距，对大导线特大垂直档距，单串绝缘子串不能满足要求时，可采用双串或强度较高的单串绝缘子串。本设计的导线悬式绝缘子串数为1串，片数为7片，导线悬式绝缘子串组装零件表见表4-4，导线悬式绝缘子串组装图见图4-1。表4-4导线悬式绝缘子串组装零件表名称质量（kg）数量型号U型螺丝0.721U-1880球头挂环0.31Q-7绝缘子5.37XP-70悬垂线夹5.71CGU-5A绝缘子串长度L（cm）1286绝缘子串质量（kg）43.1633 第四章金具和绝缘子的选择图4-1悬式绝缘子串组装图避雷线悬式金具串组装零件表见表4-5，避雷线悬式金具串组装图见图4-2。表4-5避雷线悬式金具串组装零件表名称型号数量重量（kg）长度（mm）U型挂环U-188010.8345挂环ZH-710.55100悬垂线夹XGU-111.4082.5总重：2.78kg总长：227.5图4-2避雷线悬式金具串组装图4.2.2耐张绝缘子串组装双串耐张绝缘子串用于负荷超出单串耐张绝缘子串承受荷载或交叉跨越地段。常用的耐张绝缘子串与杆塔的固定方式分为一点固定和两点固定。一点固定可用于耐张杆塔，也可用于转角杆塔。当用于转角杆塔时，它能随线路转角而转换悬垂角度，施工方便，但金具用量较多。两点固定金具用量少，当断一串绝缘子串时，仍可继续运行。但当它用于转角杆塔时，转角外侧的绝缘子串须加延长的金具，架线牵引时比较麻烦。采用这种组装形式，杆塔横担固定点之间距离应随转角度数不同进行布置，从而使杆塔横担悬挂点复杂化，不能通用。本设计的导线耐张绝缘子串数为2串，片数为8片，导线耐张绝缘子串组装零件表见表4-6，组装图见图4-3。33 第四章金具和绝缘子的选择表4-6导线耐张绝缘子串组装零件表名称质量（kg）数量型号U形挂环0.543U-10挂环0.491PH-10联板4.432L-1040挂板0.562Z-7球头挂环0.272QP-7绝缘子5.32*8XP-70碗头挂板0.972WS-7耐张线夹2.21NY-240/40绝缘子串长度L（cm）2038绝缘子串质量（kg）96.77图4-3导线耐张绝缘子串组装图本设计避雷线耐张金具串采用楔形耐张金具，避雷线耐张金具串组装零件表见表4-7，组装图见图4-4。表4-7避雷线耐张金具串组装零件表名称型号数量重量（kg）长度（mm）U型挂环U-710.5080挂环ZH-710.55100耐张线夹NX-111.20150总重：2.25kg总长：330图4-4避雷线耐张金具串组装图33 第四章金具和绝缘子的选择4.3本章小结本章介绍线路的绝缘子和金具的配合，得出金具组装图，知道绝缘子串的外形参数，在下章出基本可得出杆塔的外形尺寸。33 第五章杆塔外形的确定第五章杆塔外形的确定杆塔结构作为输电线路得重要组成部分，起着支撑和架空输电线的作用，而且完成着它们各自不同的功能，保证电能安全可靠地输送到电网或用户。输电线路中使用的杆塔主要是钢筋混凝土电杆和铁塔，它们的结构型式多种多样。实际工程中杆塔的结构型式，主要取决于线路的电压等级、回路数、地形地质条件和使用条件等多种因素，最后还要通过经济技术的比较择优选用。就我国已建的输电线路工程来看，电压等级不小于110kV的线路，常使用铁塔结构；在高电压等级的单回线路上常采用导线呈水平排列的结构样式。杆塔结构整体稳定性上划分可分为自立式杆塔和拉线式杆塔。5.1铁塔的结构形式[7]铁塔结构的构件截面型式有：热轧等肢角钢（常用螺栓连接）、冷弯薄壁型钢、钢管（用法兰盘及螺栓连接，适用于高度很大的铁塔，受力性能很好），格构柱截面（用于高度很高的跨越塔）。110kV输电线路，电压等级较低，宜使用自立式热轧等肢角钢铁塔，铁塔的结构型式如下：伞型塔：单回路、导线三角形布置。伞型塔的中相导线直接挂在塔身上，下横担长度比酒杯型塔的短，结构也比较简单，因而比较经济，见图5-1。图5-1伞型塔33 第五章杆塔外形的确定5.2杆塔外形尺寸的确定杆塔外形尺寸包括杆塔呼称高H、横担长度DT、上下横担的垂直距离DV、地线支架高度hb、双地线挂点之间水平距离Db等。5.2.1杆塔呼称高的确定杆塔的呼称高是指杆塔下缘到设计地面的垂直距离，用H表示。杆塔呼称高的确定主要考虑导线与地面、建筑物、树木、铁路、道路、河流、管道、索道、各电压等级的电力线路的安全距离的要求。确定呼称高的公式如下：（5-1）式中表示绝缘子串长度；表示最大弧垂；表示发生最大弧垂时，导线到设计地面的最小距离，见表5-1表示施工裕度，主要考虑误差和安装导线的施工误差，见表5-2表5-1导线对地面最小垂直距离单位：m电压等级（kV）＜33～1035～66110220330500线路经过地区人口密集、居民区6.06.57.07.07.58.514人口稀少、非居民区5.05.56.06.06.57.511（10.5）交通困难、行人很少地区4.04.55.05.05.56.58.5表5-2施工裕度档距（m）＜200200～350350～600600～800800～1000施工裕度（m）0.50.5～0.70.7～0.90.9～1.21.2～1.4根据工程设计经验，总结出各电压等级的经济呼称高，见表5-3表5-3杆塔经济呼称高线路电压等级（kV）35～60110154220500钢筋混凝土电杆12131721-铁塔-15～1818～2023-电压等级一定时，、、值一定，而随档距33 第五章杆塔外形的确定增加而增大，致使杆塔呼称高增高。杆塔定位档距增大，则每公里杆塔基数减少，但杆塔的呼称高增高；杆塔定位档距减小，杆塔的呼称高降低，但每公里杆塔基数增多。如果用每公里线路造价来衡量线路的经济情况，一定存在某一档距，使线路造价最为经济。这样的档距称为经济档距，对应的呼称高称为经济呼称高。目前，35～220kV线路已有定型设计的杆塔，工程中按照电压等级，选取经济呼称高，按下式反推最大弧垂为：（5-2）根据所选用导线和弧垂公式，算出杆高允许档距，在杆塔排位时，尽可能地使定位档距接近杆高允许档距，以便充分利用杆高，降低工程建设造价。杆塔允许弧垂（非居民区，=6m）根据查表3-8，得杆高允许档距为。水平档距，垂直档距。5.2.2线间距离的确定两相导线水平排列其线间距离：当导线发生不同步摇摆时，档距中央导线部分接近，会导致线间空气间隙击穿，从而发生线间闪络。为此，1000m以下的档距可按下式计算：（5-3）式中表示水平线间距离，m；表示悬垂绝缘子串长度，m；表示线路额定电压，kV；表示导线最大弧垂，m。两相导线垂直排列其线间距离：两相导线垂直排列时，使线间距离接近的因素主要是：电线覆冰不均匀或者电线覆冰脱落产生跳跃或者电线舞动产生大幅度上下运动。在覆冰较少的地区，规程推荐，垂直线间距离取水平排列的线间距离计算结果的四分之三，即：（5-4）使用悬垂绝缘子串杆塔时，其垂直线间距离不宜小于表5-4所列数值：33 第五章杆塔外形的确定表5-4使用悬垂绝缘子串杆塔的最小垂直线间距离电压等级（kV）3566110154220330500垂直线间距离（m）2.002.253.504.505.507.5010.00在覆冰较严重地区，上下层导线之间和导线与地线之间应有一定水平偏移，水平偏移量，不应小于表5-5所列数值。表5-5相邻的上下层导线与地线之间的最小水平偏移电压等级（kV）3566110220330500设计冰厚10mm0.200.350.501.001.501.75设计冰厚15mm0.350.500.701.502.002.50两相导线倾斜排列其等效水平线间距离：两相导线倾斜排列（指两相导线等腰三角形布置情况）时，计算出等效水平线间距离不小于两相导线水平排列的线间距离计算出的结果。等效水平线间距离按下式计算：（5-5）式中、表示导线间距离的水平投影和垂直投影。5.2.3导线与杆塔之间的空气间隙校验导线和绝缘子串在风荷载作用下，使绝缘子串风偏一定角度，称为风偏角。（5-6）式中表示一个水平挡导线上的风荷载；表示一个垂直档的导线重量；表示绝缘子串风荷载；表示绝缘子串重量。规程规定在海拔为1000m以下的地区，带电部分与杆塔构件的空气间隙，在相应的风偏下，不应小于表5-6所列数值。33 第五章杆塔外形的确定表5-6带电体与杆塔接地的最小空气间隙（单位：m）电压等级（kV）＜33～103566110220330500雷电过电压0.050.20.450.651.001.902.303.303.30操作过电压0.050.20.250.500.701.451.952.502.70正常运行电压0.050.20.100.200.250.550.901.201.30注：500kV栏内，左侧数值适用海拔小于500m的地区，右侧数值适用500～1000m地区导线风荷载计算：（5-7）式中表示基本风压，（kN/m2）；表示风压不均匀系数，见表5-7；表示电线风载调整系数，见表5-7；表示电线风载体型系数，线径小于17mm或电线覆冰k=1.2，线径不小于17mm且电线不覆冰k=1.1；表示风压高度等化系数；表示风向与电线的夹角。表5-7风压不均匀系数和电线风载调整系数风速V（m/s）V≤10V=1520≤V＜3030≤V＜35V≥35计算杆塔荷载1.001.000.850.750.70校验杆塔电气间隙1.000.750.610.610.61计算500kV杆塔荷载1.001.001.101.201.30对于330kV及以下杆塔，的计算公式为：A类地表，近海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区：；B类地表，田野、乡村、丛林、丘陵及城郊地区：；C类地表，有密集建筑群、有众多高层建筑的大城市市区：。绝缘子串所受风压：（5-8）式中表示绝缘子串的联数；33 第五章杆塔外形的确定表示每联绝缘子串的片数，加“1”表示金具受风面积相当于1片绝缘子；表示每片绝缘子的受风面积，m2单裙绝缘子；双裙绝缘子。导线重力荷载：（5-9）式中n表示每相导线子导线根数；q表示单位长度电线重量。5.2.4带电作业条件的空气间隙校验确定塔头横向尺寸时，尚应适当考虑带电作业对安全距离的要求。规程规定在海拔为1000m以下地区，等电位作业人员至杆塔构件，或地电位作业人员至带电导线的净空距离不应小于表5-8所列数值。表5-8带电作业安全距离电压等级（kV）103566110220330500安全距离R（m）0.40.60.71.01.82.23.2带电作业条件校验时，人体活动范围为：0.3～0.5m，气象条件为：风速V=10m/s，气温t=15℃。又图5-1得：带电作业气象条件刚好和雷电过电压相同，绝缘子串风偏角Ψ带=Ψ雷，人体活动范围0.5m，带电作业安全距离R带=1.0m。校验结果：地电位作业人员在对导线作业时，作业人员只能在杆塔顺线方向前后作业，不得在杆塔横线路左右方向。否则带电作业安全距离不够。5.2.5地线支架高度及地线水平线间距离的确定地线支架高度和地线支架水平距离的确定，主要考虑：雷电过电压气象条件下，杆塔断面位置上地线对最危险的边高线的防雷保护要求和双地线系统中导线的防雷保护，档距中央断面位置上导线与地线之间最小距离的要求。规程规定：500kV送电线路应沿全线架设双地线，其杆塔防雷保护角宜采用10°～15°；330kV和双地线的220kV送电线路杆塔的防雷保护角宜采用20°；山区110kV送电线路杆塔防雷保护角宜采用25°左右；对于66kV及以下的送电线路，其杆塔防雷保护角一般采用20°～30°，山区单地线杆塔防雷保护角可采用25°。双地线之间的水平距离，不应超过导线与地线的垂直距离的5倍。（5-10）式中：表示地线水平线间距离；表示地线与导线间的垂直投影距离。在雷电过电压气象条件下（气温15℃，无风），应保证档距中央导线与地线之间距离满足：33 第五章杆塔外形的确定（5-11）杆塔断面上导线与地线间的垂直距离，有：（5-12）验算该设计杆塔，见图5-2图5-2设计杆塔验算水平线间距离的计算值为：上横担与下横担的导线等效水平线间距离，合格。33 第五章杆塔外形的确定直线间距离及水平偏移校验。上下层导线垂直距离为3.5m，与规范规定值3.5m相同（见表5-4），合格。上下层导线水平偏移，大于规范规定值0.5m（见表5-5），合格。圆间隙校验正常运行电压、操作过电压和雷电过电压气象条件下空气间隙校验规程给出最小空气间隙为R正=0.25m，R操=0.7m，R雷=1.0m。（见表5-6）三种气象条件下绝缘子串风偏角：基本风压：；；。绝缘子串所受风压：（见导线悬垂绝缘子串片数和串数），，，，；；。导线风荷载计算（校验），（校验），（校验），（见表3-8），，，，，。；；。导线重力荷载33 第五章杆塔外形的确定，。。绝缘子串风偏角（见表4-4绝缘子串质量）；；。根据和R、的值，制作间隙圆校验导线与杆塔之间的距离，见图5-3：图5-3间隙圆校验导线与杆塔之间的距离经图形检验，三种气象条件下间隙校验合格。防雷保护角及导地线在档距中央线间距离校验防雷保护角的校验。规程要求单地线系统防雷保护角，山地不大于25°，平地可取15°～30°。上导线实际防雷保护角为：，合格，合格导线和地线在档距中央接近距离校验。按L=300m用插值法求得：33 第五章杆塔外形的确定上导线与地线之间的垂直距离为：，合格。水平线间距离允许最大使用档距取由，查最大弧垂得最大允许档距为：，合格5.3本章小结对前几章的计算结果的应用，验算设计的杆塔是否符合电气要求，从标称高、导线距离等等方面验证。下面介绍杆塔的基础，在输电线路中基础非常重要。33 第六章杆塔基础设计第六章杆塔基础设计在送电线路中，杆塔底下部分的总体称为基础，它的作用是使杆塔在各种受力情况下不倾覆，下陷和上拔。杆塔基础根据杆塔型式、地形、工程地质、水文、施工及运输等条件，综合考虑确定。按其施工特点和承载力特性大致分为以下6类：[4]6.1“大开挖”基础“大开挖”基础是指将基础埋置于预先挖好的基坑内，并将回填土夯实。它是以受扰动的回填土体构成抗拔土体来维持基础上拔稳定的。这类基础施工简便，但由于回填土夯实也很难恢复到原状土体的强度，为满足上拔稳定性的要求，必须加大基础尺寸，从而提高基础造价。6.2掏挖扩地基础掏挖扩地基础是指用人工或机械挖成扩底土膜后，把钢筋骨架放入土模内，然后注入混凝土。它们适用于掏挖和浇注混凝土过程中无水渗入基坑的粘性土。它们是利用天然土体的强度和重量来维持上拔稳定的，并具有较大的横向承载力。这类基础节省模板等材料和工序，降低工程造价。6.3爆扩桩基础爆扩桩基础是指以爆扩成型土模，在扩大端放入钢筋骨架注入混凝土。它是短柱基础，适用于硬塑和粘性土中，在可爆扩成型的密实砂土及碎石土中也可应用。6.4岩石锚桩基础岩石锚桩基础类是指在岩石上钻凿成孔，放入钢筋并注入水泥砂浆或细石混凝土。适用于山区岩石覆盖层较浅的塔位。6.5钻孔灌注桩基础钻孔灌注桩基础是指用专门的机具钻成较深的孔，以水头压力或水头压力泥浆护壁，放入钢筋骨架和水下浇注混凝土。它是深型基础，适用于地下水位较高的粘性土和砂土等地基，特别是跨河塔位。35 第六章杆塔基础设计6.6倾覆基础倾覆基础是指埋置在夯实的回填土体中承受较大倾覆力矩的电杆基础。电杆的倾覆基础被广泛采用。而铁塔的联合基础只用于荷载较大、基础差，用其他类型基础上有困难的情况下，联合基础施工较复杂，耗用材料多。掏挖扩地基础类在施工上基本能适用于各样土质，而且具有较大的横向承载力，节省模板等材料和工序，能降低工程造价。应用于本设计中最为合适，所以本设计采用掏挖扩地基础类。6.7本章小结本章简单介绍了杆塔基础的基本分类，对比各自的优缺点，具体的选择要根据土质的要求选取。35 结束语结束语随着国民对电力要求的不断增加，电力网需要不断完善，又发电厂到一次降压变电站，又一次降压变电站到二次降压变电站都需要着输电线路，输电线路在电能的分配环节上起着密不可分的作用，农网改造的不断深化、优化，要建设更多的输电线路。输电线路设计要求安全可靠为主，美观、经济放在第二位，安全可靠，保证了居民的用电，电力建设永远把安全放在第一位，所以本设计主要考虑输电线路的安全可靠，可能设计上经济性考虑有所欠缺。本设计又开始负荷分析、选线、检验、比载计算、应力档距、杆塔外形等等参数做了一个简单的算例，在设计过程中，最困难的是计算、选择出控制档距后，计算临界档距的时候既不受最高温度和覆冰无风控制，每一个温度和档距都要通过导线应力状态方程求出应力值，再求出最大弧垂值。杆塔的基础设置，因为不清楚了解土质的实际情况，只能大概的选择基础的种类，当然基础设计在输电线路设计中十分重要。本次设计还在比较粗浅的层面，有部分方面还没有考虑完整，望各位批评、指教。37 参考文献参考文献[1]许建安.35-110kV输电线路设计[M].北京：中国水利水电出版社.2003[2]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.东北电力设计院.2001[3]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.北京：中国电力出版社.2002[4]输电杆塔结构及其基础设计[M].北京：中国水利电力出版社.2005[5]输电线路设计基础[M].北京：水利电力出版社.2007[6]孟遂民.架空输电线路设计[M].北京：中国三峡出版社.2001[7]陈祥和，田启华.输电杆塔设计[M].北京：中国三峡出版社.2001[8]董吉谔.电力金具手册[M].第二版．北京：中国电力出版社，2003[9]窦书星.输电线路测量操作指导书[M].北京：中国水利水电出版社.2008[10]邵天晓.架空送电线路的电线力学计算[M].第二版.北京：中国电力出版社.2003[11]刘增良，杨泽江.输配电线路设计[M].北京：中国水利水电出版社.2004[12]李博之.高压架空输电线路施工技术手册架线工程计算部分[M].第三版.北京：中国电力出版社，200837 致谢致谢感谢在学术方面对论文的完成有直接贡献及重要帮助的团体和人士，以及感谢给予转载和引用权的资料、图片、文献、研究思想和设想的所有者。在这里我也要感谢我的指导老师，在这篇论文诞生的道路上她严谨细致、一丝不苟地指导我，督促我，使我不断学习，并对我的论文提出了很多宝贵的意见，使我的论文有了目标和方向。另外必须感谢我的父母在背后默默的支持我，守护我，谢谢。39