IEC60826线路设计中文版 41页

IEC标准解读一一架空线路设计原则（60826）目录4概述34.1目标34.2系统设计34.3系统可靠性45主要设计原则45.1方法45.1.1可靠性要求65.1.2稳定性要求85.13安全性要求85.2气象荷载强度要求85.2.1极限荷载85.2.2系统设计要求95.23每个元件的设计公式106荷载116.1简述116.2气象荷载之风和相关温度116.2.1使用范围：116.2.2地表粗糙度126.2.3参考风速Vr126.2.4风速和温度的组合156.2.5风对线路元器件的作用166.2.6线路元器件风荷载的估算166.3气彖荷载，无风冰荷载206.3.1简述206.3.2冰数据216.3.3通过气象数据分析方法估算年最人冰荷载216.3.4参考极限冰荷载226.3.5结冰温度246.3.6杆塔的冰荷载246.4气候荷载，风和冰的联合荷载266.4.1联合的概率■主要原则266.4.2冰荷载的确定276.4.3风和覆冰同时发生时温度的确定276.4.4覆冰条件下风速的确定276.4.5覆冰导线的拉拽系数286.4.6杆塔荷载的确定296.5建设和维护荷载（安全荷载）306.5.1概述306.5.2杆塔的建设31 6.5.3建设中吊线和挂线316.5.4维护荷载326.6用于故障工况下的荷载336.6.1概述336.6.2安全要求336.6.3安全相关的荷载一扭转、纵向和附加的安全方法337元件的强度和极限状态357.1概述357.2元件强度的通用公式357.2.1强度系数值①n357.2.2对应于强度配合的强度因数367.3元件计算的相关数据377.3.1线路元件的极限状态377.3.2线路元件的强度数据397.3.3杆塔的设计强度407.3.4基础设计强度417.3.5导线和地线设计原则417.3.6绝缘子串设计原则41 4概述4.1目标标准要实现下面两个目标a）标准给出了基础线路可靠性概念的架空线设计原则，基于可靠性的方法特别适合于重要的气彖和强度数据可以获得的地区。这种方法同样也适用于耍耐受特定的气象荷载，气象荷载的数据是从经验或从已经安全运行了很长时间的线路的标准中获取的情况。在这些情况中，线路元件间的设计一致性可以得到，但是实际可靠性水平可能不知道，特别是对于Z前的线路故障没有数据或经验时。需要说明的是这里的设计标准不能够构成一个完整的设计手册。然而，标准屮给出了如何提高线路的可靠性，如何去调整单个兀件的强度来实现他们Z间的强度配合。标准还给出了最低安全要求来保护人员不受伤害，以及确定了一个可以接受的安全运行水平（安全和经济设计）b）它通过可靠性的概念以及概率和部分概率的方法为线路设计的国家标准提供了一个框架。国家标准屮需要建立用于本标准的气象数据以及齐个国家的具体的气象数据。设计标准适用于新线路条件，然而线路会随着吋间而老化和损失强度。rtiT老化而产生的强度的减少值很难得到，因为它不仅各个元件Z间不一样，而且还取决于材料类型，生产过程和环境的影响。这个问题目前也正在研究。标准小提出了具体的要求，在附录A和C屮给出了额外的非正式的数据和解释。4.2系统设计该方法是基于把耍设计的线路作为一个由杆塔、基础、导线、绝缘子构成的系统的概念。这种方法使设计者能够将元件强度与系统进行配合，同时认识到传输线是由一系列元件组成而每个元件的故障都有可能导致电能传输能力的丧失。希望这种 方法能够实现总体上的经济设计同时又没冇不I•办调的情况。由该系统设计方法的结果可以知道线路可靠性是由最不可靠的元件控制的。架空传输线可以分为四个主要元件，如表1所示。然后每个元件冇可以分成几个部分。系统元件零件——支捋—甚础钢部件木头等螺栓传输线导线—地线—绝缘拉线和金具连接件连接件绝缘r金具衣L传输线结构4.3系统可靠性设计标准的口标是为了设计可靠安全的线路。线路的可靠性是通过设计线路元件的强度要求大于在特殊天气时造成的负载来实现的。标准中会对气候荷载详细说明并月•捉出计算他们给输电电路带来的影响的方法。然而，还需要认识到设计过程中没有提到其他条件也可能发生并由可能造成线路的故障，如物体的影响，材料的缺陷等。标准中提到的一些方法，使线路能够冇足够的强度來减少损伤以及扩大事故的发生。 5主要设计原则5.1方法表2中总结处了设计输电线路元件的推荐的方法。也可以描述如下：a）收集初步的线路设计数据和气象数据说明：在一些国家，在其国标屮给出了诸如50年重现周期设计风速。bl）依据极限荷载的重现周期选择可靠性等级说明：一些国家标准或实际原则中冇时会提出一些直接的或间接的设计要求可能会约束提供给设计者的选择。b2）选择稳定性要求b3）列出由强制性规则和建设和维护荷载捉岀的安全性要求。c）依据选择的极限荷载的重现周期计算气候变量dl）计算元件的气象极限荷载d2）依据稳定性要求计算荷载d3）依据施工和维护中的安全要求来计算荷载e）确定线路元件间的合适的强度配合f）选择用于荷载和强度公式中的合适的荷载和强度因数g）计算元件的特征强度h）设计有上面强度要求的线路元件。标准对b-g进行了详细说明，a和h不在标准范围之内。 表Z传输线设讣力法5丄1可靠性要求5.1.1.1可靠性等级（气候相关的荷载）可靠性要求口的是确定线路可以耐受确定的气象极限荷载（重现周期T下的风，冰，冰和风）以及从系统的计划生命周期内发生这些气象事件时得到的荷载,同时要确保在这些气象条件下运行的连续性。输电电路设计有不同的可靠性等级。标准中把参考可靠性水平定义为气象条件的重现周期为50年以及强度的排除极限为10%（用于选作最低可靠性的元件）。参考可靠性水平一般认为是可以实现运行和安全持续性的可接受的可靠性 水平。排除极限Re,如杲强度有e%的概率不能实现则称Re为线路的排除极限。Re的值与强度的概率密度函数相关。通常排除极限这样來取值，就是让人多数的试验元件荷载等于标称强度吋都可以通过试验，不能够通过的元件的百分比就是排除极限。可以通过增加气彖条件的重现周期来捉高线路的可靠性水平。线路更高的可靠性水平可以通过线路在网络中的重要性來进行校验。标准中提出了三个可靠性等级，认为这三个等级包含了大多数输屯线路的可靠性范围。表1中按照重现周期来描述了可靠性水平。对于临吋线路，一•些木质杆或重要性等级要求不高的线路，可能取25年的重现周期比较合适。表1传输线的可靠性水平可靠性水平123气象重现周期T50150500说明：一些国家标准或实际原则屮有吋会提出一些直接的或间接的设计要求可能会约束提供给设计者的选择。重现周期介于50-500年Z间的如100、200、400年根据当地的实际情况也可以考虑使用。5.1.1.2年可靠性的估计值荷载Q和强度R都是随机变量，如果知道R和Q的统计函数知道的话就可以进行可靠性计算。线路可靠的条件是荷载小于线路的耐受强度，可以用卜•面的公式來表示年可靠性二1—年故障概率"一F（府XdQ其中：fg＞为荷载概率密度函数是强度R的分布函数 说明：分布函数是概率密度函数的积分。XdR当超过90%概率（排除极限吋10%）的特征强度设置成与荷载Q（重现周期为T）相等时，各种概率的组合会致使理论上年最小可靠性大约为l-l/2To当输入的荷载和强度的数据不够精确时实际的可靠可能并不是这么多。在后面的情况中，绝对可靠性可能并不知道，但是当线路的参数与参考值冇可比性时，可以计算出相应的可靠性数值。5.1.2稳定性要求稳定性要求是依据特殊的荷载和测量來减少不口J控的严重故障的风险。这些方法在6.6屮进行了详细的讨论。说明：一些稳定性方法可以提高耐受不平衡冰荷载的可靠性。5.1.3安全性要求安全性要求包扌舌那些线路要进行针对性设计的特殊荷载，來确保建设和维护工作不会对人身造成危害，6.5屮进行了详细讨论。5.2气象荷载强度要求5.2.1极限荷载与气象相关的荷载是随机变量。考虑三种与气象相关的荷载情况：风，冰,冰和风同时作用。当冰或风的统计数据可以获得吋，就可以计算选择的重现周期下和指定Qt下每个线路元件的气象荷载。在计算过程中，线路的空间范围和计算的方向要考虑进去。需要说明地震等极端气象条件没有考虑在内。在H前的标准小，荷载Qt称作重现周期为T的系统极限荷载。在对每个元件的计算过程中，需要对下面的条件进行检查：设计极限荷载设计强度 或者更精确表达为：荷载因数极限荷载的影响Qt强度因数特征强度Rc提出的方法屮，气象极限荷载Q用于设计儿不需要外加荷载因数，因此，Y取lo因此前面的公式变为：极限荷载的影响Qthir»•cAllltud*m0t00020003000300.950.840.750.6615too0.B90,790,6901.040.M0,S30J3-15U20390.8B0,77▼301.191.050.930.82raluecorfospond±to0malttudoandatemperatureof15aC.6.2.6线路元器件风荷载的估算6.2.6.1导线风荷载Ac（N）-q0CxcGcGLdLsin2A计算公式：式中： qo动态参考风压Cxc导线牵引系数，对于标准导线和风速取b通过直接测量或风漩涡试验得到的值也可以使用。Gc导线联合风系数Gl档距因数d导线直径，单位米L水平档距Q风向和导线的夹角Spaniangthm导线高度认为是在导线弧垂的下三分之一处（悬挂点减去三分之二弧垂），当对杆塔进行计算吋，认为高度取导线与杆塔连接点的高度,这种假设是保守的,它补偿了挂在杆塔顶端的地线增加的高度。 6・2・6・2风对导线张力的影响风会导致导线机械应力的增加，可以用标准的弧垂•张力方法进行计算。如果一系列的档距由耐张绝缘子隔开，控制档距就需要引入到张力计算屮，控制档距是假设所有的档距遭受同样的风压，这种假设是很保守的，所以当档距很多或绝缘子串较长时，辅以实际经验，可以对公式中计算得到的风荷载进行减少，但最多不能减少超过40%,地线风压不能减少。6.2.6.3绝缘子串风荷载风对绝缘子的荷载由两部分组成，一•部分是通过导线传过来的风对导线的荷载，另一部分是风压直接作用于绝缘了串的荷载。风压直接作用荷载AiAi=如CMiGlS|式中：qo动态参考风压Cxi牵引系数，取1.20G联合风系数，高度取绝缘子串重心的离地高度、绝缘子串水平地投影到与绝缘子轴线平行的竖直面上的面枳，为保险起见，对于多联绝缘了串可以取所有绝缘了投影面积Z和6.2.6.4杆塔的风荷载杆塔的风荷载包括冇导线和绝缘子传递过來的荷载以及风直接作用于杆塔的荷载这里给出了两种杆塔类型风对杆塔荷载的计算例子，格构塔和带有圆柱形元件的塔，然而，这种方法也可以用于其他类型塔屮6.2.6.4.1矩形横截面的格构塔计算屮要把格构塔分割成多个单元来计算，每个单元的高度一般取在腿和杆 塔的交叉点间。对于矩形或方形横截面的格构塔，风荷载At，单位N,沿着风的方向作用于单元的重心，计算公式为：州=Qq(1*0.2sirp2切(St1CKttcos2甸+Sasin20GKSolidityratio才cczrzfxuFigure7-DragcoefficientCxtforlatticesupportsmadeofflatsidedmembers6・2・6・4・2大直径柱形部件塔风荷载Ay,单位N,沿着风的方向作用于单元的重心，计算公式为: Atc=Qoc玳Gtdtl&sin3®Figure8-DragcoefficientCx(forlatticesupportsmadeofroundedmembers1.0E*51,0E*61t0E>7ReynodsnumberRoKFC217KS3Figure9■DragcoefficientC玳x=4>&=4>q=1,最大导线张力不应超过R©在表16屮定义的值。需要时，导线试验应当符合IEC61089的最新版本的要求。7.3.6绝缘子串设计原则绝缘子串的设计是基于他们与相连的导线的关系。处理方法与杆塔和基础的方法相同。关键设计荷载应从元件连接的最大计算导线荷载得到。啊从表11中得到•窃&=◎靈=0卩0对所冇的绝缘子串，绝缘子串的COV一般在7%Z下。4>c=lGq"（除非材料质量非常差）上面的要求之外，尤其是在覆冰的国家，建议选择终端绝缘子的特性强度至少等于连接的导线的特性强度氐，类似的，建议设计终端金具故障时要耐受大丁•15%导线特征强度Rc。需要时，金具试验要符合IEC61284的最新版本。