单回路架空输电线路设计设计说明

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毕业设计说明书（论文）题目：220kv单回路架空输电线路设计

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前言 (3)

摘要 (4)

第一章导线地线设计 (5)

1.1第III气象区的条件及参数 (5)

1.2临界档距及控制气象的判断 (7)

1.3 绘制应力弧垂曲线绘制 (9)

1.4地线比载计算 (13)

第二章杆塔结构设计

2.1杆塔定位 (16)

2.2杆塔定位后校验 (18)

2.3杆塔荷载计算 (22)

第三章金具设计 (54)

3.1绝缘子的选择 (54)

3.2确定每联绝缘子片数 (54)

3.3选择绝缘子后校验 (56)

3.4防震锤设计 (56)

3.5金具材料和组装图 (58)

第四章防雷设计 (59)

4.1杆塔接地 (59)

4.2耐雷水平计算 (60)

4.3雷击跳闸率计算 (63)

第五章基础设计 (66)

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5.1关于铁塔基础的设计 (66)

5.2铁塔基础四种类型 (66)

5.3铁塔基础的上拔校验 (67)

5.4下压稳定校验 (69)

参考文献 (70)

前言

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电力需求水平增长突出，为

了满足市场的需求，我国的电力工业在近50年来也得到了很大的发展。改革开

放以来我国的电力工业快速发展，现在我国将要实现以超高压和特高压输电线

路为骨架，各个电压等级的输电线路协调运行的电网系统。

我国为推动电力能源在全国范围内的优化配置，保障安全可靠的电力供应

而大力发展智能电网。近年来，随着新技术的不断应用，跨区跨省电网建设快

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动下，随着电网联网建设，将逐步实现大区域或者全国电力电量平衡原则。而电网建设将配合电源基地建设，改变过去单独依靠输煤的模式，采取输煤与输电并举的发展方式，通过特高压、超高压交直流，实施跨区、跨省，西电东送，南北互济，水电交互，火电、水电、风电、太阳能打捆送电。在实现高效率的智能化电网中220kv输电线路将起着不可替代的作用！各地区的地形、地质、气象等自然环境比较复杂。在输电线路建设中会遇到许多技术问题。通过大量的工程实践，我们对高山地区、严重覆冰地区、台风地区、高海拔地区、不良地质地区、地震灾害地区等特殊条件下，输电线路的设计、施工和运行都积累了丰富的经验，已经建立输电线路有关的研究和试验的机构和设施。电力专家一致认为，要适应我国电网未来快速发展的要求，确保电网的安全、稳定、经济运行，在今后的电网建设中应推动新技术应用，以提高电网输送能力，节约输电走廊，提高线路投资效益。而220kv输电线路的设计、施工和运行经验是最完善的，它将为今后发展超高压、大容量输电线路的建设创造十分有利条件。

摘要

随着国民经济快速增长，各地电网建设迅猛发展，从过去的“几年建一条线路”到现在的“一年建几条线路”实现了跨越式发展，供电可靠性进一步提高，电网输送能力大大增强，但输电线路建设的内部环境和外部空间却越来越小。如何应对新形势，最大限度地满足电网建设需要已成为技术部门不断研究的课题。本文从设计角度围绕导线的选择和导线的风荷载以及杆塔的定位和校

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见和看法。本论文的设计分为二个部分，第一部分为设计和计算部分，通过设计地形，选择导线，计算相关参数能确定导线弧垂位置，杆塔的结构和形状以及荷载情况。第二部分为校验阶段，根据220KV输电线路高安全性，保证送电线路稳定运行等条件，进行详细准确的荷载、间隙、电阻值等校验，为提高线路安全运行的安全系数提供有利参数。

关键词输电线路杆塔设计防雷设计金具设计

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第1章导线地线设计

1.1导线比载计算

1.1.1相关参数的确定

本架空送电线路设计中，导线选用LGJ-300/70型钢芯铝绞线，查阅钢芯铝绞线规格表（GB1179-83）得LGJ-300/70导线的规格参数如表2-1 表2-1 LGJ-300/70导线规格参数

胀系数如表2-2

表2-2 LGJ300/70导线弹性系数和膨胀系数

条件：覆冰厚度b=15mm ，覆冰时风速v =15m/s ，最大风速v =30m/s ，雷电过电压时风速10v m/s ，内过电压时风速v =15m/s 。 1.1.2 导线比载计算

作用在导线上的机械荷载有自重、冰重和风压。这些荷载可能是不均匀的，但为了便于计算，一般按沿导线均匀分布考虑。在导线计算中，常把导线受到得机械荷载用比载表示，所以比载是指导线单位长度、单位截面积上的荷载。常用的比载共有七种，计算如下：

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331(0,0)9.89.81402

1010376.61

Ta G g

A --?=

?=?=36.48310-?N/m-mm 2 2. 冰重比载：导线覆冰时，由于冰重产生的比载。

332(15,0)()15(25.215)

27.73

1027.7310376.61b d b g A --+?+=?=?? 344.4010-=?N/m-mm 2

3. 覆冰时导线的垂直总比载：架空线自重比载和冰重比载之和。

3333(0,0)1(0,0)2(15,0)36.481044.401080.8810g g g ---=+=?+?=?N/m-mm 2 4. 无冰时风压比载：无冰时作用在导线上每米长每平方毫米的风压荷载。计算公式：

234(0,)0.6125

sin 10f v cdv g A

-α=θ?

当风速25v =m/s 时，风压不均匀系数0.61f α=，因为导线直径

27.63d =m m ﹥17mm ，故导线的风载体型系数 1.1c =，风向与架空线轴线之间的夹角90o θ=，此时风压比载为：

4(0,30)g =30.43310-?N/m-mm 2

当风速15v =m/s 时，风压不均匀系数 1.0f α=，导线的风载体型系数

1.1c =，风向与架空线轴线之间的夹角90o θ=，此时风压比载为：

34(0,15)10.1410g -=?N/m-mm 2

当风速10v =m/s 时，风压不均匀系数 1.0f α=，导线的风载体型系数

1.1c =，风向与架空线轴线之间的夹角90o θ=，此时风压比载为：

34(0,10) 4.5110g -=?N/m-mm 2

5. 覆冰时风压比载：覆冰导线每米长每平方毫米的风压荷载。

覆冰时风速10v =m/s ，查得风速不均匀系数 1.0f α=，导线的风载体型

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系数 1.2c =，风向与架空线轴线之间的夹角90θ=，此时风压比载为：

235(15,15)9.8(2)sin 1016f c d b v g A

-α+=

θ?324.2410=?N/m-mm 2

6. 无冰有风时的综合比载：无冰有风时，导线上作用着垂直方向的比载和水平方向的比载，按向量合成得综合比载。

36(0,30)47.5110g -==?N/m-mm 2

36(0,15)37.8610g -==?N/m-mm 2

36(0,10)36.7610g -==?N/m-mm 2

7. 有冰有风时的综合比载：导线覆冰有风时，综合比载为垂直比载和覆冰风压比载的向量和。

37(15,15)84.4310g -==?N/m-mm 2

1.2 临界档距及控制气象的判断

1.2.1 导线的机械物理特性

1.导线的抗拉强度：导线的计算拉断力与导线的计算接面积的比值称为导线的抗拉强度或瞬时破坏应力。

128000

339.82376.67

m p T A σ=

==MPa 2. 最大使用应力：

339.82

135.932.5

max K

ασ=

=MP 其中K 为导线地线的安全系数，在设计中K 取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。

3. 年平均运行应力上限：

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p p

1.2.2 可能控制气象条件列表

根据比载、控制应力，将有关数据按k

σ值由小到大列出表格，并按A 、B 、

C 、

D 顺序编号，如表2-3所示表2-3 可能的控制气象条件列表

1.2.3 临界档距计算

L l =

355.6LAB l =m LAC l =虚数

142.897LAD l =

LBC l =虚数

LBD l =0

LCD l =209.91

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1.2.4 控制条件确定

列出临界档距控制条件判别表，如表2-4所示表2-4 有效临界档距判别表 (m)

0 l L (m)

图2-1 控制条件的控制范围

综上所述，C 、D 即年平均气温、覆冰为控制气象。 1.3绘制应力弧垂曲线绘制

计算各控制气象条件下的应力利用如下公式：

2222

()2424Eg l Eg l E t t σσασσII II I I II I II I II I -=--- 整理得：

22223

2[()]02424Eg l Eg l E t t σσασσI II II

I II I II

I -----= 弧垂计算公式：

8g l f σII II

= 1.3.1. 求的各气象条件下的应力如表

1.最高气温条件下的应力弧垂如表2-3-1

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2.最大风条件下应力弧垂如表2-3-2

表2-3-2 此时gj=g7=47.51×10-3N/m- mm2 tj=-5℃

3.覆冰条件下应力弧垂如表2-3-3

表2-3-3 此时gj=g7=47.51×10-3N/m- mm2 tj=-5℃

4.大气过电压条件下应力如表2-3-4

表2-3-4

此时gj=g1=36.48×10-3N/m- mm2 tj=15℃

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5.最低气温条件下应力如表2-3-5 表2-3-5 此时

g =36.48×10-3N/m- mm2 tj=-20℃

6.大气过电压（有风）条件下应力如表2-3-6

表2-3-6 此时gj=36.76×10-3N/m- mm2 tj=15℃

7.安装条件下应力如表2-3-7

表2-3-7 此时gj= g1=36.76×10-3N/m- mm2 tj=-10℃

8.内过电压条件下应力如表2-3-8

表2-3-8 此时gj=g1=37.86×10-3N/m- mm2 tj=10℃

9.大气过电压（无风）条件下应力如表2-3-9

表2-3-9 此时gj=g1=36.48×10-3N/m- mm2 tj=15℃

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10.年平均运行应力条件下应力如表2-3-10

表2-3-10 此时gj=g1=36.48×10-3N/m- mm2 tj=10℃

1.3.2 绘制安装曲线

线路安装时不同温度和档距下的应力和弧垂如表2-4-1

表2-4-1 此时gj= 36.76×10-3N/m- mm2

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1.4.1 相关参数的确定

本架空送电线路设计中，导线选用LGJ-300/70型钢芯铝绞线，查阅避雷线与导线配合表选用避雷线型号JLB4-150，镀锌钢绞线规格表得JLB4-150地线的规格参数如表2-5

表2-5 JLB4-150导线规格参数

数如表2-6

表2-6 GJ-70导线弹性系数和膨胀系数

条件：覆冰厚度b=15mm ，覆冰时风速15v =m/s ，最大风速v =30m/s ，雷电过电压时风速10v =m/s ，内过电压时风速15v =m/s 。

1.4.2 地线比载计算

1. 自重比载：有地线本身自重引起的比载。 g 1(0,0)=9.8Go/A ×10-3=46.08×10-3N/m- mm 2

2. 冰重比载：由于第I 气象区的覆冰厚度为零，故冰重比载为 g 2(0,0)=A

b d b )

(73

.27+×10-3=19.43N/m- mm 2 3. 覆冰时地线的垂直总比载：架空线自重比载和冰重比载之和。

g 3(0,0)=g 1+g 2=65.51×10-3N/m- mm 2

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g 4=

cdv f 2

6125.0α·sin 2θ×10-3

当v=30m/s 时f α=0.85 c=1.1 θ=90°

g 4(0,30)=38.07×10-3N/m- mm 2

当v=15m/s 时f α=1.0 c=1.1 θ=90° g 4(0,15)=16.12×10-3N/m- mm 2

当v=10m/s 时f α=1.0 c=1.1θ=90° g 4(0,10)=7.17×10-3N/m- mm 2

5. 复冰时风压比载：覆冰时导线每单位长度、每单位截面积的风压荷载。

g 5（15.15）=A

v b d 2

)2(735.0+·sin 2θ×10-3=12.78×10-3N/m- mm 2

6. 无冰有风时的综合比载：在地线上垂直方向作用的自重和风压比载的几何和。

4215g g g +=

g 5（0,30）=59.77×10-3N/m- mm 2 g 5（0,15）=48.82×10-3N/m- mm 2 g 5（0,10）=46.63×10-3N/m- mm 2

7有冰有风时综合比载：是垂直总比载与复冰风压比载的几何和。 g 7=2

523g g +

g 7（15,15）=66.74×10-3N/m- mm 2

1.4.3 地线的机械物理特性

1. 地线的抗拉强度：地线的计算拉断力与地线的计算截面积的比值称为地线的抗拉强度或瞬时破坏应力。

σp=Tm/A=58720/148.07=396.57MPa

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σmax=σp/K=158.63MPa （K=2.5）

其中K为导线地线的安全系数，在设计中K取值不应小于2.5，避雷线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。

3. 平均应力:

σ=σp×25%=99.14MPa

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第2章杆塔定位

杆塔定位，是把杆塔的位置测设到已经选好的线路中线上，并钉立杆塔桩作为标志。 2.1 杆塔定位 2.1.1杆塔的定位高度

杆塔定位的主要要求是使导线上任一点在任何正常运行情况下都保证有足够的对地和其他被交叉跨越物的安全距离。假定某档距及两侧杆塔高度已定，画出最下层导线在最大弧垂时的悬挂曲线1，最大弧垂max f 由下式确定：

max f H d λδ=---

式中 d h ——杆塔的定位高度，m ； H ——杆塔的呼称高度，m ； d ——对地安全距离， m ； λ——悬挂绝缘子串长， m ； δ——考虑各种误差的裕度，m 。

选用2B-ZM1杆塔呼称高27H =m ；220KV 线路经过非居民区时，对地安全距离 6.5d =m ；绝缘子串由15片XWP-6绝缘子组成，总长 3.035λ=m ；各种误差的施工裕度0.8δ=m 。则最大弧垂max f 为：

27 6.5 3.3050.816.43max f H d λδ=---=---=m

此时要检查导线对地距离是否满足安全距离的要求，就要逐点检查。为此，可将导线两端悬挂点在杆塔上下移一段对地安全距离d 后，画出导线的悬挂曲线2，此时只要曲线2不与地面相交，则实际导线悬挂曲线处满足对地安全距离的要求。于是，称曲线2为导线的对地安全线，导线悬挂点下移后杆塔施工基面间的高差值称为杆塔的定位高度（简称定位高），用f h 表示。

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最大弧垂气象条件时的导线悬挂点曲线按纵断面图相同的纵、横比例尺缩小，然后刻在硬质板材上所得的模板，称为定位模板，其制作方法是：

1. 判定线路经过地区最大弧垂的气象条件为最高气温气象条件。

2. 估计耐张段代表档距d l ：

在应力-弧垂曲线上查出最大气温气象条件时最大弧垂max f 对应的档距

480l =m ，即定位档距。以0.9乘以定位档距l 作为估算的代表档距

0.90.9480432d l l ==?=m 。

3. 由此代表档距在应力-弧垂曲线上查出最大气温气象条件时的应力

135.93σII =MPa ；比载384.4310g -II =?N/m-mm 2。

4. 导线悬挂起来为一条悬链线，其曲线方程：

2x g Z x σII II

将上数值带入得：

24284.4310 3.111022135.93

x g Z x x σ--II II ?===??

5. 制作模板，把模板曲线画一条曲线，是最大弧垂曲线，在其下端相距

6.50.8

7.3d δ+=+=画对地安全线（比例：横向1：5000，纵向1：500）。

2.1.3 杆塔定位

终端塔、转角塔、耐张塔先行定位。再排直线塔位，步骤是： 1. 从耐张杆开始排起，计算杆塔的定位高度：耐张塔：24 6.50.816.7f h H d δ=--=--=m ；

直线塔： 27 6.5 3.0350.816.43f h H d λδ=---=---=m 。

在耐张杆上自地面向上量取16.7m ，使限距曲线通过杆塔，且与地面相切，并要求模板的纵轴始终保持垂直。

2. 量取限距曲线与地面的垂直距离16.43m ，则此位置即为下一基直线杆