架空線路機械特性及安裝曲線制作及應(yīng)用.doc

廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系課程設(shè)計說明書題 目 架空線路機械特性及安裝曲線 制作及應(yīng)用 專 業(yè) 高壓輸配電線路施工運行與維護 班 級 電力812班 學(xué) 號 204081224 學(xué)生姓名 韋 振 堂 指導(dǎo)教師 曾 令 通 2009年 09 月 12日摘 要本設(shè)計是高壓輸配電線路專業(yè)的線路設(shè)計方案。根據(jù)課程應(yīng)用知識設(shè)計規(guī)格采用的導(dǎo)線型號為LGJ120/7，氣象條件為第VI 氣象區(qū)。初步設(shè)計的工作包括：確定氣象條件、編制導(dǎo)線的機械應(yīng)力計算原則（指安全系數(shù)、平均運行應(yīng)力等）及應(yīng)力弧錘曲線。根據(jù)導(dǎo)線型號和經(jīng)過的氣象區(qū)條件利用WCAD線路設(shè)計輔助軟件求出導(dǎo)線計算參數(shù)、導(dǎo)線特性、計算比載、控制條件、有效臨界檔距和各種氣象條件下不同檔距的應(yīng)力和弧錘值并用AutoCAD繪出導(dǎo)線機械特性曲線導(dǎo)線安裝曲線的制作及過程；斷線張力和鄰檔斷線的交叉跨越校驗；施工緊線時弧錘觀測檔選擇及觀測檔的觀測弧錘值計算。根據(jù)導(dǎo)線型號、氣象條件和不同的檔距選擇防振錘型號、防振錘安裝個數(shù)和計算出防振錘的安裝距離。2009年9月目 錄第一章 導(dǎo)線應(yīng)力弧錘特性曲線 11.1 導(dǎo)線應(yīng)力弧錘特性曲線的定義 11.2 導(dǎo)線機械特性曲線的計算程序 11.3 確定控制條件 41.3.1 求已知年平均時的氣象條件求最高氣溫時各孤立檔的應(yīng)力 51.3.2 根據(jù)以上結(jié)果可手工繪出導(dǎo)線特性曲線如下圖 81.4 導(dǎo)線安裝曲線 81.4.1 導(dǎo)線安裝曲線的計算 91.4.2 根據(jù)以上結(jié)果可手工繪出導(dǎo)安裝曲線如下圖 9第二章 交叉跨越校驗及觀測擋的選擇 102.1 斷線前交叉跨越的基本要求 102.2 導(dǎo)線交叉跨越效驗計算 102.3 施工緊線時的觀測弧錘 112.3.1觀測檔的選擇 112.3.2觀測檔的弧錘計算 12第三章 導(dǎo)線防振設(shè)計 133.1 振動的起因 133.2 影響振動的主要因素 133.3 防振措施 133.4 導(dǎo)線防振錘的安裝 143.5 計算防振錘的安裝距離 16參考文獻 17附錄一 18附錄二 19致謝 20第一章 導(dǎo)線應(yīng)力弧錘特性曲線1.1 導(dǎo)線應(yīng)力弧錘特性曲線的定義在架空線路設(shè)計過程中，為了確定有關(guān)桿塔的設(shè)計荷載，導(dǎo)線對地安全距離以及交叉跨越的距離，必須計算導(dǎo)線(或避雷線)在各種天氣條件下不同擋距的應(yīng)力或弧錘，并將計算的結(jié)果以橫坐標為擋距，縱坐標為導(dǎo)線的應(yīng)力或弧錘，并按一定比例繪制出在各種氣象條件下的擋距與應(yīng)力的關(guān)系曲線，這些曲線組稱為導(dǎo)線的應(yīng)力弧錘特性曲線或稱導(dǎo)線機械特性曲線。1.2 導(dǎo)線機械特性曲線的計算程序當已知氣象條件和擋距時，在導(dǎo)線和避雷先的機械特性曲線上，能夠很快的查出相應(yīng)的應(yīng)力和弧錘。 導(dǎo)線機械特性曲線是根據(jù)廣泛調(diào)查分析沿線有關(guān)氣象數(shù)據(jù)等資料的前提下確定的設(shè)計條件，包括導(dǎo)線型號，氣象區(qū)，安全系數(shù)和防振措施(以確定年平均運行應(yīng)力)后，通過下述計算程序繪制的。設(shè)計條件中任意改變其中之一，就有不同的機械特性曲線，所以應(yīng)用時必須明確設(shè)計條件，特別是輸電線路較長時，可能在線路不同區(qū)段采用不同的設(shè)計條件，此時尤其需要注意。導(dǎo)線機械特性曲線的計算程序如下：(1) 確定導(dǎo)線的型號及設(shè)計氣象區(qū)。(2) 確定導(dǎo)線在各種氣象條件時的比載(3) 確定導(dǎo)線的安全系數(shù)及防振措施，計算導(dǎo)線最大使用應(yīng)力和年平均運行應(yīng)力。(4) 計算臨界擋距并進行有效臨界擋距判別，確定控制條件及控制范圍。(5) 以有效臨界擋距判別結(jié)果為已知條件，利用狀態(tài)方程式和弧錘公式，逐一求出其他各種氣象條件下各種代表擋距值時的應(yīng)力和弧錘值。(6) 以代表擋距為橫坐標，應(yīng)力(或弧錘)為縱坐標，繪制各種氣象條件時的應(yīng)力，弧錘曲線。導(dǎo)線的機械特性曲線并不需要按所有氣象條件計算和繪制，根據(jù)工程需要一般須計算和繪制的曲線和項目如下表：表1-1 機械特性曲線計算項目表計算項目大風(fēng)覆冰安裝事故低溫高溫平均氣溫內(nèi)過電壓外過電壓有風(fēng)無風(fēng)應(yīng)力曲線導(dǎo)線避雷線弧錘曲線導(dǎo)線*避雷線注 表示需要繪制的曲線；*表示當導(dǎo)線最大弧錘發(fā)生在最大錘直比載時，應(yīng)計算覆冰（無風(fēng)）和稀有覆冰（無風(fēng)）時的弧錘曲線；空格欄表示可不計算。由附表1-3查得，LGJ-120/7導(dǎo)線的計算拉斷力TP=27570N，計算截面A=125.50mm2，所以導(dǎo)線的綜合瞬時破壞應(yīng)力P=27570/125.5=219。68N/mm2，LGJ-120/7導(dǎo)線的鋁鋼結(jié)構(gòu)比為18/1，有附表1-4查得，彈性系數(shù)d=21.210-6/，=1/E=15.1510-6mm2/N。1、計算控制應(yīng)力取設(shè)計安全系數(shù)K=2.5，則最大使用應(yīng)力為在平均氣溫時，控制應(yīng)力為平均運行應(yīng)力的上限，即2、可能控制條件列表根據(jù)比載；控制應(yīng)力，將有關(guān)數(shù)據(jù)按值由到大列出表格，并按A，B，C，D順序編號，如表1-2所示。表1-2 可能控制條件列表出現(xiàn)控制應(yīng)力的氣象條件控制應(yīng)力（）比 載N（）溫度（）比值順序代號最低氣溫87.87-20A年平均氣溫54.9+10B最大風(fēng)速87.87-5C覆冰87.87-5D3、計算臨界擋距根據(jù)時，根據(jù)時，1.3 確定控制條件表1-3 有效臨界擋距判別表ABC從上表可看出，A欄中無虛數(shù)，故判別A欄，選取一個最小臨界擋距m，然后判別B欄，選取最小臨界擋距，由于，故C欄的所有臨界擋距均無效。代表擋距B控制C控制圖1-4 判定最大應(yīng)力的控制擋距范圍136224.4A控制從圖1-4中可得出，當控制條件為最低溫度，控制應(yīng)力為；當控制條件為年平均氣溫，控制應(yīng)力54.9N/mm，當控制條件為最大風(fēng)速，控制應(yīng)力為87.87N/mm。1.3.1 求已知年平均時的氣象條件求最高氣溫時的應(yīng)力表1-5 根據(jù)A的符號和d的大小直接算出應(yīng)力的精確解：條件1條件2求根公式序號A0d11A0d12A0d03A0d4根據(jù)公式： 已知最低氣溫時的氣像條件及應(yīng)力為：， 求在知道最高氣溫時的氣象條件下各孤立檔的應(yīng)力：， ，利用狀態(tài)方程式求最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力，此時最低氣溫為已知條件，最高氣溫為待求條件。解：當=50m時 ，最高氣溫的導(dǎo)線應(yīng)力為185MPa。已知氣年平均氣溫時的氣像條件及應(yīng)力為：， 求在知道最高氣溫時的氣象條件下各孤立檔的應(yīng)力：， ，利用狀態(tài)方程式求最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力，此時年平均氣溫為已知條件，最高氣溫為待求條件。當=136m時 b=B=44616 c=，d0 最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力為96MPa已知最大風(fēng)速時氣像條件及應(yīng)力為：， 求在知道最高氣溫時的氣象條件下各孤立檔的應(yīng)力：， ，利用狀態(tài)方程式求最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力，此時最大風(fēng)速為已知條件，最高氣溫為待求條件。當=224.4m時 c=，d0 最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力為62Mpa已知最大風(fēng)速時氣像條件及應(yīng)力為：， 求在知道最高氣溫時的氣象條件下各孤立檔的應(yīng)力：， ，利用狀態(tài)方程式求最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力，此時最大風(fēng)速為已知條件，最高氣溫為待求條件。當=500m時 c=，d1 最高氣溫時導(dǎo)線應(yīng)力為37MPa1.3.2 根據(jù)以上結(jié)果可手工繪出導(dǎo)線特性曲線如下圖KGJ-120/7第IV氣象區(qū) K=2.5 =0.25 （圖1-6）最高氣溫如圖1-6，同理計算出導(dǎo)線在各種氣象條件下不同檔距的應(yīng)力或弧錘，并將計算的結(jié)果以橫坐標為檔距，縱坐標為導(dǎo)線的應(yīng)力或弧錘，并按一定比例繪制出在各種氣象條件下的檔距與應(yīng)力的關(guān)系曲線，其機械曲線圖如附錄1所示。1.4 導(dǎo)線安裝曲線安裝曲線就是以橫坐標為擋距，以縱坐標為弧錘曲線和張力，利用導(dǎo)線狀態(tài)方程式，計算出各種可能的安裝氣象條件下，不同擋距時的弧錘張力，并將其繪制成曲線。該曲線供施工安裝導(dǎo)線使用，并作為線路運行的技術(shù)擋案資料。導(dǎo)線和避雷線的架線安裝，是在不同的氣溫下進行的。施工前緊線時要用事前做好的安裝曲線，查出各種施工氣溫下的弧錘，以確定架工線路的松緊程度，使其在運行中任何氣象條件下的應(yīng)力都不超過最大使用應(yīng)力，且滿足耐振條件，使導(dǎo)線任何點對地面及被跨越物之間的距離符合設(shè)計要求，保證運行的安全。導(dǎo)線安裝曲線通常繪制張力和弧錘兩種曲線。安裝曲線的計算方法與機械特性曲線計算相同。只是其氣象條件為無冰無風(fēng)情況，溫度變化范圍為最高氣溫到最低氣溫，其間隔可取5（或10），擋距的變化范圍視工程實際情況而定。圖中每一條曲線對應(yīng)一種安裝氣象條件。導(dǎo)線的張力和應(yīng)力的關(guān)系為：式中 T導(dǎo)線張力，N 導(dǎo)線應(yīng)力，N/mm A導(dǎo)線截面積，mm1.4.1 導(dǎo)線安裝曲線的計算當，=185125.5=23.2KN當，=96125.5=12KN當，=62125.5=7.8KN當，=37125.5=4.6KN1.4.2 根據(jù)以上結(jié)果可手工繪出導(dǎo)線安裝曲線如下圖同理計算出其他導(dǎo)線在各種安裝條件下不同檔距的張力，并將計算的結(jié)果以橫坐標為檔距，縱坐標為導(dǎo)線的張力或弧錘，并按一定比例繪制出在各種安裝條件下的檔距與張力的關(guān)系曲線，其安裝曲線圖如附錄2所示。第二章 交叉跨越校驗及觀測擋的選擇2.1 斷線前交叉跨越的基本要求（1）線路與電信線、鐵路等交叉跨越時，首先應(yīng)滿足交叉角的要求，而且不得在電線桿頂或配電線路的變壓器上方跨越，以免影響被跨越物的檢修。(2)線路與河流交叉跨越時，應(yīng)在河道最窄，跨越擋距最小，河道順直，河岸穩(wěn)固且不受洪水淹沒沖刷的地方和地質(zhì)較好的地方跨越。(3)線路不得在碼頭船舶?？康牡胤娇缭胶恿鳌?4)跨河點應(yīng)避開支流入口處，河道轉(zhuǎn)彎處和主流經(jīng)常變遷的地方。(5)跨越河流時，線路路徑應(yīng)盡量靠近擺渡和公路橋梁，以便施工，運行檢修的通暢，但線路不得在其上方跨越。(6)盡量與河流錘直交叉跨越以縮短跨越擋距降低造價。(7)線路不得在鐵路進出站的信號裝置及車站站界范圍以內(nèi)跨越鐵路，否則應(yīng) 取得有關(guān)部門同意。(8)當線路與河道，干枯河溝，公路等外交叉時，應(yīng)注意兩側(cè)立桿塔的可能性，盡量避免平行接近斜交叉，以防桿塔落在河道或溝內(nèi)。2.2 導(dǎo)線交叉跨越效驗計算 在線路設(shè)計時，如果沒有考慮防范導(dǎo)線斷線造成的各種可能，那么在運行中一旦發(fā)生了斷線，就將事故擴大，以致造成整個耐張段甚至全線路倒桿，修復(fù)工作量很大。一次，設(shè)計線路桿塔時應(yīng)考慮一根至兩根導(dǎo)線與避雷線折斷時的事故情況。斷線的根數(shù)按桿塔的形式而定。計算斷線張力的目的，除了為桿塔的強度設(shè)計提供荷載外，還為交叉跨越擋的限距效驗提供應(yīng)力，以便計算弧錘。此外，在線路運行中也可以分析實際發(fā)生的斷線事故。根據(jù)耐張段布置圖選耐張塔4#為對象求交叉跨越校驗，斷線擋為3-4號桿。l= 查表得，斷線應(yīng)力為：弧錘：fd=H=0.243m 不合格2.3 施工緊線時的觀測弧錘2.3.1 觀測檔的選擇在連續(xù)的施工緊線時，并不是每個檔都進行弧錘觀測，而是從一個耐張段中選出一個或幾個觀測檔進行弧錘觀測。為了使一個耐張段的各檔弧錘都能滿足要求，弧錘觀測檔應(yīng)力求符合兩個條件：即檔距較大及懸點高度差較小的檔。具體選擇原則如下：（1） 當緊線耐張段連續(xù)檔在6檔或6檔以下時，靠近中間選擇一大檔距作為觀測檔。（2） 當緊線耐張段連續(xù)檔在715檔時，靠近兩端各選擇一大檔作為觀測檔，但不宜選擇有耐張桿的檔距。（3） 當緊線耐張段連續(xù)檔在15檔以上時，應(yīng)在兩端及中間附近選擇一大檔距作為觀測檔。2.3.2 觀測檔的弧錘計算線路施工時，一般根據(jù)各個耐張段的代表檔距，分別從安裝曲線上查出各種施工溫度t（要考慮初伸長的影響）下的弧錘，當曲線中沒有溫度為t的安裝曲線時，可采用插入法查取。再換算到觀測檔距的值，以便安裝緊線時使用。當已知代表檔距的弧錘時，則觀測檔的弧錘計算如下：式中觀測擋距的弧錘，m；代表擋距的弧錘，m；觀測擋距長度，m；代表擋距，m。取AB作為觀測檔現(xiàn)場實測氣溫，根據(jù)， 查安裝曲線得第三章 導(dǎo)線防振設(shè)計3.1 振動的起因架空輸電線路的導(dǎo)線受到穩(wěn)定的微風(fēng)作用時，便在導(dǎo)線背后形成以一定頻率上下交替變化的氣流旋渦，從而使導(dǎo)線受到一個上下交變的脈沖作用。當氣流旋渦的交替變化頻率與導(dǎo)線的固有自振頻率相等時，導(dǎo)線在錘直面內(nèi)產(chǎn)生共振即引起導(dǎo)線振動。3.2 影響振動的主要因素風(fēng)速、風(fēng)向、擋距、懸點高度、導(dǎo)線應(yīng)力以及地形、地物等。表3-1 引起導(dǎo)線振動的風(fēng)速范圍擋距(m)懸掛點高度(m)引起振動的風(fēng)速范圍(m/s)下限上限150250120.54.0300450250.55.0500700400.5658.03.3 防振措施 設(shè)法從根本上清除引起導(dǎo)線振動的條件。 利用線路設(shè)備本身對導(dǎo)線振動的阻尼作用。 在導(dǎo)線上裝設(shè)防振錘。 防振錘型號及適用絞線截面： 表3-2 防振錘型號及適合絞線截面型號適用絞線截面（）質(zhì)量（ kg）鋼絞線鋁絞線或鋼芯鋁絞線FD-135501.5FD-270952.4FD-31201504.5FD-41852405.6FD-53004007.2FD-65006308.6FG-353550701001.8FG-502.4FG-704.2FG-1003.9 3.4 導(dǎo)線防振錘的安裝 最常用的防振錘形式它是由一段短的鋼絞線在其兩端各裝一個重錘，中間有專為裝于導(dǎo)線上使用的夾板組成。當導(dǎo)線振動時，夾板隨著導(dǎo)線上下移動，由于兩端重錘具有較大的慣性而不能和夾板同步移動，致使防振錘的鋼絞線不斷上下彎曲。重錘的阻尼作用減小了振動的振幅，而鋼絞線的變形及股線間的摩擦則消耗了導(dǎo)線振動傳給它的能量，從而減小了導(dǎo)線的振動。導(dǎo)線振動的振幅越大，防振錘的鋼絞線上下彎曲撓度越大，則消耗的能量越多。振幅減小，防振錘消耗的能量隨之下降，最后在能量平衡的條件下導(dǎo)線以很低的振幅振動。這就是防振錘的防振原理，從中我們可以看出，嚴格來說防振錘并不是防振，而是將振動限制在無危險的范圍。從防振錘的防振原理可見，要使防振錘能量最大限度地消耗導(dǎo)線振動的能量，就要在防振錘的安裝時，以防振錘的鋼絞線能產(chǎn)生最大撓度為原則。在選擇防振錘型號時，首先防振錘的固有自振頻率應(yīng)與導(dǎo)線可能發(fā)生的振動頻率范圍相適應(yīng)，其次防振錘的重量要適當，太輕則消振效果差，太重則可能在防振錘安裝位置形成新的波節(jié)點，另外，還應(yīng)與導(dǎo)線型號相配合，防振錘的選擇一般可按下表進行在確定防振錘安裝位置時，因為導(dǎo)線的振動是沿整擋導(dǎo)線駐波分布的，導(dǎo)線懸掛點處無論何種頻率的振動均為一固定的波節(jié)點，因此，防振錘應(yīng)安裝在懸掛點附近，另外，防振錘應(yīng)安裝在波腹點附近，這樣防振錘甩動幅度最大，消耗振動能量最多。然而，導(dǎo)線振動的頻率和波長并非是惟一的，而是在一定范圍內(nèi)變化的。為使防振錘的安裝能對個種頻率和波長的振動都能發(fā)揮一定的防振作用，就應(yīng)照顧到出現(xiàn)最大及最小半波長時，都能起到一定的防振作用，如此自然對中間波長的振動具有更好的防振效果。綜上所述，當安裝一個防振錘時，其安裝位置的確定原則是：在最大波長和最小波長情況下，防振錘的安裝位置在線夾出口處第一個半波長范圍內(nèi)，并對這兩種波長的波節(jié)點或波腹點具有相同的接近程度，即在這兩種情況下防振錘安裝點的“相角”的正弦絕對值相等。根據(jù)上述原則，可以推得防振錘安裝距離計算式為：b=式中b-防振錘的安裝距離，m -振動波的最大波長，m-振動波的最小波長，m-最低氣溫時的導(dǎo)線應(yīng)力，N/mm-最高氣溫時的導(dǎo)線應(yīng)力，N/mm-振動的上限風(fēng)速，m/s-振動的下限風(fēng)速，m/s防振錘的安裝距離，對懸錘線夾來是說，是指自線夾出口至防振錘夾板中心間的距離，對耐張線夾來說，當采用一般輕型螺栓式或壓接式耐張線夾時，也指自線夾出口至防振錘夾板中心間的距離。當導(dǎo)線擋距較大，懸點高度較高，風(fēng)的輸入能量很大而使導(dǎo)線振動強烈時，安裝一個防振