220kV高壓線路電氣部分設(shè)計-輸電線路的關(guān)鍵檔距

220kV高壓線路電氣部分設(shè)計——輸電線路的關(guān)鍵檔距目錄TOC\o"1-3"\h\u10464220kV高壓線路電氣部分設(shè)計 kV高壓線路電氣部分設(shè)計——輸電線路的關(guān)鍵檔距摘要本設(shè)計是220kV高壓線路電氣部分設(shè)計，其基本的設(shè)計步驟是依據(jù)《架空輸電線路》這本書中的設(shè)計步驟進(jìn)行的，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)程GB50540-2010及設(shè)計原始材料，完成具體線路的導(dǎo)地線設(shè)計、桿塔設(shè)計、防雷防振設(shè)計、金具設(shè)計等內(nèi)容。這次的畢業(yè)論文設(shè)計主要介紹輸電線路中的一部分重要的關(guān)鍵檔距。我把它分為六個部分來進(jìn)行闡述。第一章主要講輸電線路的分類和組成部分；第二章主要講設(shè)計的原始材料還有設(shè)計方向；第三章主要講輸電線路中氣象條件對架空線的影響和主要氣候條件的收集，以便設(shè)計氣象條件組合；第四章主要講架空線的各類比載的定義和相應(yīng)公式的整理；第五章主要講輸電線路的關(guān)鍵檔距的概念、計算方法和注意事項；第六章主要講如何對設(shè)計中涉及的檔距進(jìn)行計算，對計算結(jié)果分析研究。關(guān)鍵詞：220kV分類氣候比載檔距220kVhighvoltagelineelectricalpartdesign——criticalrangeoftransmissionlineAbstractThisdesignistheelectricalpartofthe220kVhighvoltagelinedesign,thebasicdesignstepsarebasedonthe"overheadtransmissionlines"inthebookdesignsteps,accordingtotheexistingtechnicalregulationsGB50540-2010andthedesignoftheoriginalmaterials,thecompletionofthespecificlineofthegroundingwiredesign,towerdesign,lightningprotectionandvibrationdesign,thedesignofmetaldesignandothercontent.Thisdesignmainlyintroducesthetransmissionlineinpartoftheimportantcriticalrange.Thisdesignconsistsofsixparts.Thefirstchaptermainlydiscussestheclassificationandcomponentsoftransmissionlines;Thesecondchaptermainlyfocusesontheoriginalmaterialsanddesigndirectionofthedesign;Thethirdchaptermainlydiscussestheinfluenceofmeteorologicalconditionsonoverheadlinesandthecollectionofmainclimaticconditionsinordertodesignthecombinationofmeteorologicalconditions.Thefourthchaptermainlyintroducesthedefinitionofvariousspecificloadsofoverheadlinesandthearrangementofcorrespondingformulas.Thefifthchaptermainlyintroducestheconcept,calculationmethodandmattersneedingattentionofthecriticalrangeoftransmissionline.Thesixthchapteristocalculatethedistanceinvolvedinthedesign,andanalyzethecalculationresults.Keywords:220kVclassificationweatherthantheloadspan前言隨著時代的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，“電”成為了人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠?，逐漸成為國家的經(jīng)濟(jì)命脈，“電”無論是對國家和老百姓都起著至關(guān)重要的作用，國家的各種發(fā)展離不開電，人們的日常生活離不開電，而輸電線路則是電力系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的一部分，當(dāng)今社會，人們的生活質(zhì)量不斷提高，生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，對“電”的需求更是越來越大，這樣就會導(dǎo)致電網(wǎng)的建設(shè)難度增大，我們要不斷完善輸電線路的設(shè)計方案和各種施工技術(shù)，提高輸電線路建設(shè)的質(zhì)量，保證更安全有效的進(jìn)行電力建設(shè)，保證社會的可持續(xù)運轉(zhuǎn)提供可靠電力。輸電線路的各種設(shè)計和規(guī)劃相對于輸電線路來說是非常重要的，電力建設(shè)的重要組成部分也是輸電線路工程設(shè)計，它對輸電線路的正常運行起著決定性作用。進(jìn)行輸電線路設(shè)計時，我們要充分了解架設(shè)線路的地形、氣象條件，以便更加經(jīng)濟(jì)、合理、安全的對輸電線路進(jìn)行設(shè)計。本次設(shè)計主要是對220kV高壓輸電線路電氣部分設(shè)計，主要研究高壓輸電線路中的水平檔距、垂直檔距、極大檔距、極限檔距、允許檔距這五個關(guān)鍵檔距，并對其概念進(jìn)行介紹，確定相應(yīng)的計算方法。本設(shè)計以《電力工程高壓送電線路（第二版）》和《架空輸電線路設(shè)計》為研究對象的基礎(chǔ)，并結(jié)合原始材料進(jìn)行研究與分析，并完成水平檔距和垂直檔距的相應(yīng)計算，分析整理架空輸電線路中懸掛導(dǎo)線和檔距之間所受應(yīng)力的關(guān)系，以此確定相關(guān)的物理參數(shù)。架空輸電線路基礎(chǔ)知識1.1輸電線路的分類1.1.1電壓等級由電壓等級可以把輸電線路分為高壓線路、超高壓線路和特高壓線路。35—220kV的線路為高壓（HV）線路；330—750kV的線路為超高壓（EHV）線路；750kV以上的是特高壓線路[1]。我國當(dāng)下主要的輸電線路的電壓等級有：35、（66）、110、（154）、220、330、500、750、1000kV，其中66和154kV新建線路不再使用[2]。1.1.2架設(shè)方式輸電線路按架設(shè)方式的不同可以分為架空線路和電纜線路。1.1.3電流性質(zhì)由輸電線路性質(zhì)的不同可以把輸電線路分為交流線路和直流線路。三相交流線路是最常見的輸電線路[3]。1.1.4桿塔上的回路數(shù)目由桿塔上的回路數(shù)目的多少可以把輸電線路分為分為單回路、雙回路以及多回路。除了架空地線外，單回路桿塔上僅有一回三相導(dǎo)線，雙回路桿塔上有兩回三相導(dǎo)線，多回路桿塔上有三回及以上的三相導(dǎo)線[4]。1.1.5導(dǎo)線間距由相導(dǎo)線之間的距離的多少可以把輸電線路分為常規(guī)型線路和緊湊型線路。在運行安全得到保證的情況下，緊湊型輸電線路可以優(yōu)化導(dǎo)線排列，大大提高輸電線路的自然輸送功率[5]。1.2輸電線路的構(gòu)成架空輸電線路的主要構(gòu)成部分有：導(dǎo)線、地線、絕緣子（串）、線路金具、桿塔和拉線、基礎(chǔ)以及接地裝置等[6]。1.2.1導(dǎo)線導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電流，輸送電能，并通過絕緣子串懸掛在桿塔上。然而由于導(dǎo)線長年累月的在大氣中運行，受風(fēng)、冰、雪和溫度變化等氣候條件的影響，承受著變化的拉力的作用，與此同時承受著空氣中污物的侵蝕。所以導(dǎo)線除了應(yīng)該具有良好的導(dǎo)電性能以外，還必須要有足夠的機械強度和防腐性能，而且要質(zhì)輕價廉[7]。1.2.2地線地線又名為避雷線，它是懸掛在導(dǎo)線上方的一根或兩根金屬線，其作用是防止雷電直接擊中導(dǎo)線，如果雷電直接擊中桿塔時，它能起到分流的作用，對導(dǎo)線起耦合和屏蔽作用，降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓[8]。1.2.3絕緣子絕緣子的主要作用是用來支持或懸掛導(dǎo)線和地線，以此保證導(dǎo)線與桿塔之間不發(fā)生閃絡(luò)，地線與桿塔之間絕緣。由于絕緣子經(jīng)常暴露在自然環(huán)境當(dāng)中，長期受風(fēng)雨冰霜及氣溫突變等惡劣氣候的考驗，有時候還收到有害氣體的污染，所以絕緣子一定要具有充足的電氣絕緣強度和機械強度，而且要做到定期檢修[9]。1.2.4線路金具輸電線路中所使用的金屬部件（除桿塔螺栓外）統(tǒng)稱為線路金具。而且線路金具種類很多，其作用也互不相同，經(jīng)常使用的有：線夾、連接金具、保護(hù)金具以及拉線金具等。而且線路金具經(jīng)常要承受較大的荷載，這就需要線路金具具有足夠的強度。如果是與導(dǎo)線相連的金具，還必須具有良好的電氣性能。金具的質(zhì)量好壞，使用和安裝是否正確，這些內(nèi)容對送電的安全性是有很大影響的。所以在設(shè)計線路時，應(yīng)該盡可能的選擇標(biāo)準(zhǔn)金具[10]。1.2.5桿塔和拉線桿塔的主要作用是用來支持導(dǎo)線和地線以及其他附件，從而使導(dǎo)線和地線之間能夠保持一定的安全距離，并確保導(dǎo)線對地面和交叉跨越物或者是其他建筑物等具有允許的安全距離。目前比較常用的桿塔有鋼筋混泥土電桿和鐵架塔兩種。在線路的總投資中桿塔部分大約占比40%，所以在設(shè)計時應(yīng)該盡可能做到桿塔的結(jié)構(gòu)簡單、材料消耗較少、機械強度高、方便施工安裝和維護(hù)[11]。拉線的主要作用是用來平衡桿塔的橫向荷載和導(dǎo)線張力，以此減少桿塔根部的彎曲。而且拉線還可以減少桿塔材料的消耗量，進(jìn)一步降低線路的造價[12]。1.2.6桿塔基礎(chǔ)桿塔基礎(chǔ)的主要作用是用來支撐桿塔，傳遞桿塔所受到的荷載至大地。桿塔基礎(chǔ)有很多種型式，應(yīng)該根據(jù)所使用的桿塔的型式、沿線地形、工程地質(zhì)、水文和施工運輸?shù)葪l件綜合考慮確定。1.2.7接地裝置接地裝置的主要作用是用來導(dǎo)泄雷電流入地，以此保證線路具有一定的耐雷水平。1.3施工圖設(shè)計施工圖設(shè)計包括：施工圖總說明書及附圖、線路平斷面圖、桿塔位明細(xì)表、機電施工圖及說明書、桿塔施工圖及說明書、基礎(chǔ)施工圖及說明書通信保護(hù)施工圖及說明書、預(yù)算書、勘測資料工程技術(shù)檔案資料等。如果線路有大跨越時還應(yīng)該有大跨越設(shè)計施工圖及說明書。1.3.1線路路徑圖測量的是最終的確定的線路走向圖，一般繪制于五萬分之一或十萬分之一的地形圖上，圖上標(biāo)明了線路的起點、終點、轉(zhuǎn)角度數(shù)和中間經(jīng)過的位置。它在線路施工中器材的堆放、運輸、工地布置以及線路運行中巡查和檢修的工作安排起到一定的指導(dǎo)作用。1.3.2桿塔一覽圖和使用條件一覽表給出全年使用的桿塔型號、高度和使用條件，以及全線使用各種型號桿塔的數(shù)量。1.3.3線路桿塔明細(xì)表它反映的是全線的情況，按照桿塔編號逐次寫出桿塔、檔距、導(dǎo)地線、附件、基礎(chǔ)、交叉跨越、接地裝置等。分析全線情況，進(jìn)行施工測量及施工重要文件。1.3.4線路平斷面圖由平面斷圖設(shè)計出桿塔的位置、高度、型號、土石方開挖量、基礎(chǔ)施工基面。并參照平斷面圖確定緊線位置、弧垂觀測檔和放線位置；根據(jù)交叉交叉跨越物的垂直距離對照現(xiàn)場情況，并在放線、緊線施工過程中采取一定的保護(hù)措施，并作為施工后的檢查的依據(jù)。1.3.5線路換位圖導(dǎo)線的所有排列方式中，等邊三角形排列方式除外，其他任何一種排列方式都不能保證導(dǎo)線的電感、電容和三相阻抗都相等，它的不相等會造成三相電流的不平衡。這種不平衡會對發(fā)電機、電動機、電力系統(tǒng)的運行和輸電線路附近的弱電線路都會帶來一系列的不平衡影響。為了盡可能的避免這些影響，各相導(dǎo)線應(yīng)該在空間輪流交換導(dǎo)線位置，以此方法來平衡三相阻抗[13]。對于完全換位的線路，各相導(dǎo)線在空間的每一個位置的各段長度之和相等。而進(jìn)行以此完全換位通俗的來講又稱為一個換位循環(huán)。對于中線點直接接地的電力網(wǎng)來說，線路長度在100-200km之間，通常應(yīng)該有一個換位循環(huán)，而線路長度大于200km時，則需要有兩個或多個換位循環(huán)。如果線路有換位，就應(yīng)該有設(shè)計部門提供線路換位示意圖和換位安裝圖。1.3.6通信線路平面關(guān)系圖如果測量鄰近的線路有通信線路時，應(yīng)該有通信線路平面關(guān)系圖和通信線路保護(hù)圖。第二章原始材料的設(shè)計2.1輸電線路基本設(shè)計情況擬建一回220kV線路：線路所處地區(qū)海拔在3000m-3300m之間。污穢等級為二級。外企定位工作已經(jīng)完成并成平斷面定位圖。見附件根據(jù)系統(tǒng)專業(yè)論證提資，連接兩變電站間線路導(dǎo)線采用JL/G1A-400/50鋼芯鋁絞線，其中1項采用OPPC導(dǎo)線；地線一根采用JLB20A-150鋁包鋼絞線，；另一根采用OPGW地線；導(dǎo)地線物理參數(shù)如下：項目導(dǎo)線地線電線型號JL/GIA-400/50JLB20A-120結(jié)構(gòu)鋁（根數(shù)/直徑mm）54/3.07/鋼、鋁包鋼（根數(shù)/直徑mm）7/3.0719/3.15計算截面積(mm2)451.55148.07計算外徑(mm)27.6315.75計算重量(kg/m)1.5110.9894計算拉斷力(N)（地線為鋼絲破斷拉力總和）123400178570彈性系數(shù)(MPa)69000147200線膨脹系數(shù)(1/℃)19.3×10-613.0×10-6直流電阻2.2氣象條件根據(jù)水文專業(yè)調(diào)查提資，線路所處區(qū)域氣象條件如下：項目氣溫（℃）風(fēng)速（m/s）覆冰厚度（mm）最高氣溫4000最低氣溫-1000年平均氣溫1000基本風(fēng)速(15m高)10270覆冰情況-51520安裝情況-5100操作過電壓10150雷電過電壓15100帶電作業(yè)15100事故情況-5020驗算情況-51030冰的密度(g/cm3)0.9年平均雷暴日（天）602.3桿塔編號和實測接地電阻實測逐基桿塔電阻率如下：桿塔編號實測接地電阻（Ω·m）N1560N2870N3860N41230N52560N63890N72220N81902N92600N103450N112560N12870N13860N143802.4導(dǎo)線應(yīng)力的概念項目最大使用張力（N）年平均運行張力（N）斷線張力（或分裂導(dǎo)線縱向不平衡張力）取值（%）不均勻覆冰情況不平衡張力取值（%）直線塔耐張塔直線塔耐張塔導(dǎo)線4689219830551002542地線37698182591001004654導(dǎo)線應(yīng)力是指懸掛于兩基桿塔之間的一檔導(dǎo)線，導(dǎo)線自重、冰重和風(fēng)壓等荷載作用下，任何一個橫截面上都有一個內(nèi)力存在。根據(jù)材料力學(xué)中應(yīng)力定義得知，導(dǎo)線應(yīng)力是導(dǎo)線橫截面積上的內(nèi)力，因為在導(dǎo)線上作用的荷載是沿著導(dǎo)線長度均勻分布的，所以一檔導(dǎo)線中各點導(dǎo)線應(yīng)力是各不相同的，而且導(dǎo)線上某一點應(yīng)力方向與導(dǎo)線懸掛曲線點的切線方向相同，由此可知，一檔導(dǎo)線中導(dǎo)線最低點應(yīng)力的方向是水平的。因此，導(dǎo)線應(yīng)力、弧垂分析，除了需要特別說明的地方外，導(dǎo)線應(yīng)力都指檔內(nèi)導(dǎo)線最低點的水平應(yīng)力，符號為σ0[14]。在懸掛于兩基桿塔之間的一檔導(dǎo)線中，弧垂與應(yīng)力關(guān)系是弧垂越大，導(dǎo)線應(yīng)力越??；弧垂越小，導(dǎo)線應(yīng)力越大。所以，出于對導(dǎo)線安全強度的角度考慮，應(yīng)加大導(dǎo)線弧垂，以此來減小應(yīng)力，以便于提高安全系數(shù)[15]。然而，如果只是單獨的強調(diào)增大弧垂，為了保證輸電線路對地的安全距離，在檔距相同條件下，就必須要增加桿塔的高度，或者是在桿塔高度相同的情況下縮小檔距，但這樣就會使線路基建投資成本增加。同時，在輸電線路之間距離不變的情況下，增大弧垂也就是增大了運行中容易發(fā)生混線事故的機率。為了解決安全與經(jīng)濟(jì)這一對矛盾關(guān)系，我們的處理辦法是在導(dǎo)線機械強度允許的范圍內(nèi)，盡可能的減小弧垂，這樣既可以最大限度的利用好導(dǎo)線的機械強度，又成功的降低了桿塔的高度。最大允許應(yīng)力就是導(dǎo)線的機械強度允許的最大應(yīng)力，通常用σMAX來表示。架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定，避雷針和導(dǎo)線設(shè)計的安全系數(shù)要大于等于2.5。所以，導(dǎo)線的最大允許應(yīng)力為：[σmax]=Tcal關(guān)系式中：[σmaxTcalσcalS—表示導(dǎo)線的計算面積；2.5—表示導(dǎo)線允許的最小安全系數(shù)。線路的設(shè)計和施工過程中，我們應(yīng)該考慮導(dǎo)線在各種氣象條件下的各種狀況，當(dāng)最大應(yīng)力剛好等于導(dǎo)線的最大允許應(yīng)力，這樣是可以滿足技術(shù)要求的。如果由于孤立檔或地形等條件的限制，有時候不得不把最大應(yīng)力控制在比最大允許應(yīng)力小的某一個水平上以便于保證線路運行的安全性，所以，安全系數(shù)K>2.5。所以，設(shè)計時確定的最大應(yīng)力氣象條件的導(dǎo)線應(yīng)力的最大使用值稱為最大使用應(yīng)力，用σmax表示，即：σmax=Tcal關(guān)系式中：σmax—導(dǎo)線最低點最大使用應(yīng)力K—導(dǎo)線強度安全系數(shù)。由以上可以得知，當(dāng)K=2.5時，σmax＝[σmax]，此時，我們可以稱導(dǎo)線按正常應(yīng)力架設(shè)；當(dāng)K＞2.5時，σmax＜[σmax]，我們稱導(dǎo)線按松弛應(yīng)力架設(shè)。其中導(dǎo)線控制應(yīng)力之一就是導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力[16在工程設(shè)計、施工過程中，導(dǎo)線安全系數(shù)一般取2.5，但是變電所的進(jìn)出線檔導(dǎo)線最大使用應(yīng)力通常是受變電所進(jìn)出線構(gòu)架的最大允許應(yīng)力控制的；而對于檔距較小的孤立檔來說，導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力通常是受到緊線施工時的允許過牽引長度的控制的。而對于地形高差特別大的耐張段，導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力通常又受到導(dǎo)線懸掛點應(yīng)力控制。在這些情況中，導(dǎo)線的安全系數(shù)都是大于2.5的，被稱為松弛應(yīng)力架設(shè)[17]。導(dǎo)線應(yīng)力是跟隨氣象條件變化而變化的，在最大應(yīng)力氣象條件時導(dǎo)線在最低點的應(yīng)力被稱為最大使用應(yīng)力，反之，在其他應(yīng)力條件時的應(yīng)力都應(yīng)該小于最大使用應(yīng)力。2.5設(shè)計資料來源《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊（第二版）》《架空輸電線路設(shè)計》《南方電網(wǎng)公司110kV—500kV輸電線路桿塔標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計V1.0應(yīng)用手冊》《110kV—750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB50545—2010）《南方電網(wǎng)110kV—500kV輸電線路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計》2D1R7模塊《南京線路器材廠——線路金具樣本》第三章氣象條件的設(shè)計3.1重要氣象參數(shù)以及對線路的影響架空輸電線路一年四季都在大氣中運行，要承受氣溫、冰、風(fēng)、雷電等氣象條件的影響，這些氣象條件的變化主要會引起架空線荷載和懸掛曲線長度發(fā)生變化，從而使架空線的應(yīng)力和弧垂一起跟著改變，以至于影響桿塔、基礎(chǔ)所受荷載大小和其他物體間的電氣安全距離。通常來說，雨水是很難在架空輸電線路上停留的，而雪的密度相對較小，它們對線路的影響并不是很大，如果是雷電對輸電線路的影響，我們可以增強防雷措施來解決。風(fēng)、覆冰和氣溫對架空輸電線路的機械強度和電氣間距有較大的影響，也是線路設(shè)計必須要考慮的重要氣象參數(shù)，是氣象條件的三要素[21]。風(fēng)壓是風(fēng)作用在架空輸電線路上形成的，并產(chǎn)生水平方向的荷載。風(fēng)壓的大小取決于風(fēng)速的高低，風(fēng)速越高，風(fēng)壓越大，反之則越小，風(fēng)荷載也是取決于風(fēng)速的高低，也是風(fēng)速越高，風(fēng)荷載越大，反之則越小。風(fēng)荷載會使架空線輸電線路的應(yīng)力增大，桿塔可能會產(chǎn)生彎曲，也可能會引起斷線甚至倒桿等事故。因為微風(fēng)能引起架空線的震動，長時間受此刺激很可能會出現(xiàn)斷線。強風(fēng)會引起架空線不同步擺動，在特殊的情況下很可能會讓架空線舞動，造成相間閃絡(luò)，更嚴(yán)重的可能產(chǎn)生鞭擊。風(fēng)速也能使懸垂絕緣子發(fā)生擺偏，以至于造成帶電部分與桿塔構(gòu)件建的電氣距離減小，進(jìn)而發(fā)生閃絡(luò)。覆在一定的氣象條件下架空輸電線路和絕緣子串上面出現(xiàn)冰、雪、雨水以及積雪，統(tǒng)稱為覆冰。覆冰增加了架空輸電線路的垂直荷載，增大了架空輸電線路的張力，隨之而來的也就是架空輸電線路的迎風(fēng)面積也在增大，使得所受到的水平風(fēng)壓荷載也在增大，這就進(jìn)一步導(dǎo)致斷線倒桿的可能性在增大，覆冰的垂直荷載能使架空輸電線路的弧垂增大，這就減小了對地或者跨越物的電氣間距因而釀成事故。覆冰后，下層的架空輸電線路脫水時，突然釋放的彈性能使架空輸電線路向上跳躍，此脫冰跳躍與上層架空輸電線路之間引起閃絡(luò)。覆冰也增大了架空輸電線路舞動的可能性。架空輸電線路的日漲冷縮是由于氣溫的變化引起的。氣溫變低時，架空輸電線路線長變短，張力反而增大，這就有可能出現(xiàn)斷線；氣溫變高時，架空輸電線路的線長變長，弧垂隨之變大，這就很難保證對地或者對其他跨越物之間的電氣距離。在高溫條件下，電流會引起導(dǎo)線溫度增加，這時可能會高于允許值，這種變化的溫度也會出現(xiàn)斷線。3.2主要的氣象參數(shù)為了確保架空輸電線路的可靠運行，并且使機械強度和電氣距離滿足變化的氣象條件的需求，一定要關(guān)注沿線地區(qū)的氣象情況進(jìn)行全面了解，并收集詳細(xì)的氣象資料，因為這在架空輸電線路的設(shè)計中是很重要的。3.3氣象條件組合設(shè)計3.3.1輸電線路需要滿足的各種要求對架空輸電線路安全可靠運行的影響的三要素是溫度、覆冰和風(fēng)。它的值的選取也要滿足整個架空輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的要求，并以此確保架空輸電線路的施工安全和運行檢修。并且應(yīng)該保證：在風(fēng)、覆冰以及最低溫度下，依然能夠正常運行；在一年四季運行中，架空輸電線路應(yīng)該具有很好的耐震性能；無論任何季節(jié)，其風(fēng)速、覆冰或者是最高溫度，在保證正常運行情況下，架空輸電線路對地線、桿塔或者是其他物體都保證有足夠的安全距離；稀有氣象條件驗算不發(fā)生桿塔傾覆和斷線；安裝以及施工情況下不發(fā)生人身安全事故和設(shè)備損壞事故；斷線事故和不平衡張力情況不倒桿，事故不擴大。3.3.4氣象條件組合線路正常的氣象組合；線路耐震計算氣象組合；雷電過電壓氣象組合；操作過電壓氣象組合；線路安裝和檢修氣象組合；線路斷線事故氣象組合。第四章架空輸電線路的比載架空輸電線路的比載的定義是在架空輸電線路的計算問題中，經(jīng)常使用到的架空輸電線路單位長度上的荷載折算到單位面積上的數(shù)值，常用單位是N/（m?mm）或者M(jìn)Pa/m。架空輸電線路上根據(jù)荷載的不同，對應(yīng)的比載也有自重比載、冰重比載以及風(fēng)壓比載等。由于作用方向的不同，又把比載分為垂直比載、水平比載以及綜合比載。4.1垂直比載自重比載和冰重比載都屬于垂直比載，其作用方向是垂直向下的。4.1.1自重比載由架空輸電線路自身重量引起的比載稱為自重比載，它的大小可以象征性的認(rèn)為不受氣象條件變化的影響，自重比載的表達(dá)式：關(guān)系式：q—表示架空輸電線路單位長度質(zhì)量，單位是kg/m；A—表示架空輸電線路的橫截面積，單位是mm；g—表示重力加速度，g=9.80665m/s。4.1.2冰重比載由架空輸電線路覆冰重量引起的比載稱為冰重比載，假設(shè)覆冰的重量為b，架空輸電線路單位長度上的覆冰面積為：V=假設(shè)覆冰密度ρ=0.9×10kg/cm，由此可得冰重比載是：關(guān)系式：b—表示的是覆冰比載，單位是Mm；d—表示的是架空輸電線路的外徑，單位是mm；A—表示架空輸電線路的橫截面積，單位是mm；g—表示重力加速度，g=9.80665m/s。4.1.3垂直總比載自重比載和覆冰比載的和稱為垂直比載，關(guān)系式為：4.2水平比載無冰風(fēng)壓比載和覆冰分壓比載是水平比載所包含的兩個內(nèi)容，其方向是垂直于架空輸電線路并作用在水平面內(nèi)。假設(shè)氣體流動速度為v,并以一定的動能吹響物體，直至速度降為零，它的動能也就全部轉(zhuǎn)化為對物體的靜壓力，由流體力學(xué)伯努利方程可知，風(fēng)壓的表達(dá)式為：關(guān)系式：—表示的是當(dāng)風(fēng)速為v時風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值，單位為N/m或Pa；v—表示的是風(fēng)速，單位為m/s；ρ—表示的是空氣密度，單位為kg/m。通常情況ρ=1.25kg/m，所以。4.2.1無冰風(fēng)壓比載因為檔距上每一個地方的風(fēng)速正常來說都是不一樣的，架空輸電線路的迎風(fēng)面積和形狀也會影響空氣流動，還有風(fēng)向和導(dǎo)線的走向會存在一定的角度，所以表達(dá)式為：關(guān)系式：—表示的是風(fēng)速不均勻系數(shù)，取值由題目給定；—表示的是500kV以上架空輸電線路風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，只能用在架空輸電線路設(shè)計的桿塔上的風(fēng)荷載；—表示的是風(fēng)載體型系數(shù)，又叫做空氣動力系數(shù)，線路直徑＜17mm，取1.2，線路直徑＞17mm，取1.1；d—表示的是架空輸電線路外徑；—表示的是基本風(fēng)壓，單位為Pa；A—表示的是架空輸電線路的橫截面積，單位為mm；—表示的是風(fēng)向和線路方向的夾角。4.2.2覆冰風(fēng)壓比載架空輸電線路覆冰時，直徑增大到d+2b，迎風(fēng)面積也隨之增大，此時的風(fēng)載體型系數(shù)也在改變，根據(jù)規(guī)定，不管線路直徑的大小，覆冰風(fēng)載體型系數(shù)為=1.2。由此可得表達(dá)式為：4.3綜合比載綜合比載包括無冰綜合比載和覆冰綜合比載，分別等于在對應(yīng)的氣象條件下垂直比載和水平比載的矢量和。如圖：4.3.1無冰綜合比載在有風(fēng)但無冰的情況下架空輸電線路的綜合比載是自重比載和無冰風(fēng)壓比載的矢量和，其表達(dá)式為：4.3.2覆冰綜合比載架空輸電線路的垂直總比載和覆冰風(fēng)壓比載的矢量和稱為覆冰綜合比載，其表達(dá)式為：架空輸電線路的關(guān)鍵檔距和有關(guān)計算方法內(nèi)容參考圖檔距的定義就是在架空輸電線路中，平行于相鄰兩桿塔之間導(dǎo)線所受比載平面內(nèi)的兩懸掛點之間的水平距離。架空輸電線路設(shè)計常見檔距為：水平檔距、垂直檔距、極大檔距、極限檔距、允許檔距等。5.1水平檔距要計算桿塔結(jié)構(gòu)所承受的電線風(fēng)的橫向荷載時，荷載近似是電線單位長度上的風(fēng)壓與桿塔兩側(cè)檔距平均值之乘積，其檔距平均值稱為水平檔距，表達(dá)式為：表達(dá)式：—表示的是桿塔B線夾受到的水平荷載；—表示的是水平的風(fēng)比載；—表示的是架空輸電線路橫截面積的比載；—表示的是桿塔B的水平檔距。桿塔線夾水平風(fēng)荷載大小等于水平檔距和風(fēng)壓比載的乘積，桿塔水平檔距等于兩側(cè)檔距之和的一半，且風(fēng)壓荷載沿斜檔距均布條件下，是斜物線公式。高差較小的條件下，桿塔水平檔距平拋物線公式為：作用于桿塔絕緣子串懸掛點處水平荷載，除了架空線通過絕緣子傳遞，還有絕緣子串本身的擋風(fēng)面積所產(chǎn)生的水平荷載。方便求。5.2垂直檔距要計算桿塔結(jié)構(gòu)所承受的電線垂直荷載時，荷載近似的是電線單位長度上的垂直荷載與桿塔兩側(cè)電線最低點的水平距離之乘積，此距離因系供計算垂直荷載之用故稱為垂直檔距，表達(dá)式為：垂直荷載：，，垂直比載沿斜檔均布，垂直荷載的斜拋物線計算式為：垂墜檔距斜拋物線計算式中。計算某桿塔的垂直檔距，桿塔懸掛點高于左側(cè)桿塔的懸掛點，取正值，反之取負(fù)值；該桿塔懸掛點高于右側(cè)桿塔懸掛點，則取負(fù)值，反之取正值。一定的氣候條件下，垂直檔距越大，桿塔所承受垂直荷載越大。為負(fù)值，懸垂絕緣子串上揚，桿塔受上撥力的作用，可得垂直檔距平拋物線公式：5.3極大檔距架空輸電線路線路設(shè)計中，導(dǎo)線弧垂最低點應(yīng)力為導(dǎo)線破壞應(yīng)力40％(安全系數(shù)為2．5)，導(dǎo)線懸掛點應(yīng)力由于導(dǎo)線自重作用，弧垂最低點應(yīng)力為大，且不準(zhǔn)超過破壞應(yīng)力44％，檔距懸掛點應(yīng)力等于破壞應(yīng)力44％，這個檔距稱為極大檔距，其公式為：[]代，[]代，令，極大檔距公式為：高差為零：5.4允許檔距檔距超過對應(yīng)高差情況下的極大檔距，為了確保導(dǎo)線懸掛點張力安全系數(shù)滿足規(guī)定，檔距弧垂最低點最大允許應(yīng)力乘上放松系數(shù)盧，在這樣的條件下的檔距叫做允許檔距。代[]、代，得到值下允許檔距為：高差為零：極限檔距是允許檔距的上限，極大檔距是允許檔距的下限，允許檔距在上、下之間變化。放松懸掛點應(yīng)力使最低點的應(yīng)力及最高懸掛點應(yīng)力到達(dá)允許值的檔距。5.5極限檔距導(dǎo)線應(yīng)力放松到一定數(shù)值，導(dǎo)線荷載會因弧垂增大而迅速增加，因此對導(dǎo)線懸掛點的應(yīng)力起主要作用，允許檔距隨之減小。所以，P減小到一定極限值得到的最大允許檔距就稱為極限檔距。其公式為：令=，代入上式：代入數(shù)值可求得：5.6連續(xù)檔距兩基耐張桿塔之間若干基直線桿塔構(gòu)成的檔距就稱為連續(xù)檔距。5.7代表檔距架空輸電線路安裝時，同一個耐張段內(nèi)的各連續(xù)檔水平應(yīng)力是相等的。氣象條件變化時，各檔距應(yīng)力變化不完全一樣，由于直線桿塔懸垂絕緣子串向張力大的一側(cè)偏斜，使各檔距應(yīng)力趨于相等，此時的這種應(yīng)力叫做耐張段的代表應(yīng)力，該應(yīng)力對應(yīng)的檔距就稱之為代表檔距。耐張段內(nèi)，直線桿塔上出現(xiàn)不平均張力差，懸垂絕緣子串發(fā)生偏斜，趨于平衡時，導(dǎo)線的應(yīng)力（又稱代表應(yīng)力）在狀態(tài)方程式中所對應(yīng)的檔距叫做假設(shè)檔距。排桿塔位中,該轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)代表檔距相差不是特別懸殊,就只要校核一下該塔的水平檔距和垂直檔距。代表檔距是反映連續(xù)耐張段的代表應(yīng)力的一個參數(shù)。桿塔選用時，所選設(shè)計代表檔距應(yīng)該與實際相符合。實際設(shè)計中，設(shè)計的代表檔距選定后，在一個耐張段里各種工作情況下的導(dǎo)線張力就選定，那么桿塔設(shè)計中的代表檔距一定要大于選定的耐張段的代表檔距（導(dǎo)線截面＼設(shè)計工況與桿塔設(shè)計的參數(shù)相同）。代表檔距不作為排桿塔位依據(jù)，對于直線桿塔，只要水平、垂直檔距滿足要求即可，對于耐張桿塔，只要其兩側(cè)檔距相差不是很懸殊，則不考慮代表檔距問題。桿塔的受力已受到了導(dǎo)線安全系數(shù)的限定，不管代表檔距多大，桿塔的受力都不會超過導(dǎo)線的最大使用張力（水平應(yīng)力安全系數(shù)大于2.5，懸點應(yīng)力不超過最大使用應(yīng)力的1.1倍），因此，只要轉(zhuǎn)角桿塔兩側(cè)代表檔距相差不大，正常來說都不會有問題。（水平應(yīng)力安全系數(shù)大于2.5，懸點應(yīng)力不超過最大使用應(yīng)力的1.1倍），所以只要轉(zhuǎn)角桿塔兩側(cè)代表檔距相差不大，一般不會有問題的。5.8臨界檔距5.8.1臨界檔距定義和概念如果僅僅考慮最大比載和最低氣溫的這兩種氣象條件下，檔距L從零到無限大過程中，一定存在這樣一個檔距，同樣重要的氣溫作用和比載作用，在最低氣溫和最大比載時架空輸電線路的應(yīng)力都相等，成為兩個控制條件。兩個或者兩個以上的氣象條件同時成為控制條件時的檔距就叫做臨界檔距。如果實際檔距小于臨界檔距時，架空輸電線路上的應(yīng)力出現(xiàn)最低氣溫氣象，此時，最低氣溫就成為控制條件。當(dāng)實際檔距大于臨界檔距時，最大比載為控制條件。事實上，一部分氣象區(qū)最大風(fēng)速和最后覆冰的氣溫并不是完全相同的，不能僅考慮比載的大小來確定二者哪一個可能成為控制條件。除此之外，架空輸電線路還應(yīng)該具有足夠的耐震能力，這決定了年均運行應(yīng)力的大小，應(yīng)力是根據(jù)年均氣溫計算的，不能大于年均運行應(yīng)力規(guī)定的上限值，所以，最低氣溫、最大風(fēng)速、最厚覆冰和年均氣溫四種氣象條件都有可能成為控制條件，是架空輸電線路必須考慮的。兩兩之間存在一個臨界檔距，可以得到6個臨界檔距。特殊要求的檔距，除了上述的四種氣象條件外，需要考慮其他的控制條件。5.8.2臨界檔距的計算在臨界檔距的計算中，第一狀態(tài)比載為，溫度為，應(yīng)力允許值[]；第二狀態(tài)比載為，溫度為，應(yīng)力允許值[]；臨界時，代入方程為：解得：若，則：和5.8.3有效臨界檔距的判定和控制氣象條件圖解法：假設(shè)有n種可能控制條件成為氣象條件，其比載、氣溫以及水平應(yīng)力是、和，i=1,2,3，……，n。等高架空輸電線路同一檔距，n個條件為已知條件，比載、氣溫和水平應(yīng)力為待求條件，可列方程為：整理得：設(shè)：則：圖解法判定臨界檔距簡易直觀，但缺陷就是不能直觀的讀出數(shù)值。假設(shè)可能成為氣象條件的是最低氣溫、年平均氣溫、覆冰有風(fēng)以及最大風(fēng)速四種條件分別為a、b、c、d，曲線如圖：曲線圖列表法：判定有效臨界檔距步驟：計算各個可能控制調(diào)教值，按值從小到大以序號a、b、c…，若存在值相同的條件，則計算其值，取值較大值編入順序，較小值因不起控制作用不參與判別。這種編號情況下，后面（序號大的）可能控制條件曲線上升得較快。計算臨界檔距，按編號a、b、c…的順序排成表：abcd相關(guān)計算6.1比載和應(yīng)力的計算導(dǎo)地線型號和參數(shù)：項目導(dǎo)線地線電線型號JL/GIA-400/50JLB20A-150結(jié)構(gòu)鋁（根數(shù)/直徑mm）54/3.07/鋼、鋁包鋼（根數(shù)/直徑mm）7/3.0719/3.15計算截面積(mm2)451.55148.07計算外徑(mm)27.6315.75計算重量(kg/m)1.5110.9894計算拉斷力(N)（地線為鋼絲破斷拉力總和）123400178570彈性系數(shù)(MPa)69000147200線膨脹系數(shù)(1/℃)19.3×10-613.0×10-6導(dǎo)地線張力：項目最大使用張力（N）年平均運行張力（N）斷線張力（或分裂導(dǎo)線縱向不平衡張力）取值（%）不均勻覆冰情況不平衡張力取值（%）直線塔耐張塔直線塔耐張塔導(dǎo)線4689219830551002542地線37698182591001004654導(dǎo)線抗拉強度表達(dá)式：導(dǎo)線最大允許應(yīng)力表達(dá)式：自重比載：冰重比載：垂直總比載：無冰風(fēng)壓比載：安裝風(fēng)壓比載：外過電壓風(fēng)壓比載：內(nèi)過電壓風(fēng)壓比載：最大風(fēng)壓比載：風(fēng)偏：覆冰風(fēng)壓比載：風(fēng)偏：無冰綜合比載：安轉(zhuǎn)有風(fēng)：外過電壓有風(fēng)：內(nèi)過電壓有風(fēng)：最大風(fēng)10：風(fēng)偏：覆冰綜合比載：地線抗拉強度表達(dá)式：地線最大允許應(yīng)力表達(dá)式：自重比載：冰重比載：垂直總比載：無冰風(fēng)壓比載：安裝風(fēng)壓比載：外過電壓風(fēng)壓比載：內(nèi)過電壓風(fēng)壓比載：最大風(fēng)壓比載：風(fēng)偏：覆冰風(fēng)壓比載：風(fēng)偏：無冰綜合比載：安轉(zhuǎn)有風(fēng)：外過電壓有風(fēng)：內(nèi)過電壓有風(fēng)：最大風(fēng)10：風(fēng)偏：覆冰綜合比載：6.2水平檔距和垂直檔距相關(guān)計算在平緩地形，高差相差不大的情況下，水平檔距公式為：整理得：垂直檔距計算公式為：塔位相鄰檔檔距（m）N1-N2255N2-N3119N3-N4117N4-N5227N5-N6372N6-N7269N7-N8207N8-N9190N9-N10396N10-N11549N11-N12180N12-N13350N13-N14330水平檔距計算：N1號桿塔水平檔距：=0/2+255/2=127.5mN2號桿塔水平檔距：=255/2+119/2=187mN3號桿塔水平檔距：=119/2+117/2=118mN4號桿塔水平檔距：=117/2+227/2=172mN5號桿塔水平檔距：=227/2+372/2=229.5mN6號桿塔水平檔距：=372/2+269/2=320.5mN7號桿塔水平檔距：269/2+207/2=238mN8號桿塔水平檔距：207/2+190/2=198.5mN9號桿塔水平檔距：=190/2+396/2=293mN10號桿塔水平檔距：=396/2+549/2=471mN11號桿塔水平檔距：=549/2+180/2=364.5mN12號桿塔水平檔距：180/2+350/2=265mN13號桿塔水平檔距：350/2+330/2=340m塔位導(dǎo)線懸掛點高差（m）N1-N230N2-N328N3-N420N4-N510N5-N650N6-N780N7-N850N8-N910N9-N1030N10-N1180N11-N1220N12-N1320N13-N1470導(dǎo)線垂直檔距計算：N1號桿塔垂直檔距：N2號桿塔垂直檔距：N3號桿塔垂直檔距：N4號桿塔垂直檔距：N5號桿塔垂直檔距：N6號桿塔垂直檔距：N7號桿塔垂直檔距：N8號桿塔垂直檔距：N9號桿塔垂直檔距：N10號桿塔垂直檔距：N11號桿塔垂直檔距：N12號桿塔垂直檔距：N13號桿塔垂直檔距：地線垂直檔距計算：N1號桿塔垂直檔距：N2號桿塔垂直檔距：N3號桿塔垂直檔距：N4號桿塔垂直檔距：N5號桿塔垂直檔距：N6號桿塔垂直檔距：N7號桿塔垂直檔距：N8號桿塔垂直檔距：N9號桿塔垂直檔距：N10號桿塔垂直檔距：N11號桿塔垂直檔距：N12號桿塔垂直檔距：N13號桿塔垂直檔距：6.3極大檔距和極限檔距極大檔距計算公式：導(dǎo)線極大檔距：地線極大檔距：極限檔距計算公式：導(dǎo)線極限檔距：地線極限檔距：允許檔距計算公式：結(jié)論本次設(shè)計主要以《架空輸電線路設(shè)計》為依據(jù)，根據(jù)原始材料展開分析，經(jīng)過收集整理，編寫論文。其主要目的是對架空輸電線路中的幾個關(guān)鍵檔距有充分的了解，明確其相應(yīng)的計算方法以及應(yīng)注意事項，并對檔距與導(dǎo)線應(yīng)力、比載之間的關(guān)系進(jìn)行分析，最后計算設(shè)計中涉及的檔距。通過對原始材料的整理，結(jié)合所查閱的資料，分析得出：為了方便計算和問題的分析，輸電線路工程引入各種檔距，如水平檔距、垂直檔距、極大檔距、極限檔距、允許檔距等。水平檔距：計算桿塔結(jié)構(gòu)所承受的電線橫向（風(fēng)）荷載，荷載一般近似認(rèn)為是電線單位長度上的風(fēng)壓與桿塔兩側(cè)檔距平均值之乘積（作用在桿塔絕緣子串懸掛點處的水平荷載，除架空線通過絕緣子串傳遞外，還有絕緣子串本身的擋風(fēng)面積產(chǎn)生的水平荷載）；垂直檔距：應(yīng)力和比載隨氣象條件的的不同而不同。由于架空地線和導(dǎo)線的使用應(yīng)力和垂直比載一般相同，因此即使在同一檔距。同樣高差和相同的氣象條件下，地線和導(dǎo)線的垂直檔距也是不相同的；極大檔距：檔內(nèi)架空線的最大應(yīng)力發(fā)生在高懸點處，并且檔距愈大或高差愈大，高懸點應(yīng)力愈大。在一定的高差下，如果某檔距架空線弧垂最低點的應(yīng)力恰好達(dá)到，高懸掛點應(yīng)力恰好位[]，則稱此檔距為該高差下的極大檔距。無高差時，極大檔距達(dá)到最大值；允許檔距：放松懸掛點應(yīng)力使最低點的應(yīng)力和最高懸掛點應(yīng)力達(dá)到允許值的檔距；極限檔距：極限檔距是允許檔距的上限，極大檔距是允許檔距的下限，允許檔距在上、下間變化；代表檔距：不一定是線路的實際檔距。它的主要作用是耐張段中各線檔架空線的張力趨近穩(wěn)定一個基本數(shù)值，從而使整個耐張段的水平應(yīng)力基本一致。臨界檔距：計算弧垂時，用來判定氣象控制條件。設(shè)計過程中，主要介紹了相應(yīng)檔距的計算以及概念，涉及導(dǎo)線應(yīng)力計算、架空線比載計算以及各類氣象條件下對架空線的影響。參考資料[1]李斌.特高壓輸電線路過電壓及保護(hù)與控制系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué),2004.[2]徐欣架空輸電線路改造工程設(shè)計研究[D].山東大學(xué),2019.[3]周原.超特高壓交直流同塔多回輸電線路內(nèi)部過電壓及其影響因素研究[D].重慶大學(xué),2012.[4]王偉然.架空線路絕緣