【正文】 ndament construction.Key words：conductor overhead ground wire coMParing load stress arcperpendiculer fixed position of shafttower 前言電力作為一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)命脈不論是對(duì)于國家的各種經(jīng)濟(jì)建設(shè)還是對(duì)于普通老百姓的生活都起著至關(guān)重要的作用，而輸電線路則是電力不可缺少的一個(gè)組成部分。本文針對(duì)一條具體的輸電線路——220kV輸電線路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中包括比載、臨界檔距、應(yīng)力弧垂、安裝弧垂的計(jì)算，排定桿塔位置，進(jìn)行各種桿塔定位校驗(yàn)，進(jìn)行防振設(shè)計(jì)，選擇接地裝置，完成絕緣子串的組裝圖、桿塔地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。本課題與輸電線路工程專業(yè)聯(lián)系比較緊密，通過這個(gè)輸電線路工程的設(shè)計(jì)能夠鞏固和加深對(duì)本專業(yè)知識(shí)的理解，使我們的實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力得到鍛煉，培養(yǎng)及提高獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。 本課題的工作任務(wù)本課題是在給定某平丘區(qū)段220kV輸電線路工程設(shè)計(jì)的基本氣象條件，污穢等級(jí)和平斷面圖的情況下，完成導(dǎo)、地線應(yīng)力及弧垂計(jì)算，線路分段、桿塔定位和桿塔型式的確定，桿塔塔頭荷載計(jì)算，防振，接地設(shè)計(jì)計(jì)算，鐵塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以及后期數(shù)據(jù)整理和一些桿塔定位圖，絕緣子串組裝圖，基礎(chǔ)施工圖等的繪制。根據(jù)。金具、絕緣子型號(hào)選擇及絕緣配合，導(dǎo)線換位，房屋拆遷，對(duì)弱電流線路的影響，均按220kV電壓等級(jí)考慮，今后升壓改造時(shí)，可根據(jù)當(dāng)時(shí)情況進(jìn)行處理；導(dǎo)線對(duì)地距離，交叉跨越以及防雷接地，均按相關(guān)規(guī)程確定。表3－1 應(yīng)力弧垂曲線的計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算項(xiàng)目最大風(fēng)速最厚覆冰安裝有風(fēng)最低氣溫最高氣溫外過有風(fēng)外過無風(fēng)內(nèi)過電壓年均氣溫應(yīng)力曲線導(dǎo)線ΔΔΔΔΔΔΔΔΔ地線ΔΔΔΔΔΔ弧垂曲線導(dǎo)線ΔΔΔ地線Δ注 帶Δ者為需要繪制的曲線，無Δ者為不需要繪制的曲線（1）確定工程所采用的氣象條件；（2）依據(jù)選用的架空線規(guī)格，查取有關(guān)參數(shù)和機(jī)械物理性能；（3）計(jì)算各種氣象條件下的比載；（4）選定架空線各種氣象條件下的許用應(yīng)力（包括年均運(yùn)行應(yīng)力的許用值）；（5）計(jì)算臨界檔距值，并判定有效臨界檔距和控制氣象條件；（6）判定最大弧垂出現(xiàn)的氣象條件；（7）以控制條件為已知狀態(tài)，利用狀態(tài)方程式計(jì)算不同檔距、各種氣象條件下架空線的應(yīng)力和弧垂值；（8）按一定比例繪制出應(yīng)力弧垂曲線。 取K=許用應(yīng)力[]由以下公式計(jì)算 (322) 年均運(yùn)行應(yīng)力：在采取防震措施的情況下，不應(yīng)超過的25%。此外，架空線還具有足夠的耐震能力，這決定于年平均運(yùn)行應(yīng)力的大小，該應(yīng)力是根據(jù)年平均氣溫計(jì)算的，因此年平均氣溫時(shí)架空線的應(yīng)力不能大于平均運(yùn)行應(yīng)力規(guī)定的上限值。表36 可能的控制氣象條件氣象條件項(xiàng)目最低氣溫最大風(fēng)速最厚覆冰年均氣溫溫度t（℃）2055+10比載γ(MPa/m)10－310－310－310－3許用應(yīng)力[σ]（MPa）比值γ/[σ]（1/m）10－310－310－310－3γ/[σ]由小至大編號(hào)abdc（2）計(jì)算各臨界檔距臨界檔距由以下公式可求當(dāng)[σ1]≠[σ2]= [σ]時(shí)， (324)當(dāng)[σ1]=[σ2]= [σ]時(shí)， (325)——臨界檔距；——架空線許用應(yīng)力；——j狀態(tài)的溫度；——j狀態(tài)的比載；E——導(dǎo)線彈性系數(shù)；——導(dǎo)線線性溫度膨脹系數(shù)?，F(xiàn)將已知條件及參數(shù)列于表38，將待求條件及已知參數(shù)列于表39。令 其導(dǎo)數(shù)為則牛頓迭代式為給出迭代初值，算出、利用上式迭代求出，反復(fù)進(jìn)行下去，直至為止。由狀態(tài)方程式及上面的公式求出A、B值。 第三步：由上方法求出相應(yīng)檔距下的相應(yīng)的應(yīng)力迭代求出應(yīng)力進(jìn)而求出應(yīng)力。導(dǎo)線應(yīng)力和弧垂計(jì)算表見附表31（導(dǎo)線LGJ300/40應(yīng)力弧垂曲線數(shù)據(jù)表） 導(dǎo)線應(yīng)力弧垂曲線的繪制以檔距為橫坐標(biāo)，應(yīng)力和弧垂作為縱坐標(biāo)，以附表31的數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制應(yīng)力弧垂曲線見附圖31所示。這就需要先將各種施工氣溫（無冰無風(fēng)）下的弧垂繪制成相應(yīng)的曲線，以備施工時(shí)查用。一般從最高施工氣溫至最低施工氣溫每隔5℃（10℃）繪制一條弧垂曲線，為了使用方便，提高繪圖精度，對(duì)不同的檔距，可用其應(yīng)力均繪制成百米檔距弧垂。這里取應(yīng)力公式可化簡為：用牛頓法解應(yīng)力方程求出。 計(jì)算過程： 第一步：以控制氣象條件為第一狀態(tài)，以待求條件的狀態(tài)為第二狀態(tài)。 第二步：由迭代方程，以給出的初值迭代出所求的應(yīng)力。由得出相應(yīng)的弧垂。4 地線應(yīng)力弧垂計(jì)算及曲線繪制 （1）確定工程所采用的氣象條件；（2）依據(jù)選用的架空線規(guī)格，查取有關(guān)參數(shù)和機(jī)械物理性能；（3）計(jì)算各種氣象條件下的比載；（4）選定架空線各種氣象條件下的許用應(yīng)力（包括年均運(yùn)行應(yīng)力的許用值）；（5）計(jì)算臨界檔距值，并判定有效臨界檔距和控制氣象條件；（6）判定最大弧垂出現(xiàn)的氣象條件；（7）以控制條件為已知狀態(tài)，利用狀態(tài)方程式計(jì)算不同檔距、各種氣象條件下架空線的應(yīng)力和弧垂值；（8）按一定比例繪制出應(yīng)力弧垂曲線。（3）判斷有效臨界檔距，確定控制條件 將各臨界檔距值填入有效臨界檔距判別表45：表4－5 有效臨界檔距判別表可能的控制條件a（最低氣溫）b（年均氣溫）c（最大風(fēng)速）d（最厚覆冰）臨界檔距（m） 由表可判定出:最厚覆冰為控制條件采用臨界溫度判定法：以覆冰無風(fēng)為第一狀態(tài)，臨界溫度為第二狀態(tài)，列出狀態(tài)方程式 (41)解上式得到臨界溫度的計(jì)算式為： (42)對(duì)于的求解：以架空線最厚覆冰時(shí)的狀態(tài)為已知條件，求，其中＝5，比載為檔距取則狀態(tài)方程式為帶入數(shù)據(jù)求得：則℃可見＝℃＝40℃，故最大弧垂發(fā)生在覆冰無風(fēng)氣象條件．架空輸電線路的應(yīng)力弧垂曲線，表示了各種氣象條件下應(yīng)力（弧垂）與檔距之間的函數(shù)關(guān)系。避雷線GJ50數(shù)據(jù)， E=181423MPa/m，=℃表46 已知條件及參數(shù)已知條件最厚覆冰控制區(qū)間 參數(shù)0～無窮tm(℃)5bm(mm)10vm(m/s)10rm(10－3MPa/m)σm(MPa)表47 待求條件及已知參數(shù) 待求條件參數(shù)最高氣溫最低氣溫年均氣溫外過有風(fēng)外過無風(fēng)內(nèi)過電壓安裝有風(fēng)最大風(fēng)速t(℃)+4020+10+15+15+10105b(mm)00000000v(m/s)000100151025γ (10－3MPa/m)應(yīng)力弧垂的計(jì)算公式為： 令應(yīng)力公式可化簡為：用牛頓法解應(yīng)力方程求出。 計(jì)算過程： 第一步：以控制氣象條件為第一狀態(tài)，以待求條件的狀態(tài)為第二狀態(tài)。 第二步：由迭代方程，以給出的初值迭代出所求的應(yīng)力。由得出相應(yīng)的弧垂。 地線安裝曲線的繪制為了確保架空線在運(yùn)行中任何氣象條件下的應(yīng)力都不超過許用應(yīng)力，又保證對(duì)地面、水面和被跨越物的安全距離，架線時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的氣象控制不同的弧垂。安裝曲線以檔距為橫坐標(biāo),弧垂為縱坐標(biāo)。即觀測(cè)檔距的弧垂可由下式進(jìn)行換算應(yīng)力弧垂的計(jì)算公式為： 令為考慮避雷線初伸長后所降溫度。令其導(dǎo)數(shù)為則牛頓迭代式為給出迭代初值，算出、利用上式迭代求出，反復(fù)進(jìn)行下去，直至為止。由狀態(tài)方程式及上面的公式求出A、B值。 第三步：由上方法求出相應(yīng)檔距下的相應(yīng)的應(yīng)力迭代求出應(yīng)力進(jìn)而求出應(yīng)力。避雷線在各個(gè)檔距和相應(yīng)控制條件下的安裝應(yīng)力和弧垂數(shù)據(jù)見附表42（避雷線GJX35安裝應(yīng)力弧垂曲線數(shù)據(jù)表），按照表中數(shù)據(jù)繪制出安裝曲線見附圖42所示，安裝曲線以檔距為橫坐標(biāo)，弧垂作為縱坐標(biāo)，從最高施工氣溫到最低施工氣溫每隔5℃繪制一條弧垂曲線。查規(guī)程知Ⅲ級(jí)污穢區(qū)的爬電比距為,而本線路選用的XWP70型絕緣子的爬電距離取h=。h—— 單個(gè)絕緣子的爬電距離，cm。由①②可知懸垂串采用單聯(lián)方式即可。需要采用單串懸垂絕緣子和雙串耐張絕緣子才能滿足要求。地線懸垂金具串組裝零件和地線楔型耐張金具串組裝零件分別見表53和表54。使用螺栓型耐張線夾時(shí)跳線連接示意圖見圖55。6 桿塔的定位 塔型選擇 本段定位即在已經(jīng)選好的線路路徑上，測(cè)繪出平斷面圖并配置桿塔的位置。檔距配置時(shí)要最大限度地利用桿塔強(qiáng)度，相鄰檔檔距大小不宜相差太大，以免增加不平衡張力，另外應(yīng)盡量避免出現(xiàn)孤立檔。同時(shí)線路屬平丘區(qū)，考慮到防雷要求，電壓等級(jí)，經(jīng)濟(jì)性，因此選用220kVSJ1鼓型耐張桿塔和220kVSZ1直線桿塔。大跨越取23m。坐標(biāo)原點(diǎn)選取在弧垂最低點(diǎn)時(shí)，架空線的懸鏈線方程《架空輸電線路設(shè)計(jì)》為： （62）令,則該式可簡化為 （63）式中 ——導(dǎo)線最大弧垂時(shí)的比載，；——導(dǎo)線最大弧垂時(shí)的應(yīng)力，；k ——弧垂模板K值。由于各耐張段的代表檔距不同，導(dǎo)線最大弧垂時(shí)的應(yīng)力和控制氣象條件不同，對(duì)應(yīng)的K值也不同。在本段線路最大弧垂是發(fā)生在最高溫氣象條件下，則可以選取一系列不同的代表檔距，然后在應(yīng)力弧垂特性曲線中找到最高溫下相應(yīng)檔距的應(yīng)力值，計(jì)算出對(duì)應(yīng)檔距的模板K值，具體計(jì)算數(shù)值如表55所示，K值曲線見圖56弧垂模版K值曲線。（2） 用選好的最大弧垂模板和已知的定位高度,先自左向右排干定位，自耐張桿塔進(jìn)行排位，如圖所示。再向右平移模板，使模板曲線經(jīng)過D點(diǎn)，并和地面相切，再在模板曲線上找出E點(diǎn)，使EF等于E點(diǎn)所用桿塔的定位高度,此時(shí)E點(diǎn)即為第二基直線桿塔的位置，依次排完整個(gè)耐張段。根據(jù)左右向排位情況，綜合確定桿塔位置。如果相符，則模板選的恰當(dāng)，該耐張段桿塔位置即排妥。（4） 排完一個(gè)耐張段以后，再排下一個(gè)耐張段，直至排完全線路的桿塔。桿塔的位置也從圖中可以確定。43′一個(gè)轉(zhuǎn)角塔，兩個(gè)耐張段，根據(jù)弧垂曲線模版排桿如下：第一檔耐張段： 第二檔耐張段： 模板k值的校驗(yàn)取第1耐張段為例，估算代表檔距為400m左右，初選K=, 由此做出弧垂模板，用此模板進(jìn)行排桿定位，由于本段線路無轉(zhuǎn)角，具體排出的桿位桿距為： 計(jì)算實(shí)際代表檔距： 高差可從圖中測(cè)出 即實(shí)際代表檔距為：在K值曲線中查出所對(duì)應(yīng)的則 其誤差符合要求，故本次排桿符合要求。第二耐張段，估算代表檔距為425m左右，初選K= X105, 由此做出弧垂模板，用此模板進(jìn)行排桿定位，由于本段線路無轉(zhuǎn)角，具體排出的桿位桿距為： 高差可從圖中測(cè)出 計(jì)算出實(shí)際代表檔距為在K值曲線中查出所對(duì)應(yīng)的則 其誤差符合要求，故本次排桿符合要求。其水平檔距的計(jì)算公式采用 其垂直檔距的計(jì)算公式采用 高差可直接從平斷面圖上量得?，F(xiàn)選取五種對(duì)鐵塔較為關(guān)鍵的荷載組合：1． 正常運(yùn)行情況Ⅰ（最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、無冰、未斷線）2． 正常運(yùn)行情況Ⅱ（覆冰、有相應(yīng)風(fēng)速）3． 斷導(dǎo)線情況Ⅰ、Ⅱ：斷一根導(dǎo)線、無風(fēng)、無冰 4． 避雷線張力差驗(yàn)算:無風(fēng)、無冰在本段線路中第九基塔對(duì)應(yīng)的垂直檔距最大，為441m,水平檔距取434m驗(yàn)算，先驗(yàn)算其受荷重，如能承受其荷載，其他桿塔也能相應(yīng)滿足承載能力。8桿塔定位結(jié)果校驗(yàn) 在初步排定桿塔的位置后，需對(duì)線路各部分的設(shè)計(jì)條件進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，以保證今后線路運(yùn)行的安全。（2）垂直檔距校驗(yàn)根據(jù)弧垂曲線模板在平斷面圖上作出排桿，可以確定本線路中的最大垂直檔距是：。從中可看出實(shí)際垂直檔距小于設(shè)計(jì)允許值，即桿塔符合要求。（4）不平衡張力校驗(yàn)直線型桿塔在兩側(cè)檔距相差很大，高差亦較大時(shí)風(fēng)荷載或覆冰不均會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡張力，要效驗(yàn)。本線路的代表檔距跟別為367m,381m，相差不大，也不用驗(yàn)算不平衡張力。在桿塔選定以后，桿塔上的線間距是一定的。導(dǎo)線的水平線距 （81）式中 λ——垂直絕緣子串的長度，m；U——線路額定電壓，kV；——桿塔線距所允許的最大弧垂，m。而實(shí)際最大檔距為441m，故滿足要求。（1）最大允許搖擺角在內(nèi)過電壓