500kv输电线路课程设计.doc
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专业课程设计(线路)设计报告
500kV架空输电线路设计
班级:
机械0807班
姓名:
日期:
2011-9-3
华北电力大学
机械工程系
目录
专业课程设计(线路)设计报告 1
1.概述 1
1.1课程设计的目的 1
1.2课程设计任务 1
2.设计题目及要求 2
2.1设计题目 2
2.2设计参数 2
2.2.1气象条件 2
2.2.2导地线参数 2
2.2.3污秽等级 3
2.2.4设计档距 3
2.2.5铁塔塔形 3
2.2.6铁塔基础设计条件 3
3.设计方法和步骤 4
3.1线路设计部分 4
3.1.1绝缘配合设计 4
3.1.2 导线和地线的比载计算 4
3.1.3绘制导向的应力弧垂曲线 6
3.1.4地线的应力选配 11
3.1.5导地线对杆塔的作用力 12
3.1.6架空线的最大弧垂 13
3.2铁塔设计部分 14
3.2.1铁塔呼称高度确定 14
3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况 14
3.2.3铁塔的内力计算的假定及计算方法 22
3.2.4构件设计 22
3.2.5螺栓连接设计 24
3.3铁塔基础设计部分 25
3.3.1阶梯式基础柱身截面的配筋设计 25
3.3.2阶梯式基础上拔稳定性计算 26
3.3.3阶梯式下压基础的稳定性验算 27
4.收获和新得 29
专业课程设计(线路)设计报告
1.概述
1.1课程设计的目的
1)综合运用有关先选秀课程的理论和生产实际只是进行输电架空线路设计训练,使理论和实际结合起来,是这些只是得到进一步巩固、加深和拓展。
2)学习和掌握架空输电线路设计的一般方法和步骤,培养设计能力和实际解决问题的能力。
3)进行基本技能的训练,对计算、运用设计资料以及进行经验估算的方面的基本技能得到一次综合训练,提高技能水平。
1.2课程设计任务
1)架空线路设计部分:
绝缘配合设计;比载计算;绘制应力弧垂曲线表;地线应力的选配方法;计算架空线对杆塔的作用力;
2)铁塔结构设计部分:
铁塔外形尺寸校核;铁塔荷载计算;铁塔选材;螺栓设计;铁塔基础作用力计算;
3)铁塔基础设计部分:
铁塔的配筋计算;铁塔基础上拔稳定性验算;铁塔基础承载里验算;铁塔基础强度验算。
28
2.设计题目及要求
2.1设计题目
500kV架空输电线路设计
2.2设计参数
2.2.1气象条件
气象条件B
表2-1气象条件B
气象条件
气温(℃)
风速(m/s)
冰厚(mm)
最高气温
40
0
0
最低温度
-40
0
0
覆冰
-5
10
10
最大风速
-5
32
0
安装情况
-15
10
0
雷电过电压
15
10
0
操作过电压
-5
16
0
2.2.2导地线参数
导地线型号B:
LGJ-630/45
地线型号:
JLB40-150
表2-2导地线参数
型号
LGJ-630/45
LJB40/150
结构(股数/直径mm)
铝股
45/4.2
钢(铝包钢)19/3.15
钢芯
7/2.8
铝—
截面积()
铝股
632.45
钢(铝包钢)/铝56.27/91.8
钢芯
43.1
总截面积
666.55
148.07
外径(mm)
33.6
15.75
单重(kg/km)
2060
696.7
计算拉断力(kN)
148.7
90.62
弹性模量(Mpa)
65000
109000
线膨胀系数()
20.5
13
直流电阻
0.04633
0.295
最大使用应力(Mpa)
85
183.60
年平均运行应力(N/)
53
年平均运行应力占抗拉强度
25%
25%
安全系数
3
2.2.3污秽等级
级污秽区
2.2.4设计档距
水平档距B:
500m
2.2.5铁塔塔形
5A-ZM2
塔形设计条件、单线图、司令图见附录。
2.2.6铁塔基础设计条件
1)工程地质条件:
土壤为一般粘性土,粘性土为可塑状态,土的计算容重,上拔角,计算摩擦角,承载力特征值。
2)基础作用力见铁塔设计结果。
3)材料:
混凝土强度等级采用C20,取钢筋混凝土的容重约为。
3.设计方法和步骤
3.1线路设计部分
3.1.1绝缘配合设计
根据经验选择悬式绝缘子型号:
XWP-160,
污秽等级Ⅱ,爬电距离h=400mm,
查《指导书》表3-1,a=1.82~2.0,本次计算取a=2,
爬电比距a=2.5cm/kv公称高度155mm,
确定绝缘子片数,按照绝缘配合条件确定,其公式如下:
取n=25。
根据上式可以得到绝缘子的总长:
3.1.2导线和地线的比载计算
a)根据地线型号,查表确定地线参数.
导线型号:
LGJ-630/45,截面积A=666.5mm2,外径d=33.6mm,单重q=2060kg/km,计算拉断力148.7KN,弹性模量E=65000Mpa,线膨胀系20.5(10-6/℃),最大使用应力85Mpa,年平均应力53N/mm2,年平均运行应力抗拉强度(25℅)。
地线型号:
LJB40-150,总截面积A=148.07mm2,外径d=15.75mm,单重q=696.7kg/km,计算拉断力90.62KN,弹性模量E=109000Mpa,线膨胀系数13(10-6/℃),最大使用应力183N/mm2,年平均应力(25℅)。
b)计算导线和地线的并给出下列条件下的比载值:
公式如下:
表3-1导线比载
项目
比载(Mp/m)
备注
自重比载
(0,0)
30.30785
冰重比载
(10,0)
18.137
垂直总比载
(10,0)
48.445
无冰风压比载
计算
最大风速
(0,32)
31.939
=1.2,=0.75,=1.1
校验
最大风速
(0,32)
25.977
=1.2,=0.61,=1.1
计算安装、外过电压情况
(0,10)
3.4656
=1.0,=1,=1.1
内过电压
(0,16)
6.654
=1.0,=0.75,=1.1
覆冰风压比载
(10,10)
6.031
=1.0,=1,0,=1.2
无冰综合比载
计算
最大风速
(0,32)
44.03
校验
最大风速
(0,32)
39.917
安装、外过电压
(0,10)
30.5053
内过电压
(0,10)
31.03
覆冰综合比载电气
(10,10)
48.819
表3-2地线比载:
项目
比载(Mp/m)
备注
自重比载
(0,0)
46.1423
冰重比载
(10,0)
48.2202
垂直总比载
(10,0)
94.3625
无冰风压比载
计算
最大风速
(0,32)
73.522
=1.2,=0.75,=1.2
校验
最大风速
(0,32)
57.7979
=1.2,=0.61,=1.2
计算
安装、外过电压情况
(0,10)
7.9523
=1.0,=1.0,=1.2
内过电压
(0,16)
12.4579
=1.0,=0.61,=1.2
覆冰风压比载
(10,10)
18.108
=1.0,=1,0,=1.2
无冰综合比载
计算
最大风速
(0,32)
86.802
校验
最大风速
(0,32)
73.957
安装、外过电压
(0,10)
46.823
内过电压
(0,10)
47.794
覆冰综合比载电气
(10,10)
96.084
3.1.3绘制导向的应力弧垂曲线
a)导线有关参数:
LGJ-630/45
截面积A(mm)
导线直径d(mm)
弹性系数E(MPa)
温膨系数α(1/°C)
计算拉断力Tj(N)
单位长度质量q(kg/km)
强度极限σp(MPa)
安全系数K
许用应力[σo](MPa)
年均应力上限[σp](MPa)
666.55
33.6
63000
20.9×10-6
148700
2060
211.93
2.5
84.774
52.98
其中:
可能控制成为气象条件的是:
最低气温、最大风速、覆冰有风、年均气温。
整理改非典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数,列于表3-3。
b)列出导线控制条件参数表
表3-3导线控制条件参数表
最低气温
最大风速
覆冰有风
年均气温
温度t(℃)
-40
-5
-5
-5
比载(Mpa/m)
30.308
44.03
48.819
30.308
许用应力[](Mpa)
84.774
84.774
84.774
52.98
/[](1/m)
0.3575
0.519
0.5759
0.57206
排序
a
/
c
b
由于最大风速和覆冰气象的气温相同,二者的许用应力相同,因此二者中比载小的不起控制作用,故不再把最大风速作为控制气象条件。
c)计算临界档距,按等高悬点考虑,确定控制条件,给出各个气象控制条件的控制范围;
公式:
表3-4有效临界档距判别表
可能控制条件
a
b
c
临界档距
根据列表法可知,无高差的时候有效临界档距为
1.当档距0≤l<165.217m时控制条件为a气像(最低气温);
2.当档距165.217m 3.当档距l>1664.448m时控制条件为d气象(覆冰有风) d)以控制条件为已知条件,列已知参数表,以各气象条件为待求条件,列出待求条件的已知条件: 表3-5已知条件及参数 已知条件 最低气温 年均气温 最大风速 控制区间 0~52.23 52.23~1023.2 1023.2~∞ 温度(℃) -10 15 15 覆冰厚度(mm) 0 0 0 风速(m/s) 0 18 35 比载(Mpa/m) 30.31 30.31 49.1 水平应力(Mpa) 85 53.13 85 表3-6待求条件的已知参数 参数 t(℃) b(mm) v(m/s) 比载(Mpa/m) 最高气温 40 0 0 30.30785 最低气温 -40 0 0 30.30785 年均气温 -5 0 0 30.30785 事故 -15 0 0 30.30785 外过有风 15 0 10 30.5053 外过无风 15 0 0 30.30785 内过电压 -5 0 16 31.03 安装 -15 0 10 30.503 覆冰无风 -5 10 0 48.445 覆冰有风 -5 10 10 48.819 最大风(计算) -5 0 32 44.03 最大风(校验) -5 0 32 39.917 e)利用状态方程,求得各待求条件下的应力和弧垂,并绘制曲线; 应力弧垂曲线: 表3-7应力弧垂计算 气象条件档距 lr(m) 最高气温 最低气温 年均气温 事故 外过有风 外过无风 fv(m) fv(m) 50 13.170 0.7192 84.774 40.976 52.825 22.773 22.773 0.4187 100 22.757 1.6649 84.774 46.287 55.948 32.256 32.256 1.1824 150 30.513 2.7938 84.774 51.475 59.490 39.695 39.695 2.1617 165.217 32.685 3.1867 84.774 52.984 60.581 41.743 41.743 2.5116 200 35.692 4.2460 79.799 52.984 59.228 43.696 43.696 3.4911 250 39.140 6.0500 73.228 52.984 57.671 45.860 45.860 5.1975 300 41.746 8.1681 68.117 52.984 56.555 47.429 47.429 7.2368 350 43.743 10.6103 64.443 52.984 55.762 48.587 48.587 9.6155 400 45.291 13.3847 61.857 52.984 55.192 49.454 49.454 12.3387 450 46.506 16.4973 60.018 52.984 54.773 50.116 50.116 15.4098 500 47.471 19.9528 58.682 52.984 54.460 50.630 50.630 18.8315 550 48.247 23.7546 57.687 52.984 54.220 51.035 51.035 22.6055 600 48.878 27.9051 56.929 52.984 54.034 51.358 51.358 26.7331 650 49.396 32.4063 56.340 52.984 53.885 51.619 51.619 31.2152 700 49.826 37.2597 55.873 52.984 53.766 51.834 51.834 36.0526 气象条件档距(m) 覆冰无风 操作过电压 覆冰有风 最大风(强度) 最大风(校验) 安装 fv(m) 50 45.089 41.096 45.178 0.3377 44.039 52.852 52.852 52.23 55.393 46.582 55.574 1.0981 53.215 56.030 56.030 100 64.612 51.916 64.865 2.1168 61.540 59.626 59.626 150 67.256 53.466 67.531 2.4842 63.933 60.733 60.733 200 69.771 53.560 70.090 3.4827 65.897 59.419 59.419 250 72.723 53.664 73.096 5.2179 68.181 57.906 57.906 300 74.983 53.739 75.401 7.2841 69.908 56.820 56.820 350 76.721 53.793 77.175 9.6865 71.219 56.048 56.048 400 78.070 53.832 78.552 12.4299 72.224 55.492 55.492 450 79.127 53.861 79.633 15.5181 73.004 55.084 55.084 500 79.965 53.883 80.491 18.9540 73.617 54.778 54.778 550 80.637 53.901 81.179 22.7400 74.105 54.544 54.544 600 81.183 53.914 81.737 26.8776 74.497 54.361 54.361 650 81.629 53.925 82.195 31.3681 74.818 54.216 54.216 700 81.999 53.934 82.574 36.2126 75.082 54.100 54.100 f)应力弧垂计算曲线 图3-1导线应力曲线 图3-2导线最大弧垂曲线 3.1.4地线的应力选配 a)选择地线的架线应力时,首先按杆塔塔头导线和地线悬挂点间尺寸,如图3-3所示,以及外过电压下档距中央导线与地线的防雷间距要求,推算在外过电压下该档地线应达到的使用应力。 式中, 分别为导线的比载和水平应力; 分别为地线的比载和地线的水平的应力; H和S为杆塔上导线和地线悬挂点间的垂直距离和水平距离; 图3-3导线和地线悬挂点 ,绝缘子长度为3.875m。 垂直: H=1200+800+3875=5875mm=5.875m;水平: S=5850mm=5.85m 地线的架线应力: b)利用状态方程求各种气象条件下该档地线的最低点水平应力,并检查其是否满足安全系数的要求,并汇成总地线应力表。 其中: 要求校核以下工况: 最高气温、最低气温、最大风速、最厚覆冰、内过电压、外过无风、外过有风、安装有风、年均气温。 表3-8地线应力一览表 气象条件 温度t(℃) 风速b(mm) 冰厚v(m/s) 比载(Mpa) 最大使用应力 最低点应力 安全系数 是否满足规范要求 最高气温 40.000 0.000 0.000 0.046 183.600 59.595 9.076 是 最低气温 -40.000 0.000 0.000 0.046 183.600 64.062 5.259 是 最大风速 -5.000 32.000 0.000 0.087 183.600 110.546 4.787 是 最厚覆冰 -5.000 10.000 10.000 0.096 183.600 121.444 9.019 是 内过电压 -5.000 16.000 0.000 0.048 183.600 64.463 9.766 是 外过无风 15.000 0.000 0.000 0.046 183.600 59.532 9.427 是 外过有风 15.000 10.000 0.000 0.047 183.600 61.676 9.192 是 安装有风 -15.000 10.000 0.000 0.047 183.600 63.251 9.329 是 年均气温 -5.000 0.000 0.000 0.046 183.600 62.320 9.756 是 3.1.5导地线对杆塔的作用力 a)根据设计档距,由导线的应力弧垂曲线,查得该条件下的水平应力(),再根据下式就可以计算悬挂点的垂向应力: 表3-9导线对杆塔的作用力 气象条件 最低点应力 比载(Mpa/m) 最高气温 47.47133164 3.031E-02 7.609175006 覆冰有风 80.4907881 4.882E-02 12.25157117 覆冰无风 79.96517489 4.845E-02 12.15760664 外过无风 50.62999964 3.031E-02 7.605276722 最低气温 58.68179489 3.031E-02 7.598033706 最大风速(强度) 73.6167987 4.403E-02 11.0485626 内过电压 53.88338967 3.103E-02 7.784325903 外过有风 50.62999964 3.051E-02 7.655196643 安装 54.77799748 3.051E-02 7.650985578 事故 54.46013774 3.031E-02 7.601430418 年均气温 52.984 3.031E-02 7.602814178 最大风速(校验) 67.59066828 3.992E-02 10.01554462 b)已知各种工况下地线地点的水平应力,代入上式同样可以计算地线悬挂点的垂向应力; 表3-10地线对杆塔的作用力 气象条件 最低点应力 比载(Mpa/m) 最高气温 59.595 0.046142 11.608 最低气温 64.062 0.096084 24.588 最大风速 110.546 0.094363 23.770 最厚覆冰 121.444 0.046142 11.553 内过电压 64.463 0.046142 11.597 外过无风 59.532 0.086802 22.184 外过有风 61.676 0.047794 12.024 安装有风 63.251 0.046823 11.773 年均气温 62.32 0.046823 11.775 3.1.6架空线的最大弧垂 根据设计档距,查导线的应力弧垂曲线表获得架空线的最大弧垂。 3.2铁塔设计部分 3.2.1铁塔呼称高度确定 在设计要求得塔型中选取满足电气要求的最小呼称高度的铁塔。 , 取H=36m,铁塔全高47.8m. 3.2.2杆塔荷载组合的原则和工况 1.各种工况下塔头的荷载受力分析 根据所设计
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