架空输电线路设计



课程设计(论文)

题 目 名 称 制作导线的应力弧垂曲线和安装曲线     

课 程 名 称  架空输电线路设计(LGJ-185/45,VIII区)            

学 生 姓 名             刘光辉                   

学       号            **********                

系 、专  业    电气工程系电气工程及其自动化      

指 导 教 师              尹伟华                  

2013年 1月6日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业	10输电线路	学生姓名	宁文豪	学号	1041201185
题目名称	制作某线路导线的应力弧垂曲线和安装曲线。			设计时间	18、19周
课程名称	架空输电线路设计	课程编号		设计地点
一、课程设计（论文）目的 结合所学的线路设计知识，要求学生掌握线路设计中各项参数的查表发放，并结合工程实际，掌握具体线路的导线应力弧垂曲线和安装曲线做法，从中对线路设计中所涉及到的导线的比载计算，架空线弧垂、线长和应力的计算，架空线的状态方程式，临界档距，最大弧垂的判定，导线应力弧垂曲线和安装曲线做法有深刻的了解。最终加强学生的线路设计认识及动手能力
二、已知技术参数和条件 气象条件：全国线路设计气象条件汇集 ⅤIII 区 电压等级      110kV     导线型号    LGJ-185/45
三、任务和要求 a)学生应该完成课程设计说明书的内容，同时还包括导线应力弧垂曲线和安装曲线的绘制图 b)为简明起见，各计算结果应尽量采用表格形式表示 c)每一计算过程应列出所用公式，并带入一组实际数据示范 d)各系数的取值应说明出处和理由

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）

1、孟遂民，李光辉编著，架空输电线路设计，中国三峡出版社，2000.10

2、邵天晓，架空送电线路的电线力学计算，水利电力出版社，1987

3、周振山，高压架空送电线路机械计算，水利电力出版社，1987

4、东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册，水利电力出版社，1991

五、进度安排 16周（1）查找相关资料，整理和收集数据（2）根据气象区确定气象参数计算相关比载（3）确定临界档距（4）档距的控制气象条件  17周（5）根据已知条件，利用状态方程式计算不同档距，各种气象条件下架空线的应力和弧垂值（6）按一定的比例绘制出应力弧垂曲线  （7）绘制安装曲线图（8）按照有关规定，制作论文，打印成稿。

六、教研室审批意见 教研室主任（签字）：                          年    月    日

七、主管教学主任意见        主管主任（签字）：                             年   月    日

八、备注

指导教师（签字）：                       学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名       宁文豪                      学    号       **********                

系        电气工程系                       专业班级 电气工程及其自动化10输电线路班 

题目名称 制作导线的应力弧垂曲线和安装曲线  课程名称       架空输电线路设计          

一、学生自我总结

    接到课题之后，为了在课程设计中万无一失，我们查找了很多的资料，请教了同学朋友。整个课程设计下来，我感觉学会了很多，知道了实践和理论之间的差距，知道了怎样为目标付出，学会了团队协作……懂得了只有在学习中多加实践，才能干好一件事情，因为社会需要的是实践型人才。因此在今后的学习中我会坚持理论与实践并重。相信这次课程设计会是我的一次宝贵的实践经验。

                      

学生签名：                          年    月    日

二、指导教师评定

评分项目	平时成绩	论文	答辩	综合成绩
权   重	30	40	30
单项成绩
指导教师评语：              指导教师（签名）：                       年    月    日

注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

                          摘要

本课程设计是绘制导线的应力弧垂曲线和安装曲线。先查有关《规程》得到譬如气象、导线的有关参数，再用列表法求得临界档距，并判断有效临界档距和控制气象条件，以控制条件为已知状态，利用状态方程式计算不同档距、各种气象条件下架空线的应力和弧垂值，按一定的比例绘制出应力弧垂曲线和安装曲线。本课程设计的重点和难点内容是关于状态方程式的求解，要利用有关计算机方面的知识，这对于非计算机专业的我是一个很大的挑战，对我以后的学习与工作都有很好的指导意义。

关键词：临界档距；状态方程式；应力弧垂曲线

摘要     

1有关参数    1

1.1 气象条件    1

1.2导线相关参数    1

1.3各气象条件下导线比载的计算值    1

2计算临界档距、判断控制气象条件    4

3绘制应力弧垂曲线    6

4绘制导线安装曲线    9

5总结    10

参考文献    11

1有关参数

1.1气象参数

查《规程》得典型气象区ⅤIII的计算用气象条件，如表1-1所示。

表1-1                      第八区气象参数

气象类型	最大风速	最低气温	年均气温	最大覆冰	最高气温	内过电压	外过无风	外过有风	安装有风	事故气象
温度（）	-5	-20	+10	-5	40	+10	+15	+15	-10	-10
风速(m/s)	30	0	0	30	0	15	0	10	10	0
冰厚（mm）	0	0	0	15	0	0	0	0	0	0

1.2导线相关参数

    查《规程》LGJ-185/45导线的有关参数，如表1-2所示。

表1-2                 LGJ-185/45导线有关参数

截面积A

(mm2)	导线直径d (mm)	弹性系数E (MPa)	温度系数a(1/℃)	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[σcp] (MPa)
227.83	19.60	80000	17.8×10-6	80190	848.2	334.37	2.5	133.75	83.59

1.3各气象条件下导线比载的计算值

1）自重比载

   γ1（0,0）=(gq/A)10-3=36.5110-3   MPa/m

2）冰重比载

γ2（15,0）=27.728b(b+d)/A10-3=63.1710-3   MPa/m

3）垂直总比载

γ3（15,0）=γ1（0,0)+γ2（15,0）=99.6810-3   MPa/m

4）无冰风压比载。

设θ=900，因导线外径d=19.60mm>17mm，则风载体型系数μsc=1.1，110kV线路，风载荷调整系数βc=1.0，基本风压W=2/1.6。所以：

安装风速为=10m/s时，查表得=1.0。所以：

4（0，10）=dsin=5.92  MPa/m

内过电压风速为=15m/s，查表得=0.75，所以：

4（0，15）=dsin=9.98  MPa/m

当风速为最大风速=30m/s时，基本风压为=2/1.6=562.5 Pa 

计算强度时，查表得=0.75，所以：

4（0，30）=dsin=39.923  MPa/m

计算风偏时，查表得=0.61   

4（0，30）=dsin=32.47   MPa/m

5）无冰综合比载

无冰有风时的综合比载是架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和，即

安装有风时

   6（0，10）=36.99 MPa/m    

内过电压时

6（0，15）=37.85 MPa/m 

最大风速，计算强度时

   6（0，30）=54.10 MPa/m

最大风速，计算风偏时

   6（0，30）=48.86 MPa/m

6）覆冰风压比载

风速V=15m/s，架空线覆冰时，架空线外径由d变为（d+2b），风载荷调整系数βc=1.0，基本风压W=2/1.6。规程规定，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律取为μsc=1.2；

计算强度时αf=1.0，所以

5（15，15）=dsin=36.74  MPa/m

计算强度时αf=0.75，所以

5（15，15）=dsin=27.55  MPa/m

7）覆冰综合比载

覆冰综合比载是架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和。

计算强度时

 7（15，15）=106.235 MPa/m

计算风偏时

 7（15，15）=103.417 MPa/m

各气象条件下导线比载的计算值，汇总如下表:1-3所示。

表1-3                       比载汇总表

项目	自重 γ1（0,0）	覆冰无风γ3（10,0）	无冰综合γ6（0,10）	无冰综合γ6（0,15）	无冰综合γ6（0,30）（用于强度）	无冰综合γ6（0,30）（用于风偏）	覆冰综合γ7（15,15）（用于强度）	覆冰综合γ7（15,15）（用于风偏）
数据	36.51 ×10-3	99.68 ×10-3	36.99 ×10-3	37.85 ×10-3	54.10 ×10-3	48.86 ×10-3	106.235 ×10-3	103.417 ×10-3
备注			αf=1.0 μsc= 1.1	αf=0.75 μsc= 1.1	αf=0.75 μsc= 1.1	αf=0.61 μsc= 1.1	αf=1.0 μsc= 1.2	αf=0.75 μsc= 1.2

2计算临界档距，判断控制气象条件

（1）可能成为控制条件的是最低气温、最大风速、覆冰有风和年均气温，整理该典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数，如下表2-1。

     表2-1             可能控制气象条件有关参数

参数

气象	最低气温	最大风速	覆冰有风	年均气温
气温(℃)	-20	+10	-5	+15
风速(m/s)	0	30	10	0
冰厚(mm)	0	0	10	0

(2)计算有关比载和比值γ/[σo]，计算结果列于下表2-2。

     表2-2             比值γ/[σo]计算结果及其排序表

气象条件	最低气温	最大风速	最厚覆冰	年均气温
γ(MPa/m)	36.51×10-3	54.10×10-3	106.235×10-3	36.51×10-3
[σo](MPa)	133.75	133.75	133.75	83.59
γ/[σo](1/m)	0.2730×10-3	0.4045×10-3	0.7943×10-3	0.4368×10-3
气温t（°C）	-20	-5	-5	+10
γ/[σo]从小至大编号	a	b	d	c

（3）按等高悬点考虑，计算有效临界档距的公式为

若两种控制条件下的架空线许用应力相等，即则

利用上式计算得各临界档距为

 =虚数

=537.742m

=86.113m

=虚数

=0

=140.150m

得有效临界档距判别表如下表2-3所示。

   表2-3               有效临界档距判别表

气象条件	a最低气温	b年均气温	c最大风速
临界档距(m)	lab=537.742 lac=虚数 lad=86.113	lbc=虚数 lbd=0	lcd=140.150

判断有效临界档距，确定 控制气象条件。

因为在某条件栏中，存在临界档距为虚数或者0的情况，则该栏的条件不起控制作用，应当舍去。

容易看出lcd=140.15m为有效临界档距。当实际档距，最大风速为控制条件；当实际档距，最厚覆冰为控制条件；

（4）计算各气象条件的应力和弧垂

以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如下表2-4所示。

表2-4                 已知条件及参数

已知条件	最大风速	最厚覆冰
参数 控制区间	0~140.150	140.150~∞
tm(℃)	-5	-5
bm(mm)	0	15
Vm(m/s)	30	15
γm(×10-3)	54.10	106.235
σm(MPa)	133.75	133.75

以各气象条件为待求条件，已知参数如表2-5所示。

 表2-5                待求条件和已知参数

 参数

待求条件	最高 气温	最低气温	年均 气温	事故	外过有风	外过无风	内过 电压
tm(℃)	+40	-20	+10	-10	+15	+15	+10
bm(mm)	0	0	0	0	0	0	0
Vm(m/s)	0	0	0	0	10	0	15
γ(×10-3MPa/m)	36.51	36.51	36.51	36.51	36.99	36.51	37.85

参数

待求条件	安装	覆冰无风	覆冰有风 （强度）	覆冰有风（风偏）	最大风（强度）	最大风（风偏）
t(℃)	-10	-5	-5	-5	-5	-5
b(mm)	0	15	15	15	0	0
V(m/s)	10	0	15	15	30	30
γ(×10-3MPa/m)	36.99	99.68	106.235	103.417	54.10	48.86

3绘制应力弧垂曲线

    利用状态方程式，求的各待求条件下的应力和弧垂，由于计算量非常大，为保证数据的正确性和精度，减少误差；以下数据是采用软件计算求的。 

表3-1          LGJ-185/45型导线应力弧垂计算

档距lr(m)

气象条件	最高气温		最低气温	年均气温	事故	安装	外过有风	操作过电压
	σ0 （MPa）	fv (m)	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）
50	44.82	0.255	125.43	83.59	111.38	111.40	76.81	83.79
100	51.36	0.	122.90	83.59	109.43	109.51	77.67	84.29
140.15	55.28	1.62	115.51	80.66	103.17	103.37	75.95	82.04
200	51.91	3.52	92.27	67.58	82.97	83.37	.86	69.80
250	49.99	5.71	74.43	59.	68.77	69.31	58.28	62.29
300	48.85	8.41	.09	55.21	60.77	61.36	54.57	58.01
350	48.14	11.62	58.38	52.61	56.28	56.	52.37	55.47
400	47.67	15.32	55.02	50.98	53.58	54.19	50.97	53.86
450	47.34	19.52	52.	49.90	51.84	52.44	50.03	52.78
500	47.10	24.22	51.45	49.14	50.65	51.25	49.36	52.02
550	46.92	29.42	50.43	48.59	49.79	50.39	48.88	51.46
600	46.79	35.11	49.68	48.17	49.16	49.76	48.51	51.05
650	46.68	41.31	49.11	47.85	48.68	49.27	48.23	50.73

续表

档距lr(m)

气象条件	外过无风		覆冰有风（强度）	覆冰有风（风偏）	覆冰无风		最大风（强度）	最大风 （风偏）
	σ0 （MPa）	fv (m)	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）	fv (m)	σ0 （MPa）	σ0 （MPa）
50	76.77	0.15	110.97	110.	110.87	0.28	133.75	133.50
100	77.51	0.59	123.35	122.70	121.16	1.03	133.75	132.80
140.15	75.65	1.18	133.75	133.25	130.45	1.88	133.75	132.11
200	.40	2.83	133.75	133.21	129.28	3.86	123.13	120.01
250	57.74	4.94	133.75	133.18	128.43	6.06	122.44	119.33
300	54.01	7.60	133.75	133.16	127.81	8.77	119.	117.14
350	51.79	10.79	133.75	133.15	127.38	12.01	118.10	115.23
400	50.39	14.49	133.75	133.11	127.06	15.69	116.23	113.05
450	49.45	18.67	133.75	133.09	126.83	19.	114.01	111.26
500	48.78	23.39	133.75	133.07	126.65	24.59	111.99	108.31
550	48.30	28.58	133.75	133.05	126.51	29.79	108.56	105.11
600	47.93	34.28	133.75	133.03	126.40	35.49	105.78	101.52
650	47.65	40.47	133.75	133.01	126.32	41.67	102.33	98.46

根据表3-1，绘制导线应力弧垂曲线(手绘)。                     

    图示说明，σ1为外过无风应力，σ2为覆冰有风和覆冰无风应力，σ3为最大风应力，σ4为年均气温应力，σ5为最低气温和事故应力，σ6为安装时应力，σ7为最高气温应力，σ8为外过有风应力，σ9为操作过电压应力。f1为外过无风时弧垂，f2为最高气温是弧垂，f3为覆冰无风时弧垂。

4绘制导线安装曲线

绘制安装曲线时，以档距为横坐标，弧垂为纵坐标，一般从最高施工气温至最低施工气温每隔10℃绘制一条弧垂曲线。应用状态方程式求解各施工气象（无风、无冰、不同气温）下的安装应力，进而求出相应的弧垂，结果如下表4-1所示。

表4-1              各种施工气温下的档距弧垂

档距（m）	50		100		140.150		200		250		300		350
温度℃	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）	σo MPa	（m）
40	44.8	1.01	51.3	0.	55.2	0.83	51.9	0.88	49.9	0.91	48.8	0.94	48.1	0.95
30	56.9	0.80	60.7	0.75	62.4	0.73	56.2	0.81	52.7	0.87	50.7	0.90	49.5	0.92
20	70.0	0.65	71.6	0.	70.9	0.	61.4	0.74	55.9	0.82	52.8	0.86	51.0	0.
10	83.5	0.55	83.5	0.55	80.6	0.57	67.5	0.68	59.6	0.77	55.2	0.83	52.6	0.87
0	97.4	0.47	96.2	0.47	91.4	0.50	74.7	0.61	63.8	0.72	57.8	0.79	54.3	0.84
-10	111.4	0.41	109.4	0.42	103.2	0.44	82.9	0.55	68.7	0.66	60.7	0.75	56.2	0.81

                                                                   续表

档距（m）	400		450		500		550		600		650
温度℃	σo MPa	m	σo MPa	m	σo MPa	m	σo MPa	m	σo MPa	m	σo MPa	m
40	47.7	0.96	47.3	0.96	47.1	0.97	46.9	0.97	46.8	0.98	46.7	0.98
30	48.7	0.94	48.2	0.95	47.8	0.95	47.5	0.96	47.2	0.97	47.1	0.97
20	49.8	0.92	49.0	0.93	48.8	0.94	48.0	0.95	47.7	0.96	47.5	0.95
10	50.9	0.90	49.9	0.91	49.1	0.93	48.6	0.94	48.2	0.95	47.9	0.95
0	52.2	0.87	50.8	0.90	49.9	0.91	49.2	0.93	48.7	0.94	48.3	0.94
-10	53.6	0.85	51.8	0.88	50.7	0.90	49.8	0.92	49.2	0.93	48.7	0.94

5总结

    回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

   实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

参考文献

[1]110~500kV架空送电线路设计技术规定.DL/T5092_1999.北京：中国电力出版社，1999.

[2]邵天晓，架空送电线路的电线力学计算，水利电力出版社，1987.

[3]东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册，水利电力出版社，1991.

[4]周振山，高压架空送电线路机械计算，水利电力出版社，1987.

[5]孟遂民，李光辉编著，架空输电线路设计，中国三峡出版社，2000.10.