电力线路设计2课件

电力线路设计1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算为使输电线路的结构强度和电气性能能够适应正常情况下的气象变化，以保证线路施工安装、运行安全和不浪费线路建设投资，在线路设计时需要收集的沿线的自然环境资料。还应参照附近已有线路的运行经验，选取合适的设计气象条件，作为线路设计的依据。一、气象条件的收集和用途：1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算气气象象资资料料内内容容及及用用途途包包括括：历年最高气温，用于计算架空线最大弧垂；历年最低气温，用于计算架空线应力，检查绝缘子串是否倒拔上扬；历年平均气温，平均气温时的应力用于架空线防振设计；历年最大风速及最大风速月的平均气温，用于计算架空线及杆塔强度时的风荷载;地区最多风向及其出现频率，用于防污设计；架空线覆冰厚度，用于计算覆冰时架空线的应力、弧垂以及杆塔的垂直荷载；雷电小时数，用于防雷设计；雨、雪、及雾凇的持续小时数，用于计算线路电晕损失；土壤冻结深度，用于杆塔基础设计。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算二、气象条件三要素对线路影响较大的主要有：风风速速、覆覆冰冰、气气温温，称设计气象条件三要素。1、风速：影响主要有三方面：风吹在导线、杆塔及其附件上，增加导线和杆塔上的荷载。导线在由风引起的垂直线路方向的荷载作用下，将偏离无风时的铅垂面，从而改变了带电导线与横担、杆塔等接地的距离。导线在稳定的微风作用下将引起振动；在稳定的中速风的作用下将引起舞动；1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算输电线路设计中所采用的风速是离离地地15m高高处处连连续续自自记记10min平平均均风风速速，最大设计风速取15年年一一遇遇的最大值。配电线路的最大设计风速则采用10年一遇的离地10m高处连续自记10min平均最大值。因此，在线路设计时和运行过程中均需广搜集、积累沿线风速资料。但应注注意意，若气象台站的风仪高度及测记方法不一定符合输电线路采用的要求，就需经过一定方法，将其换算到输电线路的设计风速。另外，在离地不同的高度其风速大小是不同的，当导线高度较高，如跨越江河等地段，其风速还应计及高度影响。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算2、覆冰厚度威胁：由于导线覆冰，荷载增大，引起断线、连接金具破坏，甚至倒杆等事故；由于覆冰严重，使导线弧垂增大，造成与被跨越物或对地距离变小，引起放电闪络事故等；由于不同时脱冰使导线跳跃，易引起导线间以及导线与避雷线间闪络，烧伤导线或避雷线。发生冰害事故时，往往正是气候恶劣、冰雪封山、通信中断、交通受阻、检修十分困难之时，从而造成电力系统长时间停电。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算3气温气温的变化，引起导线热胀冷缩，从而影响输电线的弧垂和应力。显然，输电线路所经过地区的历年来最高气温和最低气温是我们特别关心的。因为，气温越高，导线由于热胀引起的伸长量越大，弧垂增加越多，所以需考虑导线对被交叉跨越物和对地距离应满足要求；反之，气温越低，线长缩短越多，应力增加越大，所以需考虑导线机械强度应满足要求。另外，年平均气温、最大风速时的气温也必须适当选择。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算三、气象条件换算在进行架空线路设计时，需将收集到的风速、覆冰厚度等气象资料进行换算，经过换算确定出设计用气象条件。1、最大风速的选取 设计风速指离地设计风速指离地15m高处连续自记高处连续自记10min平均风速平均风速，最大设计风速取15年一遇年一遇的最大值。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算1)次时换算：将风速仪安装高度为h的四次定时，时距2min的平均风速V2，换算为高度仍为h时的连续自记10min的平均风速Vh，其换算公式见表1-2。地区计算公式应用范围华北东北西北西南云南四JII湖北湖南广东江苏山东浙江Vh=O882V2+7.82Vh=1.04V2+3.2Vh=1.004V2+2.57Vh=O576V2+11.57Vh=O625V2+8.04Vh=1.25V2Vh=O732V2+7.0Vh=O68V2+9.54Vh=1.03V2+4.15Vh=O78V2+8.41Vh=1.03V2+3.76Vh=1.26V2+O53北京、天津、河北、山西、河南、内蒙古、陕西(关中、汉中)辽宁、吉林、黑龙江陕西(陕北)、甘肃、宁夏、青海、新疆、西藏贵州湖北、江西广东、广西、福建、台湾上海、江苏山东、安徽1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算2)高度换算：风速仪的安装高度不一定是15m，因此需将风速仪安装为h时的连续自记10min的平均风速Vh换算为离地面15m高度时的连续自记10min的平均风速V15,一般可按下式计算:k0可由表1-3查取。风仪高度h(m)8101214151618202224262830K01.1111.1011.0361.01061009909760.95609420930.9209080.901-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算3)最大风速的选定：架空送电线路技术规程规定，对35110kV线路，应采用15年一遇；对220330kV线路，应采用30年一遇；对500kV线路，应采用50年一遇。重现期越长，说明该风速越稀少，即风速越大。最大风速的选取，是根据搜集到的历年最大风速值(经过了次时、高度换算后)，用比较简单方便的“经验频率法”确定。其计算公式为:最大风速出现的频率如：15年一遇P=1/15将统计年内出现的全部最大风速由小到大顺序编号的编号值统计风速的总次数1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算2、覆冰厚度的选取覆冰形成的气候条件：-2-10，空气相对湿度90%左右，风速在515m/s范围内。冰密度0.9g/cm3，取15年一遇的最大值。厚度换算：（1）测水重法（2）测总重法1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算四、组合气象条件和典型气象区在实际工程中，只要把握了对线路各部件起控制作用的几种气象条件，也就把握了所有气象条件对输电线路的影响。因此，结合实际情况，慎重地分析原始气象资料，对风速、覆冰厚度和气温进行合理的组合，概括出既在一定程度上反映自然界的气象规律，又适合线路结构上的技术经济合理性及设计计算的方便性的“组合气象条件”。气象条件一般常用的组合有九种：最高气温、最低气温、年平均气温、最大风速、最大覆冰、内过电压(操作过电压)、外过电压(大气过电压)，以及安装情况和事故断线情况。1-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算典型气象区典型气象区为了设计、制造上的标准化和统一，根据我国不同地区的气象情况和多年的运行经验，我国各主要地区组合后的气象条件归纳为九九个典型气象区，其气象参数的组合见14页表1-61-2 架空线路设计气象条件及换算架空线路设计气象条件及换算气象区IV大气温度()最高+40最低-5-10-10-20-10-20-40-20-20覆冰-5最大风速+10+10-5-5+10-5-5-5-5安装情况00-5-10-5-lO-15-10-10外过电压+15内过电压+20+15+15+10+15+105+10+10风速(ms)最大风速353025253025303030覆冰1015安装情况10外过电压1510内过电压0.5最大风速(不低于15ms)覆冰厚度(rnm)05551010101520冰的比重(gcm3)0.9适用于适用于35110kV线路线路1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择架空线路设计的两个阶段：初步设计和施工图设计一、初步设计对不同线路方案进行综合经济技术比较，选择路径方案；导线、避雷线选择校验；各种电气距离确定；杆塔选择及定位；通信保护设计等。编写：1、设计书及附图2、设备材料清单3、施工组织设计4、概算书初步设计流程1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择二、施工图设计包括：1、施工总说明书及附图2、线路平断面图及杆塔定位明细表3、机电施工图及说明书4、杆塔施工图及说明书5、基础施工图及说明书6、大跨越设计施工图及说明书7、通信保护施工图及说明书8、预算书9、勘测资料10、工程技术档案资料施工设计流程1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择三、输电线路路径方案选择1、室内选线可根据地图（1/10000或1/50000）、航摄片或GPS进行，拟定23条路径方案进行比较。（1）室内选线的一般要求选线前选线前：了解线路工程概况及系统规划；明确线路起、止点及途必经位置；线路电压等级；输送容量；回路数；导线型号等有关设计依据。准备准备：地图等1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择选线时选线时：结合电力系统的远景规划考虑预留及线路通道等情况，在发电厂或变电所附近，要充分考虑发展远景规划，预留进出线走廊显得尤为重要。并且在技术上可行、经济上合理，且没有特殊要求的情况下，应尽量选择路径最短、转角少、转角度数小、交叉跨越少、施工及运输方便、地形及地质较好的路径方案。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择（2）室内选线方法在地形图上选线时，根据发电厂或变电所的位置，将线路的起、止点(进、出线终端杆塔)分别标设在地形图上，用细线连成一直线并量其长度，作为路径的最短准线，或称为航空直线。然后将预先了解到的有关居民点等的城市规划，军事、水利、通信等设施的位置及其他已有或拟建的有关设施均标注在地形图上。待上述工作完成后，即可围绕线路直线，在避开各种障碍的同时，定出各条可能走向的转角点，用不同颜色的线条将转角点连接起来，绘出数条线路的路径方案。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择2、现场勘测在勘测过程中用罗盘或经纬仪初测路径转角，并在路径必须经过的地点留下标志，作为下次勘测的目标。对特大跨越点，拥挤地段要用仪器测绘平面图。同时进行施工维护道路，影响范围内通信线路等调查工作。待路径方案确定，各方协议落实，再进行终勘定线量距、断面测量、杆塔定位工作。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择3、路径选择的技术要求总原则总原则：符合规程外，尽量选取长度短、转角少且角度小、跨越少、拆迁少、交通运输和施工方便及地形地质条件好的方案。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择地形地貌地形地貌：应“线位结合”，即选择路径时考虑杆位的布置及档据的大小分布。尽量避免出现“大跨越、大高差”地段，也应避免档据过小的现象，同时还应避免出现相邻档据差过大，以减小沿线路方向的不平衡应力。线路过山脊，应保证有足够的施工基面和施工条件；线路过河网，尽量与河道垂直交叉，避免斜接近交叉，尽量少用加高杆塔。线路经过山坡或线路中心一侧有突出物时，要结合边导线的风偏影响以考虑路径方案，尽量减少土石方的开挖工作。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择环境条件境条件线路从污源附近经过时，要查明其有害范围，分析其危害程度，应尽量远离或避开这些地区，并尽量使线路在这些污源的上风方向通过，以减少或避开其影响。沿海地区线路则要考虑盐污影响。在平原开阔地区，线路应尽量避免靠近湖泊且位于结冰季节的下风侧走线，以免由于湿度大，造成严重覆冰现象。雷电活动的强弱也与环境条件有关，应对沿线附近已有架空线路进行调查，了解沿线雷电活动情况，尽量避开雷电活动强烈地段，以减少雷害事故。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择水文地质水文地质山区线路应避免通过陡坡、悬崖峭壁、滑坡冲沟等不稳定地带。应避免在山洪口、泥石流附近通过，应远离山沟干河道，以免遭受山洪冲刷；在平原地区应尽量避开沼泽地、水草地、已积水或易积水及盐碱地带；在黄土地区应尽量避开冲沟、陷穴及受地表水作用后产生强烈湿陷性地带；线路在水库放水口下游通过时，应注意放水的淹没范围和冲刷情况对杆塔可能造成的危害程度。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择各种交叉跨越、接近物的影响各种交叉跨越、接近物的影响输电线路应避免与具有爆炸物、易燃物或可燃液体的生产厂房、仓库、储藏器等交叉跨越。必须接近时，应按有关部门的规定或通过协商办理。禁止架空线路跨越易燃材料为屋顶的建筑，对其他建筑物亦应尽量不跨越，如必须跨越时，应取得当地政府的同意，并满足导线对建筑物的最小垂直距离要求。在平原地区房屋建筑密集，特别要注意线路与建筑物接近时，边导线在最大计算风偏时和建筑物凸出部分之间的距离必须满足规程要求。输电线路与弱电线路的交叉角输电线路与弱电线路的交叉角1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择弱电线路等级 一级 二级 三级交叉角4530不限制二级：各省所在地与各地、县及其相互间的通信线路；相邻两省各地、县相互间的通信线路；一般市内电话线路；铁路局与各站、段及站段相互间的线路。三级：县至区、乡的县内线路和两对以下的城郊线路；铁路的地区线路及有线广播线路。一级：首都与各省政府所在地及其相互联系的主要线路；首都至重要工矿城市、海港的线路以及由首都通达国外的国际线路；邮电部指定的其他线路和国防线路；铁道部与各铁路局之间联系用的线路；铁路信号自动闭塞装置专用线路。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择线路与无线设备接近时，应满足下表所列最小距离的要求。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择转角点选择转角点选择转角点应尽量选在开阔平坦地带，除考虑拉线布置和拉线基础稳定等要求外，还应考虑转角杆在施工紧线时作为锚塔或紧线操作所必需的场地面积和便于施工机械的到达。转角点选择应和耐张段长度结合在一起考虑，山区线路的转角点可选在山谷低处，以便杆塔上拔时兼作耐张杆塔使用。高山、河岸、堤坝、低洼积水处等不宜选作转角点。转角点也不得选在相邻两侧相差较大的地方，以免承受过大的不平衡张力。1-3 架空线路设计及路径选择架空线路设计及路径选择跨河点选择跨河点选择线路与河流交叉跨越时，档距受河面宽度和河流两侧的立杆塔条件控制。因而跨河点应选在河面最窄、河道顺直、河岸稳固且不受洪水冲刷、两岸地质条件较好的地方，尽量靠近摆渡和公路桥梁。在山区和丘陵地区线路，应尽量选择两岸地形较高的地方通过，以降低杆塔高度。1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择一、导线的选择1、按经济电流密度选择导线截面按长期允许电流选2、校验电晕校验机械强度校验热稳定校验电压损耗校验1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择对于35kV以上的架空送电线路，一般均按按经经济济电电流密度选择流密度选择导线截面；按电压损耗选择导线截面的方法，主要用于没有特殊调压设备的配电网络中；（但无论采用哪种方法选择的导线截面，都必须满足机械强度和发热的要求，按经济电流密度选择的导线截面还必须满足容许电压损耗的要求。）1lOkV及及以以上上的架空送电线路，应根据临临界界电电晕晕电电压压来来校校验验导线截面(临界电晕电压计算公式可查阅其他有关参考资料)，而避免电晕损耗，则是330kV及以上超高压线路决定导线截面及导线类型的主要条件。1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择2、避雷线的选择避避雷雷线线功功能能：防止雷直击导线；雷击塔顶时对雷电流有分流作用，减少流人杆塔的雷电流，使塔顶电位降低；对导线有耦合作用，降低雷击塔顶时塔头绝缘(绝缘子串和空气间隙)上的电压；对导线有屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择架设避雷线的要求：架设避雷线的要求：330kV及500kV线路应沿全线架设双避雷线。220kV线路应沿全线架设避雷线。在山区，宜架设双避雷线，但少雷区除外。110kV线路一般沿全线架设避雷线。在雷电活动特殊强烈地区，宜架设双避雷线。在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微地区，可不沿全线架设避雷线，但应装设自动重合闸装置。60kV线路，负荷重要且所经地区年平均雷暴日数为30以上地区，宜沿全线架设避雷线。35kV及以下线路，一般不沿全线架设避雷线。1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择3、导线在杆塔上的排列方式及线间距离导线在杆头的排列方式导线在杆头的排列方式导线在塔头上的布置形式大体上可以分为三类：水平排列、垂直排列和三角形排列。导线的线间距离导线的线间距离当导线处于铅垂静止平衡位置时，它们之间的距离叫做线间距离。确定导线线间距离，要考虑两方面的情况：一是导线在杆塔上的布置形式及杆塔上的间隙距离；二是导线在档距中央相互接近时的间隙距离。取两种情况的较大者，决定线间距离。1-4 导线与避雷线的选择导线与避雷线的选择4、避雷线与导线间的距离(1)对边导线的应满足防雷的要求，保护角的值一般取200300，330kV线路及双避雷线220kV线路，一般采用200左右。山区单避雷线线路，一般采用250左右。对大跨越档高度超过40m的杆塔，不宜超过200。对于发电厂及变电所的进线段，不宜超过200，最大不应超过300。(2)避雷线和导线的水平偏移应符合表112所示(3)双避雷线线路，两避雷线间距离不应超过避雷线与导线间垂直距离的5倍。(4)在档距中央，导线与避雷线间距离在+150C，无风的气象条件下应满足式(110)1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择一、绝缘子的种类和选择一、绝缘子的种类和选择绝缘子的用途是使导线和导线之间及导线和大地之间绝缘，并用它来支撑和固定导线于杆塔的横担上，因此，绝缘子应具有良好的电气性能和机械性能。按按电电压压和和型型式式分分：针式绝缘子、棒式绝缘子和悬式绝缘子；按功能分按功能分：普通型绝缘子和防污型绝缘子；按按使使用用材材料料分分：瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子和有机硅人工合成绝缘子1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择1针式绝缘子针式绝缘子是在35kV以下线路上应用最多的一种绝缘子。它主要用在直线杆塔及小转角杆塔上，也有在承力杆塔(耐张杆塔）上用于支撑导线跳线。针式绝缘子分长脚和短脚两种，长脚用于木横担，短脚用于铁横担，铁脚上有螺纹，用螺母将绝缘子固定在横担上。长脚针式绝缘子短脚针式绝缘子1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择2悬式绝缘子用于电压为35kV以上的线路，通常都把它们组装成绝缘子链使用1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择3、横担绝缘子这种绝缘子是同时起到横担和绝缘子作用的一种新型绝缘子结构。这种绝缘子能在断线时转动，可避免因断线而扩大事故。横横担担复复合合绝绝缘缘子子主要用于10-110kV交流输电线配电网（特别是城市配电网）中，能有效地利用城市狭窄的走廊面积升压送电，可降低钢塔高度，节约大量的财力物力。由于其弯曲强度高，可防止瓷横担容易出现的断裂事故，而且耐污性能好，是替代瓷横担绝缘子的理想产品。1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择二、绝缘子的片数确定根据污染程度、性质的不同，把污秽地区分成等级，按不同的污秽区规定不同的单位泄漏距离。单位泄露距离也叫泄漏比距，它表示线路绝缘或设备外绝缘泄漏距离与线路额定线电压的比值1-5 绝缘子的选择绝缘子的选择绝缘子串的泄漏距离应满足下式DUd(112)式中D绝缘子串的泄漏距离，cm；U线路额定电压，kV；d泄漏比距，cmkV。直线杆每串绝缘子片数为n=DS(113)式中D绝缘子串应有的泄漏距离，cm；s每片绝缘子的泄漏距离，cm；n直线杆绝缘子串的绝缘子片数。110kV线路，普通绝缘子XP-40C爬电距离200mmD110*1.6=176n=176/20=8.81-5 绝缘子的选择绝缘子的选择2根据内部过电压决定绝缘子片数绝缘子串在内部过电压下不应发生闪络，湿闪电压大于操作过电压的数值。3大气过电压下线路的绝缘不要求线路绝缘不发生闪络，而是要求线路绝缘具有一定的耐雷水平。在一般情况下，不采用增加绝缘子片数的方法满足耐雷水平的要求。4耐张杆塔的绝缘子片数绝缘子数量应比悬垂绝缘子的同型绝缘子多一个。初步设计程序初步设计程序施工设计流程施工设计流程室内选线室内选线