架空输电线路设计目 录1工程概况 12设计内容 22.1气象条件 22.2各气象条件下导线比载的计算值 22.3计算临界档距，判定控制条件 42.4计算各气象条件的应力和弧垂 42.5各种方法测弧垂 52.6应力弧垂曲线 7致 谢 8参考文献 9
1工程概况架空线路常年在大气中运行，承受着四季的气温、风、冰以及雷电等气象变化的影响，主要会引起架空线荷载和悬挂曲线长度发生变化，是架空线的张力（应力）、弧垂随之改变，进而影响到杆塔、基础所受荷载大小以及其他物体间的电气安全距离。一般来说，雨难以在架空线上停留，雪的密度较小，他们对线路的影响，可以用加强防雷措施来解决。风、覆冰和气温对架空输电线路的机械抢夺和电气间距有较大影响，是线路设计学要考虑的主要气象参数。架空输电线路中最广泛使用的是钢芯铝绞线，其结构也较复杂，因此着重研究钢芯铝绞线的机械物理特性，其他类型架空线的机械物理特性可类似得到。在架空线的机械物理特性中，与线路设计密切相关的主要弹性系数、温度膨胀系数，抗拉强度等[2]。在架空输电线路的设计中，不同气象条件下架空线的弧垂、应力和线长占有十分重要的位置，是输电线路力学研究的主要内容。这是因为架空线的弧垂和应力直接影响着线路的正常安全运行，而架空线的微小变化和误差都会引起弧垂和应力相当大的改变。设计弧垂小，架空线的拉应力就大，振动现象加剧，安全系数减小，同时杆塔荷载增大因而要求强度提高。设计弧垂过大，满足对地安全距离所需杆塔高度增加，线路投资增大，而且架空线的风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故，若加大塔头尺寸，必然会使投资再度提高。因此，设计合适的弧垂是十分重要的[9]。架空线的线长和弧垂是档距、高差和架空线比载、应力的函数。当气象条件发生变化时，这些参数将会发生变化。气温的升降引起架空线的热胀冷缩，是线长、弧垂、应力发生相应变化。大风的覆冰在成架空线比载增加，应力增大由于弹性变形使架空线线长增加。不同气象条件（状态）下架空线的各参数之间存在着一定的关系。揭示架空线从一种气象条件改变到另一种气象条件下的各参数之间关系的方程，成为架空线的状态方程[10]。为了使用方便，常将各种气象条件下架空线的应力和有关弧垂遂档距的变化用曲线表示出来，这种曲线称之为应力弧垂曲线，亦称力学特性曲线。此外，为方便架线施工，需要制作各种可能施工温度在架空线在无冰、无风气象下的弧垂随档距变化的曲线，称之为安装曲线，亦称放线曲线[3]。本次设计主要是绘制导线应力弧垂曲线，导线参数是导线型号为LGJ-300/40,通过典型气象Ⅲ区，安全系数取2.5。具体设计内容及步骤见下面内容。2设计内容所选课题：导线型号为LGJ-300/40,通过典型气象Ⅲ区，安全系数取2.52.1气象条件（1）整理并计算得到气象条件，示与表2-1中。 表2-1 计算用气象条件
最高气温 最低气温 最大风 最厚覆冰 内过电压 外过无风 外过有风 安装有风 事故气象 年均气温气温（ ）+40 -10 -5 -5 +15 +15 +15 -5 -5 +15风速（m/s） 0 0 25 10 15 0 10 10 0 0冰厚（mm） 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0（2）LGJ-300/40型导线参数架空线的许应力是指架空线弧垂最低点所允许使用的最大应力，工程中称之为最大使用应力其值由下式确定汇集于下表2-1将要用到的公式如下： 式中 —架空k线的抗拉强度； k—架空线的设计安全系数，规程规定导线的设计安全系数值应不小于2.5，在这里我们取k=2.5；架空线的抗拉强度是综合抗拉断力与架空线的截面积的比值: 式中 为计算拉断力此参数查表可得 =92220N代入上式得 =258.44（ MPa）所以可求得 =103.4（MPa） 据此将相关数据汇总于下表表2- 2 LGJ-300/40导线有关参数截面积A( )导线直径d(mm) 弹性系数E（Mpa） 温膨系 （1/ ）计算拉断力（N） 计算质量(kg/km) 抗拉强度 （MPa）安全系数k 许用应力 （MPa） 年均应力上限2.2各气象条件下导线比载的计算值1.自重比载自重比载式架空线路自身质量引起的比载，其大小可认为不受气象条件变化的影响。自重比载计算式为 (MPa/m)173
架空线路设计在此架空线的单位长度质量q查表的q=1688(kg/km)，重力加速度g=9.80665 计算得 =48.8 2.覆冰无风冰重比载式架空线的覆冰重量引起的比载。在覆冰厚度为b时，单位长度架空线上的覆冰体积为 若取覆冰的密度 ，则自重比载为 在此冰厚b=5mm所以计算得 11.84 （MPa/m）自重总比载是自重比载与冰重比载之和，即 60.64 （MPa/m）3.无冰综合比载无冰综合比载是架空线自重比载和无风比载的矢量和，即 而无冰风压比载计算式为 = （MPa/m）基本风压 ，即 =390.625（Pa） ，查表可得 线径d>17mm所以 假设风向垂直于线路方向即 = 综上可计算 =1.0 0.85 1.1 23.94 =25.67 （MPa/m）4.覆冰风压比载架空线覆冰时，其直径由d变为d+2b，迎风面积增大，同时风载体型系数也与为覆冰时不同。规程规定，无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律为 =1.2.覆冰时的风压比载计算式为 （MPa/m）代入数据得 6.38 （MPa/m）[4]5.无冰综合比载计算强度（最大风速）时有 带入数据得 =41.71 （MPa/m）安装有风时有 代入数据得 =33.13 （MPa/m）无冰综合比载 =34.55 （MPa/m）6.覆冰综合比载 =45.24 （MPa/m）将以上数据汇总于下表
表2-3 比载汇总表项目 自重 覆冰无风 无冰综合 无冰综合 无冰综合 （用于强度）无冰综合 （用于风偏）覆冰综合 （用于强度） 覆冰综合 （用于风偏）数据 32.77 44.61 33.13 34.55 41.71 45.24
备注 C=1.0 =1.00C=1.0 =0.75C=1.0 =1.10C=1.0 =1.10C=1.0 =1.00C=1.0 =1.002.3计算临界档距，判定控制条件（1）可能控制条件的有关参数见下表表2-4 控制条件 条件项目 最大风速 最厚覆冰 最低气温 年均气温许用应力[σ0](MPa) 103.4 103.4 103.4 64.6比载γ（MPa/m） 41.71 45.24 32.77 32.77
γ/[σ0](1/m) 0.403 0.438 0.317 0.507
温度t（℃） -5 -5 -10 +15γ/[σ0]由小至大编号 b c a d（2） 按等高悬点考虑，计算各临界档距 198.75m, 164.4m, 虚数， 0， 虚数， 虚数（3）判断有效临界档距，确定控制气象条件。将各临界档距填入有效临界档距判别表2-5，容易看出最厚覆冰为有效临界档距。表2-5 临界档距可能的控制条件 a(最低气温) b(最大风速) c(年均气温) d(最厚覆冰)临界档距（m） 198.75m 164.4m 虚数 0 虚数 虚数-2.4计算各气象条件的应力和弧垂（1）以各档距范围的控制条件为已知条件，有关数据如表
表2-6 档距控制条件已知条件 最低气温 年均气温 最厚覆冰 控制区间参数 0～∞tm（℃） -5bm（mm） 5vm（m/s） 10γm（×10-3MPa/m） 45.24σm（MPa） 103.4（2）以各气象条件为待求条件，已知参数如下表所示表2-7 气象条件待求条件参数 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 安装 覆冰无风 覆冰有风（强度用） 最大风（强度用）t（℃） 40 -10 15 -5 +15 +15 +15 -5 -5 -5 -5b（mm） 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 0v（m/s） 0 0 0 0 10 0 15 10 0 10 25γ（×10-3MPa/m） 32.77 32.77 32.77 32.77 33.13 32.77 34.55 33.13 44.61 45.24 41.71（3）利用状态方程式 ，求得各待求条件下的应力和弧垂。2.5各种方法测弧垂通过应力测弧垂美国The Vally Croup Inc。公司生产的CAT-1是通过测量导线应力计算弧垂的实时监测装置，主要有3部分组成：（1）应力传感器，它串联在耐张塔和绝缘子串之间，一般在一基耐张塔上装两个，能实时测量该塔相邻两耐张段的导线应力。（2）太阳能充电电源和控制部分，安装在耐张塔上，为应力传感器供电并按时将应力数据传送到主站；（3）系统软件，安装在调度或管理部门的主站上，完成从应力计算弧垂和导线温度等功能[5]。通过温度或倾角测弧垂美国USI公司生产的Power-Donut2和杭州海康雷鸟公司生产的MT系列温度一倾角测量球是用实时测量导线温度或悬挂点倾角[6]，并通过计算得到实时弧垂的装置，同时装置也能测量导线电流。装置由测量和系统软件两部分组成，主要的测量装置为环型或球型结构，套装在导线上[7]。两种测量装置倾角的测量精度均为 ，分辨率为 。通过实时测得倾角，温度从- C到6 C,弧垂变化约4m，倾角变化 多，虽然倾角变化不大，但对测量装置来说已有足够的判断能力[8]。如下表所示：LGJ—300/40型导线应力弧垂计算表表2-8 LGJ—300/40型导线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 安装 外过有风 外过无风 σ0（MPa） fv（m） σ0（MPa） σ0（MPa） σ0（MPa） σ0（MPa） σ0（MPa） σ0（MPa） fv（m）50 42.156 0.243 109.778 74.791 102.721 102.738 74.822 74.791 0.137100 20.503 1.998 114.277 48.788 100.092 100.177 49.007 48.788 0.839200 9.730 16.840 114.816 22.489 84.696 85.250 23.011 22.489 7.285250 7.001 36.566 109.527 16.075 71.024 72.028 16.617 16.075 15.927300 5.062 72.825 99.658 11.589 55.521 56.931 12.107 11.589 31.809350 3.666 136.865 85.237 8.383 41.450 43.022 8.852 8.384 59.853400 2.657 246.675 68.130 6.073 30.344 31.865 6.482 6.073 107.928450 1.926 430.693 51.695 4.401 22.066 23.436 4.749 4.401 188.484500 1.396 733.463 38.164 3.190 16.013 17.197 3.480 3.190 321.015550 1.012 1224.163 27.858 2.313 11.613 12.609 2.550 2.313 531.803600 0.734 2009.295 20.249 1.677 8.420 9.243 1.869 1.677 879.527650 0.532 3252.613 14.695 1.216 6.105 6.775 1.370 1.216 1723.776700 0.386 5202.842 10.658 0.882 4.426 4.966 1.004 0.881 2277.563750 0.279 8238.146 7.728 0.639 3.209 3.640 0.736 0.639 3606.287表2-9 LGJ—300/40型导线应力弧垂计算 气象条件
架空输电线路设计档距lr(m) 操作过电压 覆冰无风 覆冰有风（强度） 最大风（强度） σ0（MPa） σ0（MPa） fv（m） σ0（MPa） σ0（MPa）50 74.947 103.363 0.135 103.402 103.189100 49.868 103.227 0.540 103.412 102.399200 25.114 102.534 2.175 103.459 100.787250 18.857 101.973 3.418 103.496 98.245300 14.305 101.288 4.955 103.542 94.804350 10.897 100.501 6.797 103.595 90.599400 8.317 99.631 8.955 103.654 85.837450 6.353 98.696 11.441 103.718 80.746500 4.854 97.709 14.267 103.785 75.538550 3.709 96.686 17.446 103.856 70.376600 2.835 95.634 20.991 103.929 65.374650 2.167 94.563 24.914 104.006 60.603700 1.656 93.477 29.230 104.082 56.101750 1.266 92.384 33.953 104.162 51.8822.6应力弧垂曲线（6）以上表的数据为一句，绘制应力弧垂曲线如图2-1所示：1-最低气温 2-安装有风应力 3-事故气象应力 4-内过电压应力 5-外过有风应力6-外过无风应力 7-最高气温应力 8-年均气温应力 9-覆冰有风（强度）应力 10-覆冰无风应力 11-大风（强度）应力 12-最高气温弧垂 13-外过无风弧垂图2-1 应力弧垂曲线
致 谢 在本次自动控制课程设计过程中，得到了个刘建萍老师和同学们的帮助，让我学到了很多东西，同时还感谢学校的图书馆给我们提供了很好的资料，让我们的设计更加能够轻松的完成，还有感谢各个网站提供的大量资料。 通过这次设计，在很高程度上弥补了我们的理论知识的不足，通过设计进一步巩固了我们的理论知识，让我们学的更扎实，对自动控制的认识更加形象。 总之，这次设计带给我很大的收获，再一次感谢学校给我们一个展现自己设计才能的机会，这对我们以后的工作和学习都有很好的作用。
