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 学 生 姓 名 张正梅 学 号 0941201051 系 、专 业 电气工程系电气工程及其自动化 指 导 教 师 尹伟华

2012年 6月2日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

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 张正梅 学 号 0941201051 系 电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化09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

二、指导教师评定

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

目 录

摘要 ·············································································································· I 1有关参数 ····································································································· 1 1.1 气象条件·································································································· 1 1.2导线相关参数 ··························································································· 1 1.3有关比载的计算 ······················································································· 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 ··········································································································· 11 参考文献 ······································································································ 12

1有关参数

1.1气象参数

查《规程》得典型气象区Ⅴ的计算用气象条件，如表1-1所示。

表1-1：计算用气象条件

查《规程》LGJ-210/50导线的有关参数，如表1-2所示。

表1-2：LGJ-210/50导线有关参数

1.3各气象条件下导线比载的计算值 1）自重比载

1(0，0)

qg960.89.807

10310336.51103(MPa/m) A258.06

2）冰重比载

2(10，0)27.728

b(bd)10(1020.86)

10327.103

A258.06

33.16103(MPa/m)

3(10，0)1(0，0)2(10，0)(36.5133.16)103

69.67103(MPa/m)

4）无冰风压比载应计算最大风速和安装有风两种情况。

θ=900，因d=20.86mm>17mm，则μsc=1.1，110kV线路，βc=1.0，所以：

最大风速V=30m/s时，计算强度时的αf=0.75，所以

4(0，30)cfscd

w30

sin2103

A

0.62530233

1.00.751.120.861037.5110(MPa/m)

258.06

计算风偏时，αf=0.61，所以

4(0，30)cfscd

w30

sin2103A

0.625302

1.00.611.120.8610330.51103(MPa/m)

258.06

风速V=15m/s时，计算风偏，αf=0.75，所以

4(0，15)cfscd

w15

sin2103A

0.625152

1.00.751.120.861039.38103(MPa/m)

258.06

风速V=10m/s时，计算风偏，αf=1.0，所以

4(0，10)cfscd

w10

sin2103

A

0.625102

1.01.01.120.861035.56103(MPa/m)

258.06

5）覆冰风压比载

风速V=10m/s，μsc=1.2，计算强度和风偏αf=1.0，所以

5(10，10)cfscd

w10

sin2103A

2

0.62510

1.01.01.220.861036.06103(MPa/m)

258.06

计算强度时

2

6(0，30)12(0，0)4(0，30)52.34103(MPa/m)

计算风偏时

2

6(0，30)12(0，0)4(0，30)47.58103(MPa/m)

V=15m/s时

2

6(0，15)12(0，0)4(0，15)37.69103(MPa/m)

V=10m/s时

2

6(0，10)12(0，0)4(0，10)36.93103(MPa/m)

7）覆冰综合比载

22

7(10，10)3(10，0)5(10，10)69.93103(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

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

（

）计算有关比载和比值o，计算结果列于下表 表2-2：比值γ/[σo]计算结果及其排序表

（

）计算有效临界档距，等高差，所以

lij

利用上式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

容易看出

cd为有效临界档距。临界档距ac为虚数，

bc为虚数，所以，

b条件不起控制作用，实际档距l为C气象条件下的。

当0

当274.9

1）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

2）以各气象条件为待求条件，已知参数如表

所示。

表2-5：待求条件和已知参数

3绘制应力弧垂曲线

为了保证曲线比较准确而又不使计算量过大，档距l的距离一般取为50m，但须包括各有效档距处的值。以控制气象条件为第一状态，待求条件为第二状态，将第一状态与第二状态所对应的数据分别带入状态方程式，整理得：

22

E12l2E2l2

[c1aE(tt)]021c22

2424c1



令

3

c2

E12l2

A[c1aE(t2t1)]2

24c1

22E2lB

24

32c2Ac2B0

则

上述一元三次方程中，A、B为已知数，且A可正可负，B永远为正值，其应力σc2必有一个正的实数解。运用迭代法求解方程，得出结果如下表3-1所示。

表3-1：LGJ-210/50型导线应力弧垂计算

根据表3-1，绘制导线应力弧垂曲线如图3-2所示。

图3-2：导线应力弧垂曲线图

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

根据表4-1的数据，绘制导线安装曲线如下图4-2所示。

图4-2：安装曲线图

5总结

通过为期两周的课程设计，在老师的精心指导下和同学合作之下最终成功地完成了此次设计，并从中学到了很多的知识和经验，对绘制导线应力弧垂曲线和安装曲线有了更深层次的理解。

本次课程设计使我认识到：

（1）扎实的基础是实施操作的扎实基石。有良好的基础知识，是课题的生命。宁愿在基础知识上多花上50%的时间。因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的计算带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。

（2）无数次的计算和总结后总算是把设计搞好了，设计符合要求。真是难以用言语去形容那种愉悦的心情。自己的付出总算是有了回报。也使自己知识的不足处得到了弥补。感觉在知识不牢固的时候是多么无助跟绝望。自己要反复的去查阅以前的课本和书籍是多烦琐的事情。这也就坚定了我在以后的学习中要认真学好基础知识的决心。

同时,我也注意到了以下:

在计算临界档距之前，一定要预先将所给的气象条件和导线参数找准和分析透彻，在此基础上分析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。在这期间要特别注意的是计算结果的正确性和有效性。有些数据不能够想当然的去选取，要根据实际情况具体分析。

总体来说，这次绘制导线应力弧垂曲线和安装曲线的课程设计使我受益匪浅。在摸索该如何绘制应力弧垂曲线和安装曲线的过程中，培养了我的严谨思维，增加了实际计算能力。在让我体会到了绘制曲线的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

两周的课程设计结束了，在此我想对我的指导老师尹伟华老师表达我衷心的感谢。在尹伟华老师的耐心的指导下，使这次课程设计取得了较满意的结果。这次设计过程中得到了其他老师的指导和帮助，在此一并表示衷心的感谢!同时,也对帮助过我的同学深表感谢!

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.

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 学 生 姓 名 张正梅 学 号 0941201051 系 、专 业 电气工程系电气工程及其自动化 指 导 教 师 尹伟华

2012年 6月2日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

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 张正梅 学 号 0941201051 系 电气工程系 专业班级 电气工程及其自动化09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

二、指导教师评定

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

目 录

摘要 ·············································································································· I 1有关参数 ····································································································· 1 1.1 气象条件·································································································· 1 1.2导线相关参数 ··························································································· 1 1.3有关比载的计算 ······················································································· 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 ··········································································································· 11 参考文献 ······································································································ 12

1有关参数

1.1气象参数

查《规程》得典型气象区Ⅴ的计算用气象条件，如表1-1所示。

表1-1：计算用气象条件

查《规程》LGJ-210/50导线的有关参数，如表1-2所示。

表1-2：LGJ-210/50导线有关参数

1.3各气象条件下导线比载的计算值 1）自重比载

1(0，0)

qg960.89.807

10310336.51103(MPa/m) A258.06

2）冰重比载

2(10，0)27.728

b(bd)10(1020.86)

10327.103

A258.06

33.16103(MPa/m)

3(10，0)1(0，0)2(10，0)(36.5133.16)103

69.67103(MPa/m)

4）无冰风压比载应计算最大风速和安装有风两种情况。

θ=900，因d=20.86mm>17mm，则μsc=1.1，110kV线路，βc=1.0，所以：

最大风速V=30m/s时，计算强度时的αf=0.75，所以

4(0，30)cfscd

w30

sin2103

A

0.62530233

1.00.751.120.861037.5110(MPa/m)

258.06

计算风偏时，αf=0.61，所以

4(0，30)cfscd

w30

sin2103A

0.625302

1.00.611.120.8610330.51103(MPa/m)

258.06

风速V=15m/s时，计算风偏，αf=0.75，所以

4(0，15)cfscd

w15

sin2103A

0.625152

1.00.751.120.861039.38103(MPa/m)

258.06

风速V=10m/s时，计算风偏，αf=1.0，所以

4(0，10)cfscd

w10

sin2103

A

0.625102

1.01.01.120.861035.56103(MPa/m)

258.06

5）覆冰风压比载

风速V=10m/s，μsc=1.2，计算强度和风偏αf=1.0，所以

5(10，10)cfscd

w10

sin2103A

2

0.62510

1.01.01.220.861036.06103(MPa/m)

258.06

计算强度时

2

6(0，30)12(0，0)4(0，30)52.34103(MPa/m)

计算风偏时

2

6(0，30)12(0，0)4(0，30)47.58103(MPa/m)

V=15m/s时

2

6(0，15)12(0，0)4(0，15)37.69103(MPa/m)

V=10m/s时

2

6(0，10)12(0，0)4(0，10)36.93103(MPa/m)

7）覆冰综合比载

22

7(10，10)3(10，0)5(10，10)69.93103(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

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

（

）计算有关比载和比值o，计算结果列于下表 表2-2：比值γ/[σo]计算结果及其排序表

（

）计算有效临界档距，等高差，所以

lij

利用上式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

容易看出

cd为有效临界档距。临界档距ac为虚数，

bc为虚数，所以，

b条件不起控制作用，实际档距l为C气象条件下的。

当0

当274.9

1）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

2）以各气象条件为待求条件，已知参数如表

所示。

表2-5：待求条件和已知参数

3绘制应力弧垂曲线

为了保证曲线比较准确而又不使计算量过大，档距l的距离一般取为50m，但须包括各有效档距处的值。以控制气象条件为第一状态，待求条件为第二状态，将第一状态与第二状态所对应的数据分别带入状态方程式，整理得：

22

E12l2E2l2

[c1aE(tt)]021c22

2424c1



令

3

c2

E12l2

A[c1aE(t2t1)]2

24c1

22E2lB

24

32c2Ac2B0

则

上述一元三次方程中，A、B为已知数，且A可正可负，B永远为正值，其应力σc2必有一个正的实数解。运用迭代法求解方程，得出结果如下表3-1所示。

表3-1：LGJ-210/50型导线应力弧垂计算

根据表3-1，绘制导线应力弧垂曲线如图3-2所示。

图3-2：导线应力弧垂曲线图

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

根据表4-1的数据，绘制导线安装曲线如下图4-2所示。

图4-2：安装曲线图

5总结

通过为期两周的课程设计，在老师的精心指导下和同学合作之下最终成功地完成了此次设计，并从中学到了很多的知识和经验，对绘制导线应力弧垂曲线和安装曲线有了更深层次的理解。

本次课程设计使我认识到：

（1）扎实的基础是实施操作的扎实基石。有良好的基础知识，是课题的生命。宁愿在基础知识上多花上50%的时间。因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的计算带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。

（2）无数次的计算和总结后总算是把设计搞好了，设计符合要求。真是难以用言语去形容那种愉悦的心情。自己的付出总算是有了回报。也使自己知识的不足处得到了弥补。感觉在知识不牢固的时候是多么无助跟绝望。自己要反复的去查阅以前的课本和书籍是多烦琐的事情。这也就坚定了我在以后的学习中要认真学好基础知识的决心。

同时,我也注意到了以下:

在计算临界档距之前，一定要预先将所给的气象条件和导线参数找准和分析透彻，在此基础上分析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。在这期间要特别注意的是计算结果的正确性和有效性。有些数据不能够想当然的去选取，要根据实际情况具体分析。

总体来说，这次绘制导线应力弧垂曲线和安装曲线的课程设计使我受益匪浅。在摸索该如何绘制应力弧垂曲线和安装曲线的过程中，培养了我的严谨思维，增加了实际计算能力。在让我体会到了绘制曲线的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

两周的课程设计结束了，在此我想对我的指导老师尹伟华老师表达我衷心的感谢。在尹伟华老师的耐心的指导下，使这次课程设计取得了较满意的结果。这次设计过程中得到了其他老师的指导和帮助，在此一并表示衷心的感谢!同时,也对帮助过我的同学深表感谢!

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.