漳州某110kV线路直线角钢塔设计

学 生：唐明

指导教师：姜岚

（三峡大学电气与新能源学院）

1课题来源

本课题为输电线路杆塔设计，为电气工程及其自动化（输电线路工程方向）专业要培养的核心能力之一，作为输电线路工程专业的毕业生，应当具备杆塔设计的能力。

课题来源于福建漳州某110kV线路设计，本课题对其中的一基直线铁塔进行设计。要求学生根据已知的气象条件、导地线型号、档距、相关规范要求，设计直线角钢塔，给出计算过程，绘制施工图。

2 研究的目的和意义

2.1 输电线路的任务

地球上的煤、石油和江河等动力资源的分布是自然决定的，通常远离中心。火力发电厂可以建在能源基地，也可以建在负荷中心附近，这取决于远距离输电经济还是运送燃料经济。从技术、经济上和环境污染等方面比较，现代化的大型火力发电厂都建在能源基地。水力发电厂则只能建在水力资源处。这些电厂发出的电通过输电线路向荷中心输送。因此，输电线路的任务就是输送电能，并且联络发电厂、变电站使之并列运行，实现电力系统联网。高压输电线路是电力工业的大动脉，是电力系统的重要组成部分[2]。

2.2 输电线路的发展历史 输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高，以致输电能力和效益受到限制。19世纪末，直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化社会的新时代 按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高，以致输电能力和效益受到限制。19世纪末，直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化社会的新时代。目前广泛应用三相交流输电，频率为50赫（或60赫）。20世纪60年代以来直流输电又有新发展，与交流输电相配合，组成交直流混合的电力系统。

2.3 输电铁塔的分类

输电线路铁塔的结构形式随线路电压等级、气候条件、沿线地形、施工运行条件等各种因素变化而变化，形式繁多。从功能上划分有直线塔、耐张塔、跨越塔、转角塔、终端塔、换位塔等，从结构形式上划分有酒杯型塔、猫头塔、干字型塔、鼓型塔、羊角塔、拉线塔、门型塔等[1~3] [9]。

2.4 研究课题的意义 电能作为人类最重要的基础能源之一，对国家的经济建设和人们的日常生活都起着至关重要的作用。通过经济性对比表明，发电厂的位置一般建设在能源基地更为经济一些，为了能够将电能输送到各个用户中心，通过高压输电线路输送。架空输电线路采用电杆塔将导线和地线悬挂在空间，使导线与导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间、导线与地面障碍物之间保持一定的安全距离，完成输电任务。杆塔是架空输电线路中最重要的组成部分之一，杆塔的结构是否合理和正确使用，直接影响输电线路的建设速度、经济性、可靠性以及安装、维护、检修等各个方面。杆塔设计是电力建设的重要组成部分，同时也对输电线路正常运行起着关键作用[2~4] [7] [8]。110kV的线路电压等级高，杆塔荷载大。目前一般采用双杆门型电杆、带叉梁门V型拉线门型电杆、V型拉线撇脚门型电杆及铁塔。

3 国内外的研究现状和发展趋势

3.1 国外铁塔的发展

以架空输电线路传输电能是输送电能和分配电能的根本方式。它的应用已有百余年的历史。在电能需求增加、容量增大、电源地点分散、输电距离加长等情况下，铁塔逐渐成为输电线路的首先杆塔。在美国、英国、前苏联、日本等国都在改进铁塔结构、应用新技术、采用新材料等发面进行了大量的研究。在日本，60kV电压等级的长距离输电线路始于19xx年。19xx年第一条500kV线路在东京电力公司的房总线开始建设，建设初期以270kV运行，至19xx年升压为500kV线路电压。以后，各电力公司都以500kV线路做联络干线。目前，东京电力公司正在建设一条1000kV输电线路的特高压输电线路。

3.2 我国铁塔的发展 我国的铁塔构造设计在解放初期主要采用原苏联模式，根据我国地理和气候条件进行强度校核，只对原有铁塔进行局部修改。从60年代以后，开始自行设计，逐渐形成从35kV到500kV输电线路系列。

70年代中期，随着国民经济的恢复和对电力需求的急剧增长，我国开始进行500kV输电线路的设计、实验和建设，但是第一批500kV输电工程结构本体的设计，因为缺乏经验，比国外同类工程材料消耗多30%。直到19xx年电力建设研究所84型酒杯塔实验研究成功，才使设计人员在思想方法上冲破旧模式的束缚。短短几年中，东北电力设计院和华北电力设计院设计的酒杯型直线塔以及电力建设研究所研制的M86猫头型自立塔均到了国际先进指标，19xx年华北电力设计院设计的ZVX拉V塔和电力建设研究所研制的LV87拉V塔进入了国内先进水平的行列。这些成果缩小了我国500kV输电结构设计和世界先进水平的差距。

4 研究的主要内容及设计成果的应用价值

4.1 杆塔设计选型时考虑的因素

杆塔设计选型时需要考虑多种因素：对导地线易发生覆冰和舞动地段，应适当提高杆塔的承载力[1,2]；对腐蚀严重地区，杆塔和基础设计应采取有针对性的防腐措施；对盗窃多发区应提高或改善铁塔及拉线的防盗能力；多雷区和山区的线路宜采用小保护角或负保护角的杆塔；杆塔电气间隙的设计应考虑带电作业和调爬的需要；在风口地带、季风较强地区和导地线易舞动地区，杆塔应采取螺栓防松措施；杆塔设计采用新理论、新材料或新结构型式，应经过试验验证[1]。

4.2 杆塔荷载的分类及计算条件

作用于杆塔上的荷载有很多种类型且与多种因素相关，下面对其分类与计算条件进行叙述

4.2.1荷载分类

根据荷载在杆塔上的作用方向，可划分为以下几种：

(1)水平荷载。杆塔及导线、避雷线的横向风压荷载，转角杆塔导线及避雷线的角度荷载。

(2)纵向荷载。杆塔及导线、避雷线的纵向风压荷载，事故断线时的顺线路方向张力。

还有导线、避雷线的顺线路方向不平稳张力，安装时的紧线张力等。

(3)垂直荷载。导线、避雷线、金具、绝缘子、覆冰荷载和杆塔自重，安装检修人员及工具重力，使用拉线时由拉线产生的垂直分力[1][5]。

4.2.2荷载的计算条件

杆塔的荷载与气象条件有关，也与线路运行情况、杆塔型式等因素有关。确定杆塔的荷载应考虑杆塔在施工、运行中可能遇到的外界条件。

对此，《架空送电线路设计技术规程》做了规定。此外，中华人民共和国国家标准《工业与民用35kV及以下架空电力线路设计规范》对35kV及以下架空电力线路杆塔荷载计算条件也做了规定。过去的书刊上把这种规定叫做杆塔设计条件。它既是设计杆塔时计算杆塔荷载的依据，也是线路设计中校验杆塔强度的依据[8] [11]。现将有关规定综述如下：

35kV及以上高压架空线路的各类杆塔均应计算线路的运行情况、断线(纵向不平衡张力)情况及安装情况的荷载。但对35kV及以下采用针式绝缘子线路和10kV及以下的瓷横担线路，可不进行断线情况的杆塔荷载计算。

（1）正常运行情况。各类杆塔的运行情况，应采用下列荷载计算条件：①最大风速、无冰、未断线；②覆冰、相应风速、未断线；③最低气温、无风、无冰、未断线(适用于终端杆塔和转角杆塔)。

（2） 断线(不平衡张力)情况。 分以下几种)情况考虑：

1) 直线型杆塔(包括悬垂转角杆塔)的断线(不平衡张力)情况

单回路或多回路直线型杆塔(包括悬垂转角杆塔)的断线(不平衡张力)情况，应采用下列荷载计算条件：①断一根导线(或一相不平衡张力)、避雷线未断、无

风、无冰。②一根避雷线有不平衡张力、导线未断、无风、无冰。

其中，单导线的断线张力和避雷线的不平衡张力计算应采用数值参见有关文献。

2)耐张转角型杆塔断线情况

耐张转角型杆塔断线情况应采用下列荷载计算条件(适用于单回路或多回路杆塔)：①在同一档内断两相导线(终端杆塔应考虑剩两相导线)、避雷线未断、无风、无冰。②断一根避雷线、导线未断、无风、无冰。在断线情况下，导线断线张力取导线最大张力的70%，避雷线断线张力取避雷线最大使用张力的80%。

3)重冰区各类杆塔断线情况

重冰区各类杆塔断线情况，应按覆冰、无风、气温-5℃计算，断线情况覆冰荷载不应小于运行情况计算覆冰荷载的50%。

（3）安装情况

各类杆塔的安装情况，应按安装荷载、相应风速、无冰条件计算。安装荷载按下列原则确定。

1)直线型杆塔(包括悬垂转角杆塔)

①导线或避雷线及其附件的起吊安装荷载，应包括提升重力(一般按两倍计算)和安装工人及工具的附加荷载。

2)耐张型杆塔 需考虑导线、避雷线的架设次序等若干具体规定。

3)终端杆塔

终端杆塔应按变电所侧档已架线及未架线两种情况计算。

各类杆塔，一般均按计算线路正常运行、断线、安装及特殊情况的荷载，各类杆塔的荷载计算条件详见架空线路设计手册。

4.2.3荷载系数

在杆塔计算中，由于各类荷载出现的几率不同，其荷载作用的时间长短不同，为了设计的经济性，其相应的安全可靠性也有不同的要求，因为，耐张杆塔发生事故的后果比直线杆塔要严重得多，因此当它们同样受事故荷载作用时，要求耐张杆塔有较高的可靠性。为了能采用同一标准进行受力的比较和尺寸选择，引入“荷载系数K”，表征各种情况的荷载对杆塔安全可靠性的要求。

将运行、断线及安装情况的荷载分别乘以相应的荷载系数K，就得到各种情况的设计荷载。按设计荷载进行杆塔强度的计算时，采用同一安全系数，可以简化杆塔强度的计算。各类杆塔的荷载系数取值为：运行情况，K=1.0；安装情况，K=0.9；断线情况，K=0.75（耐张型杆，K=0.9）[1] [10][13][14]。

4.3 设计成果的应用价值 架空输电线路采用输电杆塔将导线和地线悬挂在空间，使导线与导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间、导线与地面障碍物之间保持一定的安全距离，完成输电任务。架空输电线路的优点是造价低，施工维护方便，因而被广泛采用。杆塔是架空输电线路中最重要的组成部分之一，杆塔结构是否合理和正确使用，直接影响输电线路的建设速度、经济型、可靠性以及安装、维护、检修等各方面

[15]。

5 工作的主要阶段、进度

（1）20xx年秋季学期第12周前

接受毕业设计任务书，学习毕业设计要求及有关规定。

（2）20xx年秋季学期第13周

阅读指定的参考资料及文献（包括10万个印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。

（3）20xx年秋季学期第14周

上交文献综述。

（4）20xx年秋季学期第16周

完成外文翻译。

（5）20xx年秋季学期第19周

上交开题报告、外文翻译，指导教师批阅。

（6）20xx年春季学期第3周

完成导地线应力弧垂曲线及安装曲线的绘制。

（7）20xx年春季学期第5周

完成杆塔定位。

（8）20xx年春季学期第10周

提交毕业设计中期报告。

（9）20xx年春季学期第14周

完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。

（10）20xx年春季学期第15周

培优毕业答辩。

（11）20xx年春季学期第16周

正常毕业答辩。

6 最终目标及完成时间

在5月底之前完成毕业设计，包括线路的杆塔型号及强度验算，设计杆塔基础，完成导地线应力弧垂曲线及安装曲线的绘制，完成杆塔定位，杆塔施工方案设计。

7 现有条件及必须采取的措施

现有《输电线路架空设计》和《输电杆塔及基础设计》两本教科书以及在图书馆查阅的相关资料、网上查阅的漳州地区的气候条件等完成杆塔荷载分析计算、尺寸确定等。在设计中如果遇到有关难以解决的问题，要及时与老师沟通，

确保准确性、合理性、可靠性、实用性。

8 协助单位及要解决的主要问题

本课题是我第一次实质性的课题设计，针对实际需要而进行的设计，由于缺乏很多实际经验，完全由理论知识完成，因此希望在工作中遇到难以解决的问题能够得到指导老师姜岚的支持和教诲。

参 考 文 献

[1] 陈祥和，刘在国，肖琦. 输电杆塔及基础设计[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[2] 孟遂民,孔伟. 架空输电线路设计[M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[3] 曾宪凡. 高压架空线路设计基础[M]. 北京：水利电力出版社，1995.

[4] 郑玉琪. 架空输电线微风振动[M]. 北京：水利电力出版社，1987.

[5] 懂吉锷. 电力金具手册. 第二版[M]. 北京：中国电力出版社，2001.

[6] 赵占彪. 钢结构[M]. 北京：中国铁道出版社，2008.

[7] 周泽存. 高电压技术BE版[M]. 北京：中国电力出版社，2006.

[8] 李光辉. 电力电缆施工技术[M]. 北京：中国电力出版社.

[9] 甘凤林. 高压架空输电线路施工[M]. 北京：中国电力出版社.

[10] 钢结构设计规范（GBJ 17-1988）[S] 北京:中国计划出版社，1991.

[11] 110-500kV架空送电线路设计技术规程（DL/T5092-1999）[S]. 北京：中国电力出版社，1999.

[12] 架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 5154—2002）[S]. 北京：中国电力出版社，2002.

[13] 110kV-500kV架空电力线路设计技术规程（DL/T 5092—1999）[S] . 北京：中国电力出版社，1999.

[14] 架空送电线路基础设计技术规定（DL/T 5219-2005）[S] . 北京：中国电力出版社，2005.

[15] 高虹亮, 李光辉. 架空输电线路运行和检修[M]. 宜昌：中国三峡出版社，2000.

 

第二篇：修改过的开题报告

题 目学 院专业班级学生姓名指导教师 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 开题报告 3Cr13钢等离子体渗氮层表征 材料科学与工程学院 材 料 112 陈帝 由 园

毕业设计（论文）任务书

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毕业设计（论文）开题报告

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