1. 研究目的与意义
| 架空输电线路作为电力系统中至关重要的组成部分，更是主要的电力运输方式。通过利用架空输电线路的方法，实现对远距离的用户提供用电，这样不仅有效降低资金的投入，还能真正实现系统之间的联网，就可以保证系统中电能与电能之间更好的调节。与此同时，当系统需要安装大型机电组时，利用多区域，或者跨区域的调节方式，来承担用电高峰期的电力负荷，这样，架空输电线系统不仅能大大提高整个电力系统的安全稳定性，还有利于增强其自身整体的抗振能力。 |
2. 课题关键问题和重难点
| 线路设计时，选择合理的线路路径为最重要的问题与难点。设计路径既要考虑施工运行的方便，又要保证杆塔安全和经济合理。应尽量避开易塌方滑坡地区，当线路与山脊交叉时，尽量从平缓处通过，同时还要注意施工对环境的影响。 架空送电线路的金具使用于导线、绝缘子串，并于杆塔联结的零件。线路金具按性能和用途可大致分为悬垂线夹、耐张线夹、联结金具、续接金具、保护金具和拉线金具等。它关系着导线或杆塔的安全，即使一只损坏，也可能造成线路故障。因此，金具的质量、正确使用和安装，对线路的安全送电有一定影响。 重视杆塔的室内定位、室外定位，大高差档的杆塔定位问题更是重中之重。所谓大高差档就是指两杆塔位之间档距和高差之比 H/Lgt;0.25。对于大档距要求勘测人员测量更精细，对每个控制点都必须测量清楚，并在图上逐一标明。同时导线悬点应力是否满足要求，设计时也予以重视。 |
3. 国内外研究现状（文献综述）
| 架空输电线路是电力系统的一个重要组成部分，是传输电能必不可少的设施之一。它主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等构成。其中导线是传输电能的，一般采用绞合的钢芯铝线，必须具有足够的截面以保持合理的通流密度和较大的曲率半径，用来减少电晕放电引起的电能损耗和电磁干扰;避雷线是将雷电流引入大地以保护电力线路免受雷击，一般采用多股钢导线;杆塔是用来支持导线和避雷线的，多由钢筋混凝土或钢材构成，常见于户外;绝缘子是使导线和杆塔间保持绝缘，需要满足绝缘强度和机械强度的要求，一般是一串一串的挂在杆塔上，并且根据不同的电压等级来确定每串绝缘子的个数，对于特殊地区的架空线路，如污秽地区，还需采用特别型号的绝缘子串;金具的作用是支持、连续、保护导线和避雷线，连接和保护绝缘子。[6] 与地下线路相比较，架空线路有建设成本低，施工周期短，易于检修维护等特点。因此架空线路输电是电力工业采用的主要输电方式。但是它也有短处，架空线路的路径要有足够的地面宽度和净空走廊，且网络复杂和集中时，不易架设。高压或超高压架空线路以及城市用电架空线路，由于受到土地利用、自然环境、城市建筑等条件的限制，不易开辟线路走廊，常常给线路建设带来困难，成为发展架空线路的一项障碍。[10] 现在世界上长距离大容量的架空输电线路有两种，分别是交流特高压输电和直流高压输电，两者各有优缺点。随着技术的发展，两者的优缺点有可能可以互相转化。采用紧凑型输电技术、大截面导电输电技术、耐热导线输电技术及同塔多回输电技术，来提高架空线路单位输电走廊的传输功率。[9] 在设计输电线路时，首先需要明确其基本应用要求，根据选址地区的特点，分析区域内居民数量，准确计算供电需求量，以此作为初步设计的参考。从实际条件出发，兼顾前瞻性基本原则，完成配网线路结构设计，既要保证满足现阶段的供电需求，又要预留出足够的扩展空间。[1] 遵循以下路径选择原则： (1)选择线路路径时应遵循我国有关法律和法令。 (2)在可能条件下，应使路径长度最短，转角少，角度小，特殊跨越少，水文地质条件好，投资少，省材料，施工方便，运行方便，安全可靠。 (3)沿线交通便利，便于施工、运行，但不要因此使线路长度增加较多。 (4)线路应尽可能避开森林、绿化区、果木林、防护林带、公园等，必须穿越时也应从最窄处通过，尽量减少砍伐树木。 (5) 路径选择应尽量避免拆迁，减少拆迁房屋和其它建筑物。 (6) 线路应避开不良地质地段，以减少基础施工量。 (7) 应尽量少占农田，不占良田。 (8) 应避免与同一河流工程设施多次交叉。[1] 选择金具时，应该按照不同的结构部位、使用情况选择合适型号的金具。例如，连接金具的机械强度一般不是按导线的荷载选择，而是按绝缘子的机械强度确定，每一种形式的绝缘子配备一套与其机械强度相同的金具。线夹按连接的绝缘子串分为悬垂线夹和耐张线夹两类，其中，耐张线夹根据使用和安装备件的不同，又分为螺栓型和压缩型两大类。而拉线金具根据使用条件，可分为紧线、调节及连接三类。[5] 杆塔定位也是架空线路设计当中的重要设计环节，杆塔的定位可以直接影响后续施工的顺利进行，比如其决定了树木的砍伐范围以及相关交叉跨越的安全距离等等。杆塔室内的定位在杆塔室内的定位过程中，主要是应用弧垂模板或线路平断面设计软件在平断面图中选择杆塔位置，同时排定杆塔位置。其中，对于大档距大高差情况一定要采用大高差模板，如果有条件的话可以增加一或二基杆塔设置在档内较合适的位置。实际应用中，勘测人员要仔细测量，要测量清楚每个控制点并在图上一一标明。采用斜抛物线方程计算应力弧垂，选择大模板并进行切地线的绘制后，再根据斜抛物线方程得出各控点处导线弧垂并校验对地距离，防止出现在控制点没有设置杆塔的情况而造成经济损失。使导线悬点应力符合相关要求。导线悬点应力在规程中不可以大于导线最大设计应力的 1.1 倍，否则对该档作导地线张力放松设计。[2] 在设计电力系统的线路时，杆塔定位合理性会严重影响到电力线路的施工建设经济性、安全性与可靠性线路的设计可以更直观地获取相关数据信息，与此同时在建模图形当中可以根据实际要求．对杆塔进行移动、刪除、替换，还可以对杆塔的安全距离进行适当的调整，从而选择最优方案，大大缩短了时间，同时节约了劳动力。[7]
参考文献： [1]东北电力设计院．电力工程高压送电线路设计手册[M]．北京：中国电力出版社，2003． [2]DL/T 5092-1999．110～500kV架空送电线路设计技术规程[M]．北京：中国电力出版社，1999． [3]DL/T5154-2002．架空送电线路杆塔结构设计技术规定[M]．北京：中国电力出版社，2002． [4]张芙蓉，倪良华．电气工程专业毕业设计指南输配电分册[M]．北京：中国水利水电出版社，2003． [5]董吉谔. 电力金具手册[M].北京：中国电力出版社，2014． [6]孟遂民. 架空线路设计[M].北京:中国三峡出版社，2000. [7]陈祥和. 输电杆塔设计[M].北京:中国三峡出版社，2000. [8]吕征宇，陈培智，史健勇．基于BIM的输电工程架空线路参数化设计及其应用研究[J].四川建筑科学研究,2020(06)：53-59. [9]钱程，徐钱乾，杨凯文，等.110kV输电线路收紧闭锁式软梯设计与研发[J].科技创新导报,2019(09)：92-93. [10]李品.关于110kV输电线路施工技术的探究[J].大科技,2019(3). [11]许建安.35～110kV 输电线路设计[M].北京：中国水利水电出版社，2003. [12]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册（第二 版）[M].东北电力设计院，2001. [13]王辉强.架空 10kV 配电线路故障原因分析及防范措施[J].中国高新技术企业，2010（33）. [14]Ailson P. de Moura,Adriano AronF. de Moura,Ednardo P. da Rocha. Transmission of Electrical Energy:OverheadLines[J]. CRC Press,2020. [15]Dusan Vucic. Possibilities forIncreasing the Transmission Capacity of Overhead Lines in Real MeteorologicalConditions[J]. European Energy Market,2022. |
4. 研究方案
| 在进行线路设计时，先要根据工程的要求进行选线。图上选线在五万分之一或十万分之一的地图上进行，必要时也可选用比例尺比五万分之一更大的地形图。具体步骤如下： 先在图上标出线路起止点、必经点，然后根据收集到的资料，避开一些设施和影响范围，同时考虑地形和交通条件等因素，按照线路路径最短的原则，给出几个方案，经过比较，保留两个较好方案。再根据系统远景规划，计算短路电流，校验对重要电信线路的影响，提出对路径的修正方案或保护措施。之后还应进行现场踏勘，验证图上方案是否符合实际。有时可不沿全线踏勘，而仅对重点地段如重要跨越，拥挤地段、不良地质地段进行重点踏勘。经过上述各项工作后，再通过技术经济比较，选出一个合理的方案。 然后根据地形图，遵循我国有关法律和法令，在可能条件下，选择长度最短，转角少，角度小，特殊跨越少，水文地质条件好，投资少，省材料，施工方便，运行方便，安全可靠的线路作为最佳路径。 根据气象条件、电气要求、绝缘子串以及各种运行条件，查出气象区参数值，计算导地线在相关气象区的比载，计算许用应力列出临界档距，并判别控制气象条件，进而根据导地线状态方程计算导、地线的应力、弧垂大小，绘制应力弧垂曲线。 确定杆塔杆型，选择导、地线绝缘子串型号规格及其金具，确定呼称高、杆头尺寸、埋深、材料规格，根据条件计算导地线荷载以及塔身、横担荷载，绘制荷载图。通过杆塔截面图，分段分析主斜材内力，计算力矩、力臂，再制作弧垂曲线模板，计算出螺栓数量。 进行杆塔室内定位，应用弧垂模板或线路平断面设计软件在平断面图中选择杆塔位置，同时排定杆塔位置，必须保证不管什么样的气象环境下，导线的每一点都和地面保持着安全的距离。进行山地或是丘陵定位时，为使导线的地面保持安全的距离，需应用弧垂的模板来定位档距。在结束跨越、转角与终端等杆塔定位以后，要计算出代表档距，以此计算或是查取导线应力，获取K值，并按照K值选取弧垂模板对杆塔进行排杆（亦可用线路平断面设计软件来进行上述工作）。 将室内的杆塔定位完成以后，需要到野外现场的杆塔位置进行实地考察，同时和勘测资料对比，在必要的时候按照实际的情况对杆塔位置进行调整。为保证室外杆塔和室内定位的成果进行准确的对比，需要对相关杆塔实施定位补测，然后核对档距高差等；核对线路转角实际度数，对横断面图实施补测。要重视以下五种情况：①设计人员应该考虑陡坡上 杆塔会不会有被冲刷情况。②设计人员要尽量避免孤立的档距，尤其是一些小档距孤立档。③在山地、丘陵 地区定位时，不仅需充分考虑边坡稳固，而且要保证紧线放线、电杆的焊接立杆与排杆、杆塔运输与组塔等具有足够的条件。④在一线重冰区，尽可能避免档距增大，尽可能保证档距的均匀性。⑤使用拉线杆塔时，需要考虑拉线的位置，避免拉线打在路边或是池塘洼地等。 |
5. 工作计划
| 第 1 周进行英文资料的翻译 第 2 周查阅相关资料并开始写开题报告，完成开题报告 第 3-4 周进行应力弧垂计算及曲线绘制 第 5 周依据计算结果选择杆塔型式，确定绝缘子、金具型号；进行塔头尺寸校验 第 6 周平断面图读图识图，并制作弧垂曲线模板 第 7 周进行杆塔室内定位以及定位校验 第 8 周 完成杆塔强度设计 第 9 周完善防振设计 第10周完成论文终稿及设计图纸 第 11 周 提交论文终稿及查重 |
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