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1、输电线路设计,第四章杆塔的定位原理,第四章 杆塔的定位原理,第一节 杆塔的确定第二节 杆塔定位的原理第三节 防振措施第四节 工程概算,4-1 杆塔的确定,杆塔定位是在线路初堪测量、终堪测量的基础上进行，并伴随施工定位测量结束。一、线路设计步骤在地形图上初步确定路径方案初堪确定路径方案初步设计根据初步设计，在现场实地进行线路路径的平衡面测量，绘制平面图及纵面图在纵断面图及平面图上排定杆位通过仪器测量，把已设计在图纸上的杆塔标定在大地上，以便进行施工。,4-1 杆塔的确定,1、杆塔定位：在架空线路纵断面图上，用模板确定杆塔的位置并选定杆塔的形式。2、定位校验：杆塔定位后，所进行的一系列（空气间隙、
2、避雷线上拔、绝缘子串机械强度等）的校验工作。3、杆塔的呼称高：从地面到最低层横担绝缘子串悬挂点的高度。,呼称高,绝缘子串长度,限距,导线最大弧垂,裕度：表4-1,4-1 杆塔的确定,二、经济塔高（标准塔高）：杆塔高度和数量的合理组合使每公里线路的造价和才料消耗量最低的杆塔高度。（根据经济技术比较确定，考虑经济效果、杆塔制造、线路施工、运行等因素。）如表 3560kV的直线杆，全部塔高的头部尺寸+标准杆塔约为15米。,4-1 杆塔的确定,三、杆塔的选择1、杆塔选型问题(1)综合考虑运行安全、维护方便和节约投资，同时注意当地施工、运输和制造条件。1）在平地、丘陵以及便于运输和施工的地区，应首先采用
3、预应力混凝土电杆。在运输和施工困难的地区，宜采用拉线铁塔，不适于打拉线处，可采用铁塔。2）35110kV线路用钢筋混凝土电杆 3）220kV及以上线路使用铁塔较多，也可使用钢筋混凝土杆。,4-1 杆塔的确定,4）110kV及以上双回路线路也多采用铁塔。,(2)设计冰厚15mm及以上的地区，不宜采用导线非对称排列的单柱拉线杆塔或无拉线单杆。(3)转动横担和变形横担不应用在检修困难的山区，重冰区以及两侧档距或标高相差过大易发生误动作的地方。(4)为了减少对农业耕作的影响、少占农田，110kV及以上的送电线路应尽量用少带拉线的直线型杆塔；60kV及以下的送电线路宜采用无拉线的直线杆塔。,(5)在一条
4、线路中，应尽量减少杆塔的种类和规格型号。,4-1 杆塔的确定,2根据杆塔的使用条件选择杆塔(1)杆塔高度选择 一般按标准塔高来选择；铁塔直接按呼称高选择杆塔高度；钢筋混凝土电杆，在决定了呼称高之后，再根据电杆埋深、导线与避雷线布置方式(头部尺寸)决定电杆全长；耐张杆塔的呼称高应低于直线杆塔；特殊地形的杆高、根据交叉跨越情况按式(41)来选择。,4-1 杆塔的确定,(2)杆塔强度选择 一般杆塔型录上都给出杆塔适用的导线型号、气象条件、垂直档距、水平档距和最大使用档距。同时也给出杆塔受力负荷图。选择杆塔时，线路条件和杆塔使用条件应大致相符合。在杆位排定后，校验杆塔的受力。(3)杆塔允许线间距离选择
5、 杆塔型录上给出了各种括塔的导线、避雷线布置方式和线间距离。在选择杆塔时应考虑线路的导线布置方式和对线间距离的要求。在排定杆位后再校验绝缘子串摇摆角和线间距离。,4-1 杆塔的确定,(4)转角杆塔选择 转角杆塔除考虑上述各条件之外，还应考虑杆塔的转角。杆塔额定转角应大于等于线路转角。这一要求是考虑转角杆塔所受导线角度力和跳线对杆塔构件允许空气间隙距离而提出的。,4-2 杆塔的定位原理,一、纵断面和平面图的概念 1、纵断面图：沿线路中心的剖面图，表示沿中心线的地形，被跨越的位置和高度。2、平面图：表示沿线路中心线左右各2050m宽地带的平面图。3、平断面图：平面图和纵面图都展成直线画在一张图上。
6、当线路遇有转角时，在平面图上标出转角方向，并注明转角的度数。地形复杂时，例如当线路中心线与边线高度差较大，边线对地限距有可能不满足要求时，还需画出局部横断面图。,线路平断面图,4-2 杆塔的定位原理,4、纵断面图比例一般水平方向为1：1500，垂直方向为1：500；对于地形复杂的地区或要求精度比较高时，水平方向为1：2000，垂直方向为1：200。在平面图的下部，应填上桩号、标高、桩距、耐张段长度。并应留有填写杆塔形式，杆塔编号和档距等表格，备定位时使用。二、断面图测量1、定线：根据路径方案测定线路中线和转角的位置，同时沿线钉桩、测距、测定线路中线位置。,4-2 杆塔的定位原理,2、钉标桩：在
7、定线的同时，从线路起点开始，对所有转角、直线、测站点等都要钉立标桩，并分别按顺序编号。各种桩的符号以汉语拼音字母表示。如转角桩为J，直线桩为z，测站桩为C等。3、测角：直线桩和转角桩的水平角以测回法观测一个测回，取其平均值。4、距离及高差测量：各桩间的距离及高差测量，一般采用视距法，如用视距法有困难时，可用三角分析法及视差法以及横基线法、小角对数尺法等法测量。,4-2 杆塔的定位原理,5、纵断面测量 断面测量可用水准仪、全站仪。输电线路常用经纬仪视距法施测，速度快，其精度也能满足要求，其测量方法和步骤如下。(1)断面点的选择地形起伏状态的明显性，决定于断面点的多少，断面点测得越多，地形就越接近
8、实际，但以能控制变化地形点为原则。对于地形无显著变化或明显不能立杆塔以及对导线没有影响的地点，可以尽量不测。,当线路跨越地面建筑物以及各种工程设施时，如铁路、公路、电力线、电话线，架空管道、索道等，所有这些跨越交叉点必须测出来。(2)测量步骤测量步骤按以下方法进行：标定测量方向、测断面点、移动测量位置重复上述方法。,4-2 杆塔的定位原理,(3)纵断面图画法根据视距断面记录计算出各断面点间的水平距离、高差，在方格纸横线上画距离，纵线上画高度，各断面点以线连接即成纵断面图，如图82所示。为了更好地显示地形，高度的比例尺常大于距离的比例尺。,输电线路断面图常用纵1：500，横1：5000的比例尺。
9、为了配合定塔位，断面图有时在现场随测随画。,4-2 杆塔的定位原理,6、交叉跨越测量 线路与配电线、通信线、铁路信号线、电话线、铁路、公路、架空管索道、通航河流等交叉跨越时，必须进行交叉跨越测量，作为线路设计参考，以免互相影响。线路跨越任何被跨越物时，都要测量线路与跨越物的交叉角，以及被跨越物的标高。例如线路需跨越的某110kV线路的一个档，其中一根避雷线为最高被跨越物，所以应测线路中导线与避雷线交叉点的避雷线标高。如图：,4-2 杆塔的定位原理,具体施测方法：,1、将仪器安置在线路中心线上已知其标高的M点上，N点为线路中导线与避雷线交叉点在地面的投影，M、N之间的平距应不大于200m。在N点
10、立视距尺，用视距法测量出M、N两点间的平距D值。,4-2 杆塔的定位原理,具体施测方法：,2、旋转望远镜，以中心对准避雷线，用一测回法测出仰角a值，用下式求出避雷线的标高H=Dtga+i,4-2 杆塔的定位原理,具体施测方法：,当被跨越避雷线的左、右存在高差时，尚需测出线路边线与避雷线较高侧交叉的标高；同理，当线路穿过原线路时，应测出本线路的避雷线与架空线最低导线交叉点的标高；当线路是与铁路交叉跨越时，应测出交叉处铁轨面的标高,4-2 杆塔的定位原理,二、定位模板 最大弧垂气象条件时的导线悬挂曲线按纵断面图相同的纵、横比例尺缩小，然后刻在有机玻璃板上所得的模板，称为定位模板。定位模板制作方法：
11、(1)判定线路经过地区最大弧垂气象条件。(2)给定代表档距lr，从导线机械特性曲线中查出定位气象条件时应力 及垂直比载g。,4-2 杆塔的定位原理,(3)利用下式由式(87)可知，只要给定一组x值，即可求得对应的一组y值。根据纵断面相同的比例，绘出导线悬挂点曲线即为定位模板曲线。(4)将定位模板曲线刻在有机玻璃板上，并刻上纵、横丝、最低点、纵横比例、K值，即得定位模板。,4）通用弧垂摸板模板曲线按一定的比例刻画在透明的塑料板上，并刻上最低点、纵横比例、K值，即得定位模板就是弧垂摸板，称为通用弧垂摸板或热线板。,4-2 杆塔的定位原理,杆塔的定位高,杆塔的呼称高,导线对地安全距离,悬垂绝缘子串长
12、,三、杆塔定位方法 定位的基本方法是，当测绘完几个耐张段或全线路的断面图时，首先在图上定位，而后将图上的杆塔位置测设到线路中线上。1、杆高和杆位的关系,H,悬挂点到地面的高度高,E,h,（1）名词,h定位裕度,杆塔的定位高,杆塔的呼称高,导线对地安全距离,悬垂绝缘子串长,H,悬挂点到地面的高度高,E,h,3,（2）杆高、杆位的关系,1）先画出1悬挂曲线，下移一个导线到地面的安全距离h得2导线地面安全曲线；2）1平移H导线悬挂点高度，得3曲线，他与地面的交点为杆塔的位置。对于直线杆：H=H对于耐张杆：H=H,对于直线杆：H=H对于耐张杆：H=H平原地带的杆塔呼高：H=+fm+h+h对于山区的杆塔
13、呼高：对杆塔地位有利时：H+fm+h+h2、杆塔定位高度直线杆塔：E=Hh耐张杆塔：E=Hh,4-2 杆塔的定位原理,4-2 杆塔的定位原理,3、在平断面图上用模板曲线的定位方法(1)先确定特殊杆塔的塔位。例如终端杆，耐张杆，转角杆，或特殊跨越杆等可以先确定。(2)由已定位的杆塔开始确定其它中间杆位。其定位方法；1)将模板曲线对称轴y轴始终保持铅垂位置；2)在平断面图上移动模板曲线；3)考虑模板曲线与地面的定位裕度,4-2 杆塔的定位原理,4)在已定位杆塔侧曲线对地面的高差等于该杆塔的定位高度；5)模板曲线的另一侧对地面高差等于定位高度的点所对应的地面处即为待定杆位。定位时应考虑其它因素的影响
14、，以尽量减少返工。,4模板曲线K值的选择和校验（1）杆位排定时存在的问题在未排出杆位之前，不知道耐张段内各档的档距，也不知道代表档距，因而无法算出最大弧垂条件下导线的应力。模板曲线也无法绘制。,4-2 杆塔的定位原理,2、解决的方法：试凑和逐渐趋近。先假定一个代表档距，求出K值，绘制或选择弧垂模板，排定杆位。然后根据所排定的杆位计算实际的代表档距和相应的K值。如果实际K值和原用木模板曲线的K值相等或误差在允许范围之内，则所排杆位有效。否则，应采用实际的K值绘制或选择模板，重新排定杆位，直到K值误差在允许范围为止。K值的误差范围为,4-2 杆塔的定位原理,四、SLCAD架空送电线路定位CAD系统
15、【软件概述】SLCAD架空送电线路定位CAD系统适用于各种电压等级及任意比例尺的架空送电线路计算机辅助设计工作。本系统从杆塔定位到电气计算和校验及最终绘图输出全部在计算机中完成，可显著提高勘测设计工作的效率和质量，减轻劳动强度。【适用范围】10kV-500kV的送电线路杆塔定位工作。,4-2 杆塔的定位原理,【主要功能】1、系统内置了杆塔、绝缘子串、导地线、跨越规程、组装库和备件库用来辅助设计工作，用户可以进行修改、添加、删除等操作。2、具备导、地线应力弧垂计算功能，可输出各种应力图（表）和放线弧垂 图（表）。3、多样灵活的立塔方式（与应力计算一体的的电子模板立塔、指定桩位立塔、指定/任意累距
16、立塔、指定档距立塔、耐张段等分立塔）。,4、自动进行电气校核：1)悬垂串摇摆角计算；2)悬挂点应力、悬挂点悬挂角计算；3)悬垂串荷载计算；4)耐张绝缘子串倒挂计算。5）导线风偏角及危险点风偏距离计算。6）导地线配合、导地线上拔验算。,4-2 杆塔的定位原理,5输出连续上下山档调整表。6输出孤立档、进出线档在竣工及安装时的弧垂表。7输出电气设计计算书。8输出杆塔明细表。9输出材料统计表。（水泥杆、金具等可统计零件数量）。10.输出杆塔一览图。,4-2 杆塔的定位原理,【软件特点】1.符合规范。2.图式灵活：可根据勘测设计单位的需要还可定制不同的图式。3.运行可靠性高：本系统的计算数据经过实际工程
17、的考验，输出结果正确，程序运行安全可靠。4.界面友好，操作简单、易学。5.独立平台，无需其它软件支持。全部采用vc+语言编写，对计算机硬件要求低，系统运行速度快。,4-2 杆塔的定位原理,6.软件运行时同时支持鼠标、键盘和全站数据通讯；采用多种缓冲技术，使程序即使在配置较低的计算机上运行的速度仍然非常快；有大量的热键及动态提示功能，方便熟练的操作员简化操作，提高工作效率。7.可为线路设计输出自动排杆数据接口文件：可与东北院的自动排杆程序接口。还可直接生成dwg图形文件为其它后续CAD工作服务（例如在ACAD r14中修改图形等）。,8.数据开放：立塔数据以文本格式按日志方式存放，用户可直接修改
18、原始的观测数据或编辑图形。原始观测数据变化后，平断面图自动随着变化，无需特别的数据处理过程。,4-3 防振措施,一、导线产生振动的原因 导线在铅垂方向受到外力干扰时，才会产生振动。在一般情况下，由于振动时受到阻力，振动为衰减振动。如果铅垂方向导线承受按周期交替变化的外力，且外力交替变化的频率和导线的某一自振频率相同时，导线则在该频率下产生谐振。在线路工程上所说的导线振动，就是指导线在交替外力作用下产生的谐振。,4-3 防振措施,1风对导线周期性冲击的产生 稳定均匀的微风沿架空线横向吹来时，可能在导线背风面的下部或上部交替的出现“旋涡”，从而对导线产生一个上下交替的冲击力。这种作用于导线的上下交
19、替冲击力的频率如果和导线的自振频率相等，将引起导线的谐振。,4-3 防振措施,2、影响导线振动的因素（1）风和风速。只有当平稳均匀的气流吹向导线时，才能对导线产生交替的冲击。（2）风向。观察表明，当风向与导线轴向夹角为45度 90度时，会产生稳定的振动。在夹角为30度45度时，产生不稳定的振动。当夹角为小于20度30度，则很少产生振动。（3）地形、地物。地形、地物会影响稳定气流的形成。一般平坦开阔地带易形成平稳均匀的气流。,（4）导线静态应力。当导线振动时，将在导线的静态应力上叠加一个动态应力。静态应力愈高，导线产生振动时，所造成的危害也愈大。,二、导线的自由振动方程,设导线为柔软直线张紧的细
20、弦，在变化的张力和自重的作用下作微小横向震动。1、弦振动的波动方程设导线重沿x轴方向均匀分布，单位长度重qkg/m，重力加速度9.81。,T,T1,任一点的运动看成是小弧度ds的远动，ds的受力如图示。有如下平衡方程：,x,dx,ds,T1,T,y,x,y方向的加速度,二、导线的自由振动方程,两边化简：,令：,解得：弦振动微分方程，又称为一维波动方程,为振动波沿导线传播的速度,二、导线的自由振动方程,2、导线的自由振动方程设导线在振动过程中悬挂点固定不动，导线的振动是有界的。若一档线长为L，原点在左悬挂点。（1）导线振动的边界条件,（2）导线振动的初始条件设t=0瞬间开始振动，初始位移为,二、
21、导线的自由振动方程,导线振动的初速度为,用分离变量法，联立以上三式求解得：,该式为导线作正弦运动的自由振动方程式,二、导线的自由振动方程,3、导线自由振动的波长与频率,2,/2,/2,x,y,导线振动波沿导线成驻波分布，波节与波幅是固定的。,二、导线的自由振动方程,4、在风力交替作用下，导线谐振的半波长、振动角,（1）谐振时的导线半波长谐振的条件：自由振荡频率等于交变频率。即：即式（4-25）与式（4-11）相等,求得半波长为：,（2）振动角导线的振动强度可以用振幅来表示，也可以用导线悬挂点的振动角来表示。这时用式（4-23）求偏导数，即,即悬挂端振动角的正切为：,最大振角为：,当平均运行应力
22、不超过导线破坏力的25%，振动角=10度时，振动对导线没有危险！,4-3 防振措施,三、导线的防振措施1、防振从两方面入手（1）减弱振动（2）增强导线耐振强度。2、减弱振动的措施（1）在导线上加装防振装置：装设防振锤，防振线夹。（2）利用设备本身阻尼防振：如采用柔性横担、偏心导线。3、加强导线的耐振强度（1）在绝缘子悬挂处加装护线条或打背线；（2）降低导线的静态应力，削弱振动强度。,导线、避雷线的平均应力上限和防振措施,4-3 防振措施,1、防振锤防振锤是目前线路上广泛采用的防振措施之一。,（1）防振锤的防振原理当架空线产生振动时，安装在架空线上的防振锤随之上、下运动，由于铸铁锤头的惰性作用，
23、使连接锤头的钢绞线不断上、下弯曲，钢绞线股问及其材料内部分子间都产生摩擦，从而消耗振动能量。,（2）防振锤计算主要有两个方面：防振锤的重量、型号和个数；防振锤的安装位置。1）防振锤的选择a）防振锤的自振频率与导线相近；b）防振锤的重量与导线型号适应，如表4-5，表中符号：F防振锤、FD应用于导线、FG应用于钢绞线；c）在线路档距较大时要加增多个防振锤，个数参考表4-6,档距与标准防振锤的个数表,2）防振锤的安装位置,防振锤的安装距离：指它距离线夹的距离b。如图4-10单个防振锤的安装距离的计算装于导线悬挂点起的第一个半波的波腹点为宜。为照顾到各种频率的防振作用，须算出最大、最小的半波长和对应的
24、相位角。,起振最小、最大风速,最高、最低温时的导线张力,导线自重比载,为照顾各种频率的防振作用，防震锤安装在第一个半波长内，而且满足：最大波长时的相位角正弦等于最小波长相位角正弦的绝对值。,由图4-11和上式可推导出,联立求解得：,多个防振锤的安装通常采用等距离安装法，第一个1b、第二个2b第n个nb。,4-3 防振措施,2、护条线在悬垂线夹处的导线上缠上一层专用的护线条，一方面能保护导线不被烧伤，另一方面能加强导线在线夹附近的机械强度和刚性，从而抑制振动弯曲，减少弯曲应力，提高导线的耐振能力,单独采用护线条作为防振措施是不够的，因此设计规程规定：对钢芯铝绞线，如单独用护线条作为防振保护时，平
25、均运行应力不得超过瞬时破坏应力的22。故在重要线路和振动较严重的线路或地区，常常采用护线条和防振锤联合使用的方式。,4-3 防振措施,3、阻尼线阻尼线取材为挠性较好的钢绞线或与导线同质的一段线材，按“花边状”悬挂于悬垂线夹的两侧或耐张线夹出口侧的导线上。悬挂于导线上的阻尼线，相当于多个联合的防振锤。,在高频情况下，阻尼线比防振锤有更好的防振性能，故长用于大跨越线路、小截面导线的线路以及个别振动严重的地段。,全站仪,拓普康,水准仪,徕卡NA820水准仪,世界上最高精度的Dini系列电子水准仪，每公里往返水准观测精度达0.3mm,最小显示0.01mm;测距范围1.5mm-100mm,精度20mm；
26、,经纬仪,索佳DT2数字式电子经纬仪,TDJ2E 2秒正像光学经纬仪,4-3 工程概算,一、概算依据1、工程概算包括：（1）线路起讫点、路径长度、回路数、电压等级；（2）沿线地形、地貌、地址、水文、交通运输等情况；（3）采用避雷线、导线形势及数量，绝缘子川和近距的形势及数量；（4）大跨越设计及有关特殊情况。,4-3 工程概算,2、工程投资及概算指标用来说明（1）工程概算的总投资和平均每公里综合造价；（2）本体工程的总投资和平均每公里本体造价。3、编制依据（1）初步设计及审核意见；（2）有关各项概、预算的规定；（3）有关单位提供的概算资料，生产厂家提供工程使用的新产品价格等。,4-3 工程概算,
27、4、技术经济分析（1）分析工程的特点，各项工程设备资料消耗多少的主要原因，和同类工程每公里造价、本体造价、及工程分项造价情况进行比较，分析造价高低的原因；（2）说明造价指标是否合理及存在的问题，提出解决的方法。5、建设单位及其它说明在编制概算中，要说明负责工程建设的单位及施工单位，其他该说明的问题及事项。,4-3 工程概算,二、概算内容编制概算主要是依据规定的统一表格形式填写各项数据。1、总概算表包括线路本体工程、辅助设施工程、其他工程、法定利润、预留费用等各项安装及总的工程费，各项占总计的百分数，各项及总的单位每公里造价。2、本体工程总概算表包括工地运输、土方工程、杆塔工程、基础工程、绝缘子
28、及金具、架线工程、接地工程、,4-3 工程概算,等的分项和总的安装工程费、施工管理费、直接费、装置性材料费、每公里工程造价及分项占总造价的百分数。3、本体工程概算表（1）工地运输、土方工程、杆塔工程、基础工程、绝缘子及金具、架线工程、接地工程等各项内容的单位数量、安装价格费及其工资、安装合价费及工资等；（2）基础工程、绝缘子及金具、架线工程、接地工程等的装置性材料数量及价值表；,4-3 工程概算,（3）工地运输材料重量、单位重量及总量表；（4）土石方工程包括各种基础数量，基础材料的体积及合计数量，并按不同图纸进行分类表；（5）工地运输量计算表。4、辅助设施概算表（1）巡线站、检修站工程费和相关道路工程费；（2）通信保护工程费；（3）设备购置及安装费。,4-3 工程概算,5、其它费用概算表（1）生产、建设场地准备费；（2）施工辅助费；（3）技术设备及劳动保护费；（4）其它费用。,4-3 工程概算,
