Расчет механической части ЛЭП. ВЛ 220 Расчет механической части воздушных линий электропередачи. При проектировании основной электрической сети энергосистем рекомендуется

• Название: При проектировании основной электрической сети энергосистем рекомендуется
• Анкор: Расчет механической части ЛЭП
• Дата: 23.08.2022
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: ВЛ 220 Расчет механической части воздушных линий электропередачи.rtf
• Тип: Документы; #651597
• страница: 1 из 4

Введение
Энергетика России с момента принятия плана ГОЭЛРО в 1920г. Строилась как единое целое на плановой основе. Заложенные в Плане ГОЭЛРО энергетических мощностей, централизация управления были ведущими на все последующие семь десятилетий развития энергетики. Созданная в результате этого Единая энергосистема и сейчас успешно обслуживает народное хозяйство страны.

Линии электропередач составляют основу энергосистемы. Они состоят из воздушных линий (ВЛ) основной и распределительной сети. ВЛ основной сети обеспечивают связь между крупными электростанциями и передачу мощности от них в районы потребления электроэнергии. ВЛ распределительной сети обеспечивают передачу электроэнергии от подстанций (ПС) основной сети и электростанций к потребителям энергии.

При проектировании основной электрической сети энергосистем рекомендуется:

намечать линии электропередачи через крупные узлы нагрузки, избегать прямых связей между электростанциями;

производить выбор схемы присоединения электростанции и ПС к основной сети с учетом надежности питания узла электрической сети и необходимости обеспечения транзита мощности по ВЛ;

сооружать между двумя узлами сети по одной трассе, как правило, не более двух линий электропередачи одного напряжения. При необходимости дополнительного усиления сети следует рассматривать целесообразность сооружения ВЛ по другим направлениям или выполнение электропередачи на более высоком напряжении.

Проектирование распределительной сети энергосистем осуществляется с учетом следующего:

в районах с малым охватом территории сетями при близких значениях технико-экономических показателей вариантов развития сети рекомендуется отдавать предпочтение сооружению ВЛ по новым трассам;

в крупных городах и промышленных районах с большой концентрированной нагрузкой по одной трассе может предусматриваться строительство двух и более ВЛ;

при прохождении ВЛ по территории городов, промышленных районов, на подходах к электростанциям ПС, в стесненных условиях, лесных массивах и т. д. ВЛ рекомендуется выполнять на двухцепных опорах. При этом подвеска одной цепи рекомендуется в случае, когда необходимость ввода второй цепи возникает на время более трех лет после ввода первой, а также когда отключение первой цепи на время проведения работ по подвеске второй допустимо по условиям электроснабжения. Допускается подвеска на одних опорах ВЛ разных классов напряжений;

при питании ПС с потребителями первой категории применение двух одноцепных ВЛ вместо одной двухцепной допускается при наличии обоснований.

При развитии распределительных сетей отдельных номинальных напряжений необходимо учитывать следующие рекомендации.

При напряжении сети 220-330 кВ:

использовать в сети одно- и двухцепные ВЛ 220-330 кВ;

при питании ПС по одноцепной ВЛ с двухсторонним питанием общее число промежуточных ПС не должно превышать трех, а длина такой ВЛ, как правило, не должно быть больше 250 км;

присоединять к двухцепной ВЛ 220 кВ с двухсторонним питанием до пяти промежуточных ПС. При этом присоединение ПС рекомендуется принимать по схеме «мостик» или блочной схеме (от одной или двух ВЛ 220 кВ);

проектировать цепь 220-330 кВ внешнего электроснабжения крупных и крупнейших городов с использованием принципа кольцевой конфигурации. В системе электроснабжения таких городов рекомендуется предусматривать сооружение не менее двух ПС 220-330 к В, через которые осуществляется связь с сетью энергосистемы, а питающие ВЛ рекомендуется прокладывать по разным трассам. При присоединении сети крупных и крупнейших городов к энергосистеме рекомендуется обеспечивать минимальные транзитные перетоки мощности через городскую сеть. Общее количество и пропускная способность линий, связывающих сети таких городов с энергосистемой, рекомендуется выбирать с учетом обеспечения питания городских потребителей без ограничения двухцепной питающей ВЛ 220 кВ;

выполнять, как правило, ПС 220-330 кВ двухтрансформаторными.

В данном дипломном проекте рассмотрено проектирование новой воздушной линии 220 кВ, которая должна обеспечить покрытие возрастающей нагрузки на севере Томской области, а также увеличить надежность и экономичность сети.

1. Основы расчета и проектирования механической части воздушных линий электропередачи
1.1 Исходные положения и задачи расчета
Проектирование конкретной линии электропередачи ведется на основании разработанной схемы развития электрической системы. В задании на проектирование указываются пункты начала и конца линии, номинальное напряжение, число цепей, марка проводов, материал опор. На основании предварительных изысканий трассы для рабочего проектирования линии устанавливаются также расчетные климатические условия: толщина стенки гололеда, максимальная скорость ветра, высшая, низшая и среднегодовая температуры.

Воздушные линии сооружаются преимущественно на унифицированных опорах, при этом нет необходимости для каждой проектируемой линии разрабатывать конструкцию опор. Поэтому при проектировании должны решаться следующие вопросы: рациональный выбор и применение унифицированных опор, прочностной расчет проводов и тросов в нормальных и аварийных режимах, расстановка опор по профилю трассы линии.

В механический расчет воздушных линий электропередачи входят:

 Расчет опор и их фундаментов;

 Расчет проводов и грозозащитных тросов.

Задача механического расчета проводов и тросов состоит в обеспечении прочности и габаритов для следующих условий:

) нормального режима работы ВЛ, под которым понимается состояние ВЛ при необорванных проводах и тросах;

) аварийного режима работы, который характеризуется оборванными одним или несколькими проводами или тросами. При этом проверяются тяжение и стрелы провеса в пролетах, смежных с аварийным;

) монтажного режима, характеризующегося состоянием в условиях монтажа опор, проводов и тросов;

) режим работы ВЛ, связанных с возможными приближениями проводов к элементам опор и сооружения по рабочему напряжению, возможными внутренними и атмосферными перенапряжениями.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Выбор материалов и конструкций проводов, тросов и поддерживающих зажимов.

2. Выбор схемы размещения проводов и тросов на опорах.

. Выбор материалов опор и основного типа опор для ВЛ.

. Выбор расчетного пролета линии.

. Определение напряжений в материале и стрел провеса проводов и тросов в нормальном режиме работы (систематический расчет), в том числе для наихудших условий.

. Определение тяжений по проводам и тросам при обрыве части из них.

. Расчет переходов через инженерные сооружения в нормальном и аварийном режимах.

. Расчет габаритов провода до элементов опоры, зданий и сооружений под воздействием ветра.

. Расчет габаритов между проводами и тросами по условиям грозозащиты.

. Расстановка опор по трассе ВЛ.

. Расчет монтажных стрел провеса (монтажных кривых).

В соответствии с ПУЭ [3], механический расчет проводов и тросов производится по методу допустимых напряжений. В его основу положены нормируемые допустимые напряжения в материале провода при различных условиях с учетом возможных деформаций провода (троса) при его растяжении.

На воздушных линиях могут встретиться пролеты различной длины, что обусловлено рельефом местности, наличием различных преград и пересекаемых инженерных сооружений и пр. Поэтому по известным исходным данным применительно ко всем необходимым расчетным режимам работы линии заранее выполняют расчет провода заданной марки для всего диапазона длин пролетов, которые могут получиться на данной линии, называемый систематическим расчетом. Он дает информацию о механическом напряжении в проводе и стрелах провеса при решении различных задач, возникающих в процессе проектирования механической части линии.

Систематический расчет проводов выполняют в такой последовательности:

. Определяют удельные нагрузки, действующие на провода.

. Вычисляют критические значения длины пролета.

. Находят напряжение в проводе при различных расчетных режимах (расчетных сочетаний климатических условий).

. Определяют стрелы провеса провода для выбранных расчетных режимов.

. По результатам расчетов составляют сводные таблицы и кривые в виде зависимостей напряжения в проводе и стрелы провеса от длины пролета.

Воздушные линии оказывают определенное влияние на окружающую среду: занимают часть земельной площади, при высоких напряжениях создают заметную напряженность электрического поля, генерируют радиопомехи и акустические шумы. При выборе вариантов трассы следует стремиться уменьшить отрицательное воздействие воздушных линий на окружающую среду и выполнять требования их гармоничного слияния с окружающим ландшафтом. При этом с целью снижения стоимости сооружения и эксплуатации линии проектировщик стремится, чтобы трасса была как можно короче, максимально приближалась к дорогам и существующим линиям. Необходимо избегать мест с болотами и широкими поймами рек, оползнями, районов с грязной атмосферой. При прохождении линии по культурным землям трасса должна выбираться так, чтобы сельскому хозяйству наносился минимальный ущерб. В лесных массивах трассы линий прокладываются вдоль имеющихся просек. Направление трассы выбирают таким, чтобы по возможности избегать ее сближения с линиями слабого тока. Кроме того, следует стремиться к минимальной реконструкции пресечений с другими линиями электропередачи.

В предварительных изысканиях для выбранной трассы получают сведения о высшей, низшей и среднегодовой температурах, направлении и максимальной скорости ветра, максимальной толщине стенки гололеда, интенсивности гроз.

Вариант трассы линии согласовывается с рядом организаций: управлениями энергосистем, связи, железных и шоссейных дорог, отделами архитектуры и др. После окончательного принятия варианта трассы выполняются технические изыскания: вешение линии, пикетаж, нивелирование, составление абриса и определение характера грунтов. Вешение линии - это обозначение оси линии непосредственно на местности с помощью специальных вех. После этого приступают к ее промеру, для чего через каждые 100 м забивают пикеты. Каждый пикет имеет номер и отметку превышения его местоположения относительно какой-то зафиксированной отметки, полученной посредством нивелирования. По этим высотным отметкам вычерчивают профиль трассы. Одновременно с выполнением пикетажа составляют абрис трассы, т.е. зарисовывается ситуация местности на расстоянии 25 м по обе стороны трассы. На абрисе указываются углы поворота линии, их направление.

В результате технических изысканий получают план и продольный профиль трассы линии. В практике проектирования горизонтальный масштаб обычно принимают 1:5000, а вертикальный - 1:500. Продольный профиль используют после проведения соответствующих расчетов проводов и тросов для проектной расстановки опор по трассе линии.

Рассмотрим кратко отдельные этапы расчета и проектирования. Заметим, что все рассуждения справедливы как для проводов, так и для тросов.
.2 Климатические условия и их нормирование
Функционирование воздушной линии электропередачи происходит в условиях воздействия на них окружающей температуры, ветра, гололеда, образующегося на проводах и тросах, грозовых явлений.

Величина температуры воздуха оказывает прямое влияние на степень натяжения и провисания проводов и тросов. При этом наибольшее значение имеют высшая, низшая и среднегодовая температуры. Кроме того, на работу ВЛ влияет температура, при которой происходит процесс образования гололеда. Ветер оказывает давление на провода, тросы и опоры. Возникающая поперечная нагрузка на провода и тросы увеличивает их натяжение.

Обычно максимальная скорость ветра не совпадает во времени ни с низшей температурой, ни с процессами образования гололеда. Это обстоятельство учитывается при выборе расчетных сочетаний климатических условий.

При проектировании конкретной ВЛ выбор расчетных климатических условий производится в соответствии с картами климатического районирования [3], которые предполагают разделение всей территории СНГ на семь районов по ветру (от І до VІІ) и пять районов по гололеду (от І до ІV и особого). Каждый район по ветру характеризуется скоростным напором ветра (скорость ветра) на высоте 10 м от земли, а по гололеду - толщиной стенки гололеда в зависимости от срока их повторяемости. Скоростной напор ветра q (Па) связан со скоростью ветра V (м/с) соотношением:
(1.1)
Повторяемость максимальной скорости ветра и наибольшей толщины гололеда принимают в зависимости от важности ВЛ, которая в данном случае характеризуется номинальным напряжением, т.е. при более высоком напряжении учитываются менее вероятные значения скорости ветра и толщины гололеда. В соответствии с [3], максимальные нормативные скорость ветра и толщину гололедно-изморозевых отложений определяют исходя из их повторяемости: для ВЛ 500кВ и выше - 1 раз в 15 лет, для ВЛ 6-330 кВ - 1 раз в 10 лет, для ВЛ 3 кВ и ниже - 1 раз в 5 лет.

Таким образом, зная район сооружения ВЛ, принимают районы по ветру и гололеду с соответствующими скоростью ветра и толщиной гололеда.

Расчеты и проектирование ВЛ ведут по расчетным сочетаниям климатических условий, которые составлены на основе наиболее вероятного одновременного появления определенной скорости ветра, гололеда и определенной температуры. В ПУЭ [3] сочетания климатических условий задаются для расчетов нормального, аварийного, монтажного режимов, а также для расчетов приближений токоведущих частей к элементам опор ВЛ и сооружений.
.3 Определение удельных нагрузок на провода и тросы
Провода и тросы воздушных линий испытывают действие нагрузок - вертикальных (вес провода и гололеда) и горизонтальных (давление ветра). В результате этого возникают растягивающие напряжения.

При расчетах удобно пользоваться удельными (приведенными) нагрузками, которые относятся к 1 м длины линии и 1 мм2 сечения провода (троса). Удельные нагрузки рассчитывают исходя из условия, что нагрузка по длине провода в пролете распределяется равномерно и порывы ветра отсутствуют.

При проектировании следует учитывать, что линия имеет большую длину, то ее отдельные участки могут оказаться в неодинаковых климатических условиях. Такое положение наиболее часто возникает при прохождении трассы по горам, мимо широких рек и больших водоемов. Для разных частей такой линии расчетные климатические условия могут приниматься различными.

Следует заметить, что удельные нагрузки определяются и вводятся в расчеты не произвольно, а для определенных технически обоснованных расчетных сочетаний климатических условий (таблица 1.1). Например, нагрузку от ветра и гололеда вычисляют не при максимальной скорости ветра и гололеде, а при гололеде и скоростном напоре ветра 0,25 qнб.
.4 Основные уравнения, характеризующие состояние провода в пролете
Пусть на провод действует только вертикальная равномерно распределенная по длине нагрузка, например нагрузка от собственного веса провода. Под действием нагрузки провод провиснет, подобно гибкой нити (рисунок 1.1). Идеальная гибкая нить, не обладающая жесткостью на изгиб, при такой загрузке принимает очертание цепной линии. Кривая провисания провода за счет наличия некоторой жесткости лишь приближается по форме к цепной линии. При этом напряжение в проводе будет обусловлено не только растяжением, но и отчасти изгибом. Однако напряжение в проводе из-за изгиба обычно не превышает 0.01 напряжения от растяжения. Поэтому можно считать, что напряжение в проводе возникает только за счет растягивающего усилия, направленного в каждой точке по касательной к кривой провисания. Оно определяется по формуле
(1.2)
Где Т - тяжение по проводу сечением F.

Для одного пролета линии уравнение провисания провода в виде цепной линии можно представить:
(1.3)
Где h0 - расстояние низшей точки провода до оси х.

Если полагать, что в точке А провод закреплен жестко, то для обеспечения состояния равновесия в точке В необходимо приложить соответствующую нагрузку. Сделаем это путем подвески провода через блок. При идеальном блоке нагрузка за ним должна быть равна тяжению по проводу:
(1.4)
где γ - удельная нагрузка на провод.

По аналогии можно записать выражение для тяжения в низшей точке провода:
(1.5)
Разность тяжений в точках В и О:


где f - стрела провеса провода в пролете.

С учетом формулы (1.2) можно записать:



Тогда



Отсюда
(1.6)
где - напряжение в материале провода в точке В и низшей точке О.

Из выражения (1.6) следует, что в низшей точке провода напряжение - наименьшее, а в точках закрепления провода - наибольшее. Однако в пролетах до 300..400 м это различие в напряжениях мало (не более 0,3%), и им пренебрегают, используя выражение в низшей точке σ0.

Из формулы (1.5) можно найти: