高压输电塔结构的疲劳寿命分析

输电塔结构是高负荷电能输送的载体,是一种重要的生命线工程。结构疲劳损伤被视为工程领域重要的破坏因素之一。选取500 kV海宁—乔司II回路输电线路上的ZSZH型塔为研究对象,依据Miner线性疲劳累积损伤理论和材料的S-N曲线,建立了一套完整的输电塔结构疲劳寿命分析方法。这种方法不仅重点强调了风荷载对输电塔疲劳现象的影响,同时也考虑输电塔结构在服役期内承受过的台风、覆冰、安装等一次性强荷载工况。通过对工程实例的仿真分析,表明该文方法可以准确、高效地预测输电塔结构的疲劳寿命,为今后进一步的工程应用奠定了基础。     

基于应变监测数据的输电杆塔疲劳寿命预测

环境荷载对输电塔结构杆件的损伤和疲劳寿命具有显著影响,然而目前针对输电塔杆件进行实时应力监测并据此进行数据分析、性能评价和剩余寿命预测的研究较少。为此,对自然环境下某输电塔的关键杆件进行长期的应变监测,对其应变数据进行演变分析。基于雨流计数法和连续损伤动力学的疲劳损伤模型理论,提出输电塔杆件疲劳寿命计算方法。考虑输电塔不同部位的受力状态和重要程度,确定输电塔不同部位杆件寿命计算的权重系数,进而建立输电塔整体剩余寿命的计算模型,结合实测数据计算该输电塔典型部位杆件和整体结构的剩余寿命。研究表明:输电塔结构整体疲劳寿命满足工程需求;塔腿部位主材和1/3高度处主材的疲劳寿命相对较短,在健康监测以及疲劳破坏分析研究中需要重点关注。     

基于实际风速的输电塔疲劳寿命预测

为了研究极端大风区域设计基准期内输电塔在实际风荷载作用下是否会发生疲劳破坏,选取某750 kV输电线路的7A5-ZB1型直线塔作为研究依据,研究了沿线的风速的分布,利用Miner线性累积损伤理论结合材料的S-N曲线建立了一套完整的实际风荷载作用下的输电塔疲劳寿命预测的计算方法,并以此计算了该线路沿线最不利位置的疲劳寿命。结果表明:该线路ZB1直线塔在设计基准期内不会出现疲劳破坏,但对一些关键位置输电塔的关键杆件,需要有针对性地防范与加固。     

330 kV输电线路采用酒杯塔合理性分析

对单回架空输电线路而言,国内外广泛采用的塔型主要有酒杯塔和猫头塔,两种塔型各有优缺点。然而在330 kV输电线路工程中,单回路直线塔很少使用酒杯塔,《国家电网公司输变电工程通用设计(330 kV模块)》中单回路直线塔全部为猫头塔。本文以甘肃洛大-绿源-巩昌330 kV线路工程为背景,对甘肃南部山区单回架空输电线路直线塔选用酒杯塔的合理性进行分析。建议《通用设计(330 kV模块)》中单回路直线塔增加酒杯塔。     

复合交变应力条件下的导线疲劳试验方法

以Miner 疲劳理论及WÊhler 安全边界曲线为基础,探讨了复合交变应力条件下的导线疲劳试验方法与架空输电线路的寿命估算方法。     

适用于高土壤电阻率地区的220/110kV输电线路塔型研究

雷电故障是220/110 kV高压输电线路的主要故障型式,特别在高土壤电阻率地区体现为雷电反击故障。结合国家电网公司提出的输电线路典型设计思想,分析了高压输电线路的5种典型塔型结构,认为酒杯塔和猫头塔是承受线路反击故障的主体。选择220 kV同高度的典型酒杯塔和猫头塔建立仿真模型,采用ATP/EMTP的标准反击计算方法进行耐雷水平和反击跳闸率的计算。结果表明,在取冲击接地电阻为25Ω条件下,酒杯塔的反击耐雷性能稍好于同等参数的猫头塔。     

大跨越输电塔动力特性

大跨越输电塔-线体系是一种复杂的空间塔线耦联体系,体系动力特性计算中由于导、地线的振型密集,输电塔的振型难以辨清。在对大跨越输电塔-线体系的动力特性研究中,采用白噪声激励体系,得到输电塔耦合了导、地线的响应;利用振动模态识别技术,可得到输电塔耦合了导、地线的低阶模态。以多条输电线路工程中不同类型、不同高度输电塔为原型,建立空间有限元模型,利用振动模态识别技术提取出大跨越输电塔-线体系中塔架结构的第1 自振周期及其振型,得到适用于大跨越酒杯塔和大跨越干字型塔的第1 周期近似计算公式。对工程实例的仿真分析表明,该公式能比较准确地反映大跨越输电塔-线体系的动力特性,值得推广应用。     

输电线路酒杯塔塔头覆冰破坏形态分析及复合材料横隔加强技术研究

通过对输电线路酒杯塔塔头在均匀覆冰、不均匀覆冰和脱冰动力荷载等作用下的覆冰破坏形态分析,得出酒杯塔塔头在覆冰各工况下的结构薄弱点主要集中在地线顶架与K节点周边杆件。针对上述问题,提出了一种采用复合材料横隔加强酒杯塔塔头的加强技术,并对其进行了结构分析比较和技术经济分析比较。结果表明,酒杯塔塔窗增加复合材料横隔后,塔头受力明显改善,曲臂K节点的位移、弯矩和剪力大幅减小。该加强技术可节省总体造价3%左右,提高酒杯塔塔头的覆冰荷载过载能力10%以上,在重冰区有一定的应用价值。     

输电塔Q420钢材角焊缝的疲劳性能试验研究

为研究输电塔Q420钢材角焊缝的疲劳性能,通过2组常温条件下轴向循环拉伸疲劳试验,获取Q420B和Q420C2种钢材不同应力水平下的角焊缝疲劳寿命,基于试验结果绘制S-N曲线,推导焊缝疲劳寿命推荐公式。试验结果表明:在高应力幅时Q420B焊缝的疲劳寿命略高于Q420C焊缝;低应力幅时Q420B与Q420C焊缝的疲劳寿命差异增大。通过试验、推导的推荐公式计算值与现行GB 50017—2003 《钢结构设计规范》计算对比发现,规范值偏保守。     

角钢塔曲臂K节点变形原因分析及对策研究

酒杯塔和猫头塔在单回交流输电线路中广泛应用,曲臂K节点属于刚度相对薄弱点,文中以某500 kV交流输电线路工程猫头塔曲臂K节点变形统计情况为例,从设计、加工、施工三方面对曲臂K节点变形原因进行了深入分析,提出了合适的结构措施和施工要求,经过某新建工程验证,控制措施效果显著,值得在今后的铁塔设计、施工中借鉴采用。     

复合材料在输电杆塔中的应用研究

简要介绍了复合材料在输电杆塔的应用及特点,介绍了复合材料构件的连接型式,并对角钢塔、上字型复合横担塔和酒杯复合材料塔进行了技术经济对比分析。结果表明,复合材料塔在输电杆塔中具有的优势可推广应用。     

输电线路防灾减灾安全销的设计

对型号为5A-ZM4铁塔进行极限承载力计算,确定塔线分离控制荷载并设计出过载保护金具安全销,当导线、地线上的覆冰厚度超过极限荷载所对应的覆冰厚度时,安全销能使塔线自动分离防止倒塔和断线。采用增量加载非线性有限元法计算安全销的极限承载力,与设计的塔线分离控制荷载吻合。通过分析荷载位移曲线知安全销随着荷载的增加由初始的线弹性状态逐渐过渡到极限塑性破坏状态;并判断出安全销的微观裂纹发生顺序和宏观断裂。基于疲劳寿命预测理论,对安全销的疲劳寿命和寿命使用系数进行了预测,计算表明安全销的疲劳寿命达到要求。     

覆冰荷载下输电塔的力学性能分析

选取500 k V输电线路典型设计中的5B-ZB1直线酒杯塔作为原型,建立输电塔的空间桁梁混合结构有限元模型。通过逐级增加覆冰厚度和设置材料密度的方法进行加载,分析了输电塔在各种荷载共同作用下的力学性能。     

1 000kV输电铁塔抗震设计及振动台试验研究

为研究特高压输电塔的抗震性能,以1 000kV“皖电东送”淮南-上海输变电工程同塔双回路SZ272P钢管塔和晋东南-南阳-荆门输电线路酒杯型ZBS1角钢直线塔为原型,依据相似理论进行分析,设计并制作缩尺振动台试验模型,分别进行单塔、单塔挂质量块和塔线耦联体系地震模拟振动台试验,验证了1 000kV钢管和角钢模型塔在8度罕遇地震作用下的抗震性能,提出了抗震设计改进建议。     

复合材料构件防风偏应用研究

输电线路风偏闪络事故直接影响电网的安全稳定运行,近年来各电网企业正有序开展技术改造。复合材料构件在输电线路中的推广应用,为输电线路防风偏改造提供了新思路、新方法。对于酒杯塔,可采用中相牵制、边相复合材料构件支撑的技术方案以避免风偏闪络的发生。该改造方案造价可控、停电时间短、施工便捷,能够满足改造工程对投资、工期和实施便利性的要求。同时,在其他类型的杆塔和线路中,也可灵活该技术进行防风偏设计。     

特高压输电铁塔曲臂横担吊装方法探讨

为解决1 000 kV特高压酒杯型铁塔曲臂外横担吊装的难题,以浙江至福州特高压交流输电工程酒杯塔曲臂外侧横担吊装为主要研究对象,针对其横担长、重量大、边横担距塔中心远的特点,采用强度高、稳定性好的高强钢,创新设计高强辅助臂架,利用高强辅助臂架进行整体吊装曲臂外侧横担,详细分析了吊装施工方法。     

用于交流特高压工程的GFRP横担塔关键技术研究

为推进玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)在特高压交流工程的应用,依托锡盟—胜利特高压工程,针对上字型复合横担塔提出了电气、结构设计方案;开展了电场和结构有限元仿真分析;开展并通过了电气验证试验、真型塔结构试验以及构件拉压疲劳试验;提出了复合横担塔的工程施工和验收方案以及运维方案。通过经济性对比分析得出,与常规酒杯型角钢塔相比,复合横担塔可使呼高降低8 m、走廊宽度减少21.2 m、工程本体造价节约4%。     

500 kV酒杯塔覆冰破坏形态分析

2008年初电网冰灾破坏原因统计分析表明,500 kV输电线路铁塔受损严重,其中酒杯塔倒塔基数占倒塔总数的36.2%。为了弄清酒杯塔在覆冰荷载作用下的破坏形态,选取湖南冰灾区500 kV线路中的酒杯塔进行均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的主要受力杆件的敏感度及整塔的破坏形态分析,从而确定酒杯塔覆冰荷载作用下的受力薄弱点。研究结果为我国冰灾区酒杯塔设计和加固补强提供参考依据。     

考虑疲劳折损的架空输电线路风雨荷载失效概率模型

作为典型的风振敏感结构,架空输电线路极易受强风雨灾害影响导致故障停运。为了研究强风雨天气及设备自身机械强度对线路失效概率的影响,从输电线路设计规范和材料结构性疲劳过程入手,建立了一种考虑疲劳折损的架空输电线路风雨荷载失效概率模型。模型采用非线性退化过程模拟材料疲劳折损,并依据荷载-强度干涉理论进行失效概率计算。算例分析给出了风、雨、疲劳折损三者作用时的线路失效概率情况,并以IEEE-RTS 79系统为例介绍了以本模型结果为基础筛选重要线路、薄弱档号的方法。该模型能量化不同风雨荷载对失效概率的增大作用,同时响应线路日常振动导致的疲劳折损,是一种全新的建模思路,具有较好的应用前景。     

隔离开关操作机构疲劳失效校核计算及仿真分析

疲劳失效是低压电器寿命试验验证中最为常见的一种失效形式。合理的结构设计是保证机械零件疲劳寿命的基础。以隔离开关为例,通过理论计算、Algor软件有限元分析和试验验证相结合的方法分析了疲劳失效现象,针对分析结果进行隔离开关结构优化并验证可行性。