输电线路覆冰失效分析

在输电塔线体系的设计过程中,导线和铁塔结构是分开进行设计的.由于对铁塔的纵向不平衡张力缺乏有效的计算方法,通常是根据规程取导线最大使用张力的比例进行校核.然而,不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一,精确计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力有着重要的意义.文中应用梁单元和索单元对输电铁塔和导线建立整体单元模型,对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算,分析了均匀覆冰荷载下铁塔的极限承载力,对在实测不均匀覆冰荷载下的倒塔失效原因进行了分析,指出了输电线路中的薄弱点,对铁塔提出了提高冰厚等级改造的建议.     

电网冰灾典型线路段覆冰倒塔分析

在2008年初电网冰灾倒塔调研的基础上,建立了典型覆冰倒塔线路段铁塔、导线和绝缘子的三维模型,考虑档距、高差以及覆冰厚度引起的纵向不平衡张力对铁塔受力的影响,对线路段在均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的导、地线张力及纵向不平衡张力进行计算,分析确定了线路覆冰倒塔的破坏模式,揭示了线路覆冰倒塔的主要原因。分析计算结果与现场实际破坏情况相吻合,表明导线覆冰过载以及覆冰产生的纵向不平衡张力是线路覆冰倒塔的主要原因。     

1000kV特高压交流输电8分裂导线动张力风洞试验分析

导线在风荷载作用下的动张力变化对输电塔线耦联体系抗风设计非常重要。为此,以在建1000kV特高压输电线路工程为背景进行风洞试验。设计制作了双回路8分裂导线的完全气弹模型,首次采用光纤布拉格光栅对分裂导线在风作用下的动应变进行了测试。试验得到了不同风攻角、流场和风速情况下不同位置导线的动应变,得出了导线动张力的传递规律和导线动力响应的主要特性。分析了导线不同位置动应变响应的分布规律和功率谱变化,证实了风作用下塔线耦联体系中导线和塔之间能量传递规律。研究结果表明输电塔抗风设计中应该考虑动张力对塔线耦联体系作用的影响。     

大截面导线重覆冰区不均匀冰纵向荷载特性分析

现行规程给定的不平衡张力的设计值与实际工程取值差异较大,为了研究大截面导线重覆冰区不均匀冰纵向荷载特性,建立连续档不平衡张力计算模型,编制VB计算程序,参照典型的特高压直流输电线路工程设计条件,计算了直线塔和耐张塔的不平衡张力,对影响直线塔不平衡张力的档距、高差、悬垂串长、导线直径、覆冰率、档距不均匀性、覆冰厚度等因素进行敏感性分析。针对大截面导线重覆冰区,建议增大耐张塔不平衡张力取值,降低直线塔不平衡张力取值,其中直线塔不平衡张力可根据使用条件进行分级取值。     

山坡地形输电线路的覆冰脱冰研究

采用有限元方法研究山坡地形输电线路的覆冰脱冰问题,分析不同覆冰厚度和山坡倾角下输电塔的受力情况与杆塔设计工程量的变化,研究中间档导线脱冰后输电线路的运动情况、绝缘子的轴力和输电塔的基底弯矩响应等。计算结果表明:线路覆冰后,基底弯矩随着山坡倾角和覆冰厚度的增大而增加;导线脱冰后,输电塔的底部弯矩随着山坡倾角的增大而大幅增加。同时分析了山地倾角、覆冰厚度、导线脱冰对杆塔技术经济性的影响,塔重、造价随山坡倾角增大而表现出线性增长趋势,覆冰厚度和脱冰不同造成的增长并非呈简单的线性关系。研究结果为山地情况下输电线路的覆冰脱落荷载取值以及技术经济分析提供参考。     

±1 100 kV导线覆冰断线时V串偏移及不平衡张力分析

采用V串伸入塔身布置方案,可缩短±1 100 kV输电铁塔横担长度,降低塔重并减小走廊宽度。覆冰导线断线冲击时的V串偏移量是确定V串伸入塔身布置方案的重要控制因素,准确计算覆冰导线断线动态不平衡张力可为校核线路避雷器的结构强度提供依据。在通用有限元软件ANSYS中建立了±1 100 kV线路连续7档导线-V串体系模型,采用降温法施加导线初始张力,体系阻尼以Rayleigh阻尼形式施加,假定4根覆冰子导线同时发生断裂,通过杀死断线位置的导线单元来实现断线模拟。采用非线性瞬态分析方法,分别计算了考虑子间隔棒影响前后V串偏移量及挂点不平衡张力时程曲线。考虑子间隔棒影响时,覆冰导线V串偏移量和不平衡张力动态峰值,小于设计采用的静态、无子间隔棒模型计算值,即按设计取值确定的V串伸入塔身方案及断线不平衡张力偏于安全。     

±1100kV导线覆冰断线时V串偏移及不平衡张力分析

采用V串伸入塔身布置方案,可缩短±1 100 kV输电铁塔横担长度,降低塔重并减小走廊宽度。覆冰导线断线冲击时的V串偏移量是确定V串伸入塔身布置方案的重要控制因素,准确计算覆冰导线断线动态不平衡张力可为校核线路避雷器的结构强度提供依据。在通用有限元软件ANSYS中建立了±1 100 kV线路连续7档导线-V串体系模型,采用降温法施加导线初始张力,体系阻尼以Rayleigh阻尼形式施加,假定4根覆冰子导线同时发生断裂,通过杀死断线位置的导线单元来实现断线模拟。采用非线性瞬态分析方法,分别计算了考虑子间隔棒影响前后V串偏移量及挂点不平衡张力时程曲线。考虑子间隔棒影响时,覆冰导线V串偏移量和不平衡张力动态峰值,小于设计采用的静态、无子间隔棒模型计算值,即按设计取值确定的V串伸入塔身方案及断线不平衡张力偏于安全。     

超／特高压交流同塔多回输电线路覆冰不平衡张力分析

根据超／特高压交流同塔多回输电线路的导地线型号及绝缘子串参数建立线-串有限元模型,分析了不均匀覆冰随耐张段档数的变化规律,不同挂点高差模式对不均匀覆冰不平衡张力的影响,给出了不均匀覆冰不平张力的分析计算方法。对超／特高压交流同塔多回输电线路导地线挂点不均匀覆冰不平衡张力随覆冰率的变化规律进行分析,给出了定量的计算结果。在此基础上,建立塔-线-串耦合的三维有限元模型,考虑铁塔变形对不均匀覆冰不平衡张力的分析,将计算结果与线-串有限元计算结果进行对比分析。根据有限元分析给出超／特高压交流同塔多回直线塔,导、地线不均匀覆冰不平衡张力百分比取值,一般情况下导线取为10％、地线取为20％,如果从经济性考虑,对同塔不同电压等级可以取不同的不平衡张力百分比,1000kV导线取7％,500kV导线取10％,地线取20％。     

纵向不平衡张力计算与分析

不均匀覆冰是引起直线塔两侧出现不平衡张力的主要原因,是导致直线塔倒塔和损坏的主要原因之一.输电线路杆塔设计时应使杆塔能够承受一定纵向不平衡张力,避免因设计不当而造成倒塔事故.采用Visual C++开发平台编制了覆冰不平衡张力计算程序,通过对比证明程序的正确性,并从不均匀覆冰位置、档距、高差、悬垂绝缘子串长、导线最大使用张力、导线分裂组合方式等几个方面分析总结覆冰不平衡张力变化趋势,为输电线路设计人员提供设计参考.     

输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测与试验研究

输电线路覆冰后,将引发断线倒塔事故,严重威胁电网的安全运行,在线监测导线覆冰情况具有重要的工程应用价值。为了实现实时监测输电线路的等值冰厚,提出了以静力学力矩平衡为理论依据的架空输电线路综合荷载等值覆冰厚度预测模型。该模型以轴向拉力和倾角为参数,考虑了耐张绝缘子串带来的不均匀载荷,以及风力带来的风偏平面内综合荷载增加等影响。在试验站开展现场导线覆冰的测量,进行现场试验验证。结果表明:利用该文提出的预测模型计算出的综合荷载等值冰厚和人工测得的现场导线等值冰厚吻合较好,验证了该模型的精确性。基于现场试验经验,提出了用于现场测量的覆冰形状校正系数,为进行现场输电线路覆冰测量提供一种有效和简便的测量手段。