台风“米克拉”近登陆点强风特性实测与输电线路设计风荷载研究

为识别台风作用下尤其是近登陆点输电线路沿线强风特性,提高输电线路抗风设计可靠性,开展近台风"米克拉"登陆点某输电线路附近30米高度处强风实测工作,全面研究了平均风速及风向、湍流强度及其尺度、阵风因子、功率谱等台风风场参数特性,探讨台风作用下输电线路风荷载设计参数取值规律。研究表明,本次台风登陆过程中,水平平均风速从低于20m/s迅速攀升至41.1m/s,伴随风向角完成约160°快速转变;台风登陆后强风阶段,湍流强度和阵风因子随平均风速增大而逐渐减小,变化范围分别为0.35～0.15和2.25～1.25;阵风因子与湍流强度、峰值因子存在递增变化规律,其中阵风因子与湍流强度之间关系可由石崎(Ishizaki)模型近似表示;湍流积分尺度随平均风速变化的离散性较大;各方向脉动风速功率谱与冯×卡门(Von-Karman)经验谱均吻合较好。DL/T 5551-2018计算给出的档距折减系数、导地线阵风响应系数可适度包络住台风41.1m/s最大风速对应的最不利结果。     

强风下直线杆塔力学特性与加固方法研究

针对沿海地区输电杆塔受台风影响下频繁出现倒塔事故，对杆塔进行强风下应力分析并进行局部加固具有重要意义。论文选取110 kV的直线杆塔作为研究对象，采用UG建立其三维模型，基于单向流固耦合的方法，采用Ansys Workbench平台中的CFX模块模拟风场来获得输电杆塔表面风压分布。之后将风载荷导入静态结构模块（static structural），施加固定约束、重力和输电线载荷进行应力计算。针对薄弱环节和变形较大部位，论文提出了三种加固方法，并在设计风速与90°风向角下对未加固与加固的输电杆塔进行对比研究。通过对比输电杆塔变形最大值，表明3种加固方法均能够有效减小输电杆塔在强风下的变形，但是减小效果不相同，在塔头附近进行加固效果优于在塔身进行加固。通过以上仿真分析，可以为输电杆塔的设计与加固提供理论依据。     

局地风对送电线路的危害及预防

局地风是在气象条件吻合的情况下在特定的地区产生的强风,极易造成倒杆断线事故,严重威胁送电线路的安全运行。为防范局地风的危害,保证线路安全运行,在设计送电线路时,避免线路方向垂直于风向;尽量降低杆塔高度,选择强度较大的杆塔;对已运行的线路采取补强措施。     

台风风场参数对输电杆塔力学特性的影响

分析输电杆塔风荷载计算公式可知,台风风场的平均风速、风剖面指数与湍流强度是影响杆塔风荷载的主要参数,而台风在整个行进过程中,这些风场参数不断变化并共同影响输电杆塔的风荷载。为探索台风行进过程中杆塔受力变化规律,首先选取了台风卡努行进过程中5个不同时刻的风场,开展了对应的杆塔受力分析。分析结果显示,杆塔应力比与平均风速的变化规律趋于一致。而后在设计风速一致的前提下,以某大跨越杆塔为工程背景,开展了台风与常规风两类风场作用下杆塔风荷载和受力对比计算。参数分析显示,台风与常规风风剖面指数的差异对杆塔风荷载和受力影响较为显著,最有可能引发倒塔事故。最后通过分析塔材应力比沿塔身分布规律,找到了台风荷载作用下杆塔的薄弱部位,提出了补强措施,还选取了其他类型常用杆塔进行试算,对这一补强措施的适用性加以验证。     

沿海地区输电线路台风观测方法研究及“莫兰蒂”台风实测分析

我国华南沿海地区是台风登陆高频区,台风灾害会给电网造成很大损失。目前,电网企业仍然缺乏有效的台风测量和预警手段。针对沿海强风地区输电线路的台风观测对提高线路防风抗灾能力十分必要,基于激光测风雷达、三维超声风速仪和表面应变计等多种测量手段研究了沿海地区输电线路层面台风的观测方法。通过对"莫兰蒂"台风的实测分析,验证了本方法的可操作性,并获得了"莫兰蒂"台风大量的实测数据。通过对实测数据的深入分析,得到了"莫兰蒂"台风风速风向和脉动特性的变化规律。     

基于随机风场概率加权的台风灾害下输电线路损毁预警

为解决台风灾害下输电线路损毁预测精度和数据利用率低的问题,建立了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型。该模型综合考虑了气象、微地形、杆塔运行和实时损毁等空间多源异构信息的融合。首先,使用极值Ⅰ型概率分布进行阵风的风值模拟,通过柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫假设检验证明了其具有较高的精度;其次,利用蒙特卡洛法实现了随机风场的概率生成;最后,利用随机森林法预测每个风场下的线路损毁概率,实现了基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测,该预测结果可为电力部门提供有效的预警决策支持。以台风"山竹"为实例,验证了所提基于随机风场概率加权的输电线路损毁概率预测混合模型的科学性及有效性。     

两次强对流天气对500 kV输电线路的影响

分析了某500 kV输电线路风偏和倒塔两次事故的气象成因，利用自动气象站的观测风速，结合基于雷达反演的三维风场，获得线路事故区域的风速分布特征：两次事故周边自动气象站观测的最大风速和极大风速偏小；雷达反演的三维风场对事故出现地点和时间均有较好的指示，导致输电线路倒塔的强对流天气与导致风偏的强对流天气相比，具有更高的回波高度、更强的上升气流，其反射率因子核心高度在6 min内下降了3.5 km以上，造成更大的地面破坏，但其局地性强，影响范围较小。分析结果表明：目前的线路设计风速在导致风偏的强对流天气下是偏安全的，但也要尽量避开可使风速放大的不利地形；对于可导致输电线路倒塔的微下击暴流，建议以“防串倒”为主要思路；在强对流天气影响下，观测风速计算的阵风系数明显大于相关规范中的取值。     

风雨对导线—杆塔空气间隙工频放电特性的影响

针对近年来频繁发生的风偏事故,分析认为强风及暴雨是使导线—杆塔空气间隙工频放电电压降低的一个重要原因。采用1:1模拟杆塔-导线结构,首次系统地试验研究了雨水、大风及风雨组合对导线—杆塔空气间隙工频放电特性的影响。结果表明降雨、风速、风向、风雨组合都会影响到空气间隙的工频放电特性,在一定条件下会使其放电电压明显降低。研究结果可为恶劣气象条件下输电线路最小间隙距离设计提供技术依据,降低输电线路风偏放电故障及事故率,提高输电线路的安全运行水平。     

基于输电线路铁塔的沿海地区风环境观测系统

利用高耸输电杆塔进行风场监测不仅可以节约建造专用气象观测塔的费用,还可为输电线路沿线积累风场数据。文章以输电线路铁塔为安装平台,以数据存储模块、无线通信模块、远程监控模块和太阳能电源组成了风观测系统。并基于改造的风观测系统,选取福建宁德至笠里500 kV输电线路52号铁塔为观测点,对福建沿海地区的风环境进行了风参数数据采集,为今后更好地推广应用这种风场监测系统提供了经验。     

输电线路风荷载耦联机制的气弹性风洞试验研究

强风作用下输电线路的风致破坏时有发生。塔–线耦联体系的风振响应已成为输电线路风致灾变研究的关键问题。该文通过输电塔–线体系完全气弹模型风洞试验,开展了输电线路风荷载耦联机制的研究,从响应的统计特性、功率谱分布以及风振系数等方面出发,对比分析了单塔及塔–线体系在不同风向角和风速下的风振响应的变化规律。试验结果表明:塔–线体系的耦合作用导致输电塔的动力特性发生了变化,不仅顺线路及垂直线路方向的基本频率有所改变,而且体系的机械阻尼和气动阻尼都有显著增加;输电塔的风振系数有显著的降低;最不利风向角也由单塔的30°风向角转变为塔–线体系的90°风向角;垂直线路方向的背景分量显著增大。     

500kV架空输电线路风偏数值模拟研究

采用数值模拟方法来研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题.具体步骤是:采用考虑随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport相干函数,并结合谐波合成法数值模拟线路风场;在ANSYS有限元软件中建立不同档距的输电塔线体系的有限元模型,用ANSYS有限元软件分别对模型进行时程分析,分析结果显示档距对悬...     

输电塔防台风风洞试验研究

以500kV双回路三塔四线模型为对象,通过风洞试验研究输电线路在良态风和台风作用下的风振响应,并将试验结果与理论计算结果进行对比和分析。得出结论:在台风环境下塔线体系的风振响应增大;在1阶振型自振频率附近,导线的存在使塔线体系的振动比单塔显著;杆塔承载力计算时仅考虑1阶振型是可行的。对输电塔防台风设计方法提出建议:台风地区的杆塔风振系数取值应大于良态风场;应对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》的风振系数计算结果进行修正。     

风对空气间隙工频闪络电压影响的试验研究

输电线路的风偏放电一直是影响线路安全运行的主要问题之一。本文对不同电极结构下,不同风速、风向对空气间隙工频闪络特性的影响进行试验研究,得出不同风速、风向下导线-杆塔空气间隙工频闪络特性的变化规律。     

500kV架空输电线路覆冰失效有限元仿真分析

高压架空输电线路覆冰倒塔是近几年来影响我国电力系统安全稳定运行的重要因素之一。基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS,考虑杆塔和导、地线之间的铰接耦合作用,研究了塔-线体系的力学数值分析模型的建模方法。针对具体线路覆冰微气候区,建立了2个耐张段的塔-线系统整体仿真模型,分析了不同覆冰厚度、风向以及风速作用下,塔线系统的失效情况。针对杆塔结构薄弱点,提出了相应的改造措施,并通过数值仿真进行了校核。数值分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和线路改造措施效果评估。     

基于PnPoly算法的杆塔所属风区研判及风速配置校核研究

风载荷是输电线路杆塔的主要载荷,设计风速的取值直接影响线路运行安全和工程造价。随着气候条件的变化和风区图的迭代,输电杆塔设计风速与风区环境的偏差愈加明显,对电网安全带来威胁。本文提出一种基于PnPoly的杆塔所属风区研判方法,在对每级杆塔所属风区进行准确研判的基础上,结合PMS系统中的杆塔数据,给出设计风速配置校核模型。实证结果表明,人工剔除嵌套风区后,利用Pn Poly算法进行杆塔所属风区校核的准确率达到99.99%,且投运年限越早的杆塔设计风速与最低标准偏差越大。根据分析结果,有针对性地给出电网大修技改、运行维护工作建议。     

基于多因素修正的台风灾害下输电线路失效预测方法

台风灾害是导致沿海地区输电线路倒塔(杆)、断线等线路损毁的主要原因之一。为了提高电网抵御台风的能力,进行台风灾害下输电线路失效预测具有重要意义。为此文中将输电线路看做由杆塔和线路共同组成的塔线系统,提出了一种基于多因素修正的台风灾害下输电线路塔线系统的失效预测方法。该方法结合传统的风荷载受力模型以及多因素分析的数据挖掘技术,分为基于模型驱动和基于数据驱动2个部分。模型驱动部分考虑杆塔和输电线路实际风荷载及设计风荷载的物理力学模型;数据驱动部分考虑电网信息、气象信息、地理信息等多因素信息,通过对历次台风灾害下的样本数据进行数据挖掘分析,结合当前预测信息,求取修正系数对模型驱动结果加以修正,进而获得输电线路塔线系统的综合失效概率,并对其进行可视化处理。最后通过算例分析验证了所提方法的科学性及有效性。     

融入attention机制的台风风险预警模型

台风是一种可以给沿海地区电网造成巨大破坏的自然灾害,中国东南沿海地区正是台风灾害频发的地区。对于强台风环境下的地区电网,台风的强风可导致输配电网中的电气设备产生结构性损伤,影响供电稳定性。在电网设备中,杆塔是最易被台风影响的大型设备,从中国东南沿海电网历史台风灾损统计结果来看,绝大多数的倒塔与断杆主要发生在强风圈内,显然风速对杆塔的影响是巨大的。     

基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法

现有输电线路风偏预警一般是采用在线监测装置实现,且没有对风偏后空气间隙的闪络风险进行有效评估,导致工程上适用性不强、预警效果不理想等问题。利用传统的风偏研究成果,提出了一种基于数值天气预报的输电线路风偏闪络预警方法。首先,采用反距离加权的插值算法进行格点预报风速映射处理,并依据风向与线路走向的夹角完成垂直于线路风速分量的计算。然后,以典型的酒杯塔为例,运用刚体直棒法计算线路与杆塔的最小空气间隙。最后,对间隙击穿电压进行空气密度、湿度、降水量的修正,得到预报天气条件下的闪络电压值,并与系统运行电压进行对比完成风偏闪络预警。该方法可为安装在线装置困难而又处于强风区的重要输电线路提供一种可行、有效的风偏闪络风险管控手段,对电网防风减灾工作具有重要的实用意义。     

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析

跨海输电塔线体系具有铁塔高、跨度大、风速大、恢复困难等特点,是岛屿电网的关键薄弱位置,尤其受台风等灾害天气影响严重,为进一步认识跨海输电塔线体系的风振响应特点和强风作用下的铁塔风致失稳特征,以温州洞头某线路典型跨海段（耐—直—直—耐）线路为研究对象,采用ABAQUS软件建立该跨海段两塔三线有限元分析模型。首先分析导线、裸塔及塔线体系的动力特性参数,然后开展不同风向角下的风振响应分析及位移风振系数计算,最后,采用增量动力分析方法（incremental dynamic analysis,IDA）模拟强风作用下考虑塔线耦合效应的铁塔非线性倒塌过程。研究表明：大跨越导线、地线对输电塔在不同风向角下的风振响应影响存在差异,0°风向角下,大跨越导线、地线增大体系的阻尼,降低风振响应;90°风向角下,大跨越导线、地线在横向风作用下产生较大面外位移,增大塔线体系的风振响应;强风作用下,输电塔斜材相较于主材更容易发生动力失稳,引起结构内力重分布,使得塔身中上部受力集中,最终导致输电塔发生渐进式倒塌。     

输电线路风灾防御的现状与对策

强风暴是对输电线路威胁最大的自然灾害之一.回顾了近年来世界各国的输电线路在强风灾害下的运行状况,特别是我国输电线路的主要风致灾害状况.重点介绍了台风、飑线风、龙卷风等强风暴下输电线路所受的影响以及输电塔倒塌等情况.近年的风灾数据昭示,开展我国输电线路强风灾害的研究和风险评估工作、改进输电塔的抗风设计,是提高输电线路风灾防御能力的关键.