±1100 kV特高压输电塔线体系风振响应分析

为研究角度风下长横担输电塔线体系动力响应,采用有限元时程方法分析准东—华东±1 100 kV特高压输电线路单塔及塔线体系风振响应。首先,利用线性滤波法计算得到三维脉动风速场,并结合准定常理论得到单塔及输电塔线体系脉动风荷载。其次,建立单塔及输电塔线体系有限元模型,利用模态分析方法计算结构的动力特性,研究导地线及长横担结构对输电塔动力特性的影响。最后,利用有限元时程方法对单塔及塔线体系进行动力分析,研究了风向角、长横担结构及塔线耦合效应等因素对结构动力响应的影响。结果表明：长横担结构会导致扭转频率降低,扭转振型出现顺序前移;塔线耦合效应降低了塔架结构自振频率,提高了结构阻尼比;根据位移均值计算结果,最不利风向角为15°和75°;根据扭转角均方根计算结果,最不利风向角为0°;单塔顺风向响应主要受背景分量和1阶振型的影响,塔线体系还受到导地线低阶共振分量的影响,扭转角主要受扭转1阶振型影响。     

500 kV同塔四回路大跨越塔动力特性分析

介绍了西江500 kV同塔四回路大跨越塔的工程概况,对大跨越单塔和塔线体系进行了动力特性分析,并比较了大跨越单塔与塔线体系动力特性的差异。单塔和塔线体系均首先出现x轴弯曲振型,然后是y轴弯曲振型,再是z轴扭转振型;单塔的y轴弯曲振型频率和z轴扭转振型频率低于塔线体系。结果表明：大跨越塔的结构体系布置合理,导线提高了塔线体系的y轴弯曲和z轴扭转刚度。     

特高压输电铁塔动力特性分析

为分析特高压铁塔的自振动力特性,运用ANSYS建立SZ301型1000 kV交流同塔双回输电铁塔三维梁杆混合模型,运用Block Lanczos方法提取前10阶频率和12阶振型。研究结果表明,有限元计算自振频率符合工程计算要求,建立的三维模型正确;特高压单塔振型主要集中在塔身横隔面塔材,应注意进行塔颈和塔身主材补强设计;低阶模态为塔头振动,塔高增加使得整塔结构刚度降低,为进一步研究特高压塔线体系在动态荷载下的动态特性提供参考。     

振动模态识别技术在输电塔线动力特性研究中的应用

输电塔线体系是一种复杂的空间塔线耦联振动体系,体系动力特性计算中由于导地线的振型密集,输电塔的振型难以清辨。在对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。此外,在实际工程现场进行了环境振动测试,识别输电塔耦合了导地线的低阶模态,验证了数值计算模型和理论模态识别的正确性。     

架空输电塔线体系有限元建模及风载分析

架空输电线路发生严重的微风振动时会造成断线倒塔等电力事故。为此研究了输电线路中某一耐张段所在的塔线体系,建立“三塔两线”有限元模型,通过模态分析发现输电单塔主要表现为铁塔的扭转和侧移振型,塔线体系主要表现为输电导线的侧移和扭转振型。静态风载分析表明,风速与塔线体系中导线的最大位移成正比,导线自重在风速较低时对线路风振影响较大;导线的位移最大发生在导线弧垂最大处,故需重点关注导线弧垂最大的地方。     

钢管组合大跨越输电塔导地线耦合效应研究

利用ANSYS软件建立了跨越珠江铁桩水道的220kV钢管组合大跨越输电塔线体系的空间数值分析模型。通过对实际工程进行环境振动测试,识别出输电塔耦合导地线的振动模态,验证了输电塔线体系有限元模型和理论计算的正确性。从动力特性和地震反应方面研究了单塔和塔线体系的动力特性和地震响应特点,分析得到关于输电塔导地线耦合效应的初步认识,进一步揭示了导地线对输电塔的耦合作用规律。研究表明,悬挂的导地线不仅具有质量效应,同时在线路的纵向和侧向还施加了一定的刚度效应。地震反应分析中可知导地线对输电塔具有一定的减震效应,并指出导地线的减震效应是否具有普遍性,还需要进一步研究。上述研究对类似输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义。     

考虑脉动风荷载作用的大跨越输电塔线体系风致响应分析

为了掌握脉动风荷载作用下大跨越输电线路风致响应特性,以某500 kV三跨耐张段大跨越输电线路为研究对象,建立了输电塔线体系空间有限元模型,采用谐波叠加方法模拟输电塔线体系脉动风荷载时程,叠加静风荷载作用,研究了风荷载作用下单塔及塔线体系的模态动力特性,分析了不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应时域特性,并与单塔风致响应进行比较,获得了最不利风向角度,探索了不同风速作用下单塔及塔线体系最大位移和应力变化规律。结果表明,与单塔相比,塔线耦合体系具有较强的柔性,其模态的低阶振型主要表现为导线的振型;输电塔和输电线风振响应均以一阶振型为主;塔线耦合效应对塔线体系风振响应的影响较大,不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应均大于单塔,塔顶位移增大明显;塔线体系的最不利风向为垂直于导线布置方向;输电线路设计时建议考虑塔线耦合效应的影响。     

特高压钢管塔及塔线耦合体系动态性能研究

为分析典型特高压钢管塔及塔线耦合体系的动态特性,利用ANSYS软件建立特高压钢管塔"四塔五档线"模型,采用有限元方法对导地线进行静力学平衡计算,研究了塔线耦合体系的固有模态及振型,结果表明:有限元计算的导地线弧垂值与理论计算值之间的相对误差均小于5%,符合工程容许范围;塔线耦合体系具有振型多样性特点,其基频率数值一般较小且模态振型较密集,前500多阶模态振型基本上都集中在导地线上,而以输电杆塔为主的模态振型则出现的较晚,进一步验证了导地线刚度小于铁塔构件刚度。     

1000 kV汉江大跨越特高压输电塔线体系气动弹性模型的设计与风洞试验

以建设中的1000 kV汉江大跨越输电线路工程为背景,针对大跨越输电线路塔线体系风致响应较大的特点,进行了气弹模型风洞试验,分析了单塔及塔线体系在均匀流及紊流下的风振响应。塔线体系为四塔三线模型,并采用刚性节段加V型弹簧片法设计输电塔气动弹性模型。通过对实验结果进行分析,获得了塔线体系动力特性和风振响应等数据,研究了导线对输电塔的影响。结果表明,风荷载作用下导线与输电塔的耦合振动不可忽略。     

高压输电塔-线体系风致动力响应分析与优化控制

建立了输电塔-线耦联体系的空间模型,利用Davenport谱模拟了目标场地风场,采用线性弹簧模型与Maxwell模型相结合模拟调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),采用考虑导线几何刚度时变性的非线性直接积分方法对有无TMD的单塔、塔-线体系风致响应时程分析,进行TMD调频参数优化控制计算,并比较了单塔与塔-线体系时程反应。分析结果表明,对单塔和塔-线体系优化控制,均可根据单塔模态分析得到的频率计算TMD优化参数;由于背景反应的增加,使得塔-线体系总反应比单塔有较大幅度增长。     

基于流固耦合的单管塔风振响应有限元分析

为获得更为精确的杆塔结构风振响应,尝试利用风场与杆塔结构的流固耦合作用,建立流固耦合控制方程,研究了基于流固耦合的单管塔风振响应有限元分析。结果表明,流固耦合技术可用于杆塔结构的风振分析,可以直观地模拟出结构的风振响应时程。     

基于粘弹性阻尼器输电线路的风振控制研究

针对高压输电线路的风致振动,研究了基于粘弹性阻尼耗能原理的振动控制策略与实施方法。首先,在分析粘弹性阻尼器的耗能原理与结构设计特点的基础上,提出了阻尼器在铁塔上的布置方案;其次,采用有限元软件ANSYS,建立了一个包括铁塔、绝缘子、导线和地线的耦合体系的梁—杆有限元模型;采用由谐波合成法得到的随机脉动风荷载的时程样本,对安装阻尼器前后的铁塔进行了结构风致振动瞬态响应仿真。最后,在铁塔上选择相应的控制节点和控制单元,比较阻尼器对各控制节点的位移时间历程、各控制单元内力时间历程的影响。分析表明：采用粘弹性阻尼器能够有效地抑制输电线路风振,控制节点的位移下降约90%;另一方面,通过多种安装方案的比较,优化了阻尼器的安装位置。     

1000kV输电塔横风向振动风洞试验研究

为研究特高压输电塔架和输电塔–线耦联体系的横风向风振响应特点,以某1 000 kV输电线路为工程背景,通过气弹模型风洞试验,分析了单塔和塔–线体系在紊流风场中的横风向风振响应。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔的横风向响应和顺风向响应处于同一数量级;塔–线体系中输电塔的横风向加速度响应大于单塔,横担端部的横风向位移响应大于单塔,而塔身处的横风向位移响应却小于单塔。高阶振型对单塔横风向加速度和位移响应的影响不能忽略,而位移响应还包含了一定程度的背景响应。在进行特高压输电塔的抗风设计中,应考虑横风向风振响应的影响。     

横隔面在高压输电塔抗风设计中的作用分析

高压输电线路是一种风敏感结构体系。强风暴是对输电线路威胁最大的一种自然灾害,因强风暴而导致的高压输电线路和输电塔破坏事故时有发生。为了保持结构的整体性能以及分配剪力和抗扭,输电塔的设计中都要设置一定间距的横隔面。横隔面设置位置和数量的多少影响到结构的整体抗风性能。以500 kV同塔双回路直线自立塔为例,研究了设置不同横隔面时结构的模态以及抗风内力与变形。按现规程的设计结构的第3振型已出现严重的局部振动,拟静力分析结果也显示无横隔面的斜撑出现了很大的平面外变形;增设横隔面以后,前几阶振型未发现局部振型,且斜撑的平面外变形也大大地降低。研究表明目前高压输电塔抗风设计规范中的横隔面设置数量和方法有待改进。     

强风作用下带横隔面输电塔动力响应及破坏机理研究

增设横隔面是对输电塔结构进行抗风加固的一种简单有效方式,但增设横隔面后输电塔的动力稳定性变化和破坏机理差异尚未明晰。以某220 kV同塔双回线路ZY2输电塔为研究对象,通过建立输电塔线耦联体系有限元模型,对比了增设横隔面前后的单塔及塔线体系的模态差异,验证了在靠近塔腿节间的交叉斜材处增设横隔面对于输电塔局部振型的抑制作用。采用随机风场模拟,计算不同风速下不同塔段处斜材增设横隔面前后轴力响应变化,结合动力不稳定区域理论计算斜材动力稳定性参数,将其与动力不稳定区域绘制在同一参数平面内并根据某一风速下斜材是否进入动力不稳定区域,来判断不同塔段处斜材增设横隔面前后的失稳风速。结果表明,合理增设横隔面最高可将杆塔破坏风速提高3 m/s。     

基于多点卡曼谱输入的输电塔脉动风数值模拟

根据随机振动理论,确定利用卡曼谱模拟风速湍流,应用ANSYS实现了输电塔模型的建立及脉动风的数值模拟,得到各点的风速时程样本.通过对输电塔施加脉动风进行结构动力特性分析,得到塔架前24阶振动频率及各点位移时程曲线,迭代验算数值模拟结果符合结构振动规律,可为工程实际提供参考.     

覆冰情况下输电线路有限元计算及其结构优化

建立了塔-线耦合结构系统三维有限元力学计算模型。通过对覆冰输电线路耐张段位移及应力分布情况进行分析计算,提出了线路耐张段在一定风速与覆冰厚度条件下的临界失效曲线。经过多次计算并验证薄弱杆塔以及薄弱单元分布情况,得到了薄弱位置的分布特点和规律。以发生覆冰倒塔事故的实际线路为研究对象,并以力学分析计算结果为依据,提出了有针对性地更换杆塔最薄弱处钢材以及在耐张段内薄弱处增加一基杆塔的线路改进方案。通过结构优化前后线路耐张段薄弱单元应力比值以及临界失效曲线的对比分析,证明了所提出改进方案的正确性和有效性。     

风力发电机高塔系统的自振特性及参数分析

为研究风力发电机高塔系统抗风、抗震等动力问题,基于有限元法对某12 MW风力发电机进行了模态分析,研究了各阶模态振型特性,并通过改变塔架高度、厚度以及叶片长度等尺寸变量,讨论各尺寸变量对风力发电机高塔系统自振特性的影响。对多组数值模拟工况结果进行函数拟合,得到置信度较高的拟合公式,确定了各尺寸变量与风机高塔系统自振频率的函数关系。研究结果可为风力发电机高塔系统结构动力分析提供理论依据,并对工程实践有一定借鉴意义。     

基于改进支持向量回归的IGBT老化预测

为了准确预测绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的老化状态,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化支持向量回归（SVR）的IGBT老化预测方法。该方法提取IGBT集电极-发射极电压信号的时频域特征,通过核主成分分析（KPCA）降维将时频域特征融合成一个综合指标来表征IGBT的老化状态;针对鲸鱼优化算法（WOA）不足,在WOA的基础上引入Sobol序列种群初始化、惯性权重和反向学习策略,增强WOA的局部搜索能力和收敛速度;利用IWOA优化SVR的惩罚因子和核参数,并构建一种基于综合指标的IGBT预测模型。利用NASA Ames实验室的IGBT老化数据集对IWOA-SVR方法进行验证,结果表明,所构建IWOA-SVR预测模型可以更准确实现对IGBT的老化预测。