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。     

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。     

大跨越输电塔线体系风振控制

大跨越输电塔线体系是由导线和输电杆塔构成的结构体系。文章根据大跨越塔线体系的动力特性、塔架的振动特点,建立了考虑导线、绝缘子和塔架3 种构件组成的塔线耦合体系的非线性计算模型,并进行了动力特性分析。研究采用调频质量阻尼器(TMD) 以控制塔架第一振型振动,采用多个粘弹性阻尼器(VED) 用于增大塔线体系阻尼,减小塔线体系振动。两者联合对大跨越输电塔线体系进行风振控制,可使其响应最大值减小10 %～20 %。     

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。     

1000kV特高压同塔双回输电线路塔线耦联体系地震模拟振动台试验研究

为研究地震荷载下输电塔-线体系动力相互作用,以某特高压输变电工程的1000kV同塔双回输电线路为原型,进行了三塔两线缩尺模型振动台试验。探究了不同形式下的输电塔动力特性的变化规律以及地震荷载作用下导、地线非线性振动对特高压输电塔的影响,一定程度上获得了塔线体系振动过程中输电塔与地线的能量分布规律。研究结果表明:输电线对输电塔自振特性影响较大;地震作用下导、地线的非线性振动能够耗散掉部分能量,起到减震作用;地线动应力变化属于一种以塔头振动为激励源的受迫振动,其频谱峰值远离自身基频,与激励密切相关,较为接近塔体振动频率。     

±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。     

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。     

大跨越输电钢管组合塔动力特性的理论分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了大跨越钢管组合塔的杆梁混合分析模型,采用子空间迭代法得到了结构的前5阶模态,并以实测所得的周期近似公式与经验公式进行了对比, 经过修正得到了该类结构不考虑导地线影响的更加精确的第一阶周期计算公式。在此基础上,考虑了导地线的影响,研究了不同垂直档距下的输电塔结构的动力特性及其变化特点,引进了考虑导地线影响的周期放大系数,修正了第一阶周期计算公式。     

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数北大核心CSCD

以2020年"黑格比"台风中倒塔的海岛大跨越塔线体系为研究对象,分析了"黑格比"台风对洞头海岛电网的影响,采用Ansys建立了裸塔及塔线体系的有限元模型,分析了裸塔和塔线体系的动力特性。其次,结合现有规范开展了输电塔线体系风荷载静力加载及脉动风速时程拟合方法研究,分别开展了0°、90°等风向角下静力分析和动力时程分析,得到了裸塔、塔线体系中输电塔位移、主材应力静载响应和风振响应,不仅对比分析了裸塔、塔线体系输电塔的风荷载静载效应与考虑脉动风的风振响应,还对比了不同风向角对输电塔风载效应的影响。此外,还采用频域分析方法开展了输电塔风载效应的功率谱分析,进一步揭示了脉动风的荷载效应及导地线的耦合效应。最后,基于输电塔位移响应开展了裸塔、塔线体系输电塔的位移风振系数分析。研究及其相关结论对今后开展输电塔抗风设计、加固具有重要的参考价值。     

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。     

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。     

±800kV特高压直流输电杆塔结构的动力特性研究

±800kV特高压直流输电线路的直线塔、耐张塔为研究对象,采用SAP2000进行有限元建模,开展动力特性分析,得到杆塔结构的自振周期和振型;并与以往输电杆塔结构第一自振周期的简化计算方法进行比较和分析,提出典型特高压输电线路杆塔结构自振周期的计算方法,为正确计算该杆塔结构的风振系数及风荷载提供依据。     

重冰区输电塔–线体系导线断线分析

断线事故会引起整个输电系统的振荡,甚至导致输电塔倒塌及产生火灾等次生灾害。考虑输电塔、导线、绝缘子等的非线性特性,建立了输电线路塔–线体系的断线耦合振动分析有限元模型。以向家坝—上海±800kV特高压直流输电线路为例,进行了断线工况振动非线性时程分析,分析了断线冲击荷载引起的导线跳跃、最大水平张力、绝缘子悬挂处和直线塔支座节点处的反力等。分析表明,断线的冲击荷载将对导线和输电塔均产生较大的动力放大效应,风荷载将加剧断线引起的振动。     

输电塔线体系非线性地震反应分析

地震对输电塔线的安全运行产生了威胁。选择输电线路工程中常用的5A-ZM4猫头塔为研究对象,利用ANSYS软件建立两塔三线输电塔线体系有限元模型,计算塔线体系的自振频率和振型并分析影响其动力特性的主要因素。选用天津波、EI-Centro波、上海人工波3条典型地震波,通过调整加速度峰值的方法研究塔线体系的位移响应非线性行为以及弹塑性极限状态。分析结果表明,强震作用下塔线体系进入非线性极限状态时,塔顶最大位移主要集中在H/200~H/100（H为塔高）之间;塔身第2至第3横隔之间杆件将率先进入弹塑性极限状态,产生较大塑性变形,使体系表现出较强的非线性特征。     

基于Ansys的高压输电塔风振特性分析

在电力大范围应用的背景下,研究输电线路的振动特性对电网整体的安全性有着极其重要的意义。本文推导了三线两塔耦合系统的力学简化模型,并以建立典型的500kV交流双回路耐张塔为对象验证了算法的正确性。利用Ansys软件建立了两塔三线的耦合模型并进行了单塔振动分析、塔—线耦合振动分析。在此基础上利用Davenport风速谱对电力塔模型节点的风载荷进行了模拟,并对耦合模型进行了动力时程分析,最终得到了节点位移曲线,验证了模型的合理有效性。最终结果表明耦合体系的振型以塔、线各自的振型为主,并出现了一部分由塔或线诱发的新振型,且同阶下耦合的振动频率要小于单塔的振动频率。最终经过理论计算与有限元分析结果的比较,证明了所推导力学模型的正确性。     

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。     

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。