复合横担杆塔设计分析

介绍复合材料性能,针对输电线路电压等级越来越高,杆塔耗钢材量大,基础作用力大的情况,提出新型复合横担杆塔的设计方法,分析复合材料结构的基本设计方法和基本尺寸规划,并对角钢塔和复合横担塔的经济指标进行比较,认为复合横担塔具有节能和降低造价的优点。     

山区220 kV新型错层横担直线塔防雷性能研究

针对山区地形坡度影响输电线路杆塔防雷性能的问题,为降低山区输电线路的雷击跳闸率,设计了一种220 kV新型错层横担直线塔。分析了错层横担直线塔在不同坡度条件下的防雷性能,确定了错层横担杆塔在山区地形的可行性,建立了新型错层结构杆塔的多波阻抗模型及其接地体等效电路模型。基于PSCAD软件搭建了错层横担杆塔的整体模型,仿真计算出了杆塔的反击跳闸率;建立了适用于新型错层杆塔求解绕击跳闸率的电气几何模型,并推导了求解的计算公式;分析比较了错层横担杆塔在几种坡度条件下的雷击跳闸率的数据结果。通过常规杆塔和错层杆塔的雷击跳闸率对比发现,错层横担结构有效地提高了杆塔的耐雷水平。研究结论可为山区错层横担杆塔输电线路防雷设计、防雷改造以及线路运行和维护提供参考。     

±800 kV特高压直流线路跳线上绕耐张塔研究

目前中国±800 k V直流线路耐张塔均采用下引跳线型式,即两极导线通过挂在横担下的跳线进行接续。在山区下引跳线高度成为耐张塔高度的决定性因素,通常使得耐张塔呼高设计较高,甚至可能导致砍伐树木及对地开方。综合考虑塔型结构、跳线串型、跳线型式、空气间隙及地线起晕场强等因素,研究±800 k V特高压直流线路上绕耐张塔,并对其经济效益和社会效益进行分析,达到保护环境及节能减排的目的,为后续±800 k V特高压直流线路的耐张塔设计提供参考。     

500kV同塔双回输电线路复合横担塔的防雷性能

复合横担在35—1 000kV输电线路中均有应用,但针对复合横担塔防雷性能的研究几乎空白。为此,在昆明特高压工程技术国家工程实验室开展了500kV复合横担塔正负极性雷电冲击作用下的伏秒特性试验,获得了复合横担闪络的判据。根据实际同塔双回路复合横担塔线路参数建立了电磁暂态模型,并利用修正的闪络判据计算了复合横担塔反击和绕击耐雷水平。结果表明:同参数500kV复合横担塔与常规同塔双回路杆塔相比,反击耐雷水平高4%左右,绕击耐雷水平两者相近;基于伏秒特性试验得到复合横担的正负极性先导发展速度公式k与E0取值分别为0. 50×10-6m2/(V2·s)、600kV/m和0. 55×10-6m2/(V2·s)、650kV/m,用于复合横担耐雷水平计算较为准确。     

1 000 kV交流双回路单柱组合耐张塔型式规划

针对在1000 kV交流特高压双回输电线路中使用鼓(伞)型耐张塔的不足,设计了一种全新的耐张塔型——单柱组合耐张塔,其特点是分塔挂线、无导线横担、水平布置跳线、灵活性好、施工方便等,与鼓(伞)型塔相比,在杆塔高度、塔重、横担长度、跳线等方面的技术经济性较为优越。最后提出了该塔在电磁环境、跳线、防雷等设计方面需要进一步探讨的技术问题。     

110 kV“上”字型输电线路复合材料横担耐雷水平研究

随着材料工艺和技术的不断成熟,复合材料在输电线路杆塔工程中应用逐渐增多,为研究复合材料杆塔在110 k V输电线路中的防雷性能,在ATP-EMTP软件中建立110 k V典型"上"字型输电线路复合材料横担仿真模型,从地面倾角和复合横担不同长度等对杆塔耐雷水平进行研究。根据耐雷水平计算结果,提出同时满足防雷性能和安全裕度优化的复合材料杆塔结构方案。     

高海拔下交流500 kV复合横担污闪特性

复合横担杆塔的应用对节省输电走廊等资源具有重要意义。500 k V复合横担由2支呈"V"形布置的水平大直径绝缘子和2支斜拉绝缘子构成。为获得500 k V复合横担的污闪特性,在高海拔下,对全尺寸500 k V复合横担大直径水平部分进行了多个污秽度下的人工污秽试验,研究了污闪过程中的局部电弧电流及电弧发展过程,并校核了500 k V复合横担的污秽外绝缘配置裕度。研究结果表明:高海拔下复合横担污闪电压与污秽度呈负幂指数关系;随着污秽度的增加,最大局部电弧电流线性增加;复合横担大直径绝缘子的零星点状放电和局部电弧放电易出现在下部;复合横担双臂污闪电压低于单臂约3%,双臂下电弧发展具有交替形式。所研究500 k V复合横担具有较高的污秽外绝缘配置裕度。     

110kV双回线路格构式复合材料杆塔电气结构设计

电气结构设计是110 k V格构式复合材料杆塔应用所关注的焦点问题,其重点在于如何提高防污和防雷性能。首先针对杆塔复合材料的绝缘特性进行了分类、分项测试,结果表明E型玻璃纤维增强型环氧树脂复合材料满足绝缘材料电阻特性要求,可用于制作绝缘杆塔。结合考虑断线张力等因素,通过污秽试验和电场仿真计算,确定了横担采用格构式横担悬挂加装均压环的FXBW-35/70防污型复合绝缘子的防污设计,试验表明,其污耐压高达145 k V。杆塔防雷须采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的方案;针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。结合理论计算,获得了110 k V双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能,与同电压等级铁塔相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为20Ω条件下,杆塔的耐雷水平提高了94%,而雷击闪络跳闸率降低了82%。综上,110 kV双回线路格构式复合材料杆塔采用提出的电气结构设计,具有更好的防污和防雷性能。     

特高压直流杆塔新型复合横担布置研究

借鉴以往复合横担杆塔的设计经验,从绝缘配置、电磁环境、空气间隙、电位分布计算和纵向不平衡张力等方面对特高压直流线路杆塔的复合横担布置方式进行研究,通过对杆塔钢材、基础指标、绝缘子串费用以及线路走廊费用进行综合经济比较,选择出合理的复合横担布置方案,为特高压直流线路复合横担塔设计提供借鉴和参考。     

500 kV紧凑型耐张杆塔绕击耐雷性能精细化分析方法

为了解决500 k V紧凑型耐张杆塔塔头结构复杂,传统绕击跳闸率计算方式无法准确计算此类杆塔绕击跳闸率的问题,通过建立500 k V紧凑型耐张杆塔精细化模型,提出了基于全档距绕击耐雷性能分析方法的紧凑型耐张杆塔绕击跳闸率分析方法,并研究了此类型杆塔在拆除分支地线前后绕击跳闸率的变化。分析结果表明,拆除分支地线后,杆塔的绕击跳闸率提高约16.3%,针对这种情况考虑加装塔头侧针来改善线路防绕击性能。研究结果表明,安装塔头侧针可以显著降低杆塔绕击跳闸率,当3个跳线横担均加装塔头侧针时,可使杆塔的绕击跳闸率降低约59.25%。研究成果对指导我国500k V紧凑型耐张杆塔防雷改造提供了重要的参考依据。     

330kV双回复合杆塔的电场分布与均压特性

330 k V双回复合杆塔的结构复杂,均压、均场问题突出,为了深入研究其电场分布与均压特性,应用三维有限元分析软件ANSYS,采用程序化静态分析方法和谐响应分析方法,计算了复合杆塔各组成构件承受电压随时间的变化规律,分析了大地、导线等因素对复合杆塔电位分布的影响规律,优化了复合杆塔的横担部分与塔身部分各关键位置的电场分布。研究结果表明:330 k V复合杆塔在原设计的基础上配置合理的均压屏蔽装置能使其电位分布合理,电场分布处于可控范围。     

鸟窝对10 kV铁路贯通线杆塔顶部相间局部区域电场分布特性的影响

10k V铁路贯通线路横担上的鸟类筑巢可能会诱发贯通线局部接地或相间短路故障，贯通线供电中断会影响列车的行车安全，因此有必要针对鸟窝对贯通线杆塔横担上局部电场分布的影响开展分析。构建包含杆塔、横担、支柱绝缘子及鸟窝等部件的三维模型，仿真分析鸟窝高度、鸟窝位置、鸟窝内铁丝、导线绝缘护套、均压帽、占位装置等参数对局部电场强度分布特性的影响规律，并获取引起绝缘子及导线电晕放电的鸟窝尺寸。仿真结果表明：鸟窝会畸变杆塔顶部支柱绝缘子及裸导线周围的空间电场，鸟窝内部的导电铁丝对局部空间电场的畸变率可达16582%；裸导线表面加装绝缘护套可防止裸导线与异物直接短接；支柱绝缘子顶部的均压帽可改善绝缘子及其附近的电场分布，但加装均压帽会缩短鸟窝与高电位导体之间的间隙距离；加装占位装置能防止鸟在杆塔横担的相间区域筑巢。基于仿真结果提出在裸导线外包覆绝缘护套和在导线相间空位处加装占位装置相结合的措施降低鸟巢诱发的贯通线接地或相间短路故障频次。     

特高压直流线路复合材料转动横担设计

结合目前国内FRP复合材料杆塔的现状,依托灵州—绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程,提出FRP复合材料转动横担的受力机理、设计方案,并通过塔线耦合模型进行仿真分析。分析结果表明：FRP复合材料转动横担通过在纵向不平衡张力作用下,发生转动,释放纵向不平衡张力,减小了横担及塔身的受力,可有效减轻塔重和基础混凝土用量,具有良好的经济效益和社会效益。     

750 kV输电塔复合横担选型及承载力研究

复合材料在输电塔应用上相比传统铁塔具有一定优势,对750 kV复合横担塔进行受力计算,并将计算结果与实验结果进行对比,验证复合横担塔受力计算结果以及设计合理性,为复合杆塔的研发和设计提供依据。     

750 kV酒杯型复合横担杆塔电场仿真计算及电晕试验

750 kV酒杯型复合横担杆塔的横担部分同时承受电气和机械荷载,其运行电压等级高,绝缘结构复杂,电位、电场分布不均匀,影响线路长期稳定运行。以750 kV酒杯型复合横担杆塔为研究对象,应用三维有限元分析方法,建立了750 kV酒杯型复合横担杆塔的三维仿真模型,计算了各相复合横担在不同方案下的电位、电场分布,设计了各相复合横担的均压屏蔽装置,优化了均压屏蔽装置的结构参数。电场计算结果表明优化后的均压屏蔽装置能使复合横担各关键位置电场强度满足控制要求,真型塔头电晕试验结果表明复合横担绝缘子及金具在1.2倍试验电压下未发现可见电晕放电,可应用于实际工程。     

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。     

750 kV输电线路复合横担设计研究

综合介绍了国内外复合材料输电杆塔的研究应用现状。依托新疆与西北主网联网750 kV第二通道输变电工程,设计出复合横担塔方案;并通过电场有限元仿真分析和真型塔电气试验,验证了复合横担良好的电气绝缘性能,可满足工程实际应用的需要。通过经济性分析,显示出复合横担塔具备良好的经济效益和社会效益,具有广阔的应用前景。     

±800 kV直流输电线路Z型边坡塔结构特性研究

针对特高压直流线路所经山区雷电活动频繁,大地屏蔽作用差,提出一种适用于山区直流特高压输电线路的Z型边坡塔。与常规T型塔相比,Z型边坡塔对左右两极导线横担进行阶梯布置,降低下山坡侧的导线横担对地高度,充分利用杆塔有效高度,降低雷击跳闸率,提高特高压直流线路耐雷水平。通过通用有限元软件对铁塔结构的内力分布进行了线性和非线性分析,并以塔重和混凝土等指标对比分析Z型塔的经济可行性,研究揭示了Z型塔的结构受力特点,结果表明,铁塔内力与T型塔相当,工程造价与T型塔基本一致,可为Z型塔在多雷山区特高压直流线路中的应用提供参考。     

基于子模型技术的500kV复合杆塔横担电场分析及均压环结构参数优化

猫头型复合杆塔首次应用于国内500kV输电线路,其横担端部各支柱绝缘子、斜拉绝缘子布置紧凑,电场畸变严重,均场问题突出。以500kV猫头型复合杆塔为研究对象,依据图纸进行了1∶1实体三维建模,通过数值计算研究分析了猫头型复合杆塔中相横担和边相横担的电场集中区域,对比分析了复合横担与现有线路绝缘子的电位分布,设计了各相横担的均压环配置方案,并应用子模型技术研究了各均压环不同结构参数变化对复合横担关键位置场强的影响规律,研究结果表明,初始方案下复合杆塔部分位置场强过高,不利于复合杆塔长期稳定运行,500kV复合横担的电位分布要优于现有500kV线路绝缘子,通过配置合理的均压屏蔽装置,复合杆塔各关键位置场强均已满足控制要求。     

750kV输电线路复合横担均压特性

复合横担首次应用于国内750 kV线路,由于电压等级高,结构复杂,均压、均场问题突出,需要对其均压特性进行深入研究。运用三维有限元分析软件ANSYS,考虑杆塔、大地、导线以及相间影响等因素,计算了复合横担在不同设计方案下的电位、电场分布,研究了中间法兰以及横担端部配置均压环、屏蔽环对复合横担电位分布的影响,对比了750 kV线路直线塔绝缘子串与复合横担的电位分布。复合横担最终选择在最初设计方案的基础上取消悬垂串、增加横担长度并配置合理的均压屏蔽装置的方案,其电位分布优于750 kV线路直线塔。经过中国电力科学研究院电气试验验证,复合横担电气性能良好,满足运行要求。