1000kV特高压输电塔线体系风荷载传递机制风洞试验研究

为研究输电塔线体系的风荷载传递机制,以皖电东送淮南—上海输变电工程1000kV特高压送电线路中的直线钢管塔为设计原型,在同济大学TJ-3风洞试验室进行了输电塔–八分裂导线五塔四线耦联体系完全气弹模型风洞试验,测得了体系的加速度和位移响应。采用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器,测得了塔身主材、导线及绝缘子在风荷载作用下的动应变。通过对不同风攻角、流场及风速工况下塔线体系动力响应数据的统计与分析,总结出了导线、绝缘子和输电塔风致振动规律;通过功率谱密度分析,揭示了输电塔线耦联体系的风荷载传递机制。研究结果表明,塔线体系风致振动呈现强非线性耦合作用,导线及绝缘子的振动对输电塔具有重要影响,随着风速的增加,导线高阶振型对能量的贡献增大。     

覆冰特高压导线风致动张力试验与分析

覆冰导线在低风速作用下的风致振动现象是一个复杂问题,而导线动张力的计算对于输电铁塔的抗冰设计具有重要的参考意义。为研究风荷载下覆冰导线动张力对输电塔结构的动力作用,利用光纤布拉格光栅传感器,通过覆冰特高压输电塔-8分裂导线耦联体系风洞试验测得了导线的动应变,验证了导线动张力模型的有效性。用动张力模型计算结果和我国重冰线路设计规程中导线的荷载标准值进行了比较,发现规范对覆冰导线弦向张力荷载值的考虑略显不足,不平衡张力容易成为输电塔结构破坏的重要原因。对覆冰导线的动张力试验和分析研究结果表明:随着覆冰厚度的增加,导线自振频率降低,非线性增强,导线端部动张力增幅明显。考虑风荷载与冰荷载的组合后,覆冰输电塔的安全设计需要进一步提高。     

1000kV特高压交流同塔双回输电塔线耦联体系风洞试验

以在建中的特高压输变电工程为背景,针对1000kV同塔双回输电线路铁塔和8分裂导线的设计要求,进行了气弹模型的风洞试验。按照气弹模型相似理论严格模拟了输电塔、8分裂导线的气动外形和动力特性,制作了五塔四线模型并模拟了体系的边界条件,研究了单塔和塔线体系在均匀流场和紊流场的风致响应。通过对试验结果的分析,获得了塔线体系的动力特性和风振响应,并首次通过光纤光栅技术测得了气弹模型输电塔结构、8分裂导线和绝缘子的动应变。试验结果探究了导线和绝缘子在风荷载作用下对特高压输电塔结构的影响,并为现行的输电线路设计规程和特高压输电塔的设计提供了参考。     

干字型输电塔线体系风致响应研究

研究了干字型输电塔线体系的风致响应问题。首先基于杆系有限元理论建立了输电塔线体系的三维有限元模型,该模型考虑了输电塔和输电导线的动力耦合效应。基于随机振动理论模拟了输电塔线体系的多维脉动风荷载,并形成总风荷载时程。分析了输电塔线体系在强风作用下的风致响应,为输电杆塔的抗风防灾提供参考。     

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。     

不同横隔面配置方式的输电塔抗风动力响应分析

为了保持结构的整体性能以及分配剪力和抗扭,高压输电塔的设计中都要设置一定间距的横隔面。横隔面的设置位置和数量的多少影响到结构的整体抗风性能。以典型的500kV超高压双回路直线自立塔为例,通过有限元的精细化建模,研究在不同横隔面设置方式下输电塔线耦联体系的动力响应。耦联体系的模态分析结果表明:在横隔面设置不当的情况下,耦联体系会过早地出现局部振型;合理的横隔面设置会消除局部振型过早出现。同时,风振动力响应对比分析也表明:合理的横隔面设置可以使输电塔斜撑的面外变形和内力大大降低,从而提高输电塔的抗风性能。研究结果表明:目前高压输电塔抗风设计规范中的横隔面设置方法是有待改进的。     

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。     

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...     

输电塔线耦联体系风洞试验及数值模拟研究

为研究输电线路的风振响应,以某500 kV送电线路为工程背景,设计了三塔两线完全气弹模型并进行了风洞试验。利用有限元分析软件ABAQUS建立了三塔两线模型,计算了该线路在随机风场中的动力响应,探讨了塔线体系耦联振动特性。研究结果表明：输电线的存在增加了塔线体系的背景响应,增大了塔线体系的阻尼,降低了共振响应;挂线后塔线的耦联作用对输电塔加速度和位移造成了不同的影响。高风速下输电塔响应和输电线响应的功率谱密度会出现能量交叉,塔线之间的耦合作用大大加强,这极有可能导致塔线的耦联共振作用。因而进行输电杆塔设计时,需考虑塔线之间的耦联振动对输电塔响应所带来的不利影响。     

输电塔线耦联体系风洞试验及数值模拟研究

为研究输电线路的风振响应,以某500 kV送电线路为工程背景,设计了三塔两线完全气弹模型并进行了风洞试验。利用有限元分析软件ABAQUS建立了三塔两线模型,计算了该线路在随机风场中的动力响应,探讨了塔线体系耦联振动特性。研究结果表明:输电线的存在增加了塔线体系的背景响应,增大了塔线体系的阻尼,降低了共振响应;挂线后塔线的耦联作用对输电塔加速度和位移造成了不同的影响。高风速下输电塔响应和输电线响应的功率谱密度会出现能量交叉,塔线之间的耦合作用大大加强,这极有可能导致塔线的耦联共振作用。因而进行输电杆塔设计时,需考虑塔线之间的耦联振动对输电塔响应所带来的不利影响。     

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。     

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。     

1000kV汉江大跨越输电塔线体系三维脉动风场模拟

对1000kV汉江大跨越输电塔线体系进行风振响应分析,有必要考虑不同方向的随机脉动风速对体系产生的整体作用。谐波合成法是一种精度较高且无条件稳定的随机过程模拟方法,在单维多变量随机风场合成方法的基础上,引入了纵向与竖向脉动风速的交叉谱的影响。经过对模拟样本的谱密度函数、相关函数检验验证,该方法能准确有效地模拟出符合要求的多维多变量随机样本。为汉江大跨越输电塔线体系的三维风振响应分析提供基础。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

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。     

华北500kV紧凑型线路故障计算分析与改进措施

2007-02-27/03-04期间,华北地区出现的罕见大风暴雪天气造成京津唐电网多条500kV紧凑型输电线路跳闸、故障,为了提高500kV紧凑型线路输变电设备抵御自然灾害的能力,有必要对500kV紧凑型输电线路在恶劣天气时各种外力作用下的动态特性进行研究,主要对500kV紧凑型输电线路在大风作用下的动态特性进行了深入研究。采用计算机仿真的方法研究了500kV紧凑型输电线路在特大风载荷作用下的动态特性,根据仿真结果,对仿真过程中出现的比较危险的工况采取最经济合理的应对措施:对于500kV倒V型导线排列的凑型输电线路,在32m/s的风速作用下,导线档距>800m时,建议在水平相档距中间加装一支芯棒直径为34mm的相间间隔棒,以提高线路运行的安全性。导线档距为300～600m的较小档距时,最小相间距离发生在上下相间,而不是通常认为的水平相间。     

特高压8分裂导线风荷载干扰效应风洞试验

特高压8分裂导线在风场作用下的干扰效应对导线风荷载的合理化设计非常重要。为研究该干扰效应,设计制作了特高压多分裂导线模型,进行了不同风场环境下多分裂导线的风荷载特性测试。试验采用高频测力天平测得不同风场下多分裂导线模型的3分量力,继而获得导线各种风场下阻力系数。通过比较不同导线形式、迎风方向,研究了多分裂导线在风场下的干扰效应,得到了导线风荷载随分裂导线数、雷诺数变化规律。试验结果表明8分裂导线的干扰效应显著,实测风荷载结果较现行规范计算结果有明显降低,表明现行规范中的8分裂导线风荷载计算方法偏于保守。特高压8分裂导线等效风荷载的合理化计算可以考虑干扰效应的影响。     

±800 kV特高压直流输电塔线体系的气弹模型与风场模拟

针对±800 kV 特高压直流输电工程存在风致响应过大的问题,采用空气动力学理论中的弹性相似理论,建立以满足输电塔线原型结构和高度风洞试验段截面尺寸要求为目标的气弹模型,并测试和分析该模型的动力特性;同时,在考虑风场模拟的湍流强度、湍流风功率谱和平均风速分布等因素的基础上,建立模拟风洞实验。以某区域电网直流输电工程为例,通过理论分析和实际检测对比,验证了该塔线体系模型的动力特性可以满足气动弹性试验的要求。