考虑复杂山地风加速的架空线路风偏闪络故障分析

针对近期某省内发生的一起在复杂山地地形下的220 kV输电线路闪络放电故障,结合现场实际数据对故障的情况进行分析。首先依据现场实际地形、杆塔和气象数据,采用未考虑地形风速影响的传统设计计算方法得到线路故障段风偏位移,所得风偏后的放电间距满足导线设计安全距离要求;而后利用自主研发的Transpert输电线路专家系统中的高程数据建立现场实际复杂山地地形的三维模型,通过ANSYS有限元风场仿真得到故障点风速分布,并计算得到地形风速加速影响后的输电线路风偏角,发现考虑山地风速加速后的风偏放电间距小于安全距离,相比传统计算更符合实际现场情况,验证了山地地形因素对线路风偏计算存在的影响。     

深切峡谷桥址区风场空间分布特性的数值模拟研究

以大跨度山区悬索桥为工程背景,针对深切峡谷桥址区复杂的地形地貌,应用CFD商业软件FLUENT进行区域地形风场数值模拟分析,通过多工况的计算分析,揭示了复杂地形地貌桥址区空间风场的分布特征,对比分析桥址区风速沿竖向和沿主梁方向的变化特点,确定不同攻角情况下桥面风速及其与梯度风速的比值关系,并根据风洞试验及风致响应分析的需要,提出以包络线表示的风速-风攻角对应关系。研究表明,深切峡谷桥址区风场特性复杂,具有明显的三维特征,与跨海及跨江大桥桥址区的风场特性存在明显差异。研究结论为桥梁设计风速确定及进一步的抗风设计提供依据。     

山区峡谷高墩刚构桥施工期风荷载研究

为确保高墩大跨钢构桥在山区峡谷中的施工安全,对高墩大跨度悬臂现浇桥受风荷载的影响进行研究。根据山区峡谷的地形数据建立峡谷的三维数值模型,基于计算流体力学进行峡谷风场数值模拟;并通过现场实测风速修正峡谷计算模型,并利用计算流体力学软件模拟计算峡谷风场中桥梁表面的风压值、风速值等风场特征。     

气动阻尼效应对500 kV输电线路风偏响应的影响

风偏是引起电网故障的重要原因之一,以贵州地区某输电线路为背景,利用ANSYS建立输电线路有限元模型,采用考虑湍流度的修正脉动风速功率谱Davenport谱,利用谐波叠加法拟合出脉动风速时程曲线。根据输电线路气动阻尼动力学公式,推导出输电线路在考虑和不考虑气动阻尼两种情况下的计算式并输入到有限元模型中,同时与现场监测的风偏数据和ASCE 74-2015中计算气动阻尼的算式进行对比。结果表明:考虑气动阻尼的动态风偏与现场采集的数据较为吻合,ASCE 74-2015中的计算结果与前两者吻合也较好。     

特高压输电线路动态风偏响应及参数影响分析

输电线路风偏响应与线路结构参数密切相关,研究特高压输电线路的风偏响应规律有助于防范闪络事故的发生。通过风洞试验测定特高压输电线路八分裂导线和绝缘子串的气动力参数。建立连续多跨特高压输电线路风偏响应分析的两阶段频域法,即先以非线性有限元静力计算确定平均风作用下的导线静态风偏响应,随后以该状态下导线的构型和刚度为初始条件,引入考虑面内振型影响的气动阻尼,在频域中通过线性动力计算方法进行导线的脉动风偏响应计算。该两阶段频域法与直接时域法相比计算效率大为提高,同时可保证计算精度。以特高压1000kV南荆I线为研究对象,构建四跨导线-绝缘子串有限元模型,考虑到连续多跨导线频率密集和模态复杂的特点,以能量法确定参与模态数,详细分析不同档距、挂点高差和运行张力条件下绝缘子串风偏角的变化规律,并分析规范中刚性直棒法的不足。结果表明,当线路杆塔存在高差时,呼高低的塔处于风偏的不利位置,更易发生风偏闪络事故;低呼高塔的绝缘子串风偏角会随着相邻塔呼高和线路运行张力的增大而增大,但随着相邻档档距的增加略有减小。相较于档距的变化,风偏角对挂点高差的变化更为敏感。     

输电塔风振响应研究

本文基于Matlab采用Davenport风速谱对大气边界层的脉动风速进行了模拟,并通过一具体的工程实例,采用Ansys分析研究了不同风场湍流度和结构阻尼比对输电铁塔风振响应的影响,同时计算了结构的风振系数。计算结果表明,风场湍流度和结构阻尼比对输电塔的风振响应有不同程度的影响,计算时应考虑两者的综合效应;按我国规范计算的结构风振系数小于美日规范。     

风力机叶片周边瞬态风场的混合数值模拟

本文根据已有的三维瞬态风场混合数值模拟方法,首先利用k-ε湍流模型对风力发电机叶片周边的时均湍流场进行CFD数值模拟,用ESDU推荐的方法计算了叶片附近的Reynolds应力张量,并修正叶片周边风场的脉动风功率谱密度函数。基于随机流场生成方法逐点模拟了叶片周边的三维脉动风速场,为今后进行叶片脉动荷载的求解奠定了基础。     

高海拔输电线路风荷载特性及铁塔杆件内力分析

基于高海拔地区山地和平原两类地貌1.5年的实测脉动风风速数据,确定了两类地貌风剖面指数、湍流强度的均值和98%保证概率值,分析了高海拔风场特性参数对输电线路风压高度变化系数、杆塔风振系数和导地线风振系数的影响规律,高海拔地区风剖面指数不应高于A类场地风剖面指数0.12。确定了高海拔与标准B类地貌下杆塔和导地线风荷载的差异,通过结构受力分析得到了高海拔地区杆塔应力及分布特征,两类地貌风场下杆塔最大应力比较B类地貌均有所增加,且山地地貌风场更为不利,杆件最大应力比达到了1.14。研究结果可为高海拔地区输电线路的抗风设计和运行维护提供参考依据。     

台风与微地形综合影响下的500 kV输电铁塔倒塌分析

研究了台风“莫兰蒂”过境厦门时，500 kV漳泉Ⅱ路输电铁塔在风速、风向、微地形风速加速比三者共同作用下的受力状态与倒塌成因。基于历史气象数据和铁塔破坏形态，确定了最有可能导致铁塔倒塌的风速、风向输入条件；基于CFD仿真分析，确定了倒塔塔位处24个风向角下的风速加速比，分析了两个符合现场破坏形态的风向角下铁塔主材、斜材应力，明确了输电铁塔破坏形态同风速、风向和风速加速比的内在联系，指出了福建沿海高电压等级输电线路抗台风设计时，也应当综合考虑风速、风向以及山区微地形广泛存在的风速加速比的影响。     

特高压线路脉动风风偏特性及抑制措施仿真

输电线路在运行过程中容易受到风力作用而发生风偏,特高压紧凑型输电线路由于本身相间距离较小,更易受风偏影响出现电气或机械事故。线路在自然环境中运行受到的风载荷具有脉动成分,其对导线风偏的影响不可忽略。因此,有必要研究在包含脉动成分的风载荷作用下线路的运动特性,从而采取有针对性的抑制措施。本研究通过自编程软件仿真计算了稳态风和脉动风作用下三相导线发生风偏不同期摆动时的最小相间距离、不平衡张力和悬挂点张力,研究了风偏特性与风速、档距和冰厚之间的关系。结果表明,与稳态风相比在脉动风作用下可能出现的最小相间距离更小,可能出现的悬挂点张力和最大不平衡张力更大,不利于线路的长期安全运行。脉动风条件下覆冰导线的最小相间距离与档距长度呈负相关,随覆冰厚度的增加先减小后增大。同时发现,对于容易发生相间闪络的大档距架空输电线路,通过合理配置相间间隔棒能够对脉动风作用下覆冰导线的风偏起到较好的抑制作用。     

建筑结构风雨场特性的试验研究

考虑降雨对建筑结构风致作用的影响,首要问题是掌握结构在风雨联合作用下的风雨场特性。本文通过在大气边界层风洞洞体中内置降雨系统,建立风雨联合作用系统,并搭建风雨场信息采集系统,在不同风速和雨强组合下进行风雨联合作用试验,采集并分析风雨场的风特性。结果表明:随雨强的增大平均风速、湍流强度表现为先增大后减小,顺风向脉动功率呈下降趋势,且波动幅度增大。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

Large eddy simulation of wind effects on a long-span complex roof structure

This paper presents a combined study of numerical simulations and wind tunnel tests for the determinations of wind effects on a long-span complex roof of the Shenzhen New Railway Station Building. The main objective of this study is to present an effective approach for the estimations of wind effects on a complex roof by computational fluid dynamics (CFD) techniques. A new inflow turbulence generator called the discretizing and synthesizing random flow generation (DSRFG) approach was applied to simulate inflow boundary conditions of a turbulent flow field. A new one-equation dynamic subgrid scale (SGS) model was adopted for the large eddy simulations (LES) of wind effects on the station building. The wind-induced pressures on the roof and turbulent flow fields around the station building were thus calculated based upon the DSRFG approach and the new SGS model integrated with the FLUENT software. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire station building were made in a boundary layer wind tunnel to determine the mean, fluctuating, and peak pressure coefficient distributions. The numerically predicted results were found to be consistent with the wind tunnel test data. The comparative study demonstrated that the recommended inflow turbulence generation technique and the new SGS model as well as the associated numerical treatments are useful tools for structural engineers to assess wind effects on long-span complex roofs and irregularly shaped buildings at the design stage.     

三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数研究

为研究三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数,以国内某在建180m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风压;采用有限单元法建立排烟筒-加劲环-工字梁一体化有限元模型,对不同风向角下三管集束式钢烟囱结构体系的风致响应进行完全瞬态时域动力分析,研究以径向位移、子午向轴力、环向弯矩和von Mises应力等4种响应作为响应目标的排烟筒一维、二维和三维响应风振系数分布特性及取值标准,给出了典型风向角下三管集束式钢烟囱分层及整体风振系数的取值建议。研究表明：基于4种响应目标的风振系数沿子午向和环向具有明显的二维分布特征,层风振系数随高度逐渐增大,整体风振系数建议取值为2.12。     

山区地形的钢桁拱桥风场特性研究

以山区某大桥为背景,对桥址处风特性进行了一年的实测,得到了平均风速,湍流强度等强风特性。分析结果表明,对于这类山地地貌,脉动风的影响较大,其湍流强度和阵风因子远大于规范相关值和平原地区测得的结果。     

低矮建筑风致局部瞬毁诱发次生灾害机理研究

基于缩尺比为1∶40低矮建筑在不同地貌条件下的风洞试验,研究因易损区局部风致破坏进而诱发低矮建筑屋面整体风毁的风载特性,分析屋面瞬间开孔所致瞬态峰值内压过冲效应,研究稳态阶段的内压分布特征及净风压极值分布规律。结果表明：建筑上游风场湍流度越大,屋面局部瞬间破坏所致过冲效应越明显;地貌对屋面迎风角部瞬间破坏所致过冲较分布区域的影响显著;屋面不同的区域开孔所致内压分布均匀,但内压值随风场湍流度增大呈增大趋势。风致建筑破坏所致内压系数试验值比我国现行荷载规范中建议取值大;屋面局部瞬毁进而诱发再次破坏主要分布在已损孔洞边缘及山墙部分。     

风荷载作用下超大跨度机库结构响应分析

文章对某大跨机库进行三维脉动风作用下的风振分析,给出了主要风向角作用下屋盖节点的位移均方根值分布与加速度均方根值分布,并分析了不同风向角对风振响应值的影响。通过平均风与脉动风作用下的节点响应值对比,发现影响屋盖风振系数分布的主要因素是机库本身的结构特性,对节点风致响应进行频谱分析的结果进一步表明了对于节点位移响应来说背景分量占主要比重,而共振分量则在节点加速度响应中占主要部分。