塔线耦合作用对输电塔线风致响应的研究

由于输电线路具有传输线路长、易受周围环境影响等特点,因此输电塔线的风致响应一直是一个研究热点问题.而输电铁塔与导线具有一定的耦合作用,当输电塔线收到风荷载的作用时,该耦合作用可能会对输电塔线产生不利影响.为解决上述问题,本文重点关注了输电塔线耦合作用对最不利风向的影响,并进行了仿真计算,本文所得结论对后续输电塔线风致响应提供了一定的理论参考.     

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析三:动静力响应对比

高压输电线路风致倒塔事故是近年来影响电力系统安全运行的重要因素。文中以南方电网某220 kV输电线路为背景,考虑铁塔和导、地线之间的耦联影响,运用ANSYS有限元分析软件,建立直线段塔线耦联三基塔两回线模型,对模型分别施加设计风速下的风载荷与时变风载荷,对比模型在两种情况下的静动力位移、应力响应数值差异,分析表明塔—线体系中铁塔的x、z向动力响应位移明显大于静力响应位移,铁塔部分主材轴应力与静力响应数值相比明显增大。研究结果可用于输电线路在风载荷作用下的可靠性分析。     

便携式载人登塔设备在输电线路铁塔上的应用

便携式载人登塔设备主要用于攀登特高压、超高压输电铁塔和大量高度为50 ～150 m的输电铁塔.在宁夏地区的750 kV和±660 kV输电线路中的两基铁塔上安装使用了该设备,设备运行效果良好,各项技术性能指标满足设计要求.该设备的成功应用为我国特高压、超高压线路的检修工作提供专业化的作业机具,可提高检修作业的工作效率和登塔作业的安全性,降低劳动强度.     

轻型载人式登塔装备的研制

特高压线路的输电铁塔高度多为50～150m,属于中高型铁塔,而目前电力行业所使用的载人登塔装备仅能满足大跨越铁塔的使用要求。针对特高压线路中高型铁塔的登塔检修作业需求,研制了轻型载人式登塔装备。该装备通过了各项试验检测,性能和安全性都达到了设计要求,较现有的登塔装备更加轻便,经济性良好,适用于特高压中高型铁塔的登塔作业。     

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析二:动力响应分析

风载荷是影响高压架空输电线路安全运行的重要因素,为分析塔—线耦联体系的动力响应规律,以广东湛江某220 kV输电线路为背景,在ANSYS有限元开发环境下,建立三基塔两回线塔—线耦联体系有限元模型。基于Davenport脉动风速功率谱,考虑湛江当地气象条件,模拟生成风速时程,在风速时程作用下,对耦联体系进行风致动力响应分析,并将铁塔动力响应结果与拟静力计算结果进行对比。分析发现,动力分析铁塔顺线路位移是规范拟静力的5.2倍左右,垂直线路位移是静力分析的1.3倍左右;铁塔部分主材单元轴向压应力较拟静力明显增大,这说明现行设计规范存在一定局限性,其结果偏向保守,有待进一步改进或增加设计裕度。     

脉动风作用下输电塔线体系抗风性能研究

为了提升输电线路安全性,以某110 kV输电线路大风引起的铁塔倒塌事故为例,用通用有限元软件建立输电塔线体系有限元模型,分析脉动风荷载作用下铁塔的极限承载力,判断输电塔在风荷载作用下的薄弱部位。结果表明,塔线体系在平均风速达到27.5 m/s时铁塔发生破坏,此时塔身第三段受压侧主材处出现明显失稳变形,在抗风加固设计时应予以重点考虑。     

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。     

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...     

高压输电塔线体系抗风设计风洞试验研究

为研究高压输电塔线体系的合理化抗风设计,进行了气动弹性模型风洞试验。模型分设置附加横隔的塔线体系和按现行规范设计的无附加横隔的塔线体系,测定了在紊流风场中的风振响应。在风洞试验中观测到了输电塔架的风致破坏,破坏特征与实际线路中输电塔架的破坏相似。试验结果表明,输电塔线体系的风致振动具有较强的空间耦合非线性振动特点,导地线与绝缘子的振动对输电塔的影响不容忽视;输电塔结构的风振计算中应考虑多阶振型的影响,随风速增加,高阶振型的贡献增大;输电塔结构的风致破坏具有动力失稳的特征,设置附加横隔面可提高结构的抗风能力。     

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。     

考虑风速时空分布特性的高压输电塔-线体系风致响应分析研究

开展输电塔-线体系风致响应研究,提高输电线路风灾防御能力,一直是输电工程技术领域的研究热点,研究的关键在于建立准确的有限元模型和风速模拟方法。该文首先论述考虑塔-线耦联因素的高压输电塔-线体系有限元分析方法;其次基于线性平移变换,重点介绍一种考虑时空演化特性的输电线路风速场模拟方法及风振响应分析方法,并与传统研究进行对比;最后以某220kV输电线路作为算例,综合考虑塔-线耦联因素和风速时空分布相关性,对输电线路风致响应进行对比分析,对比分析导、地线弧垂最低点轴力、位移、挂线点轴力、塔头位移4项关键参量的计算结果。     

导线对输电塔线体系风致响应的影响

输电杆塔和导线共同构成的塔线体系是输电线路的核心架构,塔线体系的安全稳定很大程度上决定了电力系统的安全稳定性.风对塔线体系的威胁较大,随着远距离超高压及特高压输电技术的发展,在实际工程中,塔身越来越高,档距也越来越大,塔线体系的抗风性能更显得尤为重要,因此塔线体系风致响应特性的研究工作对输电线路安全稳定运行具有重要意义.     

1000kV苏通大跨越输电塔线体系气弹模型的风洞试验研究

拟建的苏通大跨越输电线路是目前为止塔身最高、跨度最长的塔线体系,主要受风荷载控制。气弹模型的风洞试验是深入研究各种风致耦合振动现象的有效手段。由于风洞条件和模型材料的限制,模型设计需要放松输电塔的Froude数相似准则,采用Davenport提出的线模型等效设计方法。但这会引起塔线体系响应不匹配以及气动阻尼和质量不符合相似比等问题。通过增大输电线模型的刚度矩阵,不改变输电线模型垂度,推导输电线模型的精确气动力相似比等手段设计塔线体系气弹模型。将其放置于标定好的风场中,通过有限元分析梯度风对其的影响,测试单塔和塔线体系的风致响应,揭示位移、频率以及阻尼等塔线耦合的机理。试验结果表明:30o风向角时输电塔的位移响应最大;塔线耦合改变了输电塔的动力特性和风致响应分量;试验风速下的输电塔和导线均没有动力失稳。     

考虑风速风向联合分布的大风灾害下电力断线倒塔概率预测

针对实际线路风速与风向数据很难获取、现有大风灾害下断线倒塔概率预测误差偏高的不足,提出了考虑风速风向相关性的电力断线倒塔概率预测模型。该模型采用风速概率密度函数和风向频度的乘积表示联合概率密度函数,计算输电线路高度各风向的有效最优概率分布类型及参数。利用输电线路风荷载模型和铁塔风荷载模型计算得到各个方向下线路和铁塔能承受的最大风速。对数值天气预报数据进行处理,采用高度修正和插值映射后的预报风速数据作为输入参数,实现线路气象数据不足时风灾下电力断线倒塔的概率高精度预测。     

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。     

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。     

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析

跨海输电塔线体系具有铁塔高、跨度大、风速大、恢复困难等特点,是岛屿电网的关键薄弱位置,尤其受台风等灾害天气影响严重,为进一步认识跨海输电塔线体系的风振响应特点和强风作用下的铁塔风致失稳特征,以温州洞头某线路典型跨海段（耐—直—直—耐）线路为研究对象,采用ABAQUS软件建立该跨海段两塔三线有限元分析模型。首先分析导线、裸塔及塔线体系的动力特性参数,然后开展不同风向角下的风振响应分析及位移风振系数计算,最后,采用增量动力分析方法（incremental dynamic analysis,IDA）模拟强风作用下考虑塔线耦合效应的铁塔非线性倒塌过程。研究表明：大跨越导线、地线对输电塔在不同风向角下的风振响应影响存在差异,0°风向角下,大跨越导线、地线增大体系的阻尼,降低风振响应;90°风向角下,大跨越导线、地线在横向风作用下产生较大面外位移,增大塔线体系的风振响应;强风作用下,输电塔斜材相较于主材更容易发生动力失稳,引起结构内力重分布,使得塔身中上部受力集中,最终导致输电塔发生渐进式倒塌。     

高压输电线路塔线体系动力学分析

为分析输电线路塔线耦合体系动力学特性,应用ANSYS建立ZM1猫头塔"耐直直耐"三维有限元模型.采用迭代法进行导地线找形,研究预应力下塔线体系模态和振型.结果表明:有限元模拟的导地线弧垂与理论计算基本一致,能够准确进行线路找形;塔线体系在低阶表现为导地线先行正弦振动,同振型频率集中,高阶表现为杆塔振动,伴随导地线振动,...     

海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析

以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°（顺线路）、90°（横线路）风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,55 m/s极值风速作用下,横线路...     

架空输电铁塔塔身段高度对塔腿承载稳定性的影响分析

通过ANSYS有限元分析软件建立架空输电铁塔塔腿结构模型,分别对8种不同高度塔身段进行塔腿承载稳定性模拟分析.采用牛顿差值法分析模拟所得数据,结果表明对于组立同一结构塔腿,塔身段越高,塔腿承载稳定性越差.针对架空输电铁塔塔身段高度对塔腿承载稳定性的影响分析,可以为架空输电线路铁塔设计提供参考.