导线舞动时输电铁塔承载性能及破坏模式分析

为确定舞动荷载作用下杆塔受力及破坏模式,分别建立了500 kV舞动事故线路段连续7档导线—绝缘子模型和塔线体系模型,采用驻波法作为导线舞动激励,计算了不同工况下的导线张力、挂点不平衡张力和垂直荷载。当耐张塔两侧导线不发生一阶舞动时,导线舞动幅值相对较小,产生的纵向不平衡张力小于设计规范规定的断线张力,耐张塔不会发生破坏。发生一阶舞动时,不平衡张力超过断线张力取值,舞动相横担下截面斜材首先会出现应力超限情况,从而导致横担发生破坏,分析确定的铁塔破坏模式与现场破环形式一致。塔线模型与导线—绝缘子模型计算得到的导线张力和不平衡张力峰值较为接近。双挂点塔线模型计算得到的横担主材轴力与单塔模型基本一致,斜材轴力相差约0.2%、8%和2%。     

±1 100 kV导线覆冰断线时V串偏移及不平衡张力分析

采用V串伸入塔身布置方案,可缩短±1 100 kV输电铁塔横担长度,降低塔重并减小走廊宽度。覆冰导线断线冲击时的V串偏移量是确定V串伸入塔身布置方案的重要控制因素,准确计算覆冰导线断线动态不平衡张力可为校核线路避雷器的结构强度提供依据。在通用有限元软件ANSYS中建立了±1 100 kV线路连续7档导线-V串体系模型,采用降温法施加导线初始张力,体系阻尼以Rayleigh阻尼形式施加,假定4根覆冰子导线同时发生断裂,通过杀死断线位置的导线单元来实现断线模拟。采用非线性瞬态分析方法,分别计算了考虑子间隔棒影响前后V串偏移量及挂点不平衡张力时程曲线。考虑子间隔棒影响时,覆冰导线V串偏移量和不平衡张力动态峰值,小于设计采用的静态、无子间隔棒模型计算值,即按设计取值确定的V串伸入塔身方案及断线不平衡张力偏于安全。     

输电线路导线舞动荷载分析

对三种舞动幅值的计算方法进行比较,提出采用气象系数法确定导线各个舞动阶次的幅值.以正弦驻波作为导线舞动激励,分别采用线长法、能量法和有限元法(finite element analysis,FEA)计算孤立档导线舞动张力变化值:线长法与有限元法计算结果基本一致;能量法计算值小于线长法和有限元法,舞动半波数为奇数时,其计算值为其他方法计算值的40%-50%.通过在通用有限元软件ANSYS中建立包含2个独立耐张段和1个独立耐张段的连续多档有限元模型,分析不同档数下耐张塔和直线塔两侧导线舞动张力差的变化规律.分析结果表明:当数不小于4时,档数变化对铁塔两侧导线舞动张力及张力差的影响不大,耐张塔挂点张力差可取两档模型理论计算值的50%;相同档数时,直线塔舞动张力差为耐张塔舞动张力差的12%～25%.基于舞动张力分析结果,提出了杆塔舞动荷载的计算方法.     

±1100kV导线覆冰断线时V串偏移及不平衡张力分析

采用V串伸入塔身布置方案,可缩短±1 100 kV输电铁塔横担长度,降低塔重并减小走廊宽度。覆冰导线断线冲击时的V串偏移量是确定V串伸入塔身布置方案的重要控制因素,准确计算覆冰导线断线动态不平衡张力可为校核线路避雷器的结构强度提供依据。在通用有限元软件ANSYS中建立了±1 100 kV线路连续7档导线-V串体系模型,采用降温法施加导线初始张力,体系阻尼以Rayleigh阻尼形式施加,假定4根覆冰子导线同时发生断裂,通过杀死断线位置的导线单元来实现断线模拟。采用非线性瞬态分析方法,分别计算了考虑子间隔棒影响前后V串偏移量及挂点不平衡张力时程曲线。考虑子间隔棒影响时,覆冰导线V串偏移量和不平衡张力动态峰值,小于设计采用的静态、无子间隔棒模型计算值,即按设计取值确定的V串伸入塔身方案及断线不平衡张力偏于安全。     

基于塔-线-串-棒多相耦合的舞动数值仿真分析

为研究输电线路舞动对导线端部张力的影响,建立塔-线-串-棒多相耦合的直流输电线路模型,分析耐-耐和耐-直-直-直-耐两种模式,得出结论:探究得到不同模式下耐张塔和直线塔端部张力值分布规律;并发现随着档距增加,舞动时导线端部张力逐渐增大,舞动幅值逐渐增大,舞动频率逐渐降低。对比昌吉—古泉工程实际观测结果与数值模拟结果,验证了成果的正确性。针对防舞设计提出如下建议:使用导线最大使用张力对输电塔横担挂点处构件进行强度效验;对非孤立档耐张塔,导线张力差宜设置为90%最大使用张力。     

输电塔线体系导线舞动过程中的振幅和张力

建立3条四分裂线路段塔线耦合体系有限元模型,利用ABAQUS有限元软件对导线舞动过程进行数值模拟,得到各档各相导线舞动过程中的振动幅值和张力变化,将数值模拟结果与现有理论简化公式和经验公式的计算结果进行比较分析。结果表明：导线舞动过程中耐张档的舞动幅值明显大于直线档的舞动幅值,并且认为理论简化公式适用于耐张档的舞动幅值估算。以往所提出的经验公式适用于直线档的舞动幅值估算,以及提出的简化公式可以用于估算导线舞动过程中动张力的变化。此外,导线舞动过程中耐张塔的应力远大于直线塔的应力,特定风速下导线和耐张塔上的最大应力超过其许用应力,可能造成断线和杆塔破坏。     

复沙500kV输电线路Ⅱ回拉线门型塔屈曲分析

复沙Ⅱ回500kV输电线路ZH91拉线门型塔为新设计塔型,使用前未进行真型试验,运行中该塔失稳。应用有限单元法对该塔的不同荷载工况进行了屈曲分析。结果表明,在覆冰荷载和导线不平衡张力荷载下,该塔横担下边框主材屈服;事故后的真型试验验证了计算结果的正确性。最后对铁塔进行了改进验算,将横担下边框主材规格由80mm×6mm改为100mm×8mm时,铁塔强度满足设计要求。     

输电线路覆冰失效分析

在输电塔线体系的设计过程中,导线和铁塔结构是分开进行设计的.由于对铁塔的纵向不平衡张力缺乏有效的计算方法,通常是根据规程取导线最大使用张力的比例进行校核.然而,不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一,精确计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力有着重要的意义.文中应用梁单元和索单元对输电铁塔和导线建立整体单元模型,对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算,分析了均匀覆冰荷载下铁塔的极限承载力,对在实测不均匀覆冰荷载下的倒塔失效原因进行了分析,指出了输电线路中的薄弱点,对铁塔提出了提高冰厚等级改造的建议.     

500 kV输电塔线覆冰有限元计算

输电塔线体系中铁塔的纵向不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一。为有效计算由档距、高差和不均匀荷载引起的纵向不平衡张力,应用梁单元和索单元建立了输电铁塔和导线整体单元模型。对输电塔线体系结构覆冰荷载进行有限元计算后得到了铁塔的不平衡张力,分析了铁塔的最大压应力随覆冰厚度的变化,指出了档距差和高差角过大是产生不平衡张力的主要原因,而不平衡张力致使铁塔失稳。复沙Ⅰ线500 kV输电线路的实例计算表明该方法非常有效。     

UB型联塔金具的设计和规划

与铁塔横担连接的第一个金具称为联塔金具，通过联塔金具将三个方向的导线载荷传递给铁塔，即：垂直载荷（导线自重及冰重)、水平载荷(风载荷及导线角度张力)及纵向载荷(断线张力或导线不平衡张力)；如果联塔金具不能顺着载荷的作用方向转动，则金具本体就要承受附加的弯矩，故联塔金具的受力情况十分复杂，往往是造成各类金具事故的多发     

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。     

超/特高压同塔多回输电线路脱冰跳跃动力响应分析

为了明确超/特高压同塔多回输电线路的覆冰动态特性,采用有限元方法分析了其脱冰跳跃动态响应。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了导/地线-绝缘子及铁塔-导/地线-绝缘子体系的脱冰跳跃精细化数值分析模型。以1 000 kV交流双回、500 kV交流双回同塔多回输电线路和±800 kV直流单回、500 kV交流双回同塔多回输电线路为例,考虑塔线耦合效应、脱冰位置、档距和高差等影响因素,完成了不同工况下系统的脱冰跳跃分析。结果表明:当铁塔较高时,塔线耦合作用对导线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响不大,对地线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响较大;边档脱冰产生的纵向不平衡张力明显大于中档脱冰。最后,对导/地线脱冰跳跃纵向不平衡张力百分比取值进行了如下建议:1 000 kV导线及±800 kV导线取10%;500 kV导线取20%;地线取100%。     

特高压输电导线断线冲击效应研究

塔线体系断线冲击造成特高压输电线路纵向巨大不平衡荷载。为了研究断线冲击荷载效应,采用初始找形建立塔线体系的等效导线模型,然后分析导线断线的力学特点,提出导线断线的动力模拟。在此基础上通过ANSYS软件对塔线体系断线冲击的导线振动进行了瞬态动力数值仿真,从时、频域角度分析了导线振动的动力特性,结果表明,导线断线冲击效应显著,且冲击能量主要集中于高阶竖向振动。     

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。     

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。     

大跨越输电塔动力特性

大跨越输电塔-线体系是一种复杂的空间塔线耦联体系,体系动力特性计算中由于导、地线的振型密集,输电塔的振型难以辨清。在对大跨越输电塔-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。以多条输电线路工程中不同类型、不同高度输电塔为原型,建立空间有限元模型,利用振动模态识别技术提取出大跨越输电塔-线体系中塔架结构的第1 自振周期及其振型,得到适用于大跨越酒杯塔和大跨越干字型塔的第1 周期近似计算公式。对工程实例的仿真分析表明,该公式能比较准确地反映大跨越输电塔-线体系的动力特性,值得推广应用。     

光纤复合架空地线的防振

对目前国内OPGW的防振形式进行了归纳,提出对OPGW微风振动和舞动的治理方案。在OPGW微风振动的治理方面,对于一般线路而言,通常采用防振锤或防振鞭,而对于大跨越线路则宜采用阻尼线和防振锤组合防振的方式。为了保证实际工程中所采用的防振方案的有效性,对防振锤的选型,安装位置,安装方向,防振鞭的消振效果,阻尼线和防振锤组合防振的消振效果,进行了试验室模拟试验,并对试验数据进行了分析。文章也对OPGW舞动的形态、影响因素及防舞动措施进行了介绍,并提出了适用于OPGW的防舞动措施。     

架空输电线路舞动时导线动态张力分析

导线舞动是威胁架空输电线路安全稳定运行的重要因素，我国是舞动灾害最为严重的国家之一，舞动会对输电线路造成巨大的破坏，破坏主要表现为闪络、跳闸，电弧烧伤，金具、绝缘子损坏，导线断股、断线，倒塔等。机械损坏主要是由舞动产生的导线张力的巨大变化引起的。通过对线路舞动时导线动态张力变化的理论及试验分析，得出了张力变化的规律，即线路舞动时导线动态张力（可能达到的）最大值约为导线静态张力的2倍，同时给出了导线张力变化的估算方法。结合舞动产生的导线张力变化对导线、金具、绝缘子等受力构件的影响的分析，提出了架空输电线路从提高机械强度的角度进行防舞设计的方法，为架空输电线路的防舞设计提供了依据。