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。     

1000kV特高压同塔双回输电线路塔线耦联体系地震模拟振动台试验研究

为研究地震荷载下输电塔-线体系动力相互作用,以某特高压输变电工程的1000kV同塔双回输电线路为原型,进行了三塔两线缩尺模型振动台试验。探究了不同形式下的输电塔动力特性的变化规律以及地震荷载作用下导、地线非线性振动对特高压输电塔的影响,一定程度上获得了塔线体系振动过程中输电塔与地线的能量分布规律。研究结果表明:输电线对输电塔自振特性影响较大;地震作用下导、地线的非线性振动能够耗散掉部分能量,起到减震作用;地线动应力变化属于一种以塔头振动为激励源的受迫振动,其频谱峰值远离自身基频,与激励密切相关,较为接近塔体振动频率。     

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。     

大跨越输电塔的地震响应研究

以500kV榕江大跨越输电线路工程为背景.选取3条地震波作为地震输入,用时程分析方法研究输电塔一线体系地震响应与输入地震波的关系。通过研究得出:横线向与顺线向地震对单塔模型的作用效果基本相同;横线向地震作用下。塔线模型中塔顶的顺线向响应是由输电线仅受初始激励下的自由摆动而产生的,与地震波的类型与峰值无关。输电线对输电塔的横线向振动并无影响。仅仅降低了其在横线向的响应峰值;顺线向地震作用下,塔顶的顺线向位移响应主要与输电线的振动有关,但同时也与输入地震波的类型与峰值相关;输电塔的地震响应以顺线向为主。     

1000kV特高压交流输电8分裂导线动张力风洞试验分析

导线在风荷载作用下的动张力变化对输电塔线耦联体系抗风设计非常重要。为此,以在建1000kV特高压输电线路工程为背景进行风洞试验。设计制作了双回路8分裂导线的完全气弹模型,首次采用光纤布拉格光栅对分裂导线在风作用下的动应变进行了测试。试验得到了不同风攻角、流场和风速情况下不同位置导线的动应变,得出了导线动张力的传递规律和导线动力响应的主要特性。分析了导线不同位置动应变响应的分布规律和功率谱变化,证实了风作用下塔线耦联体系中导线和塔之间能量传递规律。研究结果表明输电塔抗风设计中应该考虑动张力对塔线耦联体系作用的影响。     

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。     

塔–线耦联因素对于覆冰载荷下高压输电塔–线结构体力学性能影响及分析

研究覆冰载荷下高压输电线路塔–线结构体系稳定性和力学行为,有助于提高线路抵御冰雪灾害能力,增进系统整体稳定性,建立有效的分析方法是目前该领域的关注焦点。该文首先论述考虑和忽视塔–线耦联因素的两种覆冰模拟方法,并以江西电网某220kV覆冰高压输电线路为算例,基于三塔两线有限元模型和解析计算模型,综合考虑载荷特性和塔–线耦联因素,对覆冰载荷下线路的响应特性进行对比分析,对比架空线轴力分布、极限覆冰厚度、铁塔应力、应变等关键参量的计算结果,讨论各参量的变化规律。结果表明:在无覆冰或轻覆冰工况下,忽视塔–线耦联和考虑塔–线耦联两种方法下其结果非常靠近,彼此间无明显差异;但随着覆冰厚度增加,由于塔–线耦联作用不断增加,导致两种方法下结果间出现明显偏离。因此对于重覆冰区域,必须重视塔-线耦联因素对于输电线路性能的影响,或考虑对静态分析模型做系数修正。该文所提供的考虑塔–线耦联因素的输电线路仿真计算模型,其在工况考虑上更切合实际现场,可供覆冰区域输电线路设计、力学分析、运行维护参考。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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一:静力响应分析

针对高压输电线路在强台风气象下频繁出现风灾事故的现状,提出了系统进行塔-线耦联体力学模型和行为仿真研究的工程需求。文中以曾经出现严重风灾事故的广东某220 kV输电线路为研究对象,在ANSYS有限元开发环境下,建立了接近现场运行的三基塔两回线塔—线耦联体系有限元模型。在设计风速下,进行了0°、45°、60°、90°风向角时耦联模型静力响应分析,并将铁塔静力响应结果与拟静力计算结果进行对比。研究发现,考虑塔—线耦联影响后,铁塔位移较规范拟静力分析有所增大,增大幅度不超过3%,但单元最大轴向应力较拟静力分析增加显著。总体结论表明现行铁塔抗风设计方法存在一定局限性,在强台风区域中的具体应用有待进一步改进。     

输电塔防台风风洞试验研究

以500kV双回路三塔四线模型为对象,通过风洞试验研究输电线路在良态风和台风作用下的风振响应,并将试验结果与理论计算结果进行对比和分析。得出结论:在台风环境下塔线体系的风振响应增大;在1阶振型自振频率附近,导线的存在使塔线体系的振动比单塔显著;杆塔承载力计算时仅考虑1阶振型是可行的。对输电塔防台风设计方法提出建议:台风地区的杆塔风振系数取值应大于良态风场;应对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》的风振系数计算结果进行修正。     

特高压输电线路塔线体系风振响应特性及对登塔人员影响分析

登塔是输电线路施工、巡视和检修的重要技术手段，而特高压输电线路截面大且为高耸的塔线耦合的弱阻尼系统，其风致振动特性及其对登塔作业人员的影响对确保作业和人员安全具有重要意义。针对±800 kV直流输电线路建立了输电线路塔线耦合体系有限元模型，基于风速随高度变化的Kaimal谱和谐波叠加法生成了2 m高风速分别为6、8、10 m/s的风速时程，应用模拟的风荷载对三塔两线体系在A、B两种地形下的风振响应进行了时域分析，并讨论了铁塔振动对登塔作业人员的影响。结果表明：在2 m高风速为6 m/s时，A、B塔线体系整体风速都没有超过10 m/s，铁塔各部位风致振动的位移较小，典型作业位置处作业人员基本没有不舒适感；在2 m高风速为10 m/s时，铁塔横担以及地线支架处位移较大，作业人员的登塔作业人员感到极不舒适，存在高空坠落风险。建议登塔作业人员测量风速时将地面测量的风速修正到作业位置高度处，修正值小于10 m/s再进行登塔作业。