不同覆冰状态下输电塔线体系脱冰及断线受力分析

输电线路脱冰及断线对输电塔线体系所造成的影响一直受到人们的关注。利用ANSYS建立四塔三线的输电塔线体系有限元模型,计算不同工况下的输电塔线体系脱冰、断线过程,分析脱冰和断线的受力规律。结果表明:线路中上、下两排导线间距低于两排导线脱冰振动幅度的总和,可导致线路接触闪络;导线脱冰后导线张力振荡减小,并且振荡部分峰值会超过初始状态值;单根导线断线产生的冲击荷载大于两根导线断线产生的冲击荷载。     

500kV单回路复合横担塔塔线体系动力响应分析

输电线路的断线及覆冰脱落会引起电线的横向摆动和上下振动,导致电气设备的损坏,并引起整个输电系统的振荡,严重威胁着输电线路的安全性。本文基于500kV单回路三向复合横担直线塔这一设计塔型,通过有限元仿真分析,建立了500kV单回路复合横担直线塔的有限元梁杆模型及3塔4线塔线体系模型。在设定的动力工况下对输电线路的断线及覆冰脱落进行了动力计算,分析整塔及导线响应的变化情况。验证复合材料杆塔结构优化及计算结果的合理性和可靠性,并为后续工程实际应用提供参考。     

输电塔在断线荷载作用下的动力响应

目前,许多有关输电塔在断线荷载作用下的响应分析,都假定多根导线同时断裂,然而大多数情况下多根导线并不是同时断裂的。针对这个问题,本文采用有限元分析方法,对导线同时断裂和不同时断裂所引起的动力响应进行了分析计算,得到了不同情况下输电塔的动力响应规律。结果表明,导线断裂存在时间差时所引起的动力响应,比导线同时断裂引起的动力响应更加剧烈。然而,目前施行的杆塔设计规范,将断线荷载视为静力荷载,并未考虑断线荷载引起的动力效应,望本文内容可以为现行规范提供参考。     

基于拆除构件法的特高压输电塔-线体系连续倒塌分析

为探究输电塔线体系的连续倒塌过程,本文以输电线路耐张段为研究对象,使用ANSYS建立包含6座直线塔的有限元模型,使用ANSYS找形分析法求解导(地)线张力,根据计算结果并通过重写ANSYS命令流的方式判断导(地)线的断裂顺序,基于拆除构件法和ANSYS隐式非线性动力分析法对输电塔-线体系的连续倒塌破坏过程进行了分析。结果表明:距失效构件较远侧输电线先断裂,导线从上至下依次断裂,地线最后断裂;失效构件所在的直线塔易发生弯扭变形破坏,导(地)线断裂产生的冲击荷载沿着输电线向其他直线塔传递,使其也易发生弯扭变形破坏;塔腿主材失效后,屈服区域由相邻两根塔腿主材向上部主材扩展,扭转变形使塔头斜材和塔头与塔身交界处斜材失效;塔身主材失效后,屈服区域由失效位置和相邻主材位置向下部主材扩展,扭转变形使塔头与塔身交界处斜材以及下部结构的斜材失效。     

特高压直流输电塔风荷载阻力系数的精细化试验研究

为了研究角钢输电塔的局部杆件和整体的风载阻力系数,采用高频天平测力试验获得了考虑干扰下横担和塔身主要角钢杆件随风向角变化的阻力系数,测试了不同风向角下塔身和横担的单片平面阻力系数和整体阻力系数,并分析了背风面降低系数的取值。在此基础上将试验结果与各国规范进行了比较。研究表明：局部杆件阻力系数受其位置变化而差异较大,大部分横担和塔身杆件的最大阻力系数值要大于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》建议值(1.3);横担的上下表面对其整体风荷载贡献明显,而我国DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》可能仅考虑了迎风和背风面风荷载而导致给出的横担整体阻力系数偏小;塔身的迎风面和整体阻力系数接近国外规范但略大于我国规范;试验得到的横担和塔身背风面降低系数分别为0.73和0.62;相比不同规范,我国规范的背风面降低系数取值偏保守。     

±1100kV特高压长悬臂输电铁塔风振特性研究

1100 kV长悬臂输电塔结构第一振型为扭转振型,结构的力学特征与传统输电铁塔有较大差异,其风致响应和风振系数具有研究意义。在论证DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》忽略结构物外形、质量沿高度突变的影响,未能准确反映整塔风振系数的基础上,基于MATLAB采用线性滤波法中的自回归法对大气边界层的脉动风速进行了模拟,利用ABAQUS软件对该输电塔进行动力时程分析。根据结构的动力响应,计算输电塔结构塔身和横担部分的风振系数,并进行安全性验证。经分析可知:风振系数沿高度呈线性分布,但在横担附近存在较大突变,且沿长悬臂方向变化幅度不大。     

精细化风荷载作用模式下输电塔的动力响应研究

为研究精细化风荷载作用下输电塔的动力响应特性,采用高频天平测力试验获得横担和塔身及其主要杆件的体型系数,采用节点集中加载和均布加载两种风荷载作用模式,计算了高压输电塔在不同加载模式下的风致动力响应以及风振系数,并与规范结果进行对比分析。研究表明:相比试验结果,规范建议的体型系数偏低,由此得到的结构位移、加速度和杆件内力响应均偏小,但按规范方法得到的风振系数偏大;与节点集中加载方式相比,均布加载模式下塔身的总体位移和加速度响应基本不变,横担的位移和加速度响应略有增加;横担主杆、腹杆和塔身斜撑的截面最大应力均有不同程度的明显增加,而塔身主杆的截面最大正应力变化不显著。风荷载加载模式对横担的内力响应影响较大,但对塔身主杆的内力和整塔的风振系数影响较小。     

F型特高压输电塔风振响应分析

F型输电塔在电网走廊较为紧张的地区有较为广泛的应用前景,目前关于F型输电塔风振响应方面的分析还较少。以某F型输电塔作为研究对象,采用有限元软件ANSYS研究了单塔与其塔-线体系的动力特性,并进行了风振动力响应分析。分析结果表明,考虑导线的影响会提高输电塔的刚度,同时对整体结构的扭转具有抑制作用;下横担扭转角相对塔顶角与上横担扭转角更大,在设计时需要更多地考虑下横担处的扭转,并做相应的结构加强处理。     

±1100kV输电塔风振响应及风振系数研究

随着电力行业的发展,特高压输电成为越发重要的输电方式,但由于设计不合理等原因引起的风致倒塔事故频繁发生,输电塔抗风设计日益重要。本文以准东-华东±1100kV输电线路工程为背景,采用有限元方法对37m/s大风区典型长横担单回路输电塔结构进行风振响应分析,研究不同风速、风向和结构形式下此类输电塔的风振响应,探讨风速、风向和塔型对输电塔风振系数的影响,分析得到输电塔塔身及横担的风振系数,与相关规范值进行比较,给出1100kV直流线路工程设计中风振系数的取值建议。     

500kV输电塔承载能力分析及优化设计

研究覆冰情况下输电塔的承载力和合理构造,具有重要的工程和社会意义。本文以500 kV酒杯型输电塔为例,建立有限元分析模型,考虑输电塔结构的几何非线性和材料非线性,计算在自重、覆冰和风荷载及正常与断线导线张力作用下,输电塔结构的承载力。通过比较18种荷载组合下输电塔杆件应力和位移,确定出输电塔结构的薄弱部位,并对其进行优化设计,在横担和塔身处添加斜杆和水平支撑,并调整塔颈形状,验算结果表明,优化设计后的塔型,其整体刚度和承载力均有大幅度提高。     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

500kV输电线路拉线门型塔屈曲分析

500kV输电线路LM21拉线门型塔,在运行中该塔拉线点处塔身腹材严重变形。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,该塔横担下边框拉线连接处腹材屈服。分析后通过简化真型塔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,将横担下边框腹材规格由80mm×80mm×6mm改为120mm×100mm×14mm时,铁塔强度满足设计要求。     

不同横担长度T型输电塔风致响应及风振系数研究

为了研究横担长度对特高压T型输电塔的影响,建立了4种横担长度T型输电塔的有限元模型,利用时域与频域方法计算了风致响应,根据惯性力法得到了风振系数并与规范值进行了对比。结果表明特高压T型输电塔横担长度对横担响应的影响显著,现行规范均无法体现T型输电塔的扭转效应,容易低估横担端部的风振系数。文中计算结果为T型输电塔合理设计提供了参考。     

500 kV鼓型高压输电塔的稳定性分析和加固

输电塔的局部失稳是导致输电铁塔倒塌的重要原因。通过将风速转换为风压并施加于按实际等比例建立的ANSYS有限元模型中,并考虑二次应力影响和角钢朝向问题。根据屈曲系数分析输电铁塔的稳定性。研究结果表明:随着输电塔结构构件加固程度的增加,屈曲荷载因子逐渐增大,屈曲位置也逐步上移;当干字型输电塔下横担塔身部位加固完成后,屈曲位置上移至横担部位腹杆处。T字型比十字型和Z字型加固方式屈曲荷载因子分别提升了约39%和25%,可有效提升线路安全运行能力。     

220kV复合绝缘材料横担防雷性能研究

运用电磁暂态软件ATP-EMTP建立220kV复合材料横担输电线路模型,分析对比了复合横担输电杆塔和酒杯塔A、B、C三相临界反击闪络雷电流的大小,并分析了不同冲击接地电阻、不同工频相角下复合材料横担塔反击、绕击耐雷水平以及最大绕击电流,验证复合材料输电杆塔耐雷性能优于常规酒杯塔,为复合横担的结构设计与优化提供参考。     

玻璃纤维增强复合材料输电桁架塔结构静力性能试验研究

为探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)输电桁架塔的结构整体受力性能,对1个采用GFRP的220 k V输电桁架塔足尺模型开展试验。该输电桁架塔高8.75 m,由高1.25 m的钢质地线支架和高7.5 m的GFRP塔身以及GFRP横担组成。通过钢丝绳和反力墙对桁架塔进行加载,模拟该结构在3种不同设计荷载工况作用下的受力情况。试验结果表明:GFRP桁架塔在各荷载工况作用下产生了较大的弹性变形,而结构中各杆件的应力值均较小,在最不利荷载工况作用下的最大应力远低于材料的强度设计值。这表明,GFRP输电桁架塔的整体受力性能良好,可以满足输电工程的设计使用要求。     

特高压多回路钢管塔体型系数风洞试验研究

输电线路杆塔是一类典型的风敏感结构,准确估计输电塔上的风荷载显得尤为重要。体型系数是计算输电塔风荷载的重要参数,通过应用高频测力天平技术,以某1 000 k V输电线路为工程背景,设计制作了塔身和横担的刚性节段模型并进行了风洞试验,得到了作用在塔身和横担上的风荷载体型系数,并将试验结果与国内外相应的荷载设计标准进行比较,研究了角度风荷载的分配问题。研究结果表明:15°和75°是输电塔塔身的最不利风向角; 85°～90°是横担的最不利风向角。试验得到的塔身的体型系数比相应的荷载设计标准给出的值小,横担的试验值与国外相应的荷载设计标准值较接近,但比我国的大。因此,建议我国相应的荷载设计标准在计算角度风荷载时,适当放大横担的体型系数,并重新考虑最不利风向角的选取。     

山区220kV双回错层横担直线塔设计及真型试验研究

山区220k V双回错层横担直线塔CCHDT1-30采用一种新的技术和设计理念,即通过将杆塔上下山坡侧导、地线横担进行错层布置,降低下山坡侧导线对地距离,充分利用上、下山坡侧横担的有效高度,提高线路的绕击耐雷水平。在CCHDT1-30塔结构设计过程中,对杆塔塔型优化、杆塔内力等进行研究,完善杆塔设计。CCHDT1-30塔成功通过了真型试验,说明双回错层横担直线塔结构设计合理,能有效传递设计荷载,可在山区输电线路工程中推广使用。     

220kV输电线路抢修杆塔结构设计研究

在电网中架空输电线路受外力和大自然的影响最为严重，在发生罕见覆冰，龙卷风以及地震等严重自然灾害时，输电线路铁塔通常容易遭到破坏。该文结合220kV输电线路抢修塔的结构特点，探讨荷载计算，拉线抢修塔的两阶段受力特点，为抢修塔设计提供参考。     

220 kV猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应研究

利用弧长法有限元分析了猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应，研究了杆塔受弯、受扭及受弯扭的承载力变化规律、内力分布与变化规律、应力分布规律及斜材面外变形分布与变化规律，分析了不同塔型的破坏特征及覆冰厚度对杆塔承载力的影响。研究结果表明：杆塔在覆冰与断线耦合作用下，受弯使得受压侧主材及刚度突变处杆件屈服；受扭时塔头与塔身顶层横隔受力较大，使得其下方斜材屈曲；受弯扭导致塔底受压侧主材屈服及塔身斜材屈曲；杆塔覆冰后自重的增加会加剧其受压侧主材屈服及斜材屈曲，降低杆塔在断线荷载下的抗侧能力，在设计中应考虑覆冰与断线耦合作用对杆塔性能的影响。