基于AR模型的输电塔结构风荷载模拟技术

鉴于近年来强风对输电铁塔的破坏情况,采用时间序列分析中的AR模型方法来求取铁塔上脉动风的随机过程,研究了脉动风速和脉动风压的概率统计方法,找出了适合输电铁塔的自回归模型的阶数。实现了考虑空间相关性影响的输电铁塔水平脉动风压时程模拟,计算快速准确。同时给出了工程应用实例,结果合理。     

输电塔体系风雨激励的动力分析模型

考虑输电塔结构体型特征、平均风剖面变化、功率谱能量特性与相干性等影响因素，通过谐波叠加法，对输电塔结构进行了脉动风速模拟，并以Kaimal谱为谱模型生成脉动风，通过数值计算验证了脉动风模拟方法的有效性。结合脉动风速模拟提出一种雨激励的模拟方法，计算出在一定风速情况下雨的冲击力。建立了输电塔的精细化有限元分析模型，研究了在风单独作用与风雨共同作用下的输电塔体系的动力响应，探讨了雨荷载对输电塔体系动力响应的影响。研究结果表明，雨荷载激励对输电塔的影响不能忽略。     

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。     

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。     

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。     

山区长短腿输电塔的动力失稳研究

对山地丘陵B类地貌常用5B-ZBC4型长短腿输电塔在风载作用下的动力特性进行研究。采用B-R准则和动态增量法(IDA)并结合位移等值准则,考虑不同风载的作用,并模拟山区脉动风载对输电塔进行非线性屈曲分析和时程分析。研究表明,塔靠近山顶侧发生受压破坏而山谷侧是受拉破坏,破坏从塔腿开始逐渐发展到塔身最终导致倒塔事故;现行山地丘陵输电塔的抗风设计规范中将风等效为静力荷载的方法是偏于不安全的。     

基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究

提高输电线路的抗风能力一直是沿海地区电网建设的重要任务。为研究沿海地区输电铁塔的抗风性能,采用极值III型威布尔分布,结合海南省海口市气象站监测的年最大风速序列,推算出了当地50年重现期内的极值风速,并利用石沅台风风谱进行了风速脉动风的模拟;然后根据当地一基铁塔在ANSYS中建立了一塔两线模型,进行风致动力学分析。分析表明:在脉动风作用下,主材最大轴力达到97.1 k N,已经超过了塔材轴向压力设计值71.9 k N,当考虑风载荷的脉动放大效应时,动态分析和静态分析的轴力极值之比超过了2倍。塔材受压失稳是铁塔发生结构破坏的主要因素,需要充分考虑脉动风的放大效应,按照静风等效作用进行沿海地区输电线路的设计很有可能导致构件受压失稳,严重时,甚至会发生倒塔事故。     

输电塔风振系数模拟计算

随着特高压电网的建设,输电塔风振系数取值已成为重要的研究领域.本文根据脉动风时程模拟和结构随机振动理论,运用MATLAB编程模拟输电塔各点时空相关的风速时程,结合ANSYS软件对输电塔风振时程响应进行仿真计算,得到位移时程及位移风振系数,并形成输电铁塔风振系数计算的技术思路和方法,供电力工程设计参考.     

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数北大核心CSCD

以2020年"黑格比"台风中倒塔的海岛大跨越塔线体系为研究对象,分析了"黑格比"台风对洞头海岛电网的影响,采用Ansys建立了裸塔及塔线体系的有限元模型,分析了裸塔和塔线体系的动力特性。其次,结合现有规范开展了输电塔线体系风荷载静力加载及脉动风速时程拟合方法研究,分别开展了0°、90°等风向角下静力分析和动力时程分析,得到了裸塔、塔线体系中输电塔位移、主材应力静载响应和风振响应,不仅对比分析了裸塔、塔线体系输电塔的风荷载静载效应与考虑脉动风的风振响应,还对比了不同风向角对输电塔风载效应的影响。此外,还采用频域分析方法开展了输电塔风载效应的功率谱分析,进一步揭示了脉动风的荷载效应及导地线的耦合效应。最后,基于输电塔位移响应开展了裸塔、塔线体系输电塔的位移风振系数分析。研究及其相关结论对今后开展输电塔抗风设计、加固具有重要的参考价值。     

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。     

输电塔脉动风时程模拟的自回归模型技术

针对输电塔的结构特点，结合自然风特性，提出采用自回归模型方法求取铁塔脉动风随机过程。应用脉动风速和脉动风压的概率统计方法，找出适合输电塔的自回归模型的阶数。在通用有限元程序ANSYS中实现了输电铁塔水平脉动风压时程模拟，经算例分析，计算快速准确。     

脉动风输电线路绝缘子与导线耦合风偏研究

研究脉动风作用对输电输电线路绝缘子—导线耦合模型风偏的影响。首先选取了实际线路较为常见的5种档距下的输电线路进行了脉动风场的模拟,模拟出的不同档距下距离导线原点50 m处的脉动风速时程及其对应的目标谱和模拟谱的吻合曲线,然后建立输电线—绝缘子耦合模型,计算出脉动风作用下导线非同期摇摆和绝缘子串位移响应,结果反映了输电线路绝缘子—导线耦合模型脉在动风下的特性规律。     

地质灾害区输电塔架安全分析

煤矿采空区等地质灾害区的塌陷和地表变形对穿越该地区的输电线路铁塔与基础存在着极大的危害,输电线路设计中应对塌陷和变形估计充足。通过对输电塔进行地表移动下的极限承载力有限元分析,以研究不同工况下杆塔的极限承载力。结果表明单支座竖向位移(地表不均匀沉降)是一种最危险的状况,在位移荷载较小时塔架即丧失了稳定性,由此针对地质灾害区的线路杆塔结构设计提出建议,并提出了线路规划设计改进措施及地基、基础处理方案,研究结果为我国煤矿采空区等地质灾害区输电线路的安全建设和运行提供了参考依据。     

下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析

下击暴流会给输电线路造成巨大危害,已引发生多起倒塔事故。基于ASCE关于高强度风区域输电线路设计的相关规定,综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设计原则,提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建议。采用Vicroy风速剖面模型,计算得到了内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁塔空间有限元分析模型,通过结构受力分析,确定了输电铁塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明:下击暴流作用下,输电铁塔杆件应力主要由45°大风控制。对于设计风速较低的内陆地区,尽管铁塔结构高度不在下击暴流最高风速区域,下击暴流风荷载明显高于常规风,塔腿横隔面以上主材会首先发生破坏;对于设计风速较高的沿海地区,下击暴流风荷载低于常规风,下击暴流在铁塔设计中不起控制作用。     

110 kV六回路耐张塔受力性能分析

采用TTA和ANSYS有限元软件对110 kV六回路耐张塔进行分析,比较两者在大风、覆冰、不平衡张力等多个工况下的力学性能。研究结果表明:风荷载是影响六回路耐张塔体水平位移的主要因素;TTA和ANSYS在分析输电铁塔构件轴力时两者精度较高;考虑几何刚度变化和P-Δ效应后,输电塔塔顶水平位移增量较小;采用TTA程序设计铁塔结构时,对塔身主材等受弯矩影响较大的部位应考虑弯曲应力影响。     

脉动风场中输电线路振动分析

输电线路杆塔是一种柔性较大的高耸结构,在自然风等动力载荷作用下会产生非线性动力响应,使杆塔和导线产生疲劳损伤。考虑输电线路是由导线、绝缘子和输电塔组成的非线性复杂耦合体系,建立了一个梁/杆单元混合的铁塔有限元模型,对输电线路杆塔/导线/地线耦合体系进行了在平均风作用下的静力分析,以及在脉动风作用下的动态响应时程计算,分析了结构的响应特点以及对系统强度的影响。通过分析可知,输电塔的振动是以平均风作用后的位置为平衡位置的振动;塔顶上部较下部的动态响应大;塔身主材的轴向力、轴向应力明显大于塔身辅材,即塔身主材是限制输电塔强度和整体刚度的主导因素。     

导线舞动时输电铁塔的振动可靠性设计方法

从最大位移（挠度）设计准则出发,建立了导线舞动时,输电铁塔振动的安全设计边界方程,从而给出可靠度设计方法,提出了输电铁塔因导线舞动而发生振动的频率设计准则、确定设计许可参数ε的方法、提高其可靠性的途径及确定塔身破坏位置的方法。     

采空区塌陷对既有塔基边坡影响评价及治理

山地采空区塌陷对输电线路铁塔稳定性的影响具有特殊性,除了要考虑塌陷范围内岩土体稳定性之外,还需考虑塌陷范围边缘斜坡的稳定性问题。500 k V漫昆输电线路I回137#和II回124#铁塔东南侧场地早期开挖煤矿形成的采空区塌陷,并未直接影响两塔基的稳定性,但东南侧斜坡发育较多地裂缝,经过现场勘测和定量计算分析,判定边坡的稳定性较差,在后期雨季或地震工况下边坡易发生失稳滑动,影响铁塔的安全稳定运行。由于考虑整个边坡治理投资较大,因此,为了降低治理成本,采用仅保护塔基稳定性的治理措施。     

输电铁塔等效缩尺模型风洞倒塌试验研究

输电铁塔作为典型的风敏感高耸结构,在强台风等极端天气中面临着结构失稳甚至倒塌的风险。为研究铁塔的风致响应及倒塌机理,本文开展了输电铁塔等效缩尺模型的风洞试验。通过研究模型在横向风荷载作用下发生局部杆件形变直至倒塌的整个破坏进程,分析了模型局部结构力学响应特性以及底部主材轴向受力分布情况,得到了风荷载作用下输电铁塔的结构薄弱点和主材轴向受力变化规律,并利用有限元仿真软件进行对比计算分析。结果表明,在横向风荷载作用下输电铁塔主材容易受到不均匀的轴向压力,增加了金属疲劳的概率,严重时会导致铁塔倒塌;输电铁塔塔身中下部主材在单向风荷载的作用下将会出现极大应变,对部分主材杆件进行补强加固能够有效增强铁塔抗风能力。     

输电线路动态风偏响应特性及频域计算方法

以多跨输电导线在自重和平均风荷载共同作用下的静力平衡构型和刚度作为计算初始条件,假定在此基础上受脉动风荷载作用的响应属于小变形,采用美国土木工程师学会(ASCE)推荐方法考虑导线气动阻尼,提出了输电线路动态风偏响应频域计算方法,深入分析了振型组合阶数及组合方式对计算结果的影响,并与时域计算结果进行了对比。对比结果表明:导线动态风偏计算中必须考虑多阶振型的贡献,且各振型间的交叉项不可忽略;对于2跨输电导线,考虑前3阶振型的完全二次方结合(CQC)法能满足精度要求;对于5跨输电导线,需要考虑前9阶振型CQC组合。计算结果表明:悬垂绝缘子串风偏峰值脉动响应可达到平均响应的10%以上。因此当前输电线路设计中不考虑风偏脉动值是偏不安全的,是引起大风下风偏闪络的主要原因之一。