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。     

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。     

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。     

微地形条件下220 kV朝峰线覆冰断线机理分析

为了深入研究微地形对覆冰线路不平衡张力及覆冰断线冲击的扩大效应,针对处于微地形区朝峰线输电线路覆冰断线事故,建立事故区4塔3档塔线体系有限元模型,定量计算不同工况下塔线体系临界覆冰厚度及断线冲击响应情况,提取不同覆冰工况及不同地形下数据对比分析。结果表明,该微地形下形成的重度覆冰和大高差档距扩大了塔线体系不平衡张力,覆冰断线造成的冲击动力响应远大于非微地形区覆冰断线情况,微地形区形成的重度覆冰及大档距高差扩大了断线冲击效应。     

特殊地形下输电线路等值覆冰厚度计算模型有效性分析和改进研究

覆冰是影响电网安全运行的最主要威胁之一。输电线路覆冰在线监测是防治电网覆冰灾害的有效手段,其中称重法获得广泛应用。我国地形复杂多变,特殊地形对输电线路受力有较大影响。为了分析输电线路覆冰在线监测中直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在常见输电线路纵断面模型下的有效性,文章采用有限元法建立输电线路力学仿真模型,研究输电线路过谷模型、翻山模型以及连续上(下)山模型下输电线路等值覆冰厚度计算结果的准确性,提出考虑等效长度变化的直线塔输电线路等值覆冰厚度计算模型。结果表明,在均匀覆冰下,对于输电线路过谷模型,当杆塔高差系数绝对值不超过0.2时,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差在16%以内;然而当杆塔高差系数较大时,如杆塔高差系数为–0.3,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差大于40%。将等值覆冰厚度计算模型改进后,等值覆冰厚度计算结果与假设值相对误差变小,且覆冰厚度越大,相对误差越小。对于输电线路翻山模型和连续上(下)山模型,等值覆冰厚度计算厚度结果相对误差不超过5%。     

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...     

基于安全裕度的输电线路覆冰预测方法研究

针对输电线路覆冰灾害事故预测方法的不足,提出基于安全裕度的策略对输电线路的覆冰情况进行预测。通过对覆冰线路模型各种运行工况下的结构失效率数值计算数据的回归分析,得到杆塔的失效评定曲线图,并对其进行预测分析。选取华中某500 kV输电线路中薄弱的杆塔作为研究对象。建立3塔2线输电线路的有限元模型,在覆冰荷载和风荷载不同组合下进行力学仿真计算,对结果数据的回归分析验证了该方法的正确性。本文方法可为准确预测线路覆冰事故、制定防覆冰改造方案提供依据。     

500kV架空输电线路覆冰失效有限元仿真分析

高压架空输电线路覆冰倒塔是近几年来影响我国电力系统安全稳定运行的重要因素之一。基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS,考虑杆塔和导、地线之间的铰接耦合作用,研究了塔-线体系的力学数值分析模型的建模方法。针对具体线路覆冰微气候区,建立了2个耐张段的塔-线系统整体仿真模型,分析了不同覆冰厚度、风向以及风速作用下,塔线系统的失效情况。针对杆塔结构薄弱点,提出了相应的改造措施,并通过数值仿真进行了校核。数值分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和线路改造措施效果评估。     

超高压输电塔在覆冰断线作用下的动力响应

以某500 kV典型输电线路的塔-线体系为模型,借助非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在不考虑导线与地面碰撞接触的情况下,模拟不均匀覆冰工况下,四分裂子导线同时断裂、相继断裂两种工况下,断线冲击荷载对输电塔的动力效应.分析结果显示,塔头上的应力和位移动力效应明显,采用拟静力法计算断线冲击荷载是偏于不安全的.     

基于覆冰拉力监测系统的耐张塔线路等值冰厚计算模型

输电线路覆冰严重影响电网的安全稳定运行,准确监测线路覆冰情况具有重要的工程意义和应用价值.为了精准判断线路覆冰厚度,提出一种基于覆冰拉力监测系统的复合荷载作用下耐张塔线路等值冰厚计算模型,以在线监测终端监测拉力和角度为输入参量,计及耐张绝缘子串非均布荷载和风荷载影响,并修正重力方向荷载对计算模型加以改进.与雪峰山自然观冰站试验数据和南方电网重覆冰区段监测终端运行数据对比,验证了该计算模型的准确性.结合工程实际应用,验证了其对判断耐张塔线路覆冰情况具有一定的指导作用.     

基于弧垂测量的综合荷载下导线等值覆冰厚度监测方法

近年中国电网冰灾事故频发,输电线路覆冰监测对电网冰灾防治工作具有重要意义.弧垂作为导线覆冰后一明显变化量,可用于远程在线覆冰监测.因此,该文根据导线力学分析,建立综合荷载下,基于弧垂、温度测量的输电线路等值覆冰厚度数值计算模型,并以连续档下不同塔线连接类型线路,以及大高差非均匀覆冰线路为对象,提出其标况下状态方程参数计...     

基于ANSYS/PDS的覆冰荷载下高压输电塔可靠度分析

以2008年初南方雪灾致输电塔倒塌为背景,用现有输电塔设计规程作为标准,建立了某输电线路的一塔两线体系精细化有限元模型.考虑输电塔构件尺寸、材料性能及输电塔本身所受荷载的随机性,采用蒙特卡罗有限元法(ANSYS/PDS)进行可靠度设计,分析计算了覆冰厚度4种工况下输电塔的可靠性.结果表明:随覆冰厚度的增加,输电塔的失效概率随之迅速增大;输电塔的强度失效概率远大于刚度失效概率,覆冰荷载是造成强度失效的主要原因,而风荷载是造成输电塔刚度失效的主要原因;如果参考建筑结构构件的目标可靠度指标,现有输电铁塔在目前设计覆冰条件下并不能满足要求.     

耐张塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在不均匀覆冰下有效性分析

受山区地形影响,输电线路可能存在大高差、大档差等特殊工况。为了分析输电线路覆冰在线监测系统中,耐张塔输电线路等值覆冰厚度计算模型在一些特殊工况下的准确性,采用有限元法建立多档距输电线路仿真模型,研究大档差大高差、大档差无高差、非大档差大高差以及非大档差无高差等工况下的输电线路等值覆冰厚度计算结果的准确性。对于大档差工况,当输电线路前后档距电线覆冰不均匀程度较小时,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差较小;反之,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差较大(如当小档距侧输电线覆冰厚度为30 mm,大档距侧输电线覆冰厚度为10 mm,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差大于40%);对于非大档差工况,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差在30%以内,对于非大档差无高差输电线路,计算结果与平均等值覆冰厚度的相对误差在20%以内。结果表明,不均匀覆冰下,大档差与否对等值覆冰厚度计算结果的准确性有直接影响。     

输电塔线结构体系除冰新方法

针对当前除冰方法的除冰效率、适用性无法满足输电线路对高效、适用除冰方式的需求,提出一种新的除导线覆冰的方法:假设在无外荷载时,覆冰与导线紧密结合,建立冰-线组合结构输电塔耦联模型,导出耦联模型的运动方程。对耦联模型中的冰-线组合结构施加与覆冰自振频率接近的激振力,由于覆冰自振频率远离导线自振频率,基于共振原理,使激振力作用下的覆冰破碎脱落,而导线完好,从而求出运动方程的解析解,并获得新的基于共振理论的输电线路除冰方法。     

基于杆塔结构力学测量的线路覆冰在线监测系统研究EI北大核心CSCD

近年来我国输电线路冰灾日益严重,准确监测线路覆冰情况,进而采取防冰、除冰措施对系统安全运行具有重要作用。以国内已有的传统架空线路的覆冰力学模型为基础,提出基于不同杆塔结构力学测量元件的特点,分别建立适合耐张塔-耐张塔与直线塔-直线塔输电线覆冰监测模型。模型综合利用拉力、导线和绝缘子倾角等参数且考虑风偏影响,其中直线塔-直线塔覆冰模型通过风偏平面内竖直方向上的静力学受力平衡计算覆冰厚度。现场运行结果表明,两种模型均能准确监测输电线路的覆冰情况,并正确做出覆冰告警。     

基于杆塔结构力学测量的线路覆冰在线监测系统研究

近年来我国输电线路冰灾日益严重,准确监测线路覆冰情况,进而采取防冰、除冰措施对系统安全运行具有重要作用。以国内已有的传统架空线路的覆冰力学模型为基础,提出基于不同杆塔结构力学测量元件的特点,分别建立适合耐张塔-耐张塔与直线塔-直线塔输电线覆冰监测模型。模型综合利用拉力、导线和绝缘子倾角等参数且考虑风偏影响,其中直线塔-直线塔覆冰模型通过风偏平面内竖直方向上的静力学受力平衡计算覆冰厚度。现场运行结果表明,两种模型均能准确监测输电线路的覆冰情况,并正确做出覆冰告警。     

不均匀覆冰输电塔线体系力学特性

针对目前我国基于有限元法的不均匀覆冰输电塔线体系力学特性研究的不足,以输电线路耐张区间的山顶杆塔为主要研究对象,考虑杆塔两侧导地线不均匀覆冰工况,对短档距侧重覆冰、长档距侧重覆冰以及档距中央重覆冰3类不均匀覆冰状态的33种具体运行工况下输电塔线体系用有限元法定量研究了不均匀覆冰的力学特性。结果表明：不均匀覆冰状态下,3...     

覆冰工况下耐张塔失效预警技术研究

输电线路覆冰在我国经常发生,对输电线路的安全稳定运行构成极大的威胁。以某实际500 kV耐张塔为例,提出了基于线路绝缘子串拉力测量系统和有限元方法对覆冰工况下的耐张塔失效进行实时预警的方法。给出了绝缘子串倾角的理论计算方法,经与实测数据对比,验证了该方法的可靠性。分析了不同覆冰工况下杆塔的薄弱位置,给出了杆塔的应力应变分布及临界失效曲线。由该曲线可知,小号侧拉力一定,大号侧拉力过大或过小都可能由于不平衡张力过大导致杆塔失效。最后对杆塔进行了不均匀脱冰工况下的失效分析。本文方法有效结合了工程实际,对于小风速地区覆冰工况下的耐张塔失效预警研究有一定指导意义。     

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。