基于卫星定位技术的输电塔架结构安全监测研究综述

随着近年来国家电网建设的逐步加快,如何保障输电塔架一类电网基础设施运行安全就显得日益重要。随着北斗卫星导航系统的不断完善,目前在电网的实际业务应用中利用自主可控的高精度服务对输电系统进行安全监控已成为电力行业的重要发展方向之一。从卫星信号接收器算法、系统硬件设计、监控预警系统及通信保障方案等几方面总结了几种相对低成本、高精度且可靠稳定运行的利用北斗卫星高精度定位能力对输电塔架运行状况进行监控的方案,并对目前亟待解决的问题和未来发展的趋势进行了总结和展望。

输电塔架承载变形的三维光学测量

考虑输电塔架结构复杂,需要做承载变形真型实验来检测塔架实际承载能力的问题,本文提出了一种三维全场变形光学测量方法来解决塔架真型试验中存在的大尺寸、大变形、多测点、三维变形、塔架承载形态保持时间短等测量难点。该方法基于工业近景摄影测量技术重建单个状态下塔架测点的三维结构,利用具有身份信息的人工标志点来实现不同状态测量结果的对齐。通过跟踪固定在塔架上的变形点,计算相应部位的位移来获取真型塔架在不同负载下的整体变形。精度评估实验表明,提出的方法测量精度优于0.1mm/4m;真型实验显示,测量结果能够为塔架结构力学性能分析和改进塔架设计提供有价值的参考数据。该方法具有现场工作量小、不干扰测量对象、量程弹性大等优点,能够满足各型塔架三维变形测量对效率和精度的要求。

输电塔架设计中的离散优化方法研究

传统输电塔架设计采用满应力优化设计,其优化过程中往往将设计变量视为连续变量来处理,而输电塔架角钢截面实际上是离散变量,这就存在实际设计结果并非是最优结果的问题。为更好地将满应力优化设计结果切实应用于输电塔选材计算中去,针对塔架型钢的离散特征,在传统满应力优化设计方法的基础上进行改进,提出了一种基于离散变量并考虑了压杆稳定性的满应力离散优化设计方法,制定了寻优流程并用C语言编制程序予以实现。以常见干字型输电塔架2F2-SZ1型220 kV双回路直线塔为对象,应用提出的离散优化方法和程序进行了计算分析。算例分析表明,该算法在满足多种工况荷载条件下,具有合理的结构承载能力,大大减少了塔架重量,降低了工程成本。同时,该算法源程序不使用二进制编码,方便查找错误和进行二次开发,可为改进现有塔架典型设计和加固已有输电塔架提供可行的算法基础。

输电塔架的动力特性分析

雪灾会对电力设施造成巨大的破坏。通过采用ANSYS程序对输电塔架进行动力特性的分析，以考虑不同的裹冰厚度对塔架动力特性的影响。分析结果表明：塔架的自振频率随裹冰厚度增加而减小，特别是当裹冰厚度达到50～60mm时，减小幅度在30％以上。塔架动力特性的变化必将对结构的地震、风栽的动力响应产生较大的影响，为以后的动力响应研究，如在地震、风载作用下的动力响应打下基础。

提高输电塔架承载力的预应力技术研究

为了提高输电塔架的刚度和承载力,在结构体外引入预应力拉索。通过材料、几何双重非线性稳定性分析计算索塔结构的极限承载力,在此理论基础上对一个500kV猫头型输电塔架建立了空间刚架模型,详细讨论了拉索施加不同初应力以及拉索不同倾角布置对输电塔架承载力的影响。研究表明:随着拉索初应力的增大,结构的极限承载力也增大,但当拉索初应力增大到一定值时,结构的极限承载力变化并不显著;结构的极限承载力随着拉索斜向布置倾角的增大而减小。

输电塔架ANSYS建模及动力特性研究

通过编制接口程序将满应力计算数据导入ANSYS程序进行模态分析,得到有限元求解的结构自振周期,以此确定输电塔架的风压调整系数。在实例中分别生成空间桁架模型和混合单元模型,模态分析结果与经验公式结果比较表明,模态分析方法由于考虑了横担杆件的质量,其结果更符合规范规定数值,而经验公式计算值偏小。

脉动风作用下的输电塔架的弯曲响应

采用了随机振动理论分析输变电塔架在脉动风作用下的响应，分别计算出薄壁钢管塔架和普通热轧型钢塔架在脉动风作用下的响应。结果表明，脉动风对结构的作用随结构柔性的加大而显著增加。

输电塔架结构动力特性分析

输电塔架是一种应用广泛的高次超静定空间结构,输电塔架作为电力输送的支柱,它的安全性和信赖性受到现在社会的日益关注。本文采用有限单元法建立了大型输电塔架的空间三维模型,计算分析了该输电塔架结构的前6阶振型和频率,研究了各阶振型的特点。研究成果对大型输电塔架结构设计具有一定的参考价值。

输电塔架参数化三维建模方法研究与实现

快速建立输电塔架三维仿真模型对电网安全运行与信息管理有重要作用。根据输电塔架的结构特点及结构相似性进行模块化划分,并用参数化方法为相同结构型式的模块建立原始三维模型;在此基础上根据塔架型号与呼高,对各模块进行选择与组装,赋值参数驱动各模块的原始模型,实现各种塔型与呼高的塔架三维快速建模。以某酒杯型直线塔为例,输入塔架型号与呼高即实现其三维模型快速建立,验证了该参数化三维建模方法的正确性与实用性。

大型输电塔架结构稳定性分析

本文采用有限单元法建立了大型输电塔架的空间三维模型,计算分析了该输电塔架结构的前6阶屈曲模态和临界荷载,研究了各阶屈曲模态的特点。研究成果对大型输电塔架结构稳定性设计具有一定的理论意义和应用价值。

ZV41型输电塔架结构动力特性分析

在计算大型输电塔架结构的动力特性时,裹冰厚度对输电塔架结构产生的影响是不容忽视的。针对格尔木—拉萨?400k V ZV41直流输电线路工程中某输电塔架结构,利用大型有限元分析软件,建立了有限元模型,并对不同裹冰厚度输电塔架结构的动力特性进行了分析。给出了不同裹冰厚度对输电塔架结构动力特性的影响,供计算设计者参考。

基于蒙特卡洛模拟法的输电塔架结构可靠度分析

为进一步研究输电塔架结构可靠性问题,以可靠度基本理论为理论基础,利用MATLAB软件中多项式稳健拟合工具对考虑风荷载和覆冰荷载下的功能函数进行拟合,得到了塔架结构失效的功能函数。拟合结果表明,塔架的最大位移随着风速和覆冰厚度的增大而增大,且风速较覆冰厚度在塔架可靠度分析中具有更高的敏感性。然后,基于蒙特卡洛模拟法计算不同工况下输电塔架结构的可靠度。最后,分析了变量相关性,发现随着相关系数的增大,可靠指标减小,且两者呈线性关系。

输电塔架结构的极限承载力分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了一个330KV输电塔架的桁梁混合有限元模型,对其进行极限承载力的分析,描述结构在超载下的破坏过程,得出了结构的极限承载力,这些为塔架结构的可靠性分析和维修加固提供了依据。

基于实测结果与修正模型的输电塔架特性分析

针对目前输电塔架特性分析主要采用软件分析和结构有限元模型不能准确反映结构真实特性,导致分析结果不全面,存在偏差的问题,提出采用实际测量结果与模型优化后的软件分析结果相结合的方法对输电塔架进行特性分析.先设计了基于电阻应变片和RS485总线结构的输电塔架结构承载力检测系统,利用该系统对输电塔架进行不同工况作用下的应力应变检测;再提出了一种先采用待修正参数的最优值来表征模型偏差方法建立塔架初次优化模型,再利用ANSYS优化算法对初次优化模型进行二次优化的模型搭建方法,并利用有限元分析软件ANSYS对优化后的输电塔架结构进行不同风速和不同覆冰厚度下的结构特性分析,最后结合测量数据从动态特性、稳定性及局部杆件应力等方面对系统结构进行了安全评估.分析结果表明使用实际测量与软件分析相结合的方法能更准确的对塔架结构特性进行评估,经对比优化前后模型固有频率最大相对误差不超过0.27%,表明用待修正参数的最优值来表征模型偏差和ANSYS优化算法相结合的模型修正方法,可有效提高结构建模的可靠性,修正后的模型可更有效的表征真实结构实际特性.

输电塔架用Q345钢表面Zn-Ni/TiO_(2)复合涂层的性能研究

采用电沉积技术并结合喷涂法在制造输电塔架常用的Q345钢表面制备出Zn-Ni/TiO_(2)复合涂层,表征和分析了复合涂层的微观形貌和元素组成,并通过人工气候老化试验、落砂冲击试验、砂纸摩擦试验和加速腐蚀老化试验测试了复合涂层的稳定性与耐蚀性。结果表明:复合涂层的元素组成为Zn、Ni、Ti、O、C和Si元素,微纳米结构与低表面能协同作用使得复合涂层表现出超疏水性能。复合涂层能较长时间耐受摩擦冲击、日光照射和干湿交替,稳定地保持超疏水性能。在相同腐蚀介质中复合涂层的腐蚀电流密度仅为1.54×10~(-6) A/cm~2,电荷转移电阻达到7050.8Ω·cm~2,表现出优良的耐蚀性,相较于常用的镀锌层可以为Q345钢提供较理想的腐蚀防护作用。

薄壁钢管输电塔架风载响应研究

结合吉林省某地架设薄壁型钢输电塔架的设计中塔架的风扰力响应进行研究，确定了基本风压，并对风的特性进行讨论，采用ＳＡＰ８４软件计算了薄壁钢管塔架的特征和平均风作用下塔架顺风向响应。结果表明薄壁钢管塔架基底弯矩和顶点位移均小于热轧角钢塔架。

基于多传感器融合的输电塔架监测预警系统

近年来输电线路频频遭到破坏,由自然灾害、电网异物以及人为外力破坏导致的大范围停电事故时有发生。针对上述问题,本文研究融合雷达测距模块和陀螺仪传感器实现塔架附近的环境监测、塔架姿态与位移检测,并采用Java编程实现上位机显示,达到智能化输电塔架状态监控与预警的目的。

浅析输电塔架断线下的极限承载力

本文通过有限元软件分析输电塔架不同断线下的极限承载力及极限位移,并研究不同断下输电塔的方式,从而为输电塔架结构设计提供一定的依据。

齐次化广义屈服函数与角钢输电塔架极限承载力分析

建立了等边角钢截面广义屈服函数的齐次化表达式,由此定义了角钢构件的单元承载比,依据承载比均匀度建立了弹性模量调整的动态阈值,并根据变形能守恒准则建立了弹性模量调整策略,提出了输电塔架极限承载力分析的弹性模量缩减法,可通过系统缩减结构中高承载比单元的弹性模量,模拟输电塔架塑性失效过程,确定结构极限承载力。该法克服了传统弹性模量缩减法及其他弹性模量调整方法因不满足比例加载条件所导致的计算精度和稳定性不良问题,并继承了该类方法原理简单、计算高效的优点。

双拼角钢主材输电塔架静载试验研究

主材为双拼角钢输电塔的主材承载力计算方法尚未成熟,给该类型输电塔的推广应用造成了很大困难。为此,设计了主材规格为2L110×10、屈服强度设计值为345MPa的双拼角钢塔架,利用液压缸带动加载绳完成了该输电塔的静载破坏性试验,并记录了加载过程中塔架主材各横截面应变的变化。然后,根据主材的应变得到了该输电塔在破坏时的弯矩和轴力,并和现有设计准则进行了对比。结果表明,当双拼角钢主材绕实轴的长细比大于该主材按缀板柱计算得到绕虚轴长细比时,按压弯构件计算得到验算应力与主材的实测屈服强度最为接近。