输电塔体内拉索——杠杆惯容阻尼系统风振控制及参数优化

输电塔作为受风控制的高耸空间钢结构,风振控制技术是解决铁塔风灾受损、倒塔的重要技术手段之一。针对现有输电塔风振控制技术适应性不足的问题,提出了可在自立式输电塔体内布置的拉索-杠杆式旋转惯容阻尼器(CLRID)和优化设计方法。首先推导了CLRID典型平面刚架运动方程,然后开展了基于脉动风荷载特性的CLRID减振性能参数分析,最后考虑塔架性能需求对CLRID进行参数优化,得到固定布置夹角下的CLRID最优设计参数。研究结果表明,除惯容对阻尼单元变形的放大效应外,杠杆可实现对阻尼单元的二次放大作用,继续增大阻尼器行程,可弥补传统体内拉索体系斜向布置的缺陷,使具有不同拉索布置角度的CLRID对塔架具有相同的位移响应控制效果。同时,通过参数优化分析,CLRID拉索布置角度可控制在30°~50°,杠杆放大系数可控制在1~2。当确定目标减振比后,基于输电塔塔架性能的优化设计方法可使CLRID实现精准的风振控制。

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析

跨海输电塔线体系具有铁塔高、跨度大、风速大、恢复困难等特点,是岛屿电网的关键薄弱位置,尤其受台风等灾害天气影响严重,为进一步认识跨海输电塔线体系的风振响应特点和强风作用下的铁塔风致失稳特征,以温州洞头某线路典型跨海段(耐—直—直—耐)线路为研究对象,采用ABAQUS软件建立该跨海段两塔三线有限元分析模型。首先分析导线、裸塔及塔线体系的动力特性参数,然后开展不同风向角下的风振响应分析及位移风振系数计算,最后,采用增量动力分析方法(incrementaldynamicanalysis,IDA)模拟强风作用下考虑塔线耦合效应的铁塔非线性倒塌过程。研究表明:大跨越导线、地线对输电塔在不同风向角下的风振响应影响存在差异,0°风向角下,大跨越导线、地线增大体系的阻尼,降低风振响应;90°风向角下,大跨越导线、地线在横向风作用下产生较大面外位移,增大塔线体系的风振响应;强风作用下,输电塔斜材相较于主材更容易发生动力失稳,引起结构内力重分布,使得塔身中上部受力集中,最终导致输电塔发生渐进式倒塌。

复合支柱绝缘子在长期载荷下的损伤识别方法

复合材料在电气设备中的应用越来越广泛,其具有损伤隐蔽性的特点。复合材料设备受到长期环境荷载的作用之后,结构会累积不同程度的微小损伤且不易被发现。为了研究复合电气设备的损伤识别方法,以某200 kV复合支柱绝缘子为研究对象,首先分别进行不同损伤工况下的现场动力特性测试,得出不同工况下的频率变化;其次进行数值模拟,通过曲率模态差值分析和小波变换2种方法对绝缘子进行损伤识别;最后以曲率模态差为损伤指标得到该绝缘子的损伤曲线。研究表明:2种识别方法都可以有效地对绝缘子损伤位置进行识别,且小波变换的方法更为优越;损伤曲线可以通过曲率模态差较为准确地拟合损伤程度的大小。

大跨越输电塔线体系减震控制分析研究

利用有限元分析软件ANSYS,以跨越珠江的输电线路工程为研究背景,在输电塔上布置粘滞消能阻尼器和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),对比分析了在三向El-Centro地震波作用下有、无减震控制措施的输电塔位移和加速度地震响应。通过有关参数分析计算,分别得到了粘滞阻尼消能减震和调谐质量减震控制的最优粘滞阻尼系数和最优TMD质量,分析研究表明上述2种减震控制措施皆能明显衰减输电塔线体系的地震响应,具有比较理想的减震效果。

地震作用下断路器动力时程分析及阻尼效应研究

结合我国现行电力设施抗震设计规范(GB50260—96)、高压开关抗震试验标准(GB/T13549—92)及国际标准(IEEEStd693—2005),对电气设备的抗震分析与设计进行了讨论,提出了有关电气设备抗震设计中的一些关键问题,比如说动力时程分析中的地震动输入、支架动力放大系数、抗震设防等级等。首先采用ANSYS软件,以一220kV瓷柱型SF6断路器为研究对象,建立其有限元模型,开展了三类地震输入下的动力时程分析,详细介绍了电气设备动力时程分析方法。并通过对断路器关键节点和部位的位移、加速度及应力等参数的分析,得到了有关支架动力放大系数、支架设计、地震动输入、设备抗震能力等方面的一些结论;其次,通过调整断路器支架体系阻尼比的参数分析,得到了三类地震输入下的阻尼比对断路器地震响应的一些规律,适当提高设备体系的阻尼比,可显著提高设备的抗震能力。上述分析与研究对对改进高压电气设备抗震设计有一定的借鉴意义,对修订我国高压电气设备的抗震设计规范和制定相关标准有参考意义。

大型电力变压器及套管振动台抗震试验研究

5.12汶川大地震等国内外的震害经验表明:变压器及套管在强震作用下的抗震能力比较薄弱。目前,利用振动台模拟地震试验是研究变压器及套管抗震性能最准确、最先进的手段。首先根据中国现有变压器的结构特点,设计了一台变压器试验模型,其中220kV、500kV套管为国内生产的真型套管,同工程实际一样安装在变压器模型上。首先,提出了三等级变压器抗震能力考核水平的新概念;其次,在白噪声激励下的完成了变压器及套管的动力特性测试;最后,输入X、Y单向实震记录、人工波、共振拍波等地震波,开展变压器及套管的在普通和中等抗震能力水平下的振动台模拟地震试验,得到了试验对象关键部位的加速度、位移及应变等地震响应时程曲线。通过上述研究,进一步掌握了变压器及套管体系的地震响应规律和抗震薄弱环节。试验研究对今后变压器及套管的抗震设计或修正相关规程、规范具有重要的参考意义。

地下变电站结构振动与噪声相关性及预估方法

城镇地下或户内变电站的结构振动与噪声的传播与环境问题越来越受到广泛的关注。以220 k V朝阳门地下变电站及其耦连建筑作为测试研究对象,首先开展了不同测点振动与振源的传递函数及相干函数分析,开展了楼板振动与噪声的互谱函数及相干函数分析;其次开展了楼板振动与噪声的相关性分析及对应关系的曲线拟合;最后对变电站楼板振动在平面、立面内随距离衰减进行了分析与曲线拟合。分析研究得出:变电站内结构振动与噪声和变压器油箱振动的频谱特征相似程度很高,各测点振动信号主要来源于变压器。变电站及耦连建筑楼板测点振动与噪声的总体相关性系数达到了0.75,并通过线性曲线拟合得到了由楼板振级推算声级的预估公式。随着水平距离与竖向距离的增加,楼板振动都呈现非线性衰减特性,但距离增大到一定时候,衰减不再显著。此外,通过非线性曲线拟合得到了楼板振级随距离衰减的预估公式。

大型电力变压器及套管隔震体系的设计与应用

国内外大量变压器震害资料表明,降低变压器及套管体系的加速度响应是提高变压器及套管抗震能力的关键。针对变压器及套管体系的结构特点,提出变压器隔震设计的最低目标和3种有效的变压器隔震型式与布置方案,成功研制了变压器组合隔震支座并进行力学性能试验,并提出与变压器隔震设计相对应的验算指标。最后,结合四川220 kV下孟变电站1#主变,开展变压器隔震技术的设计与应用。研究表明只要通过合理设计,变压器隔震技术可有效降低变压器及套管的地震响应,提高变压器的抗震能力。

变压器及套管隔震体系振动台试验及地震响应分析

国内外震害分析表明,变压器及套管的抗震能力薄弱,地震中破坏型式多样。提高变压器及套管抗震能力的关键是降低加速度响应。隔震技术具有隔震机理明确、减震效果明显的特点,得到了广泛地应用。首先,提出了变压器适用的隔震层设计方案。通过组合隔震支座的研制与力学性能试验研究,得到了相关力学性能参数,所研制的隔震支座具有力学性能稳定、滞回耗能能力强等特点。其次,设计了一台真型变压器及套管试验模型,开展了不同地震输入下,变压器隔震前后的振动台抗震试验,分析了变压器及套管的动力特性及地震响应。试验分析表明,隔震后变压器的自振频率有较大降低,除Taft输入下隔震效果不理想外,其它地震输入时变压器加速度等地震响应均有较明显的降低。最后,采用ANSYS建立试验变压器的数值模型,开展了两种隔震方案的变压器地震响应数值分析,分析与试验结论基本一致。上述研究对今后开展变压器隔震设计与应用具有重要的参考意义。

海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析

以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°(顺线路)、90°(横线路)风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,55m/s极值风速作用下,横线路风向较顺线路风向发生破坏概率增加8.25%,在遭受重现期100年风速(41.95m/s)时,横线路方向发生倒塌破坏概率为20.19%,ZMG32-28.5塔还是有较大的倒塌风险。

钢管组合大跨越输电塔导地线耦合效应研究

利用ANSYS软件建立了跨越珠江铁桩水道的220kV钢管组合大跨越输电塔线体系的空间数值分析模型。通过对实际工程进行环境振动测试,识别出输电塔耦合导地线的振动模态,验证了输电塔线体系有限元模型和理论计算的正确性。从动力特性和地震反应方面研究了单塔和塔线体系的动力特性和地震响应特点,分析得到关于输电塔导地线耦合效应的初步认识,进一步揭示了导地线对输电塔的耦合作用规律。研究表明,悬挂的导地线不仅具有质量效应,同时在线路的纵向和侧向还施加了一定的刚度效应。地震反应分析中可知导地线对输电塔具有一定的减震效应,并指出导地线的减震效应是否具有普遍性,还需要进一步研究。上述研究对类似输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义。

钢管组合大跨越输电塔结构动力特性研究

利用有限元分析软件ANSYS建立了钢管组合大跨越输电塔SZK系列的杆梁混合分析模型,采用子空间迭代法得到了结构的前5阶模态,对比以实测所得的周期近似公式,经过修正得到了该类结构的不考虑导地线影响的更加精确的第一阶周期计算公式.文章进一步考虑导地线的影响,研究不同垂直档距下输电塔的动力特性,了解了结构动力特性的变化特点,并引进考虑导地线影响的周期放大系数,修正了第一阶周期计算公式.分析研究对输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义.

钢管组合大跨越输电塔线体系简化模型研究

利用有限元分析软件ANSYS建立了钢管组合大跨越输电塔线体系有限元分析模型,采用子空间迭代法得到了单塔结构的前18阶模态和体系的前600阶模态,通过对比分析,定性地得到了导地线在侧向(X向)和纵向(Y向)施加给铁塔的刚度耦合效应。同时推导了塔线体系的理论简化计算公式,得到了比较实用、直观的等效刚度模型。最后通过引入适当的等效刚度系数,分析了输电塔线体系简化模型的动力特性,一定程度上验证了简化模型的合理性。分析研究进一步揭示了导、地线对输电塔的耦合作用规律,对输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义。

基于随机子空间和统计模型的输电塔损伤识别

针对输电塔结构,给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法,利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先,获取输电塔结构的瞬态动力响应数据;其次,利用随机子空间法识别模态参数,构造名义模态参数,并定义一个与参数识别过程相关的残差向量表征结构动力参数变化;最后,计算该残差对结构参数的灵敏度,并构造残差灵敏度的χ^(2)统计量作为结构损伤诊断指标。通过数值模拟及现场试验对某足尺输电塔结构进行分析,结果表明,上述方法可有效对输电塔结构局部构件的螺栓松动、杆件破坏等损伤进行识别。

大型电力变压器的噪声预估研究

针对大型电力变压器的低噪声设计问题,提出了一种以改进变压器结构降低其噪声为目的的噪声预估方法。首先通过建立变压器整体结构有限元模型和振动谐响应分析,得到变压器油箱结构表面振动响应;基于间接边界元方法,通过建立变压器的声学数值分析模型,将变压器油箱表面振动响应导入到声学模型中作为边界条件,采用声学分析软件求解变压器整机辐射噪声,从而实现变压器的噪声预估。运用文中提出的方法,定量预估了某型变压器的场点噪声,并且与同工况下的实测噪声进行对比分析,验证了噪声预估方法的可行性和有效性。最后,采用该预估方法定量预估了变压器几种结构改进措施的降噪效果,为该型变压器的低噪声设计提供了结构改进依据,证明了改预估方法的实用性。

大型电力变压器油箱辐射噪声预估研究

针对电力变压器噪声分析的工程需求,开展了基于间接边界元理论的大型电力变压器的油箱辐射噪声预估研究,运用LMS大型声学软件建立了变压器油箱声场计算模型,并采用实测的变压器油箱表面法向振动加速度预估了变压器油箱辐射噪声声场。通过数值仿真结果与实测结果对比分析表明,文中提出的噪声预估方法对于预估变压器油箱辐射噪声声场是有效的和可行的,通过改变变压器油箱的结构,可为电力变压器的低噪声设计提供参考依据。

安装新型铅减震器的500kV氧化锌避雷器动力特性

为研究新型铅金属减震器对高压电气设备动力特性的影响,对安装该减震器前后500kV氧化锌避雷器采用单输入单输出(SISO)方法进行了动力特性试验和有限元分析。试验结果表明:安装新型铅减震器前后500kV氧化锌避雷器的基频在1～10Hz之间且相差很小,振型基本一致;反映了设备整体刚度较小,新型铅金属减震器基本没有改变设备的频率和振型。安装新型铅金属减震器后500kV氧化锌避雷器的阻尼比比原来增大了近3倍,说明这种减震器是以提供设备附加阻尼的方式实现减震控制的。新型铅金属减震器可使避雷器支持瓷套根部应变减少46%以上且可以明显降低其顶部的加速度和位移。有限元分析结果表明:安装新型铅减震器前后500kV氧化锌避雷器的振型以水平振型为主,竖向振型和扭转振型不明显。

基底隔震技术在高压电气设备中的应用

高压电气设备的绝缘部分由瓷套管组成,瓷是脆性材料,抗弯性能很差。为解决地震对高压电器设备的损害,文章将基底隔震技术应用到高压电气设备的抗震设计中,比较和分析非隔震高压隔离开关与基底隔震高压隔离开关地震时程响应结果,探讨基底隔震技术在高压电气设备抗震体系中应用的可行性。

安装新型铅减震器的220kV断路器振动台试验

通过对安装新型铅减震器的220 kV断路器振动台试验,分析了新型铅减震器的减震效果。试验结果表明:新型铅减震器不仅可以降低断路器顶部的加速度和位移,使底部瓷套管最大应变减少53%以上,而且输入地震动越强其减震效果越明显。此外,这种减震器还可为断路器提供一定的初始刚度。

大型变压器的汶川震害及其隔震技术研究

针对电力系统大型变压器,对汶川地震震害进行了调研,总结了大型变压器的震害特征.并根据震害特点,提出了对大型变压器隔震的策略,设计了适合于大型变压器隔震的水平刚度小、低面压和满足竖向稳定性的铅芯橡胶隔震支座,并应用于实际750 kV大型变压器的隔震.分析结果表明,采用隔震后,750kV变压器弱轴向最大倾覆力矩减小为非隔震结构的17%,弱轴向最大剪力减小为非隔震结构的23%,变压器本体的加速度减小为未隔震的29.5%,8度罕遇地震作用下,隔震层最大位移满足支座最大容许位移的要求.