考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法

刚性直棒法作为一种简单高效的输电导线风偏响应估算方法,在输电工程领域得到了广泛的应用,然而其适用对象仅限于水平风作用下的未覆冰导线,对于线路常遇的覆冰以及二维风荷载情况未能涉及。该文采用阵风荷载包络线法(GLE法)推导了二维等效静力风荷载的表达式,获得了考虑二维风荷载作用的导线风荷载调整系数,通过引入二维等效静力风荷载改进了现有刚性直棒法,改进后的刚性直棒法综合考虑了线路是否覆冰、二维风荷载、上升气流以及风的脉动效应。建立了某真型输电线路的精细化有限元仿真模型,采用覆冰导线气动力风洞试验结果和非线性数值仿真验证了改进后刚性直棒法的准确性。基于改进后的方法分析了竖向平均风速和导线覆冰厚度对风偏响应的影响。研究表明:考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法是一种准确度明显提高的通用方法,能适用于常规的、覆冰的、有上升气流的多种工况下的导线风偏位移计算。

风电场导线经济截面计算方法

风电场导线经济截面仍延用传统选择方法,没有考虑风电场四季、早晚的风速不同和冬季发电多、夏季发电少、晚上发电多、白天发电少的鲜明特征。鉴于此,提出一种适用于风电场计算最大负荷损耗时间的方法。首先,根据全寿命周期年费用最小法,综合考虑运行损耗费用,重点研究风电场最大负荷损耗时间对风电场导线经济截面的影响。然后通过风电场实际功率数据重新建立最大负荷损耗时间和最大负荷利用时间的对应关系。最后,借助平均值比率和峰谷差比率描述风电场之间的关联性,给出最大负荷损耗时间的量化表达,采用全寿命周期年费用最小法计算出导线经济截面。结合实际数据验证,所提方法能够指导未建风电场选择导线经济截面。

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明:在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。

风荷载对导线应力弧垂和绝缘子摇摆角影响研究

风荷载是架空输电线路设计主要的控制荷载之一,与导线力学特性和塔头电气间隙密切相关。与国内之前的输电线路设计规程相比,修订后的设计规程及国际电工技术委员会相关标准均考虑了脉动风效应,因而同一设计风速对应的风荷载并不相同,该变化会对导线弧垂和塔头风偏计算产生影响。基于灵敏度分析方法,研究导线应力、弧垂和绝缘子串摇摆角随风荷载变化的规律,考虑控制气象条件、杆塔Kv值等因素的影响。结合工程实例,分析并验证方法的有效性。

超高压输电线路风偏闪络及导线风荷载取值讨论

根据某超高压输电线路风偏闪络故障气象信息和线路结构参数可开展故障分析。当采用规范建议的单摆模型进行检验时,计算结果远小于发生闪络故障的风偏角阀值,据此可认为规范的导线风荷载参数取值以及刚性直棒法存在一定的不安全因素。因此,建立四跨绝缘子串–导线耦合体系有限元模型,采用时域法分析不同基本风速下绝缘子串的风偏角极值,对风偏角极值与基本风速关系式进行拟合以预估风偏闪络的临界风速,并讨论了风压不均匀系数α和风荷载调整系数βc的取值。结果表明:基于拟合公式得到的故障塔处发生风偏闪络的临界风速介于实测事故风速区间内,略小于设计基本风速;刚性直棒法没有考虑风速脉动的影响,且规范规定的风压不均匀系数α偏小,从而大幅低估了大风下导线风偏响应;当α取1.0,βc取1.2时,本线路基于刚性直棒法的计算结果接近有限元动态风偏计算结果,更符合实际情况。

360°风作用下线条风荷载分配系数特性

线条风荷载的准确计算是输电杆塔设计的关键一步,角度风荷载分配系数的选取是否合理将直接影响到设计指标的合理性.对常规线条风荷载（0.5φ1=0.5φ2=0）的计算原理进行梳理和分析,得到了0～90°范围内的角度风荷载分配系数.同时,通过对风向角θ和线路转角φ的剖析,推导了线路前后侧360°风吹时的线条角度风荷载分配系数计算公式,并给出了前后侧挡距不同分配比例（0.5φ1=0.5φ2,0.5L1：0.5L2=5：5、4：6、3∶7）时的线条角度风荷载分配系数,分析了分配系数的特点,并进行了对比研究.研究结果揭示了线条角度风荷载分配系数的特点,可作为输电杆塔抗风设计的一种参考.

考虑冰风耦合作用的输电导线脱冰动张力及参数影响分析

导线覆冰脱冰过程产生的动张力可能会导致断线及倒塔等事故发生,从而危及电力传输。导线脱冰引发的最大动张力,不仅由冰载的突然释放决定,还可能受到风的耦合影响,特别是对于大风区输电线路。为此研究了风的作用(包括水平和竖向脉动风荷载)和脱冰对导线动张力的耦合影响。通过高频天平测力风洞试验获得了不同厚度新月形覆冰导线的气动力系数。开展了某实际高压输电线路脱冰动力响应的仿真分析,研究风攻角、风速及冰厚等参数对导线脱冰最大动张力的影响。提出了考虑冰风联合作用的动张力风载放大系数μ,并分析了该系数的参数敏感性,在此基础上给出了导线脱冰最大张力的计算式,可供设计应用。研究表明:风载对导线脱冰动张力的影响很大程度上取决于风攻角,风速和冰厚;忽略风载和脱冰的耦合效应会导致导线脱冰最大动张力的低估,尤其是在70°~150°风攻角下;提出的动张力放大系数μ能够考虑风载对脱冰动张力的影响,弥补了现有规范中关于导线脱冰张力计算上的不足。

中美设计规范导地线风冰荷载比较

为详细研究中美设计规范在导地线风荷载和并何在计算方面的差异,介绍了中美两国输电线路荷载设计规范,从线条风、冰荷载计算公式出发,对基本风速、风压高度变化系数、风荷载调整系数、覆冰厚度等参数进行研究,对比线条风、冰荷载计算的异同点。算例结果表明,中美两国规范在导地线风、冰荷载计算值上都存在差别,为工程设计提供了参考。

GB50545与ASCE74输电导线风荷载对比

《美国输电线路结构荷载指南》(ASCE74—2009)是世界上重要的输电线路设计规范之一。风荷载是输电塔设计的控制荷载,而输电塔总风荷载中导线风荷载占较大比例,了解GB50545与ASCE74—2009导线风荷载计算方法的区别对输电塔设计非常必要。介绍了GB50545与ASCE74—2009输电导线风荷载计算公式,并详细比较了基本风速、风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数、地形影响因子、覆冰风荷载增大系数和风压不均匀系数等计算参数的差异,结果为输电工程设计提供参考。

多种覆冰形状导线风荷载增大系数研究

根据导线风阻力的计算原理推导了覆冰导线风荷载增大系数。基于覆冰导线的气动力系数风洞试验结果,分别计算了不同覆冰厚度、不同覆冰种类的圆截面覆冰导线、新月形覆冰导线和D形覆冰导线的风荷载增大系数,给出了便于工程设计和校核使用的覆冰导线风荷载增大系数的取值用表。结果表明,3种覆冰形状导线的风荷载增大系数均受实际覆冰厚度与覆冰种类的影响,其值随覆冰厚度的增大而增大、随覆冰密度的增大而减小。理想圆截面覆冰导线的风荷载增大系数在覆冰密度较小时的部分工况大于规范取值,在覆冰密度较大时均小于规范取值。新月形和D形覆冰导线的风荷载增大系数还与对应风攻角下的阻力系数有关,两者的风荷载增大系数取值在多数风攻角下小于规范取值。

新月形覆冰输电导线脱冰跳跃高度风载放大系数研究

导线脱冰产生的显著竖向振动可能会导致闪络跳闸等电气事故发生,从而危及电力传输。为了设计合理的电气绝缘间隙,需要准确估计导线脱冰后的最大跳跃高度,这不仅由脱冰产生的冲击作用决定,还可能受到风的影响。该文章研究了风载和脱冰对导线跳跃高度的耦合影响。开展了高频天平测力风洞试验并获得了不同厚度新月形覆冰导线的气动力系数。提出了用导线脱冰跳跃高度风载放大系数η来表征风的影响,在风速、覆冰厚度、风攻角及脱冰率等参数空间内,采用非线性有限元方法研究了该系数的参数敏感性,并拟合出了系数η的计算公式,可供设计使用。研究结果表明:在100°~150°风攻角下,风的作用会明显加剧导线脱冰跳跃高度,且随着覆冰厚度的增加,系数η呈现显著的非线性增加;系数η受脱冰率变化的影响较小,可以将其描述为给定风攻角下,关于风速和冰厚的函数。

1000kV特高压交流输电8分裂导线动张力风洞试验分析

导线在风荷载作用下的动张力变化对输电塔线耦联体系抗风设计非常重要。为此,以在建1000kV特高压输电线路工程为背景进行风洞试验。设计制作了双回路8分裂导线的完全气弹模型,首次采用光纤布拉格光栅对分裂导线在风作用下的动应变进行了测试。试验得到了不同风攻角、流场和风速情况下不同位置导线的动应变,得出了导线动张力的传递规律和导线动力响应的主要特性。分析了导线不同位置动应变响应的分布规律和功率谱变化,证实了风作用下塔线耦联体系中导线和塔之间能量传递规律。研究结果表明输电塔抗风设计中应该考虑动张力对塔线耦联体系作用的影响。

ACCC塔线体系在风荷载作用下的动力响应

以北卫碳纤维复合芯导线用于输电线路增容改造的实例为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立三塔四线的有限元模型,并通过Matlab模拟沿高度变化的Kaimal风速谱,得到作用于输电塔和导地线的脉动风速时程曲线。由于碳纤维复合芯(aluminum conductor composite core,简称ACCC)导线具有重量轻、强度大和弧垂小等特点,计算得出了改造前使用的普通钢芯铝绞线及改造后使用的ACCC塔线体系的位移随时间的变化规律,以及在档距和塔高各自变化的情况下ACCC塔线体系的位移和应力,并与工程实际的塔线体系进行比较。结果表明,ACCC导线用于输电线路上的优越性及改造后模型的合理性可以节省工程造价,为以后的设计提供参考。

分裂导线平均风荷载阻力系数干扰效应研究

分裂导线在不同风场条件下的阻力系数及干扰效应对导线风荷载的合理化设计十分重要。不同迎风角和雷诺数下分裂导线气动阻力系数特性及干扰屏蔽效应比较复杂。为了研究该干扰效应,设计长细比约为1∶30、长度约为1m的导线节段模型试验,获得导线平均风荷载阻力系数随雷诺数、尾流干扰的变化规律;进行了不同风速和迎风方向下4、6和8分裂导线节段模型平均风荷载阻力系数试验,总结了多分裂导线阻力系数的屏蔽效应规律特性。试验结果表明,多分裂导线气动阻力系数干扰效应明显,且不同迎风方式对风荷载影响较大,风荷载明显低于现行规范规定值。分裂导线风荷载合理化设计和计算应该重视迎风角度和干扰效应的影响。

基于导线动态张力的覆冰质量计算方法

输电线路覆冰是影响电网安全运行的重要问题之一,准确监测导线覆冰,可以有效预防覆冰灾害。自然界风对输电线路冰荷载的测量的影响不能忽略,输电线路拉力传感器测到的往往是导线冰风荷载,因此想要准确测量导线冰荷载就必须消除风荷载的影响。文章研究了基于导线动态张力的覆冰质量计算方法,在不使用导线角度参数的情况下,计算导线覆冰质量。通过导线力学分析,确定瞬时风荷载、冰荷载、温度变化与导线端部张力定量关系。将覆冰导线视为一个整体,提出风荷载系数Kf以计算不同覆冰情况下风荷载,以此为基础确定瞬时风下导线覆冰质量计算方法。进行野外覆冰试验验证方法有效性。研究表明:导线端部张力变化与瞬时风荷载、冰荷载、温度变化有关;风荷载系数与瞬时风速的三次多项式拟合度很高,随着风速升高,风荷载系数越小,并且逐步趋于稳定;风速相同时,风荷载系数与覆冰导线迎风面积正相关;无风及有风情况导线覆冰质量计算方法精度满足工程计算要求,当覆冰较薄,人为测量冰重误差较大,当覆冰较厚,绝缘子及金具上覆冰造成计算值误差较大。

风荷载作用下特高压变压器套管接线柱结构受力仿真与试验

为分析风荷载作用下引下线对特高压变压器套管顶部接线柱的作用效应,通过仿真分析与等效风荷载试验测试方法研究了端子板类型、引下线布置方式、跨点间距变化等影响因素对变压器套管接线柱应力作用。结果表明:在风速作用下套管接线柱是结构体系的受力薄弱部分,无法满足25.98 m/s风速作用的结构安全要求;仿真分析模型与试验测试结果误差在-9.06%~7.97%;采用一字型端子板、单引下线结构形式可降低34.60%套管接线柱受力。可见进行引下线结构体系优化,可确保变压器套管在户外环境下的安全运行。

覆冰导线动态风偏简化计算方法及影响因素分析

以导线在自重和平均风荷载作用下的静力平衡构型和几何刚度为基础,采用GLE(阵风荷载包络线)法推导了输电线路的等效静力风荷载计算方法。针对常见的圆形覆冰导线,基于规范中的单摆模型并引入高差修正系数和等效静力风荷载,提出覆冰条件下输电线路动态风偏角的简化计算方法,并与有限单元法时域分析结果进行对比,检验了该简化算法的准确性。覆冰导线的风偏受覆冰密度、厚度和风速等多参数的影响,采用该简化计算方法对某实际线路进行覆冰风偏的参数化分析,结果表明:覆冰密度较小时,风偏角随着冰厚的增加先增大后减小;覆冰密度较大时,风偏角随冰厚的增加单调减小。相较于无覆冰时,多个覆冰工况的风偏角偏大,在设计时需引起重视。

各国架空导线设计风荷载计算对比分析

对比现行国内外架空导线风荷载设计规范,结合具体算例分析了各国规范间的差异。相对于其他国家规范,我国规范风荷载设计值偏小,这主要是风振系数的差异造成的;在部分工况下,我国规范风振系数的计算值小于1,这意味着总的风荷载低于平均风荷载。

超(特)高压变电站高耸结构避雷针脉动风荷载模拟

近年来发生了若干起高压变电站高耸结构避雷针在风力作用下倒塌的事故,本文通过在事故变电站对季节性风进行实测,对随机脉动风速数值进行模拟分析,分别获得避雷针10、13、24、33、42、52m高度处脉动风速时程曲线及模拟谱、目标谱的对比。在得到风速时程曲线的基础上,对避雷针不同高度处的随机脉动风荷载进行了模拟。应用有限元分析软件对避雷针动力特性进行了仿真,表明避雷针在构架平面外的刚度要小于构架平面内的刚度,说明在风荷载作用下该类型避雷针更易于发生风来流方向的横向(构架平面外)振动。

基于耐热增容导线的输电线路抗风能力对比研究

开展了基于耐热增容导线的输电线路抗风能力对比研究,采用索单元建立了耐热增容导线的力学模型,进一步地采用非线性有限元方法构建了安装有用耐热增容导线的输电塔线体系有限元模型。以南部沿海某实际输电线路为工程背景,对比研究了采用耐热增容导线的输电塔线体系的抗风性能并与常规线路进行了对比。结果表明:采用耐热导线可以显著减小输电线路的风致响应。