Research on Transmission Line Tower Tilting and Foundation State Monitoring Technology Based onMulti-Sensor Cooperative Detection and Correction

The transmission line tower will be affected by bad weather and artificial subsidence caused by the foundation and other factors in the power transmission.The tower’s tilt and severe deformation will cause the building to collapse.Many small changes caused the tower’s collapse,but the early staff often could not intuitively notice the changes in the tower’s state.In the current tower online monitoring system,terminal equipment often needs to replace batteries frequently due to premature exhaustion of power.According to the need for real-time measurement of power line tower,this research designed a real-time monitoring device monitoring the transmission tower attitude tilting and foundation state based on the inertial sensor,the acceleration of 3 axis inertial sensor and angular velocity raw data to pole average filtering pre-processing,and then through the complementary filtering algorithm for comprehensive calculation of tilt angle,the system meets the demand for inclined online monitoring of power line poles and towers regarding measurement accuracy,with low cost and power consumption.The optimization multi-sensor cooperative detection and correction measured tilt angle result relative accuracy can reach 1.03%,which has specific promotion and application value since the system has the advantages of unattended and efficient calculation.

Dynamic Characteristics Analysis of Ice-Adhesion Transmission Tower-Line System under Effect of Wind-Induced Ice Shedding

The tower line system will be in an unsafe status due to uniform or uneven fall of ice coating which is attached to the surface of tower and lines.The fall of ice could be caused by wind action or thermal force.In order to study the dynamic characteristics of the self-failure of the transmission line under the action of dynamicwind load,a finite elementmodel of the two-span transmission tower line system was established.The birth and death element methods are used to simulate the icing and shedding of the line.Tensile failure strength is the shedding criterion for ice coating.The fluctuating wind speed time history of the tower line systemis first simulated,and then the fluctuating wind and the average wind are superimposed to generate the instantaneous wind speed and converted into wind load.The dynamic response of the transmission tower line systemunder iced coupling with different wind speeds and different thicknesses of ice coating was studied.This is the first attempt that the coupling dynamic response of the icing shedding and wind load for the transmission tower-line system is discussed in this paper.In addition,the dynamic characteristics of wind are included.In particular,the limiting mechanical conditions are considered.According to the simulation results,it is found:because of the ice shedding,the stress of the conductor changes obviously in the first 20 seconds,and the ground wire changes sharply in the first two seconds;the icing of the conductor(ground)wire is gradually deicing under the action of wind vibration;the displacement of tower top increases with the increase of wind speed and icing thickness.

The Integrated System of Aerial Photogrammetry and Tower Locations Optimization for Transmission Lines

This paper describes the functions and the features of the integrated system of aerial survey and tower locations optimization for transmission lines, which includes all stages from data acquisition, data transmission and data processing to automatic optimization of the tower locations and drawing. The paper also briefly describes the economic benefit gained from this system, and finally proposes the directions of the future development for this system.

First tower line using composite material commissioned in Jiangsu

On December 3, 2009, the upgraded 220-kV Mao-Qiang line of Jiangsu Lianyungang Power Supply Co. was put into operation. It is the first high voltage

Process Analysis of Double Circuit Transmission Line Trip-out on the Same Tower Due to Lightning

In recent years,several failures of double circuit transmission line on the same tower due to lightning were happened in Beijing power grid.Although it can be reclosed successful,the lightning strike caused a grave threat to the power grid security.The cause of the accident and the accident process were studied for the sake of further understanding of the impact of lightning on power grid.As an example,110 kV double circuit transmission line(Xilong-line) was analyzed.At first,the system topology was given.Through the analysis on relay protection actions and the fault recorder data,over voltage on the insulator strings was calculated.Based on the analysis and the calculation,accident cause and the process were presented respectively.Secondly,it comes to the conclusion that the lightning failure was caused by counterattack.The wave of the lightning over voltage would spread to the not grounded neutral point of the transformers,and make the neutral protective gap breakdown,then cause freewheeling with the frequency of 50 Hz.As results of the relay protection,the double circuit transmission line all tripped out.Finally,the causes of the accident were proposed that included terrain features,large corner towers,strong thunderstorm weather and poor grounded contact of the tower.

颗粒阻尼器对输电塔线系统减震性能研究

对输电塔线系统进行缩尺模型振动台实验,从时域和频域的角度,对比了调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器对输电塔的减震效果。利用ABAQUS建立了颗粒阻尼器控制输电塔线系统的离散元-有限元高精度耦合数值模型,对比了实验和模拟结果,并对塔线系统的耗能情况及颗粒阻尼器内部颗粒运动碰撞情况进行分析。研究结果表明:在地震激励下,颗粒阻尼器的减震效果较调谐质量阻尼器有更好的鲁棒性;该文所建立的颗粒阻尼器控制输电塔线系统模型能够良好地反映试件的动力特性和地震响应;在颗粒阻尼器的控制下,塔线系统总能量降低24.12%。当颗粒之间的碰撞次数和颗粒与容器的碰撞次数满足一定比例关系时,颗粒阻尼器能实现更优的控制效果。

不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研究

输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明:降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显;在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%;两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%;在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。

服役输电线路风致响应及寿命预测分析

庞大的输电系统是国家最重要的基础设施之一,确保其在长期风荷载作用下的安全性和可靠性,是应该重视的关键问题。采用Abaqus建立了输电塔线体系的精细化有限元模型,对风荷载进行了模拟,考虑受压杆件失稳,通过动力计算方法分析了塔线体系响应并据此确定了其薄弱位置。进一步地,以薄弱杆件的应力时程为指标,基于Miner线性准则描述的损伤规律,采用雨流法预测了不同风速下塔线体系的寿命;随后研究了风荷载模拟关键参数对结构预测寿命的影响,对线路进行整体上的评估。结果表明:以构件失效作为塔线体系结构整体破坏的准则,可为塔线体系的寿命预测提供一定的参考;结构的预测寿命主要由薄弱构件(变坡处主材)控制;此外,风荷载模拟参数对预测寿命有较大影响,持时不同预测寿命差距较大,Kaimal谱模型预测寿命比随机Fourier谱更偏于保守;粗糙长度与预测寿命负相关。

强风作用下带横隔面输电塔动力响应及破坏机理研究

增设横隔面是对输电塔结构进行抗风加固的一种简单有效方式,但增设横隔面后输电塔的动力稳定性变化和破坏机理差异尚未明晰。以某220 kV同塔双回线路ZY2输电塔为研究对象,通过建立输电塔线耦联体系有限元模型,对比了增设横隔面前后的单塔及塔线体系的模态差异,验证了在靠近塔腿节间的交叉斜材处增设横隔面对于输电塔局部振型的抑制作用。采用随机风场模拟,计算不同风速下不同塔段处斜材增设横隔面前后轴力响应变化,结合动力不稳定区域理论计算斜材动力稳定性参数,将其与动力不稳定区域绘制在同一参数平面内并根据某一风速下斜材是否进入动力不稳定区域,来判断不同塔段处斜材增设横隔面前后的失稳风速。结果表明,合理增设横隔面最高可将杆塔破坏风速提高3 m/s。

下击暴流作用下羊角型输电塔的风振动力响应与倒塌破坏分析

输电塔是典型的风敏感结构,易受下击暴流极端强风的影响,导致输电塔倒塌、线路受损等风害故障频发,造成巨大的经济损失。为分析下击暴流作用下输电塔倒塌破坏的原因,根据马鞍山地区一次下击暴流事故中的实测气象数据,以事故中整体倒塌破坏的羊角型直线塔为典例,建立“一塔两线”有限元分析模型,分析下击暴流0°、45°、60°、90°风向角作用下输电塔体系的动力响应,探究下击暴流不同风向角作用下羊角型直线塔-线体系的受力特点、薄弱部位及破坏机理。研究结果表明:90°风向角是直线塔-线体系抗下击暴流作用的最不利工况,是导致直线塔-线体系倒塌破坏的主要原因。下击暴流作用下羊角型直线塔-线结构体系的倒塌破坏是塔腿主、斜材失稳所引起,在抗下击暴流设计时应加强塔腿部位。

±1100 kV特高压输电塔线体系风振响应分析

为研究角度风下长横担输电塔线体系动力响应,采用有限元时程方法分析准东—华东±1100 kV特高压输电线路单塔及塔线体系风振响应。首先,利用线性滤波法计算得到三维脉动风速场,并结合准定常理论得到单塔及输电塔线体系脉动风荷载。其次,建立单塔及输电塔线体系有限元模型,利用模态分析方法计算结构的动力特性,研究导地线及长横担结构对输电塔动力特性的影响。最后,利用有限元时程方法对单塔及塔线体系进行动力分析,研究了风向角、长横担结构及塔线耦合效应等因素对结构动力响应的影响。结果表明:长横担结构会导致扭转频率降低,扭转振型出现顺序前移;塔线耦合效应降低了塔架结构自振频率,提高了结构阻尼比;根据位移均值计算结果,最不利风向角为15°和75°;根据扭转角均方根计算结果,最不利风向角为0°;单塔顺风向响应主要受背景分量和1阶振型的影响,塔线体系还受到导地线低阶共振分量的影响,扭转角主要受扭转1阶振型影响。

考虑SSI的滑坡区输电塔线体系安全性分析

为探究边坡变形对输电塔线体系安全性的影响规律,以位于滑坡体上的某输电塔线体系为研究对象,采用有限元数值计算方法,考虑塔线耦合作用、土-结构相互作用(SSI)以及边坡变形程度与方向的影响,建立了输电塔线体系整体有限元模型,探究了塔线体系受力特性对边坡变形的响应规律,提出了可用于评估滑坡区输电线路安全性的2个参数,即铁塔塔腿支座位移以及塔腿根开变化值。结果表明:在典型边坡变形作用下,上部塔线体系的失效以第一横隔面以及导线悬挂点附近主材、交叉斜材等杆件的屈服为标志;边坡变形角度对塔线体系失效特征的影响不大,但对其抗边坡变形能力的影响显著;总体来看,塔线体系承受一定倾角边坡变形的能力远小于承受水平地表变形的能力,其中大部分情况下只能承受水平地表变形工况下塔腿支座变形的70%~80%,拉伸变形工况下只能承受水平地表变形工况下塔腿支座变形的60%左右。研究结果对滑坡区输电铁塔的安全防治有指导意义。

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。

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。

基于POD-ANNS的架空输电线路舞动响应预测

针对塔线体系下覆冰八分裂导线的舞动特性,通常采用有限元法(FEM)获取舞动响应,但是FEM往往会花费大量时间,获取舞动响应的时间成本巨大,有限模型搭建难度大、类型繁多,同时也必须考虑动力学求解中计算不收敛等棘手问题。因此,获得不同参数、工况下的舞动响应比较困难。该文提出了一种混合代理模型,该模型能基于本征正交分解(POD)和人工神经网络(ANNS)实现舞动响应的快速预测。将FEM得到的舞动响应组合成快照矩阵,然后基于POD方法得到快照矩阵的POD模态基系数和POD模态;使用3种代理模型(BPNN、RBFNN、CNN)预测POD模态基系数,线性组合预测的POD模态基系数和POD模态,实现舞动响应的快速预测;还对比了3种混合模型下(POD-BPNN、POD-RBFNN、POD-CNN)的预测误差,预测时间。结果表明:3种混合模型均能快速、准确地得到目标响应,并且POD-RBFNN混合模型的误差更小;快照数量达到60个,基本可表征出全部样本的特征。

基于非线性结构分析的架空输电线路风致位移响应研究

高压输电线路的稳定性和可靠性是影响电网安全稳定运行的重要因素。因此,开展输电塔线体系的风致响应研究,一直是输电工程技术领域的研究热点。以220 kV输电线路为例,进行了脉动风场的数值模拟,分析了塔线体系的振动形态,重点研究了风载荷作用下导线的振动形态以及在不同工况下由导线振动引起的位移变化。深入分析了输电线路的瞬态动力学响应,包括对架空输电线路的模态分析、风载荷下的振动过程以及不同工况下塔线的位移变化。结果表明:铁塔与导线的振动主要为一阶模态、二阶模态低频振动;导线的振动模式主要影响塔线体系的振动,不同时刻下振动位移的最大值对系统安全运行有更严重的影响。研究分析结果对输电线路的防风抗灾、安全稳定运行具有指导意义。

±800 kV特高压输电塔动力特性分析

针对在输电塔杆塔结构设计和动力特性的研究中难以通过理论分析和数值模拟准确获得塔身动力响应的问题,基于±800kV特高压直流输电工程直线塔,建立塔-线-基础体系有限元模型,采用p-y曲线法建立离散非线性弹簧模拟土体对结构的影响,对比分析了单塔、三塔两线、塔-线-基础体系等不同计算模型的特高压输电塔的动力特性,并与现场试验结果进行对比。结果表明,输电线的质量和刚度对输电塔的动力特性有一定的影响,塔线耦合作用不可忽略。考虑桩-土相互作用使输电塔自振频率降低。与单塔模型相比,塔-线-基础体系模型计算得到的频率相对较小,与实际测试频率更为接近,验证了塔-线-基础体系模型的合理性。

输电线路防外破杆塔状态监测系统设计

以杆塔使用状况监测为例,开展输电线路防外破监测系统设计。针对现阶段杆塔状态开展监测,深入探讨处理器与传感器的选型及注意事项,提出合理的系统设计。选择ARM处理器作为杆塔前端监测系统的核心组件,前端操作系统核心部分为STM32F4处理器,以MDK-ARM构建集成开发环境(IDE)实现系统建设。设计包含系统构建、倾斜测试、无线传输等。选择具备多频段GSM/GPRS的G510模组进行测试。测试结果表明,当杆塔倾斜角增大达至阈值时会触发报警,数据会被传输到云服务器与手机,有效提高了杆塔状态监测效率,具有很好的实际应用价值。

35 kV交流输电线路直线塔无人机巡检自动化控制系统设计

为解决35 k V交流输电线路直线塔巡检无人机自适应能力差,导致巡检作业易出错中断的问题,该文设计一种新型无人机巡检自动化控制系统。此系统由MPU9250九自由度惯性传感器、加速度计、磁力计,采集输电线路直线塔无人机巡检状态数据,通过积分法、三角函数关系、倾斜补偿方法,解算获取直线塔无人机巡检的姿态、速度、位置数据信息;使用基于模糊PID的自动化控制器,计算无人机巡检的姿态、速度、位置偏差与偏差率,自动调整无人机旋翼转速,控制无人机巡检状态,完成35 kV交流输电线路直线塔无人机巡检自动化控制。实验中,此系统使用下,无人机巡检状态与指定轨迹一致,俯仰角、横滚角、航向角偏差值为0°。

场地相关的非平稳相干函数及其工程应用

依据蒙特卡洛方法和连续小波变换得到非平稳相干函数,采用四阶傅里叶级数拟合非平稳相干函数,分析场地条件和站点间距对参数的影响,验证模型有效性,并合成多点地震动。以一输电塔线体系为研究对象,对比分析了一致与非一致地震激励作用下输电塔最大层间位移角,研究结果表明:①建立的傅里叶非平稳相干函数模型,能够较好地模拟相干函数非平稳特性及场地变化,且拟合精度较高;②场地条件影响傅里叶非平稳相干函数模型的五个参数,站点间距影响傅里叶非平稳相干函数模型的三个参数,应考虑场地条件和站点间距的影响;③与一致地震激励作用输电塔最大层间位移角超出限值的极限峰值加速度相比,非一致地震激励作用下的极限峰值加速度较小,表明输电塔较早发生破坏,输电塔线体系地震响应分析应考虑非一致地震激励的影响。