变电构架避雷针结构风振响应分析与减振优化研究

针对烟台某变电站构架避雷针在风场作用下产生的涡激振动等异常振动问题,该研究通过数值模拟进行避雷针结构的风振响应分析,并探讨相应的减振优化方案。首先,利用现场实测数据获取变电构架避雷针的基本动力特性,并根据目标谱拟合方法模拟脉动风的荷载时程,为后续动力响应分析提供基础。其次,基于这些数据,建立精细化的有限元模型,对结构的动力特性进行分析。针对避雷针结构的特性和调谐质量阻尼器在避雷针结构中的不同安装位置,提出3种不同的减振控制策略。通过在脉动风下进行时程反应分析,检验不同策略下结构的响应,并进行参数化分析。结果显示,基于实测数据的精细化有限元模型能够准确模拟结构的动力特性,随着质量比的增加,调谐质量阻尼器的控制效果逐渐提高,但增长率逐渐减小;在相同质量比下,同时控制避雷针一阶和二阶结构频率的策略比仅控制单一频率更为有效。通过该研究,对于变电构架避雷针的风振响应与减振优化提供全面深入的探讨,并为类似问题的解决提供有益的参考与启示。

特高压变电站主变构架避雷针设置可行性研究

针对特高压变电站防直击雷保护方案的选择,通过在CDEGS软件中对某特高压变电站主变压器构架避雷针及接地系统的建模仿真,得到直击雷发生时主变附近电气设备的绝缘裕度。并在此结论的基础上对主变构架避雷针设置的可行性进行分析和探讨,为后续建设的特高压变电站防直击雷保护方案提供建设性意见。

基于双向流固耦合的构架避雷针风振响应分析与减振优化设计

以某500 kV高压变电站典型圆钢管构架避雷针结构为例,建立避雷针风振响应分析的模型,采用双向流固耦合方法模拟分析了避雷针的顺风向及横风向风振响应,并采用外附螺旋导板的方法对其横风向风振响应进行了减振优化设计。结果表明:圆钢管构架避雷针因具有细、柔的上部结构特点,其顺风向和横风向的风振响应较为突出,尤其是横风向风振响应在某些条件下甚至占据主导地位。就该研究分析的构架避雷针而言,当来流风速为12.64~25.30 m/s时,结构会产生横风向涡激振动“锁定”现象,而且其最大共振响应(对应风速为18.97 m/s)甚至超过设计基本风速(23.83 m/s)作用下结构的顺风向风振响应值。实际设计时,可考虑在构架避雷针顶部外附螺距为8 D、覆盖率30%的螺旋导板,以有效控制其横风向涡激振动。

变电构架避雷针结构的风致动力响应与加固分析

以某500 kV变电站构架避雷针结构为背景,建立了典型构架避雷针结构的有限元模型,对其进行模态分析、频域内的谐响应分析和不同风向角下结构的动力响应分析并与单根避雷针进行了对比。结果表明:设置避雷针的变电构架模态频率分布较为密集,振型主要以避雷针的局部振动为主。在设计风荷载作用下,典型构架避雷针整体结构的中间避雷针受力较为不利,避雷针和横梁的相贯T型节点处以及中间变截面处应力水平较高,说明其构造不合理,需要对上述部位进行加固处理。对比加固前后结构的风振动力响应可知,在T型节点处设加劲肋可有效减轻避雷针和横梁相贯节点处的应力集中现象。对比相同工况下结构的动静力计算结果,建议按照现行规范设计构架避雷针结构时,将拟静力分析结果乘以一个动力放大系数,以策安全。

强风作用下构架避雷针结构受力性能分析

针对变电站构架避雷针结构,基于流固单向耦合原理,探讨风速和风向角对避雷针结构整体受力性能的影响。分析结果表明:风向角不变的前提下,风速对结构整体受力性能影响较大,结构二阶效应明显加剧;风速不变的前提下,风向角对结构整体受力性能影响明显,尤其以90°最为不利;设计风速超过35 m/s时,建议采用二阶弹性分析方法。

高压变电站构架避雷针结构承载力分析与加固研究

建立了典型构架避雷针结构的ANSYS有限元模型,对其进行设计荷载组合工况下的静力承载力分析和风致动力响应分析。结果表明:典型构架避雷针结构T型相贯节点处由于构造缺陷易出现应力集中问题,在该区域设置加劲肋可显著降低相贯节点区的应力水平,有效缓解应力集中问题。现行规范拟静力方法设计的构架避雷针结构是偏于不安全的,实际设计时,建议将规范拟静力方法得到的结果乘以相应的动力放大系数δ(就本算例工况而言,建议取δ≥1.6)以考虑脉动风对结构的不利影响。

变电站构架避雷针风振响应分析

为明确变电站构架避雷针结构的风振响应特点以及风振系数取值,以一座单跨和三跨构架避雷针结构为例,在结构表面脉动风场模拟的基础上,进行了多风向和多场地类型的风振响应时程计算和风振系数分析。研究发现,构架避雷针结构的平面内外刚度相当,双向基频也基本一致,但由于平面外将承受较大的横梁荷载,故平面外风向是其最不利风向。尽管单跨和三跨结构的基频基本一致,但前者的共振效应较后者明显偏大,说明不能完全根据基频判断结构风振效应的大小,还应考虑各自模态的特点。根据结构设计原则和各响应的风振效应特点,应以弯矩而非传统的位移作为风振系数评价指标,由此所得结构风振系数在A类和B类场地均在2.0以上,已超过现行设计规程取值。研究结果为结构设计和规程修订提供了参考。

连体构架避雷针风振计算的简化方法

为简化构架避雷针风振时域计算从而有效降低计算耗时,以单跨和三跨构架避雷针结构为例,根据构架体系的结构特性和风振特点,提出一种简化计算方法,即对每个塔架单独建模并考虑结构刚度和质量系统的一致性和横梁荷载的等效加载,从而对每个塔架单独进行动力计算,并对这种简化方法的合理性进行了验证。研究发现,构架避雷针的频率较小,风振效应较为显著,但在各方向均以一阶振型为绝对主力;构架避雷针的塔架在平面外的荷载耦联效应极小,平面内也仅表现有位移均值的耦联效应:这两个结构特性也为风振简化计算提供了便利。对每个塔架的简化模型,通过在塔架与原横梁连接处设置弹簧和附加质量来实现对原结构一阶振型的等效,并通过影响线法将横梁分布风荷载等效为塔架的集中荷载。由此简化方法所得的结构风振静动力响应结果均与原始结构有良好一致性,并且计算效率得以显著提升。

某变电站构架避雷针腐蚀失效的原因

针对变电站构架避雷针普遍出现锈蚀失效这一现象,采用扫描电镜、离子色谱、X射线衍射及电化学测试等手段,观察了避雷针的腐蚀形貌,分析了锈样成分,考察了其电化学特性,进而剖析避雷针的腐蚀过程及失效原因。结果表明:避雷针外壁腐蚀轻微,但中空的内壁发生严重锈蚀,腐蚀破坏是由内向外发展的。雨水由焊接缺陷点渗入且不易排出,导致避雷针内壁长时间处于潮湿环境,是诱发内壁基材高速腐蚀的主因;而生成的Fe_3O_4锈层具有大阴极作用,可促进基体腐蚀,从而进一步加快了内壁失效速率。避雷针腐蚀失效集中于内壁,具有很强的隐蔽性,需引起足够重视。

强风低温环境下构架避雷针设计

本文首先对西北地区已发生的3起避雷针坠落事故进行初步分析研究,结果表明风致疲劳破坏是引发避雷针坠落的主要原因;接着对比了单钢管式和格构式避雷针的结构特点、钢材用量,论述了在强风低温地区应优先采用格构式避雷针;最后从构架避雷针的高度、悬臂长度、型式、法兰形式、材料质量等级选择及螺栓要求等方面提出了设计指导原则,以供设计人员参考。

变电站构架避雷针测量方法研究

构架避雷针是高电压等级变电站防止直击雷的重要设施,然而它的倾覆将给变电站的安全运行带来严重的次生灾难。需找到测量构架避雷针倾斜的方法,对枢纽变电站安全运行至关重要。本文通过空间几何变换,将针尖与底座变换成地面上等效的两点,这样就可以带电测量避雷针偏移量。在实验室,将本文方法与实验室方法对比,验证了方法的正确性;在变电站,通过实测500kV颍州变构架避雷针,验证了方法的可行性。

风害区域750kV变电站构架避雷针变形分析及应对措施

我国西北地区风害严重,直接威胁着区域输变电设备的运行安全。在详细调研新疆风害地区750kV变电站构架避雷针变形倾倒事故的基础上,分析了风害区域构架设备变形的原因:1)涡激振动导致避雷针的法兰螺栓断裂或者松动;2)避雷针的法兰焊接质量不合格,风力作用导致局部应力集中,从而产生局部裂纹;3)设备应力集中断裂为疲劳断裂,后期发展为脆性断裂。根据这些分析结果,提出了构架避雷针的抗风措施。

构架避雷针折断原因分析及对策

对一起构架避雷针折断事件进行了分析。通过材料分析和建模仿真分析,发现故障是由于设计的构架避雷针柔性法兰结构应力不足,在长时间交变风载荷作用下发生断裂。针对此次事件,提出了该结构避雷针的加固措施和改进设计方案,以确保构架避雷针安全可靠运行。

变电站构架避雷针结构相贯节点承载力试验研究

以某500 kV变电站构架避雷针结构为例,开展原构架避雷针相贯节点的足尺静载试验,分析其承载能力及节点应变分布特点,在此基础上进行加固相贯节点的足尺静载试验,对比分析加固前、后构架避雷针相贯节点的承载性能。研究表明:原设计构架避雷针相贯节点抗弯能力较差而且构造不合理,在平面外弯矩作用下易产生沿焊缝的撕裂破坏。通过在避雷针与横梁相贯节点区增设加劲肋,节点区的应力集中现象得以有效缓解,加固相贯节点的承载能力和抗弯刚度均显著提高。

基于临界风速的高压变电站避雷针涡振分析

对新疆某高压变电站避雷针倒塌事故,在难以通过风洞试验和数值模拟进行研究的情况下,根据当天风速资料和结构涡振的临界风速及对应雷诺数,对其发生涡振的可能性进行了分析。结果表明,在事故发生时段的风速下,结构只可能发生高阶模态的局部涡振,但这样的涡振出现概率较小,也难以带动整个结构发生涡振,且运营过程中整个变电站众多避雷针中未见有涡振现象,因此难以认为结构破坏是涡激共振导致的。

避雷针构架结构端板连接高强螺栓常幅疲劳性能试验研究

为研究避雷针构架结构端板连接处高强螺栓的疲劳性能,对材质为35K的8.8级M24高强螺栓进行了3个试件的静力拉伸试验和15个试件(应力比为0.5)的“轴心拉-拉”常幅疲劳试验.拟合了应力-循环次数曲线(即S-N曲线),选取典型试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与《钢结构设计标准》中疲劳相关条文进行了对比分析.结果表明:疲劳试验数据整体较为离散,但均在95%置信区间内;拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;试件缺口效应明显.尤其在螺栓螺纹齿根处,应力集中程度严重,点状疲劳源易扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显.对比试验结果和标准建议公式计算结果,2×10;次循环次数对应疲劳强度为标准建议值的1.71倍.