结合MIDAS仿真和BP神经网络的输电杆塔基础滑坡风险评估

近年来,暴雨及洪涝等异常灾害使得滑坡现象频发,导致野外输电杆塔发生倾斜、位移及沉降,严重威胁电网安全运行。为解决现有输电杆塔基础滑坡风险评估方法存在的普适性差、主观性强等问题,本文构建了一种结合仿真计算和数据驱动的杆塔滑坡风险评估模型。首先,将杆塔基础荷载纳入杆塔基础滑坡影响因子,结合MIDAS软件仿真得到坡体安全系数。其次,基于卫星、气象等多源信息融合,提取8 个杆塔基础滑坡影响因子,搭建按误差逆传播算法训练的多层前馈（back prop-agation,BP）神经网络模型。最后,对比测试样本集安全系数的仿真结果与模型预测值,误差范围为0.01%~0.24%,并结合合成孔径雷达干涉技术 (interferometric synthetic aperture radar,INSAR)验证了模型有效性和可行性。研究结果表明利用该神经网络模型可实现对任意输电杆塔基础所在坡体安全系数的精准、快速预测,同时具有普适性强的特点,研究成果可为输电线路防灾减灾提供新思路。     

不同加载方式对输电铁塔风致响应的影响

为了评估高压输电塔线体系在强风作用下的安全性能,采用数值模拟方法研究不同建模思路对杆塔力学性能的影响。首先,采用ABAQUS软件建立了500 kV输电线路“一塔两档线”的有限元模型,并利用Kaimal谱模拟随机风速。然后分别建立塔线分离、塔线耦合动力加载方式和等效静力加载方式三种风致响应模型,研究典型工况下不同加载方式对杆塔力学性能的影响。结果显示,三种模型得到的危险区域均一致,只是最大数值稍有差异。塔线耦合效应会使杆塔的应力、位移响应波动频繁,采用动力学加载的结果数值均大于等效静力加载,但等效静载模型计算效率最高,可作为后续杆塔轴力计算和螺栓松动研究的优先选择。     

随机风作用下同塔四回输电杆塔安全性分析

针对蒙西地区220kV同塔四回路典型输电线路段,采用有限元方法模拟研究杆塔在随机风作用下的结构强度和疲劳寿命。利用ABAQUS有限元软件建立塔线耦合体系有限元模型,考虑蒙西地区地形特点,采用数值方法模拟生成随机风场,计算塔线体系的动力响应。根据计算结果确定杆塔的危险区域,建立该局部三维实体有限元模型,并与其他部分的杆梁模型组合为实体与杆梁混合模型。提取塔线体系在随机风作用下导地线挂点的支反力时程曲线,模拟实体与杆梁混合模型的动力响应。模拟研究了两种风速和不同螺栓预紧力情况下杆塔结构强度,并分析了随机风激励下杆塔的疲劳寿命。结果表明,螺栓的松弛对杆塔强度和疲劳寿命影响明显,可能是引起杆塔破坏的主要原因。     

输电塔-线体系覆冰增长动态响应分析

为了有效分析输电线路在覆冰作用下的正常运行情况,针对重覆冰区气象特征,结合旋转圆柱覆冰增长模型对覆冰区域进行12 h覆冰荷载及风荷载的计算;根据110 kV输电线路特征,采用梁杆分析单元,建立多塔塔-线耦合有限元模型;然后,基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS进行覆冰增长动态响应分析.研究表明：在12 h覆冰过程中,线路整体运行平稳,不会出现失稳倒塔现象;不均匀档距和高差在顺线路方向对杆塔影响较大,12 h覆冰过程中杆塔塔头最大应力分别超过标准杆塔7.6%和12.2%;转角由于横向力作用对杆塔扭转影响较大,12 h覆冰过程中转角10°和15°的杆塔塔身最大应力分别超过标准杆塔98.5%和192.4%;线路中不均匀档距、转角及高差产生的不平衡张力是导致杆塔变形增大的主要原因.分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和指导线路除冰.     

唐山地区220kV输电线路综合防雷模拟仿真研究

为研究220 kV输电线路易发生雷电跳闸事故的原因及其综合防治措施,通过对输电线路仿真建模,利用ATP-EMTP仿真计算输电线路的反击跳闸率,利用基于EMG电气几何模型开发的C++程序计算输电线路的绕击跳闸率,以唐山地区某220 kV输电线路为例,对输电线路各基杆塔进行雷击闪络风险评估及防雷风险等级划分,确定了输电线路9个易闪点杆塔;且针对雷击风险较高的杆塔,进行原因分析,因地制宜提出了具有针对性的各基杆塔防雷改造措施。结果表明,差异化防雷对提高输电线路耐雷水平作用显著,所开发软件可提高仿真计算速率。     

基于等效刚度的输电杆塔简化方法研究

本文提出了一种基于等效刚度的输电线路杆塔简化等效方法,并利用算例验证了该方法的正确性。基于ABAQUS有限元软件,采用本文提出的简化等效方法、精细化杆梁混合模型以及传统固定约束等效方法分别模拟研究了典型大刚度直线塔和小刚度耐张塔在舞动条件下的动态响应。模拟结果表明：对于刚度较大的输电杆塔,三种等效方法模拟得到的舞动垂直位移、水平位移、扭转角度和振动频率结果十分接近,误差不超过3.3%;而对于刚度较小的输电杆塔,本文提出的等效方法与精细化杆梁混合模型研究获得舞动幅值、振动频率同样十分接近,最大误差不超过10%,而传统的固定约束方法的扭转角度最大误差达到60.58%。因此,本文提出的等效刚度方法能准确有效反映出杆塔对导线振动特征的影响,可用于各种动载条件下导线动态响应特征的快速简化研究。     

输电线路防雷计算中的新杆塔模型

为了超高压输电线路防雷计算的需要,建立了新的杆塔模型,即多波阻抗模型.新的杆塔模型与传统的集中电感模型、单一波阻抗模型相比,既计及了杆塔参数随高度的变化,又包含了波在杆塔上的运动过程,因此其计算准确度有很大提高.实例计算结果表明:在超高压输电系统中,采用多波阻抗模型进行计算,塔顶电位更低,受接地电阻的影响较小;塔基电位的计算结果相差不大,受接地电阻的影响很大.     

探讨高压线路雷击杆塔感应过电压的仿真技术

本文介绍一种结合现代计算机及软件技术的感应过电压数字仿真方法,可以对雷击杆塔时感应过电压的幅值及波形进行仿真,获得更为;隹确的雷电过电压参数,为高压电网输电线路的防雷研究提供了有价值的参考。我国现行电力线路雷击感应过电压的计算规程已不适用于高压电网对雷击杆塔时的计算,需要对此作深入研究。     

输电线路耐张杆塔中心位移对线路安全运行的影响

阐述了输电线路施工中耐张转角杆塔中心位移对线路安全运行的重要性以及耐张转角杆塔中心位移的计算方法.     

基于阻尼耗能原理的高压输电塔风振抑制方法

由于输电线路的风致振动可降低输电杆/塔、导线和金具连接件的疲劳强度,严重时可导致倒杆/塔、断线等事故,对基于阻尼耗能原理的风振抑制措施进行研究.首先,采用有限元分析软件ANSYS,分析输电塔-线体系的风致振动响应;然后,提出基于阻尼器耗能原理的输电塔振动抑制策略,根据杆塔的结构特点,设计并比较分析多种阻尼器布置方案对风振的抑制效果.最后,在广东省某线路上实施该方案,在2012-08“启德”台风登陆期间,在9～10级台风(风速21～24 m/s)时,监测到输电塔的振动加速度.研究结果表明:将阻尼器布置在塔身中上部主材上可以更有效地消耗风振能量,控制风振幅值;采用该方案测得“启德”台风登陆期间输电塔的振动加速度下降60％～70％,为输电线路防强风灾害防治、提高线路容灾能力提供了一种有效方法.     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

基于BP神经网络的悬垂绝缘子串风偏角预测模型

利用有限元方法模拟不同导线型号、导线初始应力、档距、高差等结构参数的输电线路在随机风作用下的动力响应,得到悬垂绝缘子串的风偏角.进而基于有限元模拟结果和BP神经网络构建风偏角的预测模型,将导线型号、档距、高差、导线初始应力、基本风速、保证系数作为模型的输入,悬垂绝缘子串的风偏角作为输出,通过机器学习,并采用评价指标评估其准确性,对模型进行优化.该模型可以方便快捷地预测悬垂绝缘子串的风偏角,为线路塔头绝缘设计提供依据.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。     

张拉整体塔结构风荷载时程模拟及风振分析

为研究张拉整体功能性建筑，比较分析了5种不同的风速功率谱函数，得知张拉整体塔结构的风荷载计算在一定高度内可以不考虑风速谱的变化；模拟了张拉整体塔结构不同高度处的风速时程，并转化为风荷载时程；对在465 MPa初始预应力状态下的结构进行了风振分析，得知其风振响应较小；比较分析了不同初始预应力下结构的风振响应，得知3种杆件的动静比都随预应力增大而增大，在一定范围内的不同初始预应力下结构各节点最大位移基本相等．     

东海某风场4 MW风机塔筒结构疲劳特性

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。本文以东海某海上风电项目为例,建立塔筒结构三维精细化有限元模型,结合风速威布尔分布模型、雨流计数法和线性疲劳累积损伤法则,采用名义应力法计算塔筒的疲劳寿命,并与简化塔筒模型的计算结果进行对比分析,以期为风力机结构疲劳研究提供思路和参考。计算结果表明：通过划分风速工况来编制疲劳应力谱的方法是可行的;塔筒结构容易发生疲劳破坏的部位在塔筒中下部筒节之间的连接处及附近;在分析塔筒疲劳特性时采用壁厚随高度均匀变化的简化塔筒模型与精细化模型结果相差较大,会带来较大误差,因此建议建立精细化模型以合理预估风机塔筒疲劳寿命。     

典型塔式起重机塔架结构风致动力响应与疲劳分析

将谐波叠加法与自回归法相结合,构建了新型风时程混合模拟方法,数值模拟三维风速时程,并转为风荷载时程;针对典型塔式起重机塔式结构,建立参数化力学模型.基于Newmark-β方法进行结构风致动力响应分析.基于结构关键点的应力-时间历程并引入S-N曲线法,分析塔架结构的疲劳损伤效应.研究发现,塔架结构节点的风致位移响应、速度响应和加速度响应均较稳定且风致位移响应具有周期性特征,塔臂两端部和塔顶的风致位移和疲劳损伤较大.研究成果可为此类塔架结构的抗风设计提供技术支撑.