线路覆冰分层脱落动力响应的研究

覆冰线路脱冰方式影响着整个线路的动力响应.利用数值试验方法建立了4塔5线有限元耦合模型,覆冰模拟采用附加冰单元法.研究了中跨中部导线外侧的两层覆冰同时发生脱落和两层覆冰在不同时刻相继发生不同厚度脱落时体系的动力响应.分析结果表明,两层覆冰在不同时刻相继发生脱落比覆冰在同一时刻一次性全部发生脱落引起的线路回弹高度、不平衡张力和跨中导线张力的最大值分别减小24%,17%和14%左右.当导线运动至最低点而第2层覆冰发生脱落时引起的线路回弹高度最大.无论两层覆冰脱落的时间间隔多长,线路脱冰后最终都具有相同的稳定振动状态.当最外层覆冰厚度占覆冰总厚度的3/5左右时,分层脱冰对线路体系的影响最小.对覆冰分层脱落的研究结果表明,以往采用覆冰一次性全部脱落假设得到的线路脱冰荷载取值偏保守,尚有可供优化的空间.     

山区覆冰输电塔线体系风致不平衡张力的研究

针对5B-ZBC1输电塔,采用数值试验的方法研究了风速、初始风攻角、输电塔高差和导线覆冰厚度对输电塔纵向不平衡张力的影响.作用在输电塔线上的脉动风时程是利用谐波合成法生成,通过改变高差、覆冰厚度,获得了输电塔上纵向不平衡张力的变化规律.该规律表明,在一些情况下现行规范规定所计算的输电塔不平衡张力偏小.在此基础上提出了山区这类塔型在雪荷载和风荷载共同作用下的纵向不平衡张力的理论公式.该公式的结果与数值试验结果相比误差在±6%以内,具有较好的精度.     

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69 180.4 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。     

输电线路覆冰舞动研究综述

线路舞动是输电线路覆冰后常见的事故类型,对电力系统的安全稳定运行产生严重的影响;因此输电线路舞动的研究一直以来是研究的热点。舞动是覆冰导线在风激励下产生的一种自激振动,会引起输电线路跳闸,严重时引起断线、金具破坏甚至倒塔等严重设备故障,造成长时间停运。对输电线路舞动的影响因素、机理研究及防治方法等方面进行介绍和综述;并对现有研究进行总结,指出今后可能的研究方向。     

输电塔线体系多因素风致动力响应分析

目的研究塔线耦联效应、几何非线性和线路初始张力对塔线体系动力响应的影响,并揭示各因素作用下塔线体系动力效应演化机制.方法运用ANSYS软件建立精细化仿真模型,对比简化模型和三塔四线模型在风荷载作用下的动力响应;对不同呼高的铁塔进行静力pushover分析,研究几何非线性对铁塔抗风承载力的影响以及线路初始张力的变化对塔线体系动力响应的影响.结果塔线耦联效应对塔顶位移和杆件应力的均值响应影响很小,对其均方根影响很大;当铁塔高度大于40 m时,是否考虑几何非线性所得结果相差达到25%以上.结论简化模型只能反应输电塔位移和应力的均值响应,利用塔线耦联模型才能得到真实的动力响应;几何非线性对铁塔抗风承载力的影响随塔身高度的增加而增大;导地线初始张力的变化对其动力响应影响很小,可忽略不计.     

覆冰条件下酒杯型输电塔动力特性分析

覆冰环境中的输电线路对气候条件敏感,在极端天气条件下易发生倒塔事故.与其他结构不同,输电铁塔结构在不同的气象条件下,动力特性表现出较大的差别.以西南地区某500 kV大跨越酒杯型直线塔为研究对象,分析在是否考虑导线重量,不同覆冰厚度,是否考虑覆冰刚度的情况下,铁塔结构的动力特性.研究结果表明：铁塔覆冰对结构动力特性影响较大,不可忽略;当覆冰厚度较大时,可考虑覆冰对结构刚度的贡献.此结论可为高海拔地区的类似铁塔分析设计提供参考.     

输电塔线体系模态分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了一塔两跨的有限元分析模型,对该塔线体系的模态及固有频率进行了分析,发现绝缘子的结构型式会对输电线的面外振型产生影响,左相及右相导线的绝缘子可随导线面外舞动发生摆动,因此其面外振型可出现左右两跨整体的面外1个半波和3个半波,而中相导线的绝缘子不能发生面外摆动,因此其面外振型只是2个半波或4个半波;塔线体系中存在各相及各跨导线局部模态密集的动力学特性,当覆冰导线发生舞动时,该特性会对塔线耦合体系的受力、变形特征产生重要影响.     

输电线路脱冰跳跃高度的理论计算公式

将输电线的脱冰荷载视为一种突加动荷载,考虑阻尼的衰减效应,基于功能原理和能量守恒定律,推导了导线跳跃高度的理论计算公式.该公式揭示了脱冰跳跃的动力学本质,建立了跳跃高度与弧垂差的定量关系.算例分析表明,公式计算结果与有限元结果吻合良好,满足工程设计要求,可为输电线路设计提供理论指导.     

覆冰对某输电塔影响的研究

覆冰对输电塔的影响是通过整个输电线路上各方面因素共同作用的。不同的档距、高差、转角以及风载等因素都会使覆了冰的输电线路的稳定性遭到破坏,从而引起输电线拉断及铁塔倒塌。通过MSC.MARC软件建立了输电塔模型,根据覆冰载荷的计算机理,得到不同档距、转角及风速条件下,输电塔在各个冰厚载荷作用下所产生的等效应力以及输电线所受的拉力,并将各个冰厚载荷作用下的结果进行分析比较,总结出倒塔的主要原因。     

输电塔线体系分析方法现状及存在的问题

总结了两类常用输电塔线体系的分析方法在国内外的研究发展现状,对塔线体系运行过程中塔架各组成杆件受力特性进行了论述,并对输电塔架设计中采用的截面形式进行了分类比较.     

多点地震激励下考虑地形变化输电塔线体系的响应分析

分别建立了中塔位于谷地和峰顶的输电塔线耦联体系三维空间有限元模型,模拟生成考虑地形变化场地上的多点地震动,运用非线性动力时程分析方法,进行多点地震激励下地形变化输电塔线体系的地震响应数值模拟.考虑多点地震动中的行波效应、部分相干效应和局部场地效应.分析多点地震动中行波效应和局部场地效应对结构地震响应的影响,并将计算结果与一致激励下的结果进行对比.研究结果表明,无论输电塔位于峰顶还是谷底,受行波波速的影响很大,但两种模型受行波波速的影响程度不同,忽略行波效应可能低估体系的地震响应;随着场地条件差异变大,结构的地震响应变大,对于输电塔位于峰顶的响应放大程度要大于输电塔位于谷底,因此应该考虑局部场地效应的影响.     

输电塔-线体系风致响应的鲁棒半主动控制

为了抑制输电塔-线体系的风致动力响应,基于多目标优化理论设计了鲁棒H2/H∞控制器.在体系平面内、外振动状态方程的摄动矩阵中引入不确定性,运用MATLAB中的线性矩阵不等式工具箱并结合改进的限幅最优(MCO)控制器提出了H2/H∞_M CO半主动控制策略.以某特高压猫头型输电塔-线体系为算例,分别计算了其在无控制、被动控制、恒定增量(CI)半主动控制及H2/H∞_M CO半主动控制下的风致响应.结果表明:H2/H∞_M CO策略对塔体位移、塔体加速度和塔底内力的抑制效果比无控制、被动控制及CI控制的抑制效果都要显著.     

输电塔-线体系动力响应影响参数分析

对两相邻直线输电塔进行了非线性动力时程分析,分别分析了绝缘子长度、导地线初始应力和输电塔档距三方面对输电塔-线体系风振响应的变化规律.结果表明:绝缘子长度在6～7m范围内,导地线的初始应力为最大应力的55%左右时,两相邻输电塔的最大位移同时达到最小值,但塔架的最大速度、最大加速度在此过程中的改变量较小,变化趋势不明显;当输电塔的档距为400m时塔顶位移最大.     

考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析

为研究输电塔在土结相互作用（Soil Structure Interactions, SSI）和塔-线耦合作用影响下的抗震可靠度,提出了考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析方法. 建立考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统简化力学模型,推导其在随机地震作用下的运动方程. 基于随机函数-谱表示方法模拟随机地震动加速度时程,对耦合系统进行随机地震动力响应分析. 以基于GF-偏差点集的样本分数矩最大熵法估计随机地震响应极值分布,并求解耦合系统抗震可靠度. 选取工程中某特高压输电塔-线体系作为研究对象,对本文方法的有效性进行验证. 结果表明,当塔底地基土为软弱土时,考虑SSI效应后,塔顶位移响应极值增大约46.59%,加速度响应极值增大约17.43%,结构失效概率增加约70.32%. 考虑塔-线耦合作用后,塔顶位移响应极值减小约0.51%,加速度响应极值增大约1.74%,结构失效概率减小约15.71%. 对于考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统,塔底地基土越软,塔顶位移与加速度响应极值越大. 与蒙特卡洛法相比,本文方法求解的结构失效概率最大误差仅为9.97%,具有较高的精度和计算效率.     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

输电线风致响应的时频域特性风洞试验研究

通过单跨输电线气弹模型风洞试验,研究了单导线和4分裂导线的风振位移谱、气动力谱、气动阻尼比及风振系数特性,探讨了风速、导线分裂数及湍流度的影响. 结果表明：导线风振中多模态参与较为显著,其模态频率随风速增加而非线性增大,且高湍流时模态频率的增幅更明显. 导线响应谱能量随湍流度和导线分裂数的增加而增大,且多分裂导线和高湍流会使导线的振动能量向低频偏移. 导线气动力总响应中背景分量的占比整体随风速、湍流度的增加而增大,随分裂数的增加而减小. 导线气动阻尼比随风速和湍流度增加而变化的趋势不明显,其一阶模态气动阻尼比约为无风状态阻尼比的5~9倍,约为二阶模态气动阻尼比的2倍. 导线位移风振系数明显低于阻力风振系数,且两类风振系数整体随湍流度增加而增大.     

桅杆结构动力特性及风振响应实测

对一座 4 8m高三方五层纤绳的三角形断面格构式桅杆进行了动力实测 ,用加速度传感器分别测得在初位移激励和脉动风荷载下的结构响应 ,同时用风速仪记录了实测时的风速 .根据实测结果分析了该桅杆结构的动力特性和风振响应的特征 .结果表明弯扭振动为桅杆的主要振动 ;桅杆 1阶振型阻尼比约为 0 .0 31,高阶振型的阻尼比为 0 .0 15左右 .桅杆的自振频谱密集 ,结构风振响应具有明显的宽带特性 ,带宽参数为 0 .75～ 0 .89.由于桅杆的非线性特征 ,结构杆身在风荷载作用下的加速度响应为非Gauss过程 ,峰态系数都大于 3.0 .根据实测结果 ,对这种悬挂天线的无线电发射桅杆在分析和计算过程中应该注意的问题提出了建议     

特高压格构式输电塔线体系振动台试验设计

特高压输电塔线体系具有跨越档距大、塔体高的特点,进行地震模拟振动台试验测试时,现有结构试验方法难以完成.本文以特高压交流单回路输电线路工程为背景,设计制作了三塔两线体系缩尺模型,文中详细阐述了振动台试验的模型设计工作,其中包括试验材料的选取、动力相似关系的确定、模型的制作以及试验方案设计等方面.针对由强几何非线性的导、地线与弹性输电铁塔这两种不同形式的结构所组成的耦联体系提出了动力参数分离式模型设计方法,解决了塔线体系按统一比例无法满足振动台台面尺寸要求的问题.理论分析和实测对比验证了该模型较好地满足了振动台试验要求,该方法使得通过振动台试验研究特高压输电塔线体系的地震反应得以实现.     

水下拖曳系统缆–船耦合运动模拟

为进一步提高水下拖曳系统在不同情况下的预报精度,将水面拖船和水下拖缆视为一个相互影响的整体进行考虑,计入缆–船耦合影响及拖船自身机动影响,采用数值仿真方法探讨整个系统在桨、舵操纵等机动情况下的运动响应特征.采用经典的MMG模型和集中质量法分别描述水面母船的操纵运动和水下拖缆的动态运动,在此基础上建立船–缆耦合运动及动力边界条件将其耦合起来以形成整个系统的运动数学模型,并采用四阶龙格库塔方法积分求解.通过对比仿真计算分析了包括水面拖船在内的整个系统在各种情况下的运动响应.结果显示：当计入船缆耦合影响后,系统的速度和回转性能有所降低;水下拖缆在系统机动过程中因计入水面拖船而自身运动的影响也会表现出更为符合实际的运动特性.