覆冰舞动下500 kV猫头铁塔损伤分析及改造技术

500kV猫头塔在我国超高压输电网系统中发挥着重要的作用,但其在覆冰舞动条件下的倒塌事故频繁发生。针对覆冰舞动条件下输电铁塔杆件内力的准确计算问题,本文首先引入超静定结构的概念,提出了一种基于n次超静定结构的杆塔内力求解方法;然后根据导地线参数推导出了覆冰舞动条件下挂线点的受力情况;最后基于铁塔桁架结构和载荷分布的对称性,将全塔模型简化为1/4模型进行内力计算,并对螺栓组的连接强度进行校验。以500kV宜兴Ⅰ回线路141#为例,对新方法的计算准确性进行验证。结果表明：内力计算值与仿真值之间的偏差均小于10%;采用新方法能够实现薄弱点的准确定位,并对薄弱点周围的螺栓组采取补强措施。该研究对今后的舞动区铁塔设计和改造具有一定的指导意义。     

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.     

高压输电塔线体系风冰振动力特征分析

以安徽省六安市某输电塔为例,利用大型有限元软件ABAQUS6.9建立了输电塔架以及输电塔线体系的力学模型。分别对其进行计算分析,得到如下结论：输电塔线体系的振动表现为导地线的弦振动为主,振动时高阶振型均表现为导地线的一次弦振动。导地线振动时其内部产生张力,带动输电塔架的振动,塔架振动产生的位移与导地线的位移叠加,又会引起导地线内部应力的变化;输电塔线体系的覆冰,增大了塔线体系的质量,限制了塔线体系的振动,使得其振动的周期增大,自振频率减小。     

500kV-JZ_(11)直线塔地线支架结构改造

为分析500kV-JZ11直线塔地线支架受损垮塌的原因,提出加固改造的方案,对事故现场进行了调研;基于有限元法(FEM),运用ANSYS软件对JZ11直线塔地线支架进行了特征值屈曲分析。结果表明:该地线支架屈曲荷载为43 286N,极限覆冰厚度为28mm,地线支架因覆冰超载而垮塌。针对地线支架结构薄弱点,在原支架基础上增设附属支架,构成组合式双地线支架结构,并进行了校核。结果表明:组合式双地线支架结构承受最大拉应力和最大压应力分别为142和162MPa,均未超过其角钢的抗拉强度(310MPa)和抗压强度(210MPa),满足机械强度要求。     

高压输电铁塔有限元模型的环境灵敏度分析

基于随机响应面法建立了高压输电铁塔灵敏度分析模型.利用BoxBehnken设计法,选取风速和覆冰厚度作为灵敏度参数,用随机响应面法将其隐式的灵敏度响应函数转换成显式函数,利用有限元计算结果验证所得显示函数正确性,并得到风速、覆冰厚度对输电铁塔不同位置的响应面图,可以直观分析出灵敏度及其变化.利用得到的显示函数,可以数值化风速及覆冰厚度对输电铁塔的影响率及变化率.证明响应面法在输电铁塔有限元模型灵敏度分析方面的应用价值,为以后更多交叉响应参数的灵敏度计算提供参考.     

江西省输电线路常见鸟类习性分析

2011年11月—2017年5月,采用样线法、样点法和随机踏查相结合,对江西省输电线路导地线和铁塔上停留的鸟类种类、数量和生态习性进行调查.共记录到栖息在导地线或铁塔上鸟类49种,其中国家I级重点保护鸟类2种,国家II级重点保护鸟类3种.导地线和铁塔上出现频率较高的鸟类达20种,以中小型鸟类为主.鸟类生态习性多样,活动生境较为相似,以山丘森林和田野村落为主.调查发现,发生输电线路故障概率较高的鸟类为黑领椋鸟、丝光椋鸟和东方白鹳等.鸟类居留型以留鸟为主,区系以东洋界最多.一些数量等级低和濒危程度高的涉禽往往具有较高的扩散能力.并就如何减少输电线路涉鸟故障提出了一些建议.     

输电线路导地线和金具极限状态设计参数研究

考虑到安全系数设计法存在的许多问题,为了保持设计的统一性,同时与国际接轨,采用可靠度设计法对输电线路的导地线和金具进行设计。通过对按现行国家标准GB50545—2010和行业标准DL／T5154—2012设计的导地线和金具进行可靠度校准,选取目标可靠指标计算得到导地线和金具极限状态的荷载和抗力分项系数。研究结果表明,对于导地线,当恒荷载与风荷载组合时,弧垂最低点和悬挂点的平均可靠指标分别为4372和3968;当恒荷载、风荷载和覆冰荷载组合时,弧垂最低点和悬挂点的平均可靠指标分别为3157和2898。金具的平均可靠指标为399。导地线抗力分项系数γR的均值为1084,恒荷载分项系数γG的均值为1072,风荷载分项系数γW的均值为1828;金具抗力分项系数γR′的均值为1165,导地线竖向荷载分项系数γQ3的均值为1062,导地线风荷载分项系数γQ5的均值为1797。若采用基于可靠度理论的设计方法,建议导地线各分项系数取γR=11、γG=12、γW=18,金具各分项系数取γR′=12、γQ3=12、γQ5=18。     

微气象区500 kV输电线路抗冰能力校核分析

针对覆冰后输电线路及杆塔的受力情况问题,采用传统导线受力计算模型对连续两次发生覆冰跳闸的500kV线路进行抗冰能力校核,研究了覆冰跳闸前后导线荷载、线间距离、不平衡张力以及脱冰跳跃幅值的变化情况。通过覆冰荷载模拟实验,结果表明:OPGW光缆覆冰过载能力低于地线5mm,且受导电率影响较大;不均匀覆冰后地线的不平衡张力易整体超标,而导线仅在耐张塔两侧超标,且主要受力杆件为耐张塔横担主材;在档距大于550m时,脱冰跳跃的相间净空距离即可引起导线间隙放电。     

污秽覆冰绝缘子动态闪络特性分析

为研究在污秽与覆冰共存条件下的绝缘子动态闪络特性,基于FXBW4-10/100悬式复合绝缘子,通过覆冰水电导率方法模拟了覆冰绝缘子污秽,记录了局部电弧起弧位置和局部电弧形成至发展为沿面闪络的过程,得到了不同污秽程度下覆冰绝缘子的闪络电压变化规律。并建立了覆冰绝缘子动态闪络模型。结果表明:随着覆冰水电导率的增大,绝缘子闪络电压先下降后趋于稳定;闪络过程中,绝缘子上下钢脚处最先起弧;无冰区的存在严重畸变了绝缘子沿面电位分布,无冰区长度越短,畸变越明显。     

浅析送电线路覆冰防治措施

送电线路的覆冰灾害常常给国家造成巨大的损失,给人民的生产生活带来极大的影响。送电线路的覆冰和积雪严重威胁着电力网络及设备的安全运行,线路犬面积覆冰常导致一些输电铁塔不堪重负而倒塔断线,使电力设施遭到毁灭性破坏,对电力系统的安全运行产生严重危害。本文主要对35kV送电线路故障线路的抢修,分析总结出其故障起因及修复方案,希望对以后有效预防该类故障,提高电网安全运行有所帮助。     

考虑脱冰速度效应的输电线路脱冰模拟

输电线路的脱冰将对相邻塔产生纵向不平衡张力,严重威胁到输电线路的安全。提出输电线覆冰脱落的有限元模拟方法,与以往的模型试验结果进行比较以验证该方法的准确性,分析导线和地线整档同时脱冰产生的系统响应,最后针对导线的unzipping形式脱冰分析脱冰速度对响应的影响。本文的算例发现,地线整档同时脱冰将产生比导线整档脱冰更大的纵向不平衡张力。在unzipping形式脱冰分析中,脱冰速度越慢,系统响应越接近于静态卸载;脱冰速度越快,系统响应越接近于整档同时脱冰。     

冰灾给电网运行带来的危害及预防措施研究

2008年的南方特大冰灾使大量输电线路覆冰断线、铁塔倒塌，造成很多地区出现大面积停电事故，引起了供电部门的高度重视。主要分析了冰雪灾害对电网设备如输电线路、通信光缆、绝缘子、金具等的危害，在此基础上提出了防治措施，以提高电力系统的抗灾能力。     

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。     

特高压输电线路导线脱冰跳跃动态特性

覆冰导线脱冰会引起导线的剧烈运动,使导线跳跃上下摆动,对输电线路造成危害很大的机械和电气事故。建立了3自由度多档导线模型分析特高压输电线路脱冰跳跃问题,研究了覆冰厚度、脱冰量、档距大小、耐张段中档数、导线悬挂点高差、不均匀脱冰等因素对导线脱冰跳跃的影响,对特高压输电线路导线排列、铁塔选型、档距配置的设计有一定的参考价值。通过大量的计算,静态纵向不平衡张力换算为动态纵向不平衡张力的冲击因数可取为1.8,留有了一定的裕度,能够满足工程实际的需要。     

高海拔山区输电线路抗冰主动防灾关键技术研究

输电塔线体系是输电线路的主体,是远程电力传输的主要载体,它是由输电铁塔、导线、地线、光缆、绝缘子、金具等组成。如果线体覆冰就会对引起导线、金属、绝缘子及杆塔的应力超过其极限强度,或者由于输电线路不均匀覆冰、脱冰不平衡张力造成倒塔事故,这种事故在高海拔、低温、终年积雪的地方尤为频发,该文通过分析冰雪对山区输电线路的危害,阐述几种有效防冰抗灾的措施,为提高山区输电线路防冰抗灾能力提供一些参考。     

风力机叶片表面覆冰影响因素分析

我国低温高海拔地区的风能资源十分丰富，风力机在该环境下运行时会产生叶片表面覆冰现象，不仅降低风力机的发电效率，严重时会影响结构安全性能.采用Fluent与FENSAP-ICE相结合的方法对风力机叶片表面覆冰问题进行数值模拟分析，明确环境温度、来流速度、水滴等主要环境因素影响下叶片表面覆冰发展规律.结果表明，环境温度从-5℃降低到-20℃的过程中，覆冰质量随温度的降低呈线性增长，增长幅度约为0.74 kg/℃;当温度继续降低时，覆冰质量增长幅度降低为0.228 kg/℃.来流速度、空气中水含量(LWC)与水滴直径(MVD)的增加均使覆冰质量呈线性提高，覆冰质量增长幅度分别约为0.236 kg·s/m、8.529 kg·m³/g、0.512 kg/μm.降低环境温度、增大来流速度和LWC会增加叶片覆冰面积，但增大MVD会使覆冰面积减小.     

采用基本环境参数的导线覆冰预测方法

风速、温度、空气中液态水含量和水滴中值体积直径等4项参数是影响导线覆冰的主要环境参数。根据空气中水滴运动、碰撞和冻结进而形成导线覆冰的过程，基于流体力学和热平衡建立了“四参数”导线覆冰模型，通过数值计算详细分析了各个环境参数对导线覆冰增长速率的影响特性，并结合线路实际监测数据分析并拟合了液态水含量和水滴中值体积直径的经验公式，进而建立基于基本环境参数（一般传感器可获得的环境参数）的导线覆冰预测模型。研究结果表明：水滴中值体积直径对导线覆冰速率的影响具有饱和特性，空气中液态水含量的变化和风速、温度和湿度具有一定相关性。研究结论为输电线路覆冰预测、预警工作提供了理论参考。     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

采空区塔基变形过程对输电铁塔安全性影响

位于采空区输电铁塔的安全性易受地表变形的影响,而塔基变形具有从无到有、从小到大、从单一到复合的特点,因此研究塔基变形过程输电铁塔安全性演化规律具有重要的工程意义。以位于采空区某500 kV输电铁塔为研究对象,基于有限单元法,分别计算了单、双基础复合变形过程在90°大风、45°大风和覆冰三种气象工况下的输电塔内力和变形规律。结果表明:单、双基础复合变形过程中,构件最大应力转移路径相似,变形初期铁塔安全性降低较少,中后期铁塔安全性降低速率加快;三种气象工况条件下,基础变形过程铁塔安全性演化规律相近;建议在塔基变形前期,对变形最大的塔脚和相同侧第一段横隔材实施监测和加固治理措施。     

架空输电线路纵向不平衡张力的精确计算

不均匀覆冰(或不均匀风)会使直线塔两侧出现不平衡张力,导致铁塔受到弯矩和扭矩或绝缘子串上拔,产生永久性事故。采用悬链线模型精确计算杆塔的不平衡张力,是重覆冰地区架空输电线路设计的基础。本文介绍了求解上述问题数值的精确计算方法,通过与规程对比,表明计算方法正确。