大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

以建设中世界最高输电铁塔——— 346 .5m高、5 0 0kV江阴大跨越塔为工程背景 ,通过气弹模型风洞试验 ,对大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应进行了研究 .采用外形、质量、刚度分离的处理方法设计了大跨越塔模型 ,塔线体系为两塔三段线模型 .用自由振动法测得单塔和塔线体系的自振频率和阻尼比 ,进行了多个风速下单塔、塔线体系在均匀流场和紊流场中的风洞试验 .通过对试验结果的分析 ,揭示了大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应特点 ,为实际工程抗风设计提供了依据     

大跨越输电塔线体系风振控制风洞试验

以建设中的500 kV江阴大跨越输电塔为工程背景,通过气弹模型风洞试验,对大跨越输电塔线体系风振控制进行了研究。设计了悬挂水箱质量摆、阻尼棒质量摆及二者组合控制等3种控制方案,进行了塔线体系有无控制装置的动力特性测试和紊流场多种风速下风振响应试验。通过模型的阻尼比和风振响应方差分析,验证了振动控制的有效性,为实际工程风振控制设计提供了依据。     

高压输电塔线体系风致非线性振动气弹模型风洞试验

基于边界层风洞气弹模型试验的方法,对高压输电塔线耦联体系的风振响应进行了试验研究,首次在风洞中重现了输电塔线体系倒塔破坏现象.研究表明:在紊流风场中,高压输电塔线体系的风致振动呈现较强的非线性振动特征,随风速增加,非线性振动程度加剧,且输电塔结构振动呈现出混沌振动特征;由于输电线与绝缘子振动的影响,塔线体系中输电塔高阶模态的振动非常显著,且随风速增加,高阶模态的能量甚至强于低阶模态的能量;导地线与绝缘子对输电塔结构的影响随风速增加而增强.塔线体系的风振响应计算需考虑高阶模态的影响.结构设计时,需合理考虑大风时导地线与绝缘子的非线性振动对输电塔的影响.     

特高压长悬臂输电塔与输电塔-线耦合体系的风振特性

对±1 100 kV特高压长悬臂输电塔进行了有限元动力时程分析,采用单塔模型和塔线体系研究了不同风向作用下塔身和横担的风振响应特性,分析了横担总宽度对输电塔风振响应的影响.结果表明:长悬臂输电塔的一阶振型为扭转振型;随着分析的横担部位不断远离塔身中心,位移响应均方根在X方向略有削弱而在Y方向逐渐增大; 0°风向下塔线体系模型和单塔模型的风振响应较为接近,而在45°风向和90°风向下塔线体系模型的风振响应较大;横担总宽度增大时塔身部位风振响应也相应增大,横担部位风振响应在Y方向增大而在X方向略有减小,且影响效果在不同风向时呈现出一定的规律性.分析结果为长悬臂输电塔的抗风设计提供参考.     

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.     

输电塔气弹模型气动阻尼试验

为研究气动阻尼对输电塔的风致效应影响,设计了1:40的输电塔气弹模型,分别在B类地貌风场和台风风场中开展了气弹模型的风洞试验,获得了单塔与塔线体系下的风致加速度响应时程数据。综合采用EMD分解、HHT变换与RDT法,识别了输电塔线结构的动力特性与气动阻尼。研究结果表明,该方法能较好地识别结构的动力特性;两类风场下气动阻尼随风速的提高而增大,气动阻尼亦随来流湍流的增大而增大;挂线后结构模态频率降低,气动阻尼与总阻尼增大。     

特高压输电塔线体系的气动弹性模型设计

以向家坝-上海的±800 kV特高压直流线路为例,阐述特高压输电塔线体系的气动弹性模型设计与制作方法.通常的集中刚度法和离散刚度法制作的铁塔模型都很难满足气动弹性模型的要求.考虑铁塔模型刚度和气动反应两方面的情况,提出以半刚性模型节段加"U"型弹簧片的方法制作铁塔弹性模型.另外,对导线模型进行跨度方向上的缩聚解决了按统一比例无法满足风洞尺寸要求的问题.通过理论分析和实际检测对比,塔线体系模型的动力特性可以满足气动弹性试验的要求.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

输电塔线体系动力特性及风振响应分析

基于110 kV高压输电塔项目,建立了输电塔线体系有限元模型,并验证了输电线有限元模型的准确性.对单塔及塔线体系的动力特性进行分析,分析表明,塔线体系平面外振动耦合效应大于平面内.以谐波叠加法对输电塔线体系风载荷时程进行了数值模拟,对单塔和塔线体系的风振响应进行了时域分析.结果表明,输电塔和输电线风振响应均以一阶振型为主.塔线体系塔顶位移响应均方根值在0°风向角下是单塔的1. 73倍,而90°风向角情况下是单塔的4. 95倍.90°风向角情况下塔线体系塔顶位移背景响应分量增加较大,塔线耦合效应大于0°风向角情况.输电塔和输电线的平面内耦合效应通过输电线端部动张力差实现.输电塔塔身第2层主材所受应力大于其他各层,是倒塌破坏的危险位置.     

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。     

220kV同塔四回输电线路不平衡度分析及抑制措施研究

为了节约占地面积,减少电力系统成本,很多地区采用同塔多回线路的输电方式。但是采用同塔多回输电方式带来电压电流不平衡度问题,影响系统稳定性。本文介绍不平衡度计算方法。并针对220kV同塔四回输电线路,采用PSCAD/EMTDC仿真建模研究进行补偿,明显的降低不平衡度。通过研究可知：在长线路较大负荷下,零序电流与电磁穿越不平衡度是主要补偿对象;采取逆相序排列方式下,零序电流不平衡度依旧较大;在便于工程施工与较低不平衡度相结合的情况下,推荐采用同向三次换位方式进行同塔四回输电线路不平衡度补偿。     

500 kV同塔双回线路单回停电感应电压研究

针对目前电力系统输电主网架采用500 kV输电同塔双回线路和紧凑型线路的现状,以500 kV伊冯甲乙线的运行为模型,对双回线路感应电压进行分析,其结论有助于制定同塔双回线路作业方式及相关保护措施.     

输电线路地理信息系统数据库的研究与设计

分析了输电线路运行检修与管理所涉及到的线路、杆塔、设备以及日常管理工作中的数据与信息流,提出了以GIS(地理信息系统)软件和数据库软件分别管理输电线路数据的方法,构建了输电线路地理信息系统数据库的框架.输电线路的空间(图形)数据采用GIS软件进行管理,非空间(属性)数据采用关系数据库管理,两者通过集成地图开发的方式进行关联.数据库设计时,定义了设备之间的连接关系与从属关系,例如输电线路与杆塔、杆塔与塔头等,可依据这些关系对设备和输电网络进行追踪.整个系统数据库基于C/S(客户机/服务器)结构,实现网络共享和系统安全性功能.     

基于双回反向序网的同杆4回线单端故障测距算法

提出了一种利用单端工频量的同杆4回线故障测距算法.采用同杆4回线双回同反序解耦方法计算得到考虑分布参数特性的故障线路沿线电压;采用同杆4回线双回反序网络计算得到考虑分布参数特性的故障电流分支系数,进而计算出故障线路沿线电流.由于故障支路可假设为纯阻性,因此利用故障处电压电流相量之比的虚部为0的特性进行故障位置搜索,最终实现同杆4回线中1回线内及2回线间跨线故障时的故障定位.本方法计算简单,不存在伪根问题,且不受系统阻抗、线路分布电容及过渡电阻的影响.仿真表明在同杆4回线各种故障类型下算法均具有很高的测距精度.     

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。     

基于GWO改进神经网络的风致输电杆塔响应计算方法

针对基于有限元方法的风致输电杆塔仿真模型存在模型参数设置复杂、响应速度低下等问题,本文提出了一种结合杆塔仿真计算与机器学习的杆塔应力快速计算方法,实现了风致输电杆塔仿真模型的高效运算。本文首先利用有限元仿真分析10~35 m/s风速0~90°风向下输电杆塔的应力结果,将其作为神经网络训练样本;分析杆塔本征参数及气象因素对杆塔应力结果的影响,提出一种基于风速、风向和塔材类型等因素的特征值选取方法;利用GWO优化算法提高神经网络准确度,建立基于GWO-BPNN的杆塔风致应力计算模型,计算速度可达建模仿真的10倍以上。在准确率上,基于数据集划分训练集及验证集,模型准确率在98%以上,将计算结果与实际杆塔受灾情况相比情况一致。本模型可用于输电线路防风预警,致力于输电线路防灾减灾。     

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。     

高杆塔大跨越榆电线路防雷保护

对跨海特高塔大跨越段的耐雷性能进行了研究，提出了高塔大跨越段输电线路雷电屏蔽模型。该模型模拟了雷电先导向下发展的过程，并考虑了上行先导对下行先导的影响，仿真模型中包括了“回头雷击”的情况，即有可能出现的当下行雷电先导已经下降到低于输电线路高度时还发生雷击导线的情况。针对某海上大跨越段输电线路采用规程法、击距法和本文提出的模型分别计算其耐雷性能，并对计算结果进行了分析比较。由于考虑了“回头雷击”的情况，因此该模型适用于各种高度的线路雷电屏蔽性能估算。     

基于生成式对抗网络和改进区域建议网络的输电线路杆塔缺陷检测方法

为了减少输电线路杆塔缺陷检测过程中受噪声信号和装置性能等因素的干扰,提高输电线路杆塔缺陷检测的正确率和检测效率。提出一种基于生成式对抗网络(Generative Adversarial Networks, GAN)和改进区域建议网络(Region Proposal Network,RPN)的输电线路杆塔缺陷检测方法。采用GAN采集输电线路杆塔的显著性图像,并利用半软阈值函数模型剔除图像中的噪声,避免噪声对缺陷检测过程产生影响。通过随机森林决策树提取输电线路杆塔图像的轮廓特征,基于多尺度算法对RPN进行改进,将特征输入到改进RPN模型中,通过缺陷的定位、分割完成输电线路杆塔的缺陷检测。试验结果表明,所提方法的输电线路杆塔缺陷检测正确率较高,具有较好的缺陷检测效果和检测效率,从而有利于提高输电线路杆塔缺陷检测的质量,减少电力事故的出现。