输电塔塔线体系风振响应分析

±1100 kV特高压输电塔线体系风振响应分析杨子烨;朱超杰;施伟国;邓洪洲【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2024(51)1【摘要】为研究角度风下长横担输电塔线体系动力响应,采用有限元时程方法分析准东—华东±1100 kV特高压输电线路单塔及塔线体系风振响应。

首先,利用线性滤波法计算得到三维脉动风速场,并结合准定常理论得到单塔及输电塔线体系脉动风荷载。

其次,建立单塔及输电塔线体系有限元模型,利用模态分析方法计算结构的动力特性,研究导地线及长横担结构对输电塔动力特性的影响。

最后,利用有限元时程方法对单塔及塔线体系进行动力分析,研究了风向角、长横担结构及塔线耦合效应等因素对结构动力响应的影响。

结果表明:长横担结构会导致扭转频率降低,扭转振型出现顺序前移;塔线耦合效应降低了塔架结构自振频率,提高了结构阻尼比;根据位移均值计算结果,最不利风向角为15°和75°;根据扭转角均方根计算结果,最不利风向角为0°;单塔顺风向响应主要受背景分量和1阶振型的影响,塔线体系还受到导地线低阶共振分量的影响,扭转角主要受扭转1阶振型影响。

【总页数】13页(P11-23)【作者】杨子烨;朱超杰;施伟国;邓洪洲【作者单位】国网上海市电力公司经济技术研究院;同济大学土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU391【相关文献】1.±1100 kV特高压直流输电线铁塔风致响应及风振系数研究2.输电塔塔线体系风振响应分析3.特高压长悬臂输电塔与输电塔-线耦合体系的风振特性4.±1100 kV 特高压输电塔风振响应频域分析5.特高压输电线路塔线体系风振响应特性及对登塔人员影响分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

特高压输电塔线体系风振响应及风振疲劳性能研究的开题报告一、研究背景和意义特高压输电塔线体系是电力系统重要的输电通道，其安全可靠性对能源的供给和经济社会的发展具有至关重要的作用。

在输电线路建设中，传统的输电线路存在限制跨越河流、穿越城市等问题，而特高压输电线路以其覆盖范围广、线损小等优势逐步得到广泛应用。

特高压输电塔线体系的安全性、可靠性和经济性是保障输电线路正常运行的重要因素之一。

然而，特高压输电塔线体系的风振响应及风振疲劳性能却是制约其安全可靠性的重要因素。

风是导致输电线路掉线的主要原因之一。

在强风的作用下，特高压输电塔线体系会产生振动，设置在塔身上的导线也会因为受到风力的作用而发生“割线”现象，从而影响输电线路的正常运行。

因此，研究特高压输电塔线体系的风振响应及风振疲劳性能，对于提高其安全可靠性具有重要意义。

二、研究内容和目标本课题主要研究特高压输电塔线体系的风振响应及风振疲劳性能。

具体研究内容包括：1. 建立特高压输电塔的数学模型，考虑其结构和材料等因素，分析其振动特性和抗风能力。

2. 研究特高压输电塔线体系受风时的动力响应特性，包括振动加速度、位移等参数。

3. 建立特高压输电塔线体系风振疲劳计算模型，分析其疲劳损伤程度和可靠寿命。

4. 对比分析不同特高压输电塔的风振响应和风振疲劳性能，寻求设计和改进建议，加强输电塔线体系的抗风能力。

本课题旨在研究特高压输电塔线体系的风振响应及其疲劳性能，为输电塔的设计和改进提供科学依据，提高特高压输电塔线体系的安全可靠性。

三、研究方法和技术路线本课题主要采用数值模拟方法和实验测量方法，具体步骤如下：1. 建立特高压输电塔的数学模型，进行有限元分析，考虑其结构和材料等因素，确定其振动特性和抗风能力指标。

2. 构建特高压输电塔线体系的实验平台，进行风洞试验，测量塔体和导线等部位受风时的动力响应参数。

3. 基于测量数据，建立特高压输电塔线体系风振疲劳计算模型，分析其疲劳损伤程度和可靠寿命。

摘要高压输电塔是重要的生命线工程，属于高耸轻柔结构，对风荷载比较敏感，在输电塔的设计中风荷载往往起控制作用。

以往的分析设计通常按基础固支来处理，然而多数情况下地基并不是刚性的，按基础固支计算的结果可能与实际不符。

为了考虑弹性地基对输电塔风振响应的影响，本文对考虑SSI效应的输电塔线体系进行了一系列研究，主要研究内容包括以下几部分：①通过ANSYS有限元软件建立输电塔-线-基础-地基整体有限元模型，并进行了模态分析以及风振响应时程分析。

分析表明：考虑塔线耦联作用以及地基基础的影响后输电塔各阶频率均有不同程度的降低。

考虑SSI效应后，软土地基上采用独立基础的塔线体系塔顶位移响应最大值与均方根值均增大6%以上，塔顶加速度响应减小幅度较小，塔脚支反力峰值均减小，塔底主杆轴力峰值均增大。

当地基土为中软土或硬土时考虑SSI效应后塔顶位移及加速度响应变化均不明显，SSI效应可以忽略。

基础形式由独立基础改为桩基后，塔顶位移响应增大，塔顶加速度响应减小，塔脚上拔力峰值减小，塔底主要杆件轴力峰值减小。

②输电塔-线-基础-地基整体有限元模型能够真实模拟土与结构相互作用，但需耗费巨大的计算资源。

建立了能够考虑SSI效应的输电塔线体系风振响应分析的两种简化模型，一种是基于ANSYS的简化模型一，将地基土用一系列COMBIN14弹簧单元等效，均匀分布于基础周围；另一种是基于MATLAB的简化模型二，输电线简化为垂链模型，输电塔简化为集中质量模型，地基基础采用S-R 模型。

采用两种简化模型进行风振响应分析并与整体有限元模型的响应结果做比较分析。

分析表明：对于塔线体系，简化模型一的塔顶位移及加速度响应均具有较高的精度，迎风面塔脚的上拔力及塔底主杆轴力峰值误差在10%左右，背风面相应的响应值精度较高；简化模型二的塔顶位移响应误差在10%以内，塔顶加速度响应误差在20%以内。

两种简化模型在保证计算精度的同时大大提高了计算效率。

③基于提出的简化模型二，对考虑SSI效应的输电塔线体系风振响应进行了参数分析，分析了考虑SSI效应的输电塔线体系的风振响应与地基土的剪切波速、基础尺寸、塔脚间距、输电塔档距、风荷载大小、塔体刚度之间的关系。

山区大高差输电塔线体系风振响应及纵向不平衡张力研究
随着电力行业的不断发展，山区输电线路建设成为我国电网发展的重要任务之一。

然而，山区地形复杂，地势起伏，导致山区输电线路存在大高差的情况，这给输电塔线体系的风振响应和纵向不平衡张力带来了挑战。

首先，我们需要了解山区输电塔线体系的风振响应。

山区地形的起伏使得输电塔线体系受到风力的作用不均匀，不同位置的输电塔线体系所受到的风力大小和方向也会不同。

这就导致了输电塔线体系的风振响应不一致。

风振响应是指输电塔线体系在受到风力作用下产生的振动现象。

这种振动会给输电塔线体系带来一系列的问题，如振动幅值过大、振动频率与结构固有频率接近等。

因此，对山区大高差输电塔线体系的风振响应进行研究，对于确保输电线路的稳定运行至关重要。

其次，我们需要研究山区输电塔线体系的纵向不平衡张力。

纵向不平衡张力是指输电塔线体系在受到风力作用下，不同塔位所受到的张力大小不一致。

山区地形的起伏以及输电线路的曲线走向，使得输电塔线体系的纵向张力存在不平衡的情况。

这种纵向不平衡张力会对输电塔线体系的结构稳定性产生影响，甚至可能导致输电线路的断裂。

因此，研究山区大高差输电塔线体系的纵向不平衡张力，对于保证输电线路的安全运行具有重要意义。

综上所述，在山区大高差输电塔线体系中，风振响应和纵向不平衡张力是两个重要的研究方向。

通过对这两个问题的研究，可以为山区输电线路的设计和运行提供科学依据。

同时，也可以为提高输电线路的安全性和可靠性做出贡献。

因此，进一步深入研究山区大高差输电塔线体系的风振响应和纵向不平衡张力，具有重要的理论和实际意义。

格构式输电塔及输电塔—线体系风振响应研究输电塔-线体系兼有质轻、高柔、大跨和小阻尼等特点,对风荷载十分敏感。

输电线路的风致破坏现象时有发生。

当前,对于格构式输电塔的具体抗风设计方法以及输电塔-线体系的风振响应均处于研究阶段,尚未建立起一个包括细节在内且公认有效的具体实施方案,甚至关于格构式输电塔横风向振动的作用机理还仍处于探讨阶段,尚未有统一定论。

本文从指出并完善广义气动力谱理论公式的固有缺陷入手,并通过三种典型格构式输电塔气动弹模型的风洞试验,主要对格构式输电塔横风向振动的作用机理、风振激励模型、位移响应实用计算模型以及内力响应新的计算方法等方面作了系统性研究。

通过研究,不仅对横风向振动的作用机理有了更为清晰的认识,同时还为格构式输电塔风振响应计算提供了一个参数明确、实用性强且更加方便快捷的可行性实施方案；此外,通过三种典型格构式输电塔-线体系的风洞试验,对输电塔-线体系研究对象的合理选定、中塔(气动弹塔,下同)的风振特性及其风振响应规律等方面进行了研究,其中的部分内容具有“首次”和“发现”意义。

本文工作主要包括如下几个方面：(1)明确指出了当前消除基底力矩一阶振型共振贡献理论公式的固有缺陷,并对该公式进行了理论完善。

首先,明确指出当前消除基底力矩一阶振型共振贡献理论公式的固有缺陷；然后,引入理应客观存在的且能够体现输入与输出相关性的交叉项,明确交代了具体推导过程,从而推导出相应的计算公式；进一步,明确指出了由此公式得到的广义力谱是已包括了气动阻尼在内的广义气动力谱,并给出物理解释和有助于理解的理论说明。

因此,可不必为此对气动阻尼再进行评估。

(2)全面且深入考究了格构式输电塔横风向振动的作用机理。

首次明确指出了高频漩涡脱落在性质上的存在性及其在量化上的可忽略性；深入并全面分析了格构式输电塔横风向振动诱因,由此可知横风向振动是由于来流风与格构式输电塔相互作用过程中产生了一种垂直于来流方向的大尺度尾流所致,从而考证了邹良浩博士在结论层面上的研究结果；对紊流场与均匀流场试验结果进行对比分析,进而明确指出：紊流场中诱发格构式输电塔横风向振动的大尺度尾流主要是由于来流风中的脉动成分所致,而不是均匀流。