风致输电塔线体系振动探究进展.pdfVIP

第三届(2012)全国架空输电线路技术交流研讨会论文集 架空输电线路设备相关新技术及应用 风致输电塔线体系振动研究进展 代生丽冯伟刘玉辉 (重庆电力公司万州供电局) 【摘 要】输电塔线体系是重要的电力工程设施，其安全性严重地影响人们的生产、生活。针对输电塔线体 系的研究，目前国内外学者主要是通过建立分析模型、进行风洞试验和现场实测以及有限元数值模拟等方法对输电 塔线体系进行动力特性、风振响应和风振控制的研究。本文从对风场的模拟，塔线体系的模型，风致塔线体系动力 特性及响应，塔线体系的风致振动控制等方面进行广泛的综合论述，为输电塔线体系的风致振动控制的研究提供参 考。最后，提出了对输电塔线体系研究的一点展望。 【关键词】输电塔线体系风模拟塔线模型动力特性及响应风振控制 输电塔线体系是由输电杆塔、杆塔基础、输电线(导线和地线)及绝缘子串、线路金具等设施 组成的复杂空间耦合体系。在运行过程中，其承受的外力作用主要是风、雨、雪以及地震。由于输 电塔线体系是由高柔杆塔和非线性导地线连结而成，其对风力作用极其敏感，易产生大的风致动力 响应， 会导致动力疲劳和失稳破坏等现象。因此，风荷载是一种重要的设计荷载，对输电线路安全 正常的运行十分重要，甚至起着决定性的作用。 我国架空送电线路杆塔结构设计技术规定把输电杆塔和输电线分开考虑进行计算，输电塔的设 计仅把输电线作为荷载考虑…。实际上，输电杆塔在风荷载的激励下会产生振动，使输电线的张力 发生变化；而输电线在风荷载的作用下亦会发生振动，其将这种振动通过绝缘子传递到输电杆塔， 反过来又会使输电杆塔进一步产生振动。这样，输电线与输电塔就形成了复杂的动力耦合体系相互 影响，相互作用。因此，在工程分析过程中，考虑塔线耦合的影响是非常重要的。 1 风场模拟 根据大量的理论和现场观测，可以将自然风分为平均风和脉动风两部分瞳1。平均风对结构的动 力影响很小，可以忽略，将其等效为静力作用。脉动风的强度随时间而变化，与一些工程结构的自 振周期较接近，将使结构产生动力响应，对工程结构的风荷载和风响应有重要的影响。在输电线路 设计过程中，风荷载一般按静力风考虑口1，但输电塔线体系中的铁塔、导线、绝缘子之间的动力耦 合作用比较强烈，脉动风对塔线耦合体系的作用尤为突出，因此，脉动风的时程模拟十分重要。目 前脉动风时程的模拟方法主要有利用三角函数叠加的谐波合成法和基于数字滤波技术的线性滤波 法。 秦力等H。以500kV栖霞文登(昆嵛)送电线路工程为例，在分析脉动风的基本特性基础上，运用 线性自回归滤波器法(AR)模拟了输电塔线体系的风速时程，并分析了脉动风在时间和空间上的相 关性。结果表明该方法可行，在选择适当的时间步长下有较高的精确度和有效性。 贾玉琢等旧。采用以离散谱逼近目标随机过程的随机模型的谐波叠加法进行风模拟分析，将脉动 1716 第三届(2012)全国架空输电线路技术交流研讨会论文集 架空输电线路设备相关新技术及应用 风作为随机信号通过离散傅立叶分析变换，分解为一系列具有不同频率和幅值的正弦或其他谐波， 进而运用MATLAB对输电塔进行风速模拟将生成的脉动风速时程与相应位置处的平均风速叠加，得到 各模拟点处的风速时程曲线。该算法简单直观，数学基础严密，适用于任意指定谱特征的平稳高斯 随机过程。 白海峰等哺1针对谐波叠加法模拟的不足，提出了把作用于输电塔线体系的多变量三维脉动风场 (n—V一3D)简化为多变量一维脉动风场(n-V一1D)的分析方法。同时结合输电塔线体系风振响应的特点， 对谐波叠加法和谱分解进行适当的修正，并以某大跨越塔线体系为例，完成了脉动风速时程的数值 模拟。结果表明，该方法得到的数据符合统计检验，模拟的功率谱和目标谱具有一致性，进而表明 了该方法的有效性和适用性。 卢文生等。“在大跨越输电线体系的风振响应分析中，采用空气面层湍流的谱张量模型模拟体系 的脉动风时程记录。根据Devenport谱计算相关系数，然后模拟高斯随机变量，采用FFT计算脉动风 函数，进而转换为时程曲线，从而完成脉动风模拟。此方法可以对风荷载的空间性进行动态分析， 具有较高的精度，但计算量较大。 相对而言，谐波合成法和线性滤波法都能对脉动风进行很好的模拟，但是当三维风场模拟的点 数较多时，用谐波合成法进行风速模拟，需要对每个频率点都要进行一次功率谱矩