拉线门型塔中大风工况下拉线预应力变化影响结果的研究

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拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

第45卷第3期 2 0 18年3月湖南大学学报（自然科学版"Jo u r n a l o f H u n a n U n iv e r s ity (N a t u r a l S c ie n c e s)V o l. 45 , N o. 3M a r. 2 0 18文章编号：1674-2974(2018)03-0072-10D01：10.16339/k i.hd xb zkb.2018.03.009拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析"牛华伟1M，洪飞1，欧阳克俭2，陈政清1(1.湖南大学风工程试验研究中心，湖南长沙410082 &2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)摘要：以某220 kV输电线路拉线门塔为工程背景，通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析，通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数，模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程，采用Newmark-"法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应，并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明：拉线门塔在下击暴流作用下，立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4. 6倍；拉线极值拉应力达到1 300 M Pa以上，是常规B类风场作用下的2. 5倍；且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主，导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明，中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文，但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的，而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.关键词：输电线路；拉线门塔；下击暴流；风洞试验；时程响应分析中图分类号：TM753 文献标志码：AAnalysis on Downburst Induced Response of Guyed Portal TowerNIU Huawei1十，HONG Fei1，0UYANG Kejian2，CHEN Zhengqing1(1.W in d E n g in e e rin g R e s e a rc h C e n te r, H u n a n U n iv e r s it y,C h a n g s h a410082，C h in a;2<H u n a n E le c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e，C h a n g s h a410007，C h in a)Abstract：Taking the guyed portal tower of a 220 kV transmission line as the background,comparative studies on the response characteristics of the guyed portal tower under a downburst an terrain B wind field w ere carried out by the time history response analysis.3-D finite element model of guyed portal tower-transmission line system was established，and the dynamic characteristics analysis was performed.The static force coefficients of the rigid guyed portal tower model and doubl model were obtained by wind tunnel tests.Based on the numerically simulated fluctuating wind load induced by the downburst field and Chinese code defined terrain B wind field，the respo tal tower under the fluctuating wind loads were analyzed through the Newmark-^ method，which was com-paredwith the results based on the codes defined equivalent static loads.The results show compressive stress of the t ower elements and the maximum tensile stress of the guy wires induced by the downburst are 600 MPa and1 300 MPa，which are4. 6times and2. 5times to the corresp duced by conventional terrain B wind field，respectively.In addition，low frequency" 收稿日期=2017-01-07基金项目：国家自然科学基金资助项目（51478181)，National N atural Science Foundation of C h in a(51478181)作者筒介：牛华伟（1978 —），男，河南驻马店人，湖南大学髙级工程师，工学博士十通讯联系人，E-m ail:niuh w@h nu. edu. cn第3期牛华伟等：拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析73induced by transmission lines play an important role in the whole displacement response of the tower.The wind loads on the transmission lines have great effect on displacement responses? the acceleration responses.Furthermore?comparative study indicates that Chinese code lack the items of the downburst induced wind loads?but the defined loads are appropriate to design the under the conventional terrain B wind field，while the downburst loads defined byASCE derestimate the destructive effect on the guyed portal tower.Keywords transmission line;guyed porttl tower;downburst;w ind tunnel tests;time-history response analysis 输电线路塔线体系在运行过程中不仅要承受正常的机械、电力荷载，还要经受风霜雨雪、雷电等各种恶劣的自然灾害.其中，高压输电塔属于风敏感结构，国内外输电塔结构在极端风荷载天气作用下的倒塌事故时有发生[1]4]，直接影响了国民的经济发展和生活秩序.下击暴流是雷暴天气中强下沉气流冲击地面后向四周扩散引起的冲击性近地面强风[5].现有研究表明，下击暴流是输电塔发生倒塌破坏的主要原因. 根据美国、澳大利亚等国以及南非地区对输电塔倒塔事故的调查，'〇%以上与气候有关的倒塔事故是由龙卷风和下击暴流等高强度风引起的[]，对加拿大安大略省近15年输电塔破坏事故进行调查研究，发现几乎所有的事故都是因为强风所致，特别是下击暴流的作用[7].拉线门塔具有造价低、重量轻、施工方便快捷等特点，广泛应用于我国高压输电线路中.但是其缺点是水平荷载主要由拉线和两个立柱承担，易受外力破坏而且倒塌的几率较大.例如，复沙.回500 kv 输电线路175号ZH91-36拉线门型塔，在强风作用下，发生严重变形，该塔左、右两相导线连接的横担连同地线支架向下跨塌，中相导线连接的横担向上拱起[8] ;2006年，加拿大安大略省某500 k V双回路输电线路中的拉线塔，在极端雷暴风荷载作用下发生倒塌[7].由于我国输电塔结构行业设计规范中依据的是大气边界层常态风，它与下击暴流风场特性有很大的差别，由此导致在常态风作用下安全系数足够的输电塔线体系很容易在下击暴流引起的局部强风作用下发生倒塌破坏，其中主要由柔性拉线承受荷载的格构式拉线门塔受到的影响尤其明显.鉴于此，本文以在2012年因下击暴流发生倒塌事故的某220 k V输电线路拉线门塔为对象，基于风洞试验测试参数和时程响应分析方法，比较研究典型的格构式拉线门塔在常态风场与下击暴流作用下的响应和受力特征，为今后拉线门塔的结构设计与现有塔线体系的加固补强提供参考.1工程概况及有限元动力特性分析本文研究的拉线门塔总高度33. 3m，呼高30 m，横担宽15 m，拉线型号为2GJ-100,拉线初拉力为10 kN，拉线对横担和地面夹角均为60°，拉线门塔立柱与基础铰接，如图1所示.线路设计风速为 25 m/s，采用的双分裂导线型号为2X JL/LB20A-300/ 40,地线型号为 LHBGJ-95/55.74湖南大学学报（自然科学版"2018 年研究表明（文献'一 10])，输电导线风荷载以及塔线之间的耦合作用对输电塔响应的影响非常明显，为此，本文在对输电塔进行风振响应分析时考虑了导线、地线及邻近杆塔边界约束作用的影响.首先采用ANSYS 软件建立有限元模型进行动力特性分析，建立的三塔四跨塔线耦合体系如图2所示.其中，研究对象为目标拉线门塔，两立柱塔脚边界条件作铰接处理;辅助塔1为猫头塔，辅助塔2为水泥杆拉线门塔，两者仅辅助支持线路体系与提供真实的边界条件;塔线体系两端均为刚度很大的耐张塔，所以导线两端简化为固结处理；中部导线与塔体的连接均模拟了绝缘子串的真实连接状态，从而形成一个完整耐张段塔线体系模型.动力特性分析时会得到很多导线振动的模态，从中提取了以拉线门塔为主的前3阶主振型图，如图3所示.Fig. 3图3拉线门塔前3阶主振型T h e calculated first three modes of the guyed portal tow er2塔体与导线体型系数风洞试验为了提供可靠的计算参数，在湖南大学风工程试验研究中心HI >2大型边界层风洞进行了拉线门塔刚性缩尺模型和导线模型风洞试验，得到计算分析需要的体型系数，典型试验照片如图4所示.(a )拉线门塔模型（b )导线模型图4 模型安装示意图Fig. 4 Pictures of the testing model in wind tunnel2.1拉线门塔刚性模型试验拉线门塔刚性模型几何缩尺比为1/25,模型高度为1.332 m ，试验风向角共10个：0°〜90°每间隔10°测试一次，具体风向角的定义如图5所示.测试的风场分为均匀流场和B 类紊流风场，测试风速为模型1m 高度处10m /s ，B 类紊流风场的测试参数如图？所示.Fig. 5D efin itio n o f th e w in d directions for theg u y ed p ortal tower第3期牛华伟等：拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析75■ _■_ I 流场-一*一均匀流场.杆塔技术规定0 20 40 60 80 100风向角/〇图7拉线门塔体型系数Fig. 7T ested drag coefficients of the guyed portal tow er紊流度/%10 121416182022241.61.20.8裙0.40.00 2 4 6 8 10 12风速/(m • s 一图 6拉线门塔测力试验风场参数F ig. 6T e s te d p ro file s o f th e w in d sp e ed and tu rb u le n c e试验时采用美国A T I 动态高频测力天平对整塔进行测力，以塔体在〇°风向角下的迎风面积为基准得到不同风向角时的体型系数，如图7所示.其中，按照〇°风向角的透风率和架空输电线路杆塔结构设计技术规定[11](下文均称杆塔技术规定）给出的规范取值的体型系数进行对比.可见，两种流场下拉线门塔的体型系数随风向角的变化规律基本一致；在相同的风向角下，紊流场下测试得到的体型系数比均匀流场下的测试结果更大，这与文献[12 — 13]中针对输电塔结构的测试结果类似，主要原因可能在于紊流风场下气流与结构之间的摩阻系数更大&规范取值与〇°风向角均匀流场下的测试结果一致，但是试验结果表明紊流场下〇°风向角体型系数比规范值增大9%，而且不同风向角下体型系数最大值出现在30°，该风向角紊流场时的体型系数测试结果比规范取值增大约21%.2.2导线模型风洞试验考虑到导线模型材料和表面粗糙度是影响导线阻力系数测试结果的重要因素，因此风洞试验模型直接采用截面比例1 M 1的原型导线制作，节段模型的有效长度为'0 cm ，双导线间距为400 mm .本输电线路中导线所在高度对应B 类风场中的紊流度约为10%，因此导线测力试验在均匀流场和紊流度为10%的均匀紊流场中进行.试验时将2根导线同时布置在动态测力天平上，按照图'所示的风攻角测试各风攻角下的体型系数，测试风速分为10 m/s 和20 m /s ，各工况体型系数测试结果如图9所示，其中双导线挡风面积均按照单导线迎风面积乘以2 计算.400 mm45°90°图8双导线测力试验风攻角定义 Fig. 8D efinition of the wind directions for thedouble-split conductor由图9可知，在0°风攻角下测得的体型系数明显小于其他风攻角下测得的体型系数，这是由于0° 风攻角下上游导线对下游导线的遮挡效应最明显， 10 °风攻角时的遮挡效应基本消失&不同流场条件下，20 m /s 风速下测得的体型系数比在10 m /s 风速下测得的体型系数小，主要是因为雷诺数变化的影响，这与文献[4一 16]中的导线阻力系数随雷诺数变化曲线一致&0 m /s 紊流场工况下测得的体型系数比杆塔技术规定的取值偏小，90 °风攻角时比杆塔技术规定取值小24%，但是紊流风场10 m/s 下90 °风攻角时测试结果与杆塔技术规定取值基本一致，仅偏差2. 1%.由于双分裂导线在实际工程中是水平并列布置的，在后续的计算中主要考虑与线路垂直的来流作用，因此导线的体型系数均按图8栽條剌綠76湖南大学学报（自然科学版"2018 年—10 im /s 均勻流场一•一 2G im /s 均勻流场10 im /s 紊流场—W 一 2G im /s 棄流场一♦一杆塔技术规定200400 600时间/s(a )脉动风速时程图10模拟的拉线门塔塔顶处脉动风速时程及其功率谱Fig. 10T h e sim ulated fluctuating wind velocity and its spec t r um a t the top of the tow er 3.2下击暴流风荷载模拟下击暴流风场中，任意一点的风速可以表达为随时间变化的平均成分和脉动成分之和，即U (z ') = U (z ') $u (z ')(3)其中##')为随时间变化的平均风成分；％(#') 为下击暴流的脉动风成分.口#')可按下式计算$U (z ') " U (z ) L d (t ) (4)式中：U #)为高度#处下击暴流最大平均风速，采用Wood [19]风剖面模型计算，见式（5); d ()为随风暴中心移动而变化的时间因子，见式（6).1/6U (z ) = Um a x 1. 55 ((-) [1 — erf (0. 7 4)]o o5)(2)G 和C ，分别为顺风向脉动风速在竖向及跨向的空间相关性衰减系数，分别取10和16.利用上述方法分别模拟了四跨导线和各基杆塔上的脉动风速时程，拉线门塔从上至下共有11个模拟点，高度间隔为3 m .图10给出了塔顶位置处模拟点的顺风向脉动风速时程及其功率谱比较图，可见，模拟出的脉动风速合理有效.20 40风攻角/ °)图9双导线体型系数Fig. 9T ested drag coefficients of the double-split conductor3风荷载模拟为了比较研究，本文将模拟常规的B 类风场和下击暴流风场进行时程响应分析，以研究拉线门塔在两类风场下的响应差异.3.1 4类常态脉动风场模拟应用Shinozuka 等[17]和D eodatis [18]提出的谐波合成法进行脉动风速模拟，谐波合成法是一种利用谱分解和三角级数叠加来模拟随机过程样本的传统方法.模拟脉动风的风场参数为：离地面10 m 高处的基准风速为25 m /s ，地貌粗糙高度z 〇 =0. 05 m ， Von Karman 常数K 取0. 4.顺风向及横风向脉动风速自功率谱采用Kaimal 谱，竖向风谱采用Lum - ley-Panofsky 谱，其形式如式（1)所示.S u (.，z ) S v ( n z )200u "15u "n ( 1 + 50/)5(1 + 9.5/)5/w (n ，z " " 3. 36u "(l a )(lb )(lc )n ( 1 + 10/)5/3式中：/=nz /U (z )，U (z )为高度z 处的平均风速；U "平均风速计算公式为U (z )Kln (z /z0)，R 取0. 4, U " " K U ( z r)/ln ( z r /z 0)为摩擦速度，z r 取 10 m ，z 。

复沙500kV输电线路Ⅱ回拉线门型塔屈曲分析

间合拢，柱未倒，担严重变形；生事故时气温主横发
Ｆｇ１Ｄｉｔｒｏｆｈｉ．ｓｏｔｎｏｅＺＨ９ｏｒｉｔ１ｔｗｅ
２拉线门型塔屈曲分析
该５０ｋ输电线路使用Ｚ１拉线门型塔共０ｖＨ９
约５ｃ，速很小该塔的变形如图１所示。＝风【Ｚ１塔为导线水平排列，导线横担采用中相Ｈ９
地线的最大使用应力２０ＭＰ８ａ。拉线的预应力１０６
ＭＰ，计大风３ａ设０ｍ／，平档距和垂直档距分别为ｓ水
４０Ｉ０ｌ和５０Ｉ。ｌ５ＩＴ
应用ＡＮＳＹＳ有限元软件对复沙 Ⅱ 回５０ｋ输０Ｖ
算．将横担下边框主材规格由８ｉｘｍｍ改为计要求。０ｍ６ｎ０ｍｉｘｍ
关键词：５０ｋ输电线路；拉线门型塔；屈曲分析；真型试验０Ｖ中图分类号：Ｔ７６１Ｍ７３Ｍ２．：Ｔ５文献标识码：Ｂ文章编号：１０．６９２０）６０４．３０４９４（０７Ｏ．０５０
拉线挂点在边导线横担上；塔材型钢构件主要采用Ｑ３５和Ｏ３４２５钢，其中横担上边框主材规格为
９０ｍｍｘ．边框主材规格为８ｎｘ：１８ｍｍ下０ｍｉ６ｍｍＭ６
（．南省电力试验研究院，南长沙４００；．省电力勘测设计院，林长春１０２）１湖湖１０７２吉林吉３０１

风冰荷载作用下输电塔-线体系参数敏感性分析

风冰荷载作用下输电塔-线体系参数敏感性分析在电力系统的脉络中，输电塔与线路构成了生命线般的存在。

它们如同巨人的血脉和神经，承载着能量的输送与信息的传递。

然而，在这看似坚不可摧的结构背后，隐藏着对自然力量敏感的脆弱性。

风冰荷载，这一自然界的猛兽，时常以其狂野的力量考验着输电塔-线体系的稳固性。

本文旨在深入探讨风冰荷载作用下，输电塔-线体系参数的敏感性，以及如何通过科学的分析和合理的设计来增强其抵御自然灾害的能力。

首先，我们必须认识到输电塔-线体系在风冰荷载作用下的敏感性并非空穴来风。

正如一艘航船在狂风巨浪中摇摆不定，输电塔在猛烈的风力冲击下也会出现位移和变形。

这种位移和变形，如果不加以控制，将可能导致灾难性的后果。

因此，对输电塔-线体系的参数进行敏感性分析，就像是对航船的稳定性进行评估一样重要。

在进行敏感性分析时，我们首先要关注的是输电塔的材料属性。

不同的材料有着不同的弹性模量和屈服强度，这些参数直接影响到输电塔在风冰荷载作用下的响应。

例如，采用高强度钢材的输电塔，其抵抗变形的能力更强，就像一座用坚固岩石砌成的堡垒，能够更好地抵御风力的侵袭。

接下来，我们要审视的是输电塔的几何尺寸。

塔的高度、宽度和壁厚等参数，决定了其在风力作用下的稳定性。

一个过高或者过窄的输电塔，就如同一个高脚酒杯在风暴中摇摇欲坠，极易发生倾覆。

因此，在设计时必须考虑到这些因素，确保输电塔既有良好的力学性能，又不失美观。

此外，线路的张力也是影响输电塔-线体系敏感性的重要因素。

张力过大或过小都会影响体系的平衡状态。

过大的张力会使输电塔承受巨大的拉力，就像一根绷紧的琴弦随时可能断裂；而张力不足则会导致线路松弛，增加了在风力作用下产生共振的风险。

因此，合理设置线路张力是保障输电塔-线体系稳定的关键。

在分析了上述参数后，我们还需要关注风冰荷载本身的特性。

风速、风向以及冰层的厚度和分布情况都是决定输电塔-线体系受力状况的重要因素。

这些因素的变化无常，就像是战场上变幻莫测的战术，要求我们的设计必须具备足够的灵活性和适应性。

拉线初始预应力分布对拉线杆塔受力影响的研究

（．东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林１２１；２徽省蚌埠市供电公司，安徽蚌埠２３４）１３０２．安３００
摘要：鉴于拉线塔的重要性及受力特性，应用结构分析软件ＡＮＳＹＳ对拉线塔建立相应的非线性有限元模型，并
以东长哈送电线路８７号拉门塔为例，研究拉线初始预应力的分布，找出拉线初始预应力分布对拉门塔受力性能
ＡｂｔａｔＩｖｅｏｔｅｍｅｈｎｃｌｈｒｃｅｉｔｎｔｅｍｐｒａｃｏｕｅｒｎｍｉｓｏｔｗｅ．ｔｅｐｐｒｕｌｓｓｒｃ：ｎｉｗｆｈｃａｉａｃａａｔｒｓｉａｄｈｉｏｔｎｅｆｇｙｄｔａｓｓｉｎｏｒｈａｅｂｉｃｄ
ｔｕｄｎｉｉｇｈａｂｔｅｎｉａｒｓｒｓｉｔｉｕｉｎｏｕｎｍｅｈｎｃｌｐｏｅｔｓｏｕｅｐｒａｏｒｈｓｉｅｔｙｎｔｅ１ｗｅｗｅｎｉｔｌｐｅｔｅｓｄｓｒｂｔｏｆｇｙａｄｆｉｃａｉａｒｐｒｉｆｇｙｄｏｔｌｔｗｅ．ｅＲｅｅｒｈｆｎｉｇｈｗｈｔｔｅｉｉａｒｓｒｓｆｇｙｅｅｔｉｅｒｒｌｔｎｈｐｉｆｕｎｅｏａｅｃｕｅａｔｇｆｒｅｕｄｒｓａｃｉｄｎｓห้องสมุดไป่ตู้ ｏｔａｈｎｔｌｐｅｔｅｓｏｕｘｒｓｌａ — ｅａｉｓｉｎｌｅｃｎｂｓｏｎｔｒｃｉｏｃｎｅｉｎｏｎ

拉线门型塔在山区送电线路中的使用(一)

拉线门型塔在山区送电线路中的使用(一)摘要：通过对拉线门型塔的设计实践和经济比较，并根据施工和运行反馈的信息，充分论述了拉线门型塔的安全性、经济性、环保性。

得出了在山区送电线路中采用拉线门型塔，能加快施工进度，有效降低工程造价及工程施工对环境造成的负面影响的结论关键词：拉线门型塔送电线路安全经济环保0前言宁远～曲河220kV送电线路工程位于湖南永州境内，全长110．847km，是湘南环网的骨干线路。

该工程地处南岭西段，沿线地形起伏较大，交通运输不便，人抬运距较远，施工难度大，工期要求紧。

在该工程的施工图设计中，为了降低工程本体造价，减小人力运输强度，加快工程施工进度，需要设计一种安全经济、运输方便、施工工期短的直线杆塔。

而拉线塔以其经济可靠、分件运输、加工安装方便等优点成为首选。

1设计思路杆塔设计是架空送电线路工程设计中的重要一环，它直接影响着送电线路的安全运行和本体造价。

据统计，杆塔造价约占送电线路工程本体造价的37％。

而在送电线路工程中，直线杆塔所占杆塔总数的比重一般达到了80％，对工程的本体造价有着很大的影响，且线路越长，这种影响越明显。

因此，在质量确保、安全适用的前提下，设计上应尽量做到技术先进、经济合理。

影响杆塔经济指标的主要要素有气象条件、使用条件、最大呼称高以及杆塔型式。

1．1气象条件的选取本工程的设计气象条件为湖南省典型气象条件，即最大风速为25m／s，设计最大覆冰为15mm，最低气温－10℃，最高气温40℃。

1．2ZH3拉线门型塔使用条件的确定1．2．1导、地线型号及最大使用应力的确定根据本工程初步设计审查批复文件，导线型号为2xLGJ－300／40，最大使用应力为103MPa；地线型号为GJ－50，最大使用应力为392MPa。

考虑到送电线路工程中复合光缆（OPGW）的大量采用以及屏蔽地线的应用，同时经计算，地线型号的加大对拉线塔的单基指标影响很小，为了增大ZH3拉线塔的使用范围，决定按导线型号：2xLGJ－300／40，最大使用应力103MPa；地线型号：LHAGJ－95／55，最大使用应力180MPa进行计算。

极端风力条件下铁塔拉线组件的受力分析

布置见图２。
８号铁塔倾倒后引起相邻的８、７号拉线塔６５８
失稳倾倒，８号塔塔头在导地线不平衡张力作用８
图１ＺＭ３３Ｌ — ９型拉线猫头塔
下，挂线支架向８号塔侧拉弯变形，９号塔塔头９８挂线支架受损。８５号塔倾倒后又引起８４号风向倾斜，塔倾倒前致铁
将３号拉线塔头联板撕裂，塔完全失去平衡，铁最
终倒塌。最早倾倒的８６号铁塔为ＺＭ３３Ｌ — ９型拉
线猫头塔，前全貌见图１倒塔现场示意及拉线倒，
定性，承受较大的轴向压力。拉线组件由塔头能联板、强度镀锌钢绞线和拉线基础连接件用组高
一
图２倒塔现场及拉线布置示意
上海电力成，承受很大的拉力。能８号塔４号拉线在飑风作用下脱离拉线基６础连接件是整起事件的起因，此对事故当时８因６号塔拉线组件进行受力分析，查找事故原因的是
受损，９号挂线支架严重受损。事件的起因是８８６号塔４号拉线组件在飑风作用下脱离了拉线基础连接件，造成铁塔拉线间拉力不均，塔失稳后倾倒。通过对失效的４号拉线地锚环在极端风力条件下铁塔拉线组件铁的受力分析，出单次极端风力不足以造成拉线组件受损，长期的交变荷载会造成金属疲劳损伤，在极端指但并风力情况下突发失效。建议对该线路金属部件加强原材料质量检验和线路建设用材监督，展寿命评估工开作，免类似事故发生。以关键词：塔；线；端风力；力分析铁拉极受

新疆电网输电线路风偏故障分析报告

本报告要紧参照2005~2020年统计数据，重点对2020~2020年运行数据进行分析，并对以往典型故障进行了分析。
新疆电网输电线路风偏故障分析报告
1.新疆自然地理概况
新疆国土面积166万平方公里，北倚阿尔泰山脉，南临昆仑山脉，中部横隔天山山脉。塔里木盆地和准噶尔盆地分别位于天山南北，三大山脉和二大盆地是形成风区的要紧因素。此外，新疆处于中纬度地区，冷峰和低压槽过境较多，加大了南北向或东西向的气压差，因而在一些气流畅通的峡谷、山谷和山口等地使得气流线加密，风速增强。在冷空气入侵，专门秋冬、冬春交际或气温突变时容易显现较大风速，甚至灾难种〕，N/m-mm2，l为杆塔档距，m；σ为导线应力，N/mm2。当线路档距越大、应力越低，其弧垂越大。
在不考虑覆冰和绝缘子串风压以及自重情形下，绝缘子串风偏角，其中，g1为自重比载，g4为风压比载〔要紧与最大风速、风速不平均系数有关〕，lsh为水平档距〔相邻两档距平均值〕，lch为垂直档距〔相邻两档导线弧垂最低点之间距离〕。当线路气象条件不变时，阻碍风偏角的要紧因素那么是水平档距和垂直档距，假如在线路设计中，杆塔垂直档距过小，那么风偏角将有可能超出临界值。
但上述风速取值关于质量较小的导线专门引流线明显不合理。如美国以3s阵风风速为设计取值，与我国标准相比，大约是1.4倍，但在导线及铁塔荷载运算时安全系数的取值大于我国规范取值，杆塔结构荷载运算结果相当。
值得注意的是，在1968年往常我国多数气象站采纳的是每天定时3~24次〔其中4次最多〕定时观测时距为2min的平均风速，如此相关于连续自计方式，可能遗漏较多的大风速。经了解，新疆80年代往常大多气象台站按照每天4次定时观测。
2.4站点位置
一样情形，气象台站多设置在平原城镇邻近，观测的大风资料专门难概括地区局部专门地段的最大风速。如：山顶气流受山脉的动力抬升作用，风速较山麓风速一样要大10%；峡谷、山口气流被压缩，存在〝狭管效应〞，其风速较平地风速增大1.1~1.23倍；河岸、湖边、沙漠等地面〔或水面〕平坦开阔、粗糙度较小，风速也相应增大。

拉线塔风振系数取值研究

摘要：拉线塔靠拉线保持结构稳定，结构偏柔性，其几何非线性特征明显，分析难度较大，目前对这种塔型动力特性研究相对较少，尤其是其对风荷载的反应更是缺乏足够的认识。利用ＳＡＰ２０００软件建立拉线塔模型，导入基于ＭＡＴＬＡＢ编程实现的ＡＲ法脉动风，研究拉线塔在风荷栽作用下的动力响应，统计拉线塔的风振系数取值，并与多种现行规范进行比较，对拉线塔结构抗风设计给出建议。关键词：风振响应；拉线塔；脉动风；风振系数Ｄ０Ｉ：１０．１３２０６／ｊ．ｇＪｇ２０１６０５００７
Hale Waihona Puke １概述与自立式铁塔主要靠４个塔腿固定在基础上不
同，拉线塔主要靠塔身周围拉线来保持结构的稳定。由图１可以看到，拉线塔主要由塔身与拉线组成，塔身通常采用格构式桁架结构，拉线数量一般超过４根且沿塔高分层布置。由于拉线塔与基础连接为铰接，可以在一定范围内偏转，所以对于冲击荷载
（风、地震等）具有很强的抗耐能力。拉线塔由于存在拉线（存在预拉力）和悬索，在
荷载作用下表现出较强的几何非线性，拉线塔受力分析的主要困难在于拉线塔结构的计算，在拉线塔结构变形过程中，随着塔身的摆动，一侧的拉线被拉紧，而另一侧的拉线被放松，拉线的应力与位移发生变化，结构的刚度也随着不断变化。拉线塔由于索的存在，整个结构偏柔，在风荷载作用下的结构动力反应特性还缺乏足够的认识。各国对输电杆塔的风振计算中，采用的都是在静力荷载的基础上乘以一个风振系数，风振系数综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时问、空间的相关性，结构的阻尼特性等因素。风振系数取值是否合理直接关系到输电线路的安全性和经济性，由于拉线塔结构的特殊性，对其风振系数的取值，现行相关

500kV拉线门型塔补强加固试验研究

中与拉线挂板连接处存在角钢发生较大变形的现象，严重威胁线路安全。针对东长哈送电线路中大量存在的８７ＬＭ２１塔，建立了其有限元模型，并对其进行非线性分析，得到了在静风荷载作用下拉线门型塔的一些力学特性，找到了该塔在实际应用中不能满足使用要求的原因，并初步提出了２种补强加固方案：通过对８７ＬＭ２１拉线门型塔进行静风荷载加载试验．进一步明确了拉线门型塔的力学特性．验证了数值分析结果的正确性．并通过试验测试了补强加固方案的可行性关键词：拉线输电塔；输电线路；补强加固：静风荷载；试验研究
严重变形．应用有限单元法对ＺＨ９ｌ拉线门型塔
２０％由其他原因引起Ｉ６］有关记录显示．拉线门塔
倒塔事故均发生在大风天气所以本文将重点分析拉线门型塔在风荷载作用下的３种不同攻角时
价便宜、整个结构受力合理、施Ｔ方便快捷等特点．在高压输电线路中得到广泛应用由于理论研究滞后．其设计计算方法存在一定的问题．导致拉线门型塔在随后的运行维护中出现铁塔杆件

预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响

预应力对电梯钢丝绳中弹性波传播特性的影响摘要：随着高层、超高层建筑的不断兴起，电梯向着高速度、大行程的方向发展，钢丝绳作为曳引驱动电梯悬挂系统的重要组成部分，速度的提升使电梯提升用钢丝绳的时变特性愈发明显，严重影响着电梯的动态性能，包括钢丝绳的振动（振幅、相位、频率）、受力均匀度（钢丝绳之间的区别）、张力、速度及加速度等。

在电梯的检测及日常维护保养过程中，如果电梯各钢丝绳动态性能不均，就会影响电梯的乘运质量，甚至会影响乘客的安全。

因此深入研究高速电梯柔性悬挂提升系统在正常运行中的连续动态性能对于高速电梯乘运质量的改善具有重要的意义。

关键词：电梯钢丝绳；预应力；弹性波；传播特性；通带；阻带引言电梯常被应用于商业楼、办公楼以及高层建筑中，其为人们出行提供了便利，节省了时间。

电梯运行对于钢丝绳的质量要求较高，需要建筑企业选用符合国家质检标准的钢丝绳，且需要定期对钢丝绳进行检测与维修，以确保其使用质量。

基于此，探讨电梯钢丝绳检测与维护的有效路径，具有重要的现实意义。

1曳引式电梯构造电梯是一种结合光学、机械、电力学的高科技产品，从每个元素的功能来看，可分为曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统8个系统。

每个系统都可以利用电气控制相互密切工作，以确保电梯的安全运行。

而曳引驱动的传动原理是由装在机房的电动机、减速箱、制动器、曳引轮等组成的曳引机提供动力。

而钢丝绳则通过曳引轮一端连接轿厢，另一端连接对重装置，在轿厢和对重装置的重力作用下，钢丝绳会紧紧压在曳引轮的轮槽内，电动机会将动力传送到曳引轮使其转动，由于曳引轮槽与钢丝绳之间存在摩擦力，此时曳引轮会带动钢丝绳，使电梯轿厢和对重产生运动。

曳引驱动是一种安全可靠的驱动方式，具有易于控制、提升高度几乎不受限制、提升高度改变时驱动装置不需要改变、电梯速度快等优点，已成为电梯产品的主流。

另外，当电梯运行失控，发生冲顶、蹲底等情况时，只要一侧的钢丝绳出现松弛，则轿厢或者对重装置将因自身重力大于曳引轮与钢丝绳的摩擦力，无法继续被提升，从而避免撞击井道顶部。

大风地区输电线路铁塔受力及模态分析研究

282㊀∕2023.06大风地区输电线路铁塔受力及模态分析研究罗㊀钰(中国能源建设集团湖南科鑫电力设计有限公司)摘㊀要:为研究大风地区输电铁塔的受力性能,完善铁塔的相关设计,研究以某风电220kV 送出工程的输电线路铁塔为研究对象,分别建立直线塔和耐张塔的模型后,通过模态分析得到前三阶的共振频率和阵型,进行力学分析得到应力分布结果及控制工况,为大风地区铁塔的设计提供依据㊂关键词:大风地区;铁塔;模态分析;控制工况0㊀引言近年来,随着各地电网的快速发展,因自然灾害导致的安全事件频发,其中大风原因和覆冰(凇)原因导致的故障占据较大比例㊂为全面提升电网本质安全水平,进一步增强架空输电线路预防和抵御大风㊁覆冰(凇)能力,开展了差异化设计研究,通过总结电网的设计㊁建设和运行经验,对杆塔防风害㊁防冰害进行研究具有重要意义[1]㊂研究以某220kV 送出工程铁塔为研究对象,通过Smart Tower 铁塔分析计算软件建立铁塔模型,进行受力分析㊁模态分析,为大风地区输电线路铁塔研究提供依据㊂1㊀工程概况某220kV 风电送出工程,采用单回路架设㊂导线采用2ˑJL3/G1A-630/45高导电率钢芯铝绞线,两根地线均选用OPGW 光缆㊂设计最高气温为40ħ,最低气温为-40ħ,平均气温为5ħ,基本风速为32m/s,覆冰厚度为10mm,沿线海拔高度在0~1000m,全线均采用自立式角钢塔设计㊂2㊀杆塔规划设计根据工程的导线㊁地线型号及气象条件,针对新建铁塔开展研究㊂悬垂直线塔的规划与选型首先要满足电气的间隙和塔头布置的要求㊂从结构造型和受力来讲,对称布置是最佳的结构型式,结构简单㊁造型匀称㊁加工安装亦较方便,这在许多线路工程中得到了很好的验证㊂由于该线路位于大风区内,按照差异化设计要求,中相悬垂串采用V 串,故单回路直线塔采用酒杯型塔头布置㊂耐张塔选型相对简单,鉴于干字耐张塔有良好的设计㊁施工和运行经验,其外形也与直线塔协调,故单回路耐张塔采用干字型塔头布置㊂按照工程实际情况,杆塔使用中应适当控制档距和耐张段长度,降低杆塔高度㊂该工程选线排塔后,选用水平档距450m㊁垂直档距550m 的铁塔最多㊂研究选取一种直线塔(ZB2)和一种耐张塔(J3)进行详细研究对比㊂两种铁塔规划使用条件分别见表1和表2㊂表1㊀直线塔规划使用条件塔型标准呼称高(m)水平档距(m)垂直档距(m)代表档距(m)摇摆角系数Kv 计算呼高ZB221~454505504000.7539表2㊀耐张塔规划使用条件塔型标准呼称高(m)水平档距(m)垂直档距(m)代表档距(m)转角度数(ʎ)计算呼高J318~30450550200/45040~60ʎ303㊀直线铁塔受力分析选取直线塔呼高为45m,全高为48.9m,塔头为酒杯型布置㊂采用目前电力行业广泛使用的Smart Tower 铁塔设计软件建立铁塔模型时,默认采用的三维直角坐标系中,X㊁Y 轴与铁塔所处的地面平行,Z 轴与地面垂直㊂把外部荷载加载于三个导线挂点及两个地线支架挂点处,荷载加载完成后,直线塔受力示意见图1㊂图1㊀直线塔所受荷载示意图2023.06∕283㊀根据‘架空输电线路荷载规范“(DLT5551 2018)要求,杆塔应计算最不利风向作用,悬垂型杆塔应计算与线路方向成0ʎ㊁45ʎ(或60ʎ)及90ʎ的三种基本风速的风向[2]㊂该送出工程基本风速较大,考虑大风工况对直线杆塔的受力影响较大,在风压段的风振系数设置时,需采用模态分析进行计算㊂在模态分析中,通过读取各阶频率对应的振型,剖析杆塔的振型规律[3]㊂根据模态分析结果计算杆塔的风振系数㊂研究对直线塔进行模态分析时,选择提取的模态阶数为3阶,质量增大系数为风压段质增㊂对输入的模型及以上参数要求条件下进行模态分析,得到直线塔的3阶固有频率计算结果如表3㊂表3㊀直线塔的3阶固有频率计算结果阶数频率(Hz)1 1.84972 1.855233.4175模态分析是研究输电线路铁塔动力特性的重要方法,也是解决复杂结构振动问题的主要工具㊂在进行风振系数βZ 计算分析时,选择左右振动作为βZ 分析的阵型依据㊂求解出βZ 后,在风压计算中将其考虑进去,再进行铁塔整体受力分析[4]㊂以选取的直线铁塔模型为研究对象,对其进行模态分析,前三阶振型如图2所示㊂图2㊀直线塔3阶模态分析图㊀㊀从图2可以看出,直线铁塔的前3阶振型分别为X 方向弯曲(图2(a))㊁Z 方向弯曲(图2(b))和铁塔内部扭曲(图2(c))㊂直线塔第三阶振型的变形主要发生在塔身第一横隔面以上部分,说明这部分结构相对薄弱㊂铁塔整体结构的应力云图如图3所示,通过软件计算结果,可知直线铁塔主材控制工况为大风,应力强度有较大的盈余量㊂4㊀耐张铁塔受力分析选取耐张塔呼高为30m,全高为40m,塔头为干字型布置㊂根据‘架空输电线路荷载规范“(DL /T5551 2018)要求,杆塔应计算最不利风向作用,一般耐张型杆塔可只计算90ʎ一种基本风速的风向;终端杆塔除计算90ʎ基本风速的风向外,还应计算0ʎ基本风速的风向;悬垂转角杆塔和小角度耐张转角杆塔还应计算与导线㊁地线张力的横向分力相反的风向[2]㊂把外部荷载加载于两侧导线横担端部的导线挂点㊁塔身中相的导线挂点㊁以及塔头地线横担端部的两个地线挂点处,相关荷载加载完成后,耐张铁塔受力示意见图4㊂图3㊀直线塔应力云图㊀图4㊀耐张塔所受荷载示意图采取和直线塔同样的分析方法,对耐张塔进行模态分析时,选择提取的模态阶数为3阶,质量增大系数为风压段质增㊂对输入的模型及以上参数要求条件下进行模态分析,得到频率计算结果如表4㊂284㊀∕2023.06表4㊀耐张塔的3阶固有频率计算结果阶数频率(Hz)1 3.82392 3.850538.5282在进行BetaZ 计算分析时,同样选择左右振动作为BetaZ 分析的阵型作为依据㊂求解出BetaZ 后,在风压计算中考虑进去,再进行铁塔整体受力分析[5]㊂以选取的耐张铁塔模型为研究对象,对其进行模态分析,前三阶振型如图5所示㊂图5㊀耐张塔3阶模态分析图㊀㊀根据受力分析,耐张铁塔整体结构的应力云图如图6所示㊂通过软件计算结果,可知铁塔主材控制工况为大风,应力强度有较大的盈余量㊂由于本工程覆冰厚度不大,而基本风速较大,故耐张塔控制工况为大风是合理的[6]㊂图6㊀耐张塔应力云图5㊀结束语研究以Smart Tower 铁塔分析计算软件为工具,对某风电220kV 送出工程所用铁塔进行研究,选取一种直线塔㊁一种耐张塔进行受力分析㊂由于本工程基本风速较大,软件计算结果显示主材控制工况均为大风工况㊂分析过程中采用了模态分析进行计算,通过读取各阶频率对应的振型,再根据模态分析结果计算杆塔的风振系数,对输电线路铁塔的动力特性进行了分析,为大风地区输电线路铁塔设计提供相关依据㊂参考文献[1]㊀刘晓亮.基于塔线体系的滑坡区输电铁塔风振响应分析[D ].宜昌:三峡大学,2022.[2]㊀电力规划设计总院.架空输电线路荷载规范:DL /T 5551-2018[S ].北京:中国计划出版社,2018.[3]㊀伍川,杨晓辉,赵鹏飞,等.基于塔线体系的风荷载作用下输电铁塔薄弱杆件分析[J ].中国工程机械学报,2022,20(6):504-509.[4]㊀孙成,张大长.新疆东部地区750kV 输电塔疲劳寿命分析[J ].土木工程与管理学报,2019,36(1):150-155.[5]㊀赵楚,廖伟中,叶凡.基于ANSYS 的110kV 输电铁塔有限元分析[J ].电工技术,2022(24):92-94,98.[6]㊀赵云龙,翁兰溪,黄文超,等.基于山脊地形台风风场的铁塔风振系数研究[J ].电气技术,2021,22(3):38-43.(收稿日期:2023-04-18)。

500kV输电线路拉线门型塔屈曲分析

500kV输电线路拉线门型塔屈曲分析党剑;柳骏;李小磊【摘要】500kV输电线路LM21拉线门型塔,在运行中该塔拉线点处塔身腹材严重变形.应用有限单元法对该塔的不同荷载工况进行了屈曲分析.结果表明,在覆冰荷载和导线不平衡张力荷载下,该塔横担下边框拉线连接处腹材屈服.分析后通过简化真型塔试验验证了计算结果的正确性.最后对铁塔进行了改进验算,将横担下边框腹材规格由80 mm×80 mm×6 mm改为120 mm×100 mm×14 mm时,铁塔强度满足设计要求.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2010(036)003【总页数】2页(P31,33)【关键词】500kV输电线路;拉线门型塔;屈曲分析;真型试验【作者】党剑;柳骏;李小磊【作者单位】东北电力大学,吉林,吉林,132012;东北电力大学,吉林,吉林,132012;东北电力大学,吉林,吉林,132012【正文语种】中文【中图分类】TM720 引言输电铁塔的承载能力由其结构的稳定性来控制。

拉线门型塔由铁塔本体和悬索组成。

采用悬索结构,一方面吸取了悬索结构重量轻、造价便宜、跨度大等一系列独特的优点。

另一方面,这种处理使整塔受力更加合理,极好的发挥了塔和线的受力性能,减少了主材、斜材受力,使选材经济合理,因此,该塔型在输电线路中应用广泛。

然而,如果对拉线门型塔优化设计不当,就会给输电线路的安全埋下隐患。

对拉线门型塔进行临界荷载分析,掌握其屈曲特性,具有重要的现实意义。

应用ANSYS有限元软件对东长哈 500kV输电线路拉线门型塔建立索梁桁有限元模型,依据工况条件对其进行临界荷载分析,找到了铁塔的设计缺陷并进行改进计算,为该塔的改造提供了可行的意见。

LM21-拉线门型塔失效情况:东长哈 500kV输电线路0401号塔,型号为LM21拉线门型塔。

线路运行中,拉线点处塔材发生严重变形 (见图1),影响到正常使用。

500kV拉线门型塔补强加固试验研究

500kV拉线门型塔补强加固试验研究赵强;王德弘【摘要】拉线塔是高压输电线路中常见的一种塔形,而在运行维护过程中发现,在许多拉线塔的上部横担中与拉线挂板连接处存在角钢发生较大变形的现象,严重威胁线路安全.针对东长哈送电线路中大量存在的87LM21塔,建立了其有限元模型,并对其进行非线性分析,得到了在静风荷载作用下拉线门型塔的一些力学特性,找到了该塔在实际应用中不能满足使用要求的原因,并初步提出了2种补强加固方案;通过对87LM21拉线门型塔进行静风荷载加载试验,进一步明确了拉线门型塔的力学特性,验证了数值分析结果的正确性,并通过试验测试了补强加固方案的可行性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2014(047)003【总页数】5页(P96-100)【关键词】拉线输电塔;输电线路;补强加固;静风荷载;试验研究【作者】赵强;王德弘【作者单位】东北电力大学建筑工程学院,吉林省吉林市 132012;东北电力大学建筑工程学院,吉林省吉林市 132012;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150090【正文语种】中文【中图分类】TM7540 引言拉线门型塔采用索桁结构，具有重量轻、造价便宜、整个结构受力合理、施工方便快捷等特点，在高压输电线路中得到广泛应用。

由于理论研究滞后，其设计计算方法存在一定的问题，导致拉线门型塔在随后的运行维护中出现铁塔杆件失稳，甚至倒塔事故的发生，严重威胁着线路的安全运行。

因此，针对既有拉线门型塔进行试验分析，找出拉线门型塔存在的结构问题，并提出可行的改造加固方案，从而提高拉线门型塔的强度，使之能够满足正常运营要求，以较小的经济代价换取整条输电线路的安全运营是十分必要的。

而目前对于拉线塔的研究比较少，大多数都局限于用有限元软件进行一些理论分析与计算，如，文献[1]针对复沙500 kV 输电线路Ⅱ回拉线门型塔严重变形，应用有限单元法对ZH91 拉线门型塔进行了多种工况下的屈曲分析，根据计算分析结果对铁塔进行了改进验算。

拉线初始预应力分布对拉线杆塔受力影响的研究

拉线初始预应力分布对拉线杆塔受力影响的研究甘凤林;李小磊;高黔【摘要】鉴于拉线塔的重要性及受力特性,应用结构分析软件ANSYS对拉线塔建立相应的非线性有限元模型,并以东长哈送电线路87号拉门塔为例,研究拉线初始预应力的分布,找出拉线初始预应力分布对拉门塔受力性能影响的规律.研究结果表明:拉线初始预应力对拉门塔初始状态下的支座反力、节点位移和杆件轴向应力的影响呈线性关系,对荷载状态下的受力性能的影响呈非线性关系,因此,应优化选取拉线初始预应力.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2010(023)009【总页数】5页(P7-10,26)【关键词】拉线塔;非线性有限元;拉线初始预应力;ANSYS软件;拉线塔受力【作者】甘凤林;李小磊;高黔【作者单位】东北电力大学,建筑工程学院,吉林,吉林,132012;东北电力大学,建筑工程学院,吉林,吉林,132012;安徽省蚌埠市供电公司,安徽,蚌埠,233040【正文语种】中文【中图分类】TM753拉线式输电塔结构是由拉线和塔身组成的高柔结构,只有施加足够的预应力,拉线才有足够的刚度来拉紧杆身,使塔身在各类荷载作用下能保持直立并正常安全地工作[1]。

在一般工程实际中,初始预应力取值过小或过大都是不利的。

如果初始预应力过小,输电塔结构的节点位移较大,节点刚度较差,容易晃动,较易失稳;如果初始预应力过大,输电塔结构的节点位移较小,节点刚度较好,但塔身轴向应力显著增大,弦杆也会受压失稳。

所以拉线初始预应力的取值会直接影响到输电塔在横向荷载作用下的刚度、稳定性及用材是否经济[2]。

鉴于拉线初始预应力的重要性,本文使用ANSYS有限元软件建立拉线式输电塔结构索梁桁混合单元的非线性有限元模型,通过分析,找出拉线初始预应力分布对输电塔结构受力影响的规律。

1 拉线输电塔有限元模型1.1 基本假定与单元选取假定材料为各向同性硬化材料,符合V.Mises初始屈服条件和流动法则,且为相关流动;结构为大位移小变形运动;不计构件加工、安装误差及材料初始缺陷;节点为理想空间刚节点或理想的空间铰接点[3]。

500kV拉门塔临时拉线集线器的研制

500kV拉门塔临时拉线集线器的研制刘任;唐波;赵晓明;吴卓;孙睿【摘要】由拉门塔拉线失效而引起的输电线路安全危害是当前亟需解决的问题.针对大规模施工机具进入维修场地所需时间较长的缺点,基于拉门塔拉线在多种工况下的受力特性,根据人力可操作性,分别采用螺杆传动、棘轮传动和齿轮传动等3种机械传动结构,提出了3种临时拉线集线器装置的设计方案.综合考虑经济性、轻巧性、便携性和安全性,确定出最优方案.建立了基于拉门塔塔线体系的力学有限元模型,采用Ansys软件仿真分析,对装置的力学强度进行了校验,计算得装置拉线的最大力学负载为86.78 kN.采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,采用Ansoft软件对装置带电作业条件下的空间场强分布进行计算,结果表明上人安装时作业人员体表场强最大值为418kV/m.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】7页(P71-77)【关键词】500 kV拉门塔;临时拉线集线器;机械结构设计;拉线材料;有限元分析;带电作业【作者】刘任;唐波;赵晓明;吴卓;孙睿【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;国网山东省电力公司长治市供电公司,山西长治046011;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TM752当前，江苏某些地区500 kV输电线路仍运行有一定数量的拉门塔．拉门塔的安全稳定性较大程度上受拉线的影响，一旦拉线发生盗割或其他外力破坏等事故，若不能及时抢修则对线路的安全造成极大威胁[1]．因此，有必要研制一种轻巧便携的临时拉线集线器，在大规模施工机具进入维修场地之前用于拉门塔拉线维护或更换的临时替代．由于国内外尚未有类似于临时拉线集线器的相关设备，可用于参考的文献很少．当前关于拉线铁塔的研究主要集中在铁塔的优化设计与整体稳定性分析方面．文献[2]以东长哈送电线路铁塔为例，利用有限元分析软件建立了桁梁混合单元的非线性有限元模型，研究了拉线初始预应力对拉门塔受力性能的影响规律，并通过实验验证了规律的正确性．文献[3]提出了一种对拉线塔内力分析和计算的简化方法，且通过实例验证了该方法的可行性和高精度性．文献[4]从导线的挂线方式、塔头型式和拉线的各种参数设置几个方面对750 kV输电线路拉V塔进行了优化设计，其显著的经济成果可以为今后的拉V塔工程建设提供一定的参考；文献[5]应用有限单元法对拉门塔不同工况的荷载进行了屈曲分析，并用真型试验验证了结果的正确性．显然，国内外虽有一些对拉门塔的研究，但都是基于拉线完好的情况下进行的铁塔力学特性分析．本文通过对江苏省淮安500 kV任上5238线上典型的拉门塔受力特性及拉线临时替代技术研究，研制了一套能切实有效地用于拉门塔拉线临时检修和应急抢修的装置，并制定了其带电运行施工技术方案，解决了现有拉门塔拉线紧急消缺的工程实际问题．在输电线路工程中，拉线门型铁塔是用2个垂直柱体支持导线及架空地线并由拉线提高稳定性的杆塔．拉线铁塔是在无拉线铁塔的基础上发展起来的，其结构由地线塔头、横担、主柱以及拉线4部分组成，角钢构成的主柱和斜材主要用来支撑架空线和其他附件．在拉门塔中，拉线一般由高强度镀锌钢绞线制成，用来平衡杆塔的横向荷载和导线张力，减少杆塔根部的弯矩[4-5]．每条拉线的上端通过拉线金具与横担连接，下端借助拉线金具固定于地面，可调节金具的长度来调整拉线的松紧．拉门塔是输电线路中最为常用的直线塔型之一，具有受风荷小、用料少、安装组立方便等优点，在某种特殊环境下是一种较为合理的塔型．当前，我国500 kV输电线路还运行有一定数量的拉门塔．如图1所示为江苏省淮安市500 kV任上5238线上典型的ZLT3型拉门塔，该铁塔两侧分布了4根拉线，呈X型布置．2.1 装置工作要求及其设计思想针对拉门塔拉线出现的失效情况，需要寻找一种可替代原受损拉线的临时拉线，并且研制一套能用于临时拉线应急抢修的工器具及其施工方法．研究设计出的装置不仅机械负荷强度能够达到要求，而且要求结构轻巧，便于携带，适用于拉门塔巡检过程中发现拉线被破坏时，在不停电条件下可以及时对现有损坏拉线进行临时替代，确保线路铁塔的安全运行．根据上述设计目标，确定的500 kV拉门塔临时拉线集线器的设计研究思路是：首先计算分析500 kV拉门塔在多种典型工况时的受力特点，确定合适拉线集线器的拉线材料及其截面结构，综合考虑经济性、轻巧性、便携性和安全性，从而根据人力可操作性，采用较为简洁的机械传动结构，进行拉线集线器装置的具体结构设计，并进行电学和力学安全性验证．2.2 临时拉线集线器的拉线材料、截面结构选择2.2.1 多种典型工况下的拉线力学特性分析拉门塔在线路正常运行时，承受大风、重力、导地线不平衡张力等荷载的作用．其中风荷载为分布荷载，架空线的自重、冰重和不平衡张力荷载为集中荷载．采用理论力学、静力学的力学分析方法，作出拉门塔受力分析图，如图2所示．在图2中，杆塔上的横向、纵向和垂直方向的荷载及其各自对X、Y、Z轴的力矩和拉线横截面积均已知，拉线内力T1、T2、T3、T4(或其应力σ1、σ2、σ3、σ4)，主塔(杆)内力NA、NB及主柱(杆)底部纵向反力RA、RB均未知．沿铁塔X、Y、Z轴的受力平衡条件，可建立3个方程，同时根据X、Y、Z轴的力矩平衡条件，也可建立3个方程．将6个方程联立，如式(1)所示式中，σ1～σ4为拉线1～4的应力(N/mm2)；A为拉线横截面面积(mm2)；P、S、G为作用在杆塔上的横向、纵向和垂直方向的荷载(N)；MX、MY、MZ为荷载P、S、G对X、Y、Z轴的力矩(N·m)．在实际工程中往往只需计算拉线的最大拉力，加之某些组合荷载的对称性，利用这些条件可使计算大为简化．现分别说明(以下均指荷载大到足以使一侧拉线应力减小到接近于零的极限情况)[6]．江苏省淮安市任上线500 kV典型ZLT3拉门塔的呼称高度为33 m，拉线极限应力为1 500 MPa，水平档距和垂直档距分别为470 m、550 m，典型气象条件下的覆冰厚度为5 mm，最大设计风速为30 m/s．导地线型号分别为LGJQ-400、LGJT-95，截面积分别为446.6 mm2、152.81 mm2，单位长度质量分别为1 487 kg/km、707.11 kg/km．1)横向对称荷载作用下的计算横向荷载(如横向风荷载)对称于杆塔平面时S=0、ΔY=0、φ=0、θ=0、RA=RB=0、σ1=σ4，σ2=σ3=0，因此，由式(1)中的∑X=0和∑MY=0可得到：式中，l0为横担水平中心点到拉线悬挂点的距离(m)；t为塔腿铰接点与塔头横担铰接点处的水平距离(m)；l为横担中心点到杆塔与横担铰接点处的水平距离(m)；其他符号的含义如图2所示．横向荷载典型工况有最大风荷载、覆冰有风荷载2种，计算结果分别为97.28 kN、20.62 kN ．2)纵向对称荷载作用下的计算纵向对称荷载(如断中导线、纵向风荷载)对称于YOZ平面，因而T1=T2、T3=T4、RA=RB、φ=0、ΔX=0，因此，由式(1)中的∑Y=0和∑MX=0可得到：纵向荷载典型工况为有风且断一相导线对应的荷载，计算结果为67.12 kN．因此，经计算知杆塔受横向最大风荷载时拉线出现最大拉力97.28 kN．2.2.2 拉线材料、截面结构选择3种典型工况下拉线所受最大拉力为97.28 kN，因此，选取限值100 kN作为拉线力学设计标准，同时，为保证整个装置的轻便性，从质量轻、强度高和尺寸小等角度选择合适的的临时拉线替代材料及其截面结构．常用的输电线路拉线材料有防腐型钢芯铝绞线、镀锌钢绞线、铝包钢芯铝绞线、光缆复合型地线等．此外，考虑到一些新型的绳索类材料，如迪尼玛绳和高分子聚乙烯绳索近年来也在某些工程中有一定的应用．因此，初步比较认为镀锌钢绞线、迪尼玛绳和高分子聚乙烯绳索符合拉门塔临时拉线的要求．镀锌钢绞线的特点是，抗拉强度高，表面有镀锌层，能防腐蚀，但由于钢绞线的密度大，导致拉线自重过大，造成整个装置过于笨重，在交通运输和携带过程中不便．迪尼玛绳的特点是，抗拉强度高，密度小，具有较长的挠曲寿命，但该材料的防滑性能差，且若要保证100 kN的力学强度，其截面尺寸过大，造成装置整体尺寸过大，也是携带不便．因此，考虑采用高分子聚乙烯绳索，该材料虽然表面硬度低，但自重轻，抗冲击性较强，承受100 kN拉断力时，其截面直径仅为10 mm，且价格也较低廉．2.3 临时拉线集线器的设计方案选择由于部分拉门塔分布于山区、农田等特殊作业环境，为方便工作人员的搬运和使用，要求临时拉线集线器能够尽量轻巧便携．因此，根据临时拉线集线器的具体用途，结合上述力学分析，临时拉线集线器应该满足以下的工作要求：最大负载不小于100 kN，在该负载下工作时装置不能变形，装置自重不超过35 kg，便于人工携带．根据人力操作特点，结合输电线路工程中传统的集线和紧线方式，分别采用螺杆传动、棘轮传动和齿轮传动等3种机械传动结构，提出了3种临时拉线集线器装置的设计方案．方案1为双钩式集线紧线器．该装置主要由机架、导向滑轮、卷筒、齿轮、摇把、棘轮、棘爪、换向钮、卡线槽、卸扣组成，主要利用螺杆收线和紧线．方案1的装置结构图如图3(a)所示．方案2为棘轮式集线紧线器．装置主要由机架、导向滑轮、锥形轴、卷筒、齿轮、曲柄、摇杆、连杆、棘轮、棘爪、换向钮、卡线槽等组成，利用动滑轮进行集线，由手柄控制棘爪，继而控制棘轮的紧线运动，且棘轮和集线卷筒属于同轴运动．方案2的装置结构图如图3(b)所示．方案3为齿轮式集线紧线器．装置主要由机架、导向滑轮、锥形轴、卷筒、大齿轮、小齿轮、手柄、棘轮、棘爪、换向钮、卡线槽等组成，可调距离较大，可根据实际荷载，设计出负载不同的齿轮和选择不同的齿轮传动比．方案3的装置结构图如图3(c)所示．3种方案的综合性比较见表1．显然，方案3的拉线集线装置自重较轻、省力倍数较大、预计承受的最大负载超过设计限值100 kN，因此，选择方案3进行研发．2.4 装置的结构设计及其工作原理2.4.1 装置结构设计方案3的装置主要由机架、集线部分、动力驱动部分、拉线紧线部分等组成．其中，机架主要用来支撑所有构件，使装置稳定工作；集线部分主要是临时拉线穿过导向滑轮，在驱动力的作用下，将临时拉线最终卷绕到集线卷筒上；动力由人工提供，主要是作业人员控制手柄的转动，继而由小齿轮的转动驱动大齿轮，为整个装置提供动力；紧线部分通过卸扣将缠绕在卷线筒上的临时拉线固定于地面．在完成了各零部件的尺寸设计及强度校核后，其整体设计实物如图4所示．2.4.2 临时拉线集线器的工作原理临时拉线的一端穿过导向滑轮2后，由导向滑轮2的对中作用，使其与锥形轴3中心面对齐(减小拉线绕入时的偏斜角度，有效降低磨损)，再在锥形轴3上缠绕4～6圈，以保证合适的包角，防止摩擦传动过程中由于负载过大而发生打滑，同时也应该避免包角过大导致摩擦阻力太大而不易转动．施工时，由检修人员用手柄5驱动小齿轮6，再带动大齿轮4．设计的齿轮传动比为3，虽然齿轮传动降低了传动速度(传动速度为无齿轮的1/3)，但负载能力提升了3倍，同等条件下也会降低工人的劳动强度，其中大齿轮4与锥形轴3属于同轴转动．将手柄5的力矩传递到锥形轴3上，克服拉线缠绕在上面时产生的摩擦力矩驱动锥形轴3，即可卷入临时拉线，大大降低到了输入转矩，实现了省力的目的．临时拉线从锥形轴3的一端卷入，从另一边卷出，此时，由另一名工人配合完成转动集线卷筒8的工作，将卷出的拉线卷绕到集线卷筒8上，拉线始端被固定于卡线槽7；同时，棘轮机构10能实现边集线边反向锁紧的功能，避免了工人施工过程中，由于负载过大导致手柄5反转误伤工人的意外事故，提高了操作安全性．由于棘轮机构与棘爪9安装于同一轴上，且还安装有换向钮11，当拉紧过度时，可拨动换向钮11，使棘爪9松开；集线卷筒8适当放线后，再拨动换向钮11实现实时锁紧功能．实际施工过程中，当拉线负载较大时，需要在耳板12上安装卸扣，将拉线穿过卸扣与钢钎相连，使整个装置固定在地面上，提高装置的稳定性．搬运过程中，装置的大齿轮4和手柄5均可拆卸；施工时，2名工人就可以完成作业，不需要额外动力设备．经过安全检验与力学校核，1名工人通过人手摇动临时拉线集线器手柄，最大牵引力可达6 t．3.1 拉门塔塔线体系的有限元分析思想当前，国内外学者分析拉门塔受力特性时，一般将塔与架空线分开考虑，即将计算的架空线荷载作为外力施加于拉门塔上，然后根据拉门塔的实际结构、受力特征等对拉门塔进行简化分析与计算[7]．这种不考虑拉线与塔连接情况的计算方法显然无法用于拉线临时集线器的力学校验．因此，考虑拉线与铁塔之间的连接影响，在ANSYS软件中建立铁塔-拉线体系有限元模型，将拉线用LINK10杆单元模拟，铁塔用BEAM188梁单元模拟，绝缘子串用LINK8杆单元模拟，其中拉线和铁塔连接节点采用理想铰接点(只有X、Y、Z3个位移方向的自由度)，绝缘子串与铁塔采用耦合铰接，铁塔主材与斜材采用刚性节点连接，建立整体实体模型，将拉门塔的角钢及拉线的内力求解域看作大量互连的内力子域，且对每个单元假设一个近似解，在此基础上推导出拉门塔角钢及拉线的力学平衡条件，从而求解出塔线结构的内应力及变形量[7-10]．3.2 临时拉线的力学强度校验在规程[6]规定的典型工况下，拉门塔承受横向最大风荷载时拉线拉力最大，因此，基于该工况分析拉线受力和变形情况．拉门塔承受横向最大风荷载时，由任上线500 kV典型ZLT3拉门塔结构参数建立的拉门塔有限元模型如图5(a)所示，塔线体系的有限元模型求解结果如图5(b)所示，有限元分析结果见表2．从表2可知，拉门塔在最大风工况下，其变形主要表现为悬垂绝缘子串的偏移；在90°的最不利攻角时，当风速大小由零增加至一定的数值，迎风面拉线1、2的受力逐渐增加，拉线3、4的内力逐渐减小并趋近于零，即拉线退出工作，外荷载完全由拉线1、2承担．所以，在设计临时拉线时，主要考虑对迎风面的拉线进行加固和补强．由表2可知，拉门塔在承受最大风荷载时，拉线出现的最大有限元计算拉力为86.78 kN，而上节的理论计算结果为97.28 kN，两者相差10.5 kN．这是由于在理论计算中将拉门塔实际模型进行了简化处理、将风荷载当成集中荷载，且有限元计算本身存在近视处理等原因造成的．由上述力学有限元校验分析可知，在承受最大风荷载时，拉线出现的最大拉力小于临时拉线高分子聚乙烯绳可承受的最大拉断力100 kN，也小于装置的最大可承受负载110 kN．因此，该临时拉线的力学有限元校核满足要求．将临时替代拉线集线器安装于正常运行的线路时，不可避免地存在上人安装时的带电作业安全问题[11-12]．采用场域分解的方法，将上人检修时拉门塔与拉线之间复杂的三维无界电场域分解成有界子区域，利用三维电场有限元软件Ansoft进行电场仿真分析．人体和任上线500 kV典型ZLT3拉门塔的三维模型如图6所示，人体各部分的参数见表3．拉线安装带电作业最危险点出现在人与导线最近的时候，此时分为人在塔身和人在横担两种情况．对这两种情况分别计算，得到人体不同部位表面电场强度对比见表4．从表4可以看出，作业人员位于塔身时出现最大电场强度，其体表场强最大值为418 kV/m．因此，作业人员必须穿戴屏蔽服或静电防护服才能进行操作[13-17]．人体位于塔身时的空间电场分布如图7所示．1)研制开发的500 kV拉门塔临时拉线集线器采用高分子聚乙烯绳索作为临时替代拉线，按照截面直径10 mm，抗拉强度100 kN进行设计，经验算，正常工况下临时拉线集线器拉线所受最大拉力为86.78 kN．2)线路正常运行时进行检修，安装拉线过程中出现的人体体表最大场强约为418 kV/m，作业人员必须穿戴屏蔽服或静电防护服才能进行操作．3)该装置采用人力驱动，选择齿轮传动结构进行设计，且装置可拆装组合，便于施工人员携带．以江苏省淮安市500 kV任上5238线上典型ZLT3拉门塔为实施例，进行了现场施工试验，验证了该装置的可靠性和实用性．【相关文献】[1] 舒印彪，张文亮．特高压输电若干关键技术研究[J]．中国电机工程学报，2007，27(31)：1-6．[2] 甘凤林，李小磊，高黔．拉线初始预应力分布对拉线杆塔受力影响的研究[J]．广东电力，2010，23(09)：7-10，26．[3] 孔伟，党剑，单良，等．拉线式输电塔初始状态下预应力的分布研究[J]．现代电力，2010，38(5)：19-21．[4] 杨磊，吴彤，郝阳，等．V型拉线塔在750 kV输电线路工程中的应用[J]．电力建设，2012，33(03)：45-48．[5] 张殿生．电力工程高压送电线路设计手册[M]．2版．北京：中国电力出版社，2013．[6] DL/T 5092-1999．110～500 kV架空送电线路设计技术规程[S]．北京：中国电力出版社，1999．[7] 杨必峰．输电塔线体系的索杆混合有限元法[J]．同济大学学报，2004，3(32)：296-306．[8] 徐建国．大跨越输电塔线体系有限元建模[J]．华东电力，2011，3(32)：15-20．[9] 王璋奇，杨文刚，张凯．特高压单柱拉线塔受力特性及拉线初始预应力对其影响的研究[J]．中国电机工程学报，2014，24(09)：1498-1506．[10] 孔伟，朱明伟，付豪．架空输电线路导线在ANSYS中的找形分析[J]．东北电力大学学报，2011，31(5/6)：64-67．[11] 张佳丽，姜震，王德忠．高压输电线路下工频电场的数学模型[J]．高电压技术，2001，27(6)：20-21．[12] 张文英，邓华，钱晶，等．云南电网紧凑型500 kV线路带电作业安全性研究[J]．中国电力，2013，46(7)：66-71．[13] 胡涛，胡毅，李景禄，等．输电线路带电作业的安全防护[J]．高电压技术，2006，32(5)：22-25．[14] 苏梓铭，彭勇，刘凯，等．1000 kV与500 kV交流同塔四回线路带电作业电场防护仿真计算分析[J]．中国电力，2014，47(2)：78-83．[15] 张文英，邓华，钱晶，等．云南电网紧凑型500 kV线路带电作业安全性研究[J]．中国电力，2013，46(7)：66-71．[16] Gomollon J A， Palau R. 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【技贴】预应力对模态结果的影响研究！

【技贴】预应⼒对模态结果的影响研究！⼀、前⾔在⼤千世界⾥，模态⽆处不在，这句话感觉有点“虚”。

但确实是这样，我们⽣活的环境时刻都是在运动的，静⽌是相对的。

对于模态这个词，在NVH⾥常常遇到，是分析振动噪声问题的基础。

⼏乎所有的振动噪声问题都和模态有关，不管是普通的结构振动，还是⾼深的声学，都和模态有着不可分割的联系。

对于模态，我们可能会想到⽤⼀些术语来表征，如频率、振型、阻尼等；其实我们还可以⽤另⼀种⽅式来表达模态的含义，模态实际上是⼀个结构或系统储存能量的形式，所有的系统都可⽤能量来表述。

⽐如荡秋千，是⼀个基本的振动形式，能量不断的由势能转为动能，动能转为势能，进⽽由于外界阻⼒或系统阻尼的存在，系统会慢慢停⽌到原点，但是能量最终还是存储在系统中。

世界万物归结到底据说可以⽤⼀种理论——弦理论来表征。

太⾼深了，听起来有点吃⼒。

（图⽚来⾃⽹络）【摘⾃度娘：“弦理论是⼀门理论物理学上的学说。

理论⾥的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是⼀⼩段“能量弦线”，⼤⾄星际银河，⼩⾄电⼦，质⼦，夸克⼀类的基本粒⼦都是由这占有⼆维时空的“能量线”所组成。

”在弦理论中，基本对象不是占据空间单独⼀点的基本粒⼦，⽽是⼀维的弦。

这些弦可以有端点，或者他们可以⾃⼰连接成⼀个闭合圈环。

正如⼩提琴上的弦，弦理论中⽀持⼀定的振荡模式，或者共振频率，其波长准确地配合】⼀般在分析结构或系统模态的时候，多数情况是没有考虑到预应⼒的影响；但在实际的结构中，⼀个系统的模态常常会在预先施加内⼒的情况进⾏计算，如预应⼒楼板、预应⼒桥梁、汽车中的⼀些⼆⼒杆（如转向直拉杆）等，这时预应⼒对模态是否有影响？在拉⼒或压⼒作⽤下模态是偏⼤还是偏⼩？⼆、弦振动基础我们知道吉他声⾳随着琴弦的绷紧会越来越⾼，开始琴弦松的时候，发不出声⾳，但是琴弦慢慢绷紧，声⾳也出来了；⽽且当调节⼒加⼤⼀定程度后，琴弦有可能断开。

这说明琴弦拉⼒越⼤，琴弦的“横向刚度”越⼤，振动的频率越⾼，进⽽就可以发出更⾼的声⾳。

地震作用下通讯拉线塔拉线预应力的优化

地震作用下通讯拉线塔拉线预应力的优化穆宇亮【摘要】通过有限元分析软件，对通讯拉线塔进行了建模，按三种不同预应力值进行地震动力时程分析，得到了地震作用下不同预应力值拉线的内力时程曲线，对比三种预应力值计算的结果，从而选出了地震作用下合理的拉线预应力取值。

%Modeling of the communication cable tower through the finite element analysis software,value of seismic dynamic time history analysis according to three different prestress,get the curves of the seismic action under the different value of prestressed cable internal force,computa-tional results comparing the three kinds of prestress value,draw the cable prestress reasonable under the action of earthquake.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】2页(P41-41,42)【关键词】通讯拉线塔;预应力;抗震设计【作者】穆宇亮【作者单位】中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北石家庄 050021【正文语种】中文【中图分类】TU394通讯拉线塔是一种由钢绞线拉线固定，塔身上可安装移动通信天线的塔桅形式，具体形式见图1。

塔身一般是格构式桁架，由钢管、角钢或圆钢组成。

除塔身底部外，塔身在不同高度安装拉线为铁塔提供约束。

该塔型外观新颖，受力合理，塔体重量轻，施工简便、周期短，是一种性能良好、经济实用的通信塔型。

通讯拉线塔作为通信铁塔的一个重要分支，在传统刚性结构的基础上引入柔性的预应力拉索，并施加一定的预应力，在不同高度为塔身提供约束，减少了铁塔自由长度，从而改变了结构的内力分布和变形特征，优化了结构的性能，使得结构重量大为减轻，在工程中得到了广泛的应用。