输电线路风荷载模拟 季克朗

输电线路风荷载模拟季克朗

影响输电线路安全运行的重要因素之一就是“风速”，时常有各类因风而导致的输电线路事故，如台风倒塔，舞动断线等等。

本文中，以输电线路风荷载为切入点，结合流体力学公式分析线路铁塔和导线上的风荷载特性，并进行数据模拟。1.风荷载特性与数据模拟

1.1风荷载特性与数据模拟

风有两种不同的成分：一种周期较长，通常在十分钟以上，远大于一般结构的自振周期，对

结构物的作用近似于静力荷载，称为平均风；另一种周期较短，作用时间一般只有几秒左右，较接近结构的自振周期，容易引起结构的振动，称为脉动风。将平均风速受地表高度影响的

变化规律称之为平均风速梯度和风剖面。脉动风是随机载荷，使结构产生动态效应，一般包

括顺风向、横风向和垂直风向的三维风紊流，它使结构产生随机振动。通过长期的观测结果

可以认为脉动风速谱服从高斯分布。脉动风速可以用下式表示：

式中：

w——风压（kN/m²）；

vo——风速（m/s）；

ρ——空气质量密度（t/m³）；

r——空气容重（kN/m²）；

g——重力加速度（m/s²）。

基本风压值主要取决于风速的大小，但还与空气密度有关，空气的标准密度为ρ=1.25×10-

3kg/m³，将ρ带入式（11），采用标准大气情况下r=0.012018 kN/m³，以及g=9.8m/s²得到10米高度处的基本风速和基本风压的关系为：

式中：

zo——风速等于零的高度。由于输电铁塔高度一般都不大，两种方法计算的平均风速差别较小，且指数规律形式的计算相对简单，因此本文采用指数规律来描述平均风速的规律。

1.3脉动风速数值模拟

本模型的模拟理论是采用Iwatani提出的线性回归滤波器法，其中M个点的空间相关脉动风

时程V（x，y，z，t）列向量的AR模型表示如下：

如果R已知，就可以先解得Ψ，再求RN可得L。而矩阵R中的Rn=Rvv（nΔt）为Ｍ×Ｍ阶方阵，Rvv（nΔt）的任一元素可表示为Rij（nΔt），其含义为空间两点i和j之间时差等于nΔt

的相关函数。在已知互功率谱的情况下，可以通过维纳-辛钦公式求得相关函数：

2.结论

本文通过对输电线路的风荷载数学模型分析，并利用matlab程序，成功得到了风速时程曲线。

参考文献：

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[2]输电线路风偏故障分析及应对措施[J].武国亮，宋述停，蔡炜，刘晓伟，田丁.水电与新能源. 2013（06）

[3]采用无线信号传输的输电线路导线风偏在线监测系统设计[J].黄新波，陶保震，赵隆，刘家兵，李国倡.高电压技术. 2011（10）