基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究

基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究

张志强;安利强;庞松岭;张荣伦

【摘要】提高输电线路的抗风能力一直是沿海地区电网建设的重要任务。为研究沿海地区输电铁塔的抗风性能,采用极值III型威布尔分布,结合海南省海口市气象站监测的年最大风速序列,推算出了当地50年重现期内的极值风速,并利用石沅台风风谱进行了风速脉动风的模拟；然后根据当地一基铁塔在AN-SYS中建立了一塔两线模型,进行风致动力学分析。分析表明：在脉动风作用下,主材最大轴力达到97．1 kN,已经超过了塔材轴向压力设计值71．9 kN,当考虑风载荷的脉动放大效应时,动态分析和静态分析的轴力极值之比超过了2倍。塔材受压失稳是铁塔发生结构破坏的主要因素,需要充分考虑脉动风的放大效应,按照静风等效作用进行沿海地区输电线路的设计很有可能导致构件受压失稳,严重时,甚至会发生倒塔事故。%It is always an important task to enhance the wind resistance performance of transmission lines for the power grid construction in coastal areas. In order to study the wind resistance performance of transmission lines in coastal areas, we calculated the extreme wind speed of the return period in 50 years in local areas by using the ex-treme III Weibull distribution and the maximum wind speed sequences acquired by the weather station in Hainan. And the fluctuating wind speed was simulated by Shiyuan typhoon spectrum. We built a one-tower and two-span-conductor transmission line model in ANSYS according to the local tower to process the wind-induced dynamics a-nalysis. The analysis indicates that the maximum axial compressive force of principal members can reach up to 97. 1kN under fluctuating wind, which has exceeded the

design value 71. 9kN. Taking the pulse amplification effect of wind load into consideration, the maximum dynamic axial compressive force exceeds twice that of the static one. The buckling is the main factor for structural failure in tower, so we need to consider the pulse amplification effect of wind load in a comprehensive way. It may lead to buckling when we design transmission line simply based on static analysis. What’ s more, it can even cause tower collapse.

【期刊名称】《电力科学与工程》

【年(卷),期】2016(032)011

【总页数】5页(P74-78)

【关键词】抗风性能;塔线体系;风载荷

【作者】张志强;安利强;庞松岭;张荣伦

【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定 071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定 071003;海南电力技术研究院，海南海口 570125;海南电力技术研究院，海南海口 570125

【正文语种】中文

【中图分类】TM726.3

高压架空输电线路长期在野外运行，恶劣的环境因素对输电线路有很大影响，且架空输电线路属于高柔性结构，对风具有很高的敏感性[1]，极端条件下的风载荷会使输电杆塔发生倾覆危险，进而导致电力系统崩溃，造成严重的经济损失[2]，据统计，2014年超强台风“威马逊”造成海南电网35 kV及以上输电线路跳闸共

117条、倒塔27基，给海南电网带了严重的损失。

提高输电线路的抗风能力一直是沿海地区电网建设的重要任务，由于沿海地区输电线路电压等级相对较低，采用的塔材强度也因而较低，加之沿海地区气候环境恶劣，因此才会出现倒塔事故频发。当前对于沿海地区输电线路的抗风加固及事故分析，多是从台风或者恶劣气候发生后，对电网事故的统计分析而提出的防风抗风加固方案[3-6]；通过对事故的分析固然可以在一定程度上提高线路抗风设计水平，但是

难以从根本上揭示事故原因，根本还是因为沿海地区输电线路其外部环境载荷主要是风载荷的强度大，远远超过了结构的承载能力，因此需要根据地形地貌和重灾区进行风速的统计分析，掌握当地的风速规律，才能有针对性的提高结构抗风设计水平，厉天威等人以大容量且维护困难的输电线路为研究对象，对沿海设计风速及其地域分布特点进行了计算分析[7]；邓洪洲等人结合福建省风速资料，采用不同的

极值分布模型对当地的风速进行了统计分析[8]；此外通过建立电网的风灾预警故

障和风险评估系统也可以提高沿海地区电网运行的安全稳定性；文献[9]收集整理

了近年来登陆沿海地区热带气旋资料，对台风重灾区提出了电网运行的安排调度和事故处理的解决措施；文献[10]考虑台风对沿海输电线路可靠性的影响，提出了一种台风作用下电网暂态稳定风险评估方法，建立了预想故障集。

以上研究对沿海输电线路的防风抗风设计具有很大的指导意义，但是从理论数值上分析沿海地区输电线路抗风能力的研究较少，本文根据海南省海口市1983～2013的极值风速序列，采用极值III型威布尔分布推算了其50年内重现期的风速，并

通过石沅台风风谱模拟了脉动风速，根据当地110 kV铁塔在ANSYS中建立的一塔两线模型，从构件受力角度，分析在风载荷作用下，主材下半段的轴力分布规律，并从结构受压稳定角度，进行了受压构件的强度校验，研究在台风作用下输电线路的抗风性能。

根据当地气象站提供的风速记录数据，表1中给出了其1983～2013期间的最大