基于有限元方法的不同覆冰狀態(tài)輸電塔線體系力學(xué)特性研究.pdf

1、輸電線路覆冰事故在電網(wǎng)建設(shè)的初期就突顯出來，并且在全球多個國家屢次發(fā)生。多年來，國內(nèi)外的科研院所和高校的科研人員相繼以理論分析、計算機模擬和試驗研究為基礎(chǔ)對覆冰輸電線路的事故發(fā)生和預(yù)防進行了長期的研究，取得了大量有益的研究成果，同時也反映出研究工作的許多不足。針對目前我國關(guān)于覆冰輸電塔線體系在桿塔設(shè)計、運行線路力學(xué)特性和覆冰受力狀態(tài)預(yù)測方法等方面研究存在的不足，本文采用有限元仿真分析方法對不同覆冰狀態(tài)輸電塔線體系力學(xué)特性進行了研究。

2、r>　　本文首先通過對現(xiàn)階段我國輸電線路中常用的桿塔進行分類，明確了輸電桿塔結(jié)構(gòu)的共性和特性，以實際工程輸電線路塔線為原型，提取關(guān)鍵因素并結(jié)合有限元分析單元的數(shù)理特性，建立了桿塔、導(dǎo)線、地線、絕緣子串及金具等輸電線路主要組件的有限元模型，依據(jù)各組件的實體連接特性，確定了模型節(jié)點的連接關(guān)系，完成了輸電塔線體系整體有限元模型的構(gòu)建。
　　其次，針對自立式輸電鐵塔的非線性問題，論述了鐵塔非線性問題的實質(zhì)及解決方法，結(jié)合分析軟件進行了其有

3、限元實現(xiàn)方法的論述，依據(jù)導(dǎo)地線結(jié)構(gòu)的懸索結(jié)構(gòu)特性對導(dǎo)地線初始形態(tài)進行分析，參照國內(nèi)外現(xiàn)行輸電塔線體結(jié)構(gòu)荷載計算標(biāo)準(zhǔn)，完成了本文有限元分析模型的荷載計算，結(jié)合仿真軟件明確了模型的不同類型荷載的施加方式及約束條件。
　　再次，以大型通用有限元分析軟件為研究平臺、輸電塔線體系有限元模型為研究對象，對均勻覆冰狀態(tài)塔線體系結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進行仿真分析，對影響受力特性的主要環(huán)境參量（覆冰厚度、風(fēng)速等）進行了典型值選取，設(shè)計了38種模擬運行工況，記

4、錄了每基桿塔關(guān)鍵構(gòu)件的282個主要應(yīng)力值，分析了不同荷載作用下桿塔關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)力隨荷載的變化特性，并同時進行了數(shù)學(xué)規(guī)律的總結(jié)，以仿真分析結(jié)果為基礎(chǔ)，討論了塔線體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案及受力狀態(tài)預(yù)測方法。
　　最后，考慮桿塔兩側(cè)導(dǎo)地線不均勻覆冰工況，開展了短檔距側(cè)重覆冰、長檔距側(cè)重覆冰以及檔距中央重覆冰三類不均勻覆冰狀態(tài)，33種具體運行工況下輸電塔線體系不均勻覆冰力學(xué)特性研究，對不同工況下的桿塔、導(dǎo)地線受力特性進行了定量的分析，通過與均

5、勻覆冰狀態(tài)下的輸電塔線體系力學(xué)特性的對比分析，揭示了各類不同覆冰狀態(tài)對輸電塔線體系力學(xué)特性的影響。
　　本文的研究將會有助于提高電網(wǎng)運行的安全性和可靠性，具有重要的科研意義：
　?、賹τ谔厥獾匦蔚孛矖l件下的桿塔采用具有針對性的加強和改進措施，避免采用比設(shè)計規(guī)范更保守的設(shè)計思路造成輸電線路建設(shè)成本的增加；
　?、诳梢詾殡娏Σ块T對災(zāi)害天氣條件下輸電線路狀況有科學(xué)的、全局的掌握提供依據(jù)；
　?、劭梢詾殡娏Σ块T災(zāi)害天氣條