CN112434456A - 一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法 - Google Patents

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李辉
彭艳萍
刘泽坤
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Abstract

本发明提供一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，包括以下步骤:步骤S01、输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级；步骤S02、采用有限元分析软件ANSYS以及多种建模方式建立输电铁塔结构，并计算其静、动力特性；步骤S03、将计算结果与输电线路典型塔塔身缩尺模型力学试验进行对比；步骤S04、分析不同建模方法对计算结果的影响，提出适合于输电塔结构的加固方案。本发明中可准确反映不同气象条件、不同风险等级下铁塔结构的薄弱部位，对薄弱环节的加固补强可在追加少投入基础上显著提高输电塔的承载能力，保证输电线路在不同恶劣气象条件下能够安全稳定运行。

Description

一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体地讲，本发明涉及一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法。
背景技术
现在运行的输电线路中，其中较大比例是依据以往颁布实施而现已废止的旧版本规设计建造的。由于以往对风、雨、覆冰等荷载考虑的不充分，因此，按照旧规范设计建造的输电线路安全性水平相对不高，已有的风致倒塔、覆冰事故等均表明依照旧规范建设的老旧线路对强风、雨冰等自然灾害的防御形势不容乐观。另一方面，随着电网规模不断扩大，电网覆盖的区域的气象条件更加复杂，雷电、大风以及雨雪等恶劣天气会导致输电线路出现断裂以及其它危害，不仅影响输电线路的正常运行，而且可能导致安全事故的发生而造成人员伤亡。
经相关部门统计，对高压输电线路危害最大的恶劣天气因素主要是冰雪灾害因素，其对高压输电线路所造成的影响主要表现在以下几个方面：一是由于冰雪具有的特殊特点，其容易在输电线路上附着且随着积聚厚度的不断增加而对线路的压力也随之增加，并且在大风天气等因素下就会增加导致杆塔被压弯的可能性，增加线路摇晃出现的断裂问题。二是会导致闪络以及污闪问题的发生，在出现上述问题并进行疏散的过程中要加强对此问题的控制以及对线路进行定期清理来避免对线路的正常运行产生不利影响。三是容易导致接地短路问题的发生。在输电线路上积聚的冰雪厚度不断增加的形势下，会增加电缆的重量，如果超过其可以承载的最大重量将可能导致接地短路问题的发生。四是压垮问题。正如上述在线路上积雪和覆冰厚度不断增加的同时，如果其重量超出线路可以承受的最大重量就会由于垂直负载过大而使得此部位前后耐张段规律档距产生较大的差距，从而出现张力不平衡的问题，而且会导致大档距的覆冰呈现出不同的状态，表现出耐张杆发生一侧倒杆的问题，从而导致整条线路的垮塌。
因此，本领域技术人员亟需提供一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，通过对不同气象条件对输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级，选取容易出现破坏的典型塔，提高输电线路应对恶劣天气的能力，确保电网运行的安全和稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，通过对不同气象条件对输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级，选取容易出现破坏的典型塔，提高输电线路应对恶劣天气的能力，确保电网运行的安全和稳定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，包括以下步骤:
步骤S01、输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级；
步骤S02、采用有限元分析软件ANSYS以及多种建模方式建立输电铁塔结构，并计算其静、动力特性；
步骤S03、将计算结果与输电线路典型塔塔身缩尺模型力学试验进行对比；
步骤S04、分析不同建模方法对计算结果的影响，提出适合于输电塔结构的加固方案。
优选的，所述步骤S01中，计算其静、动力特性后，找出输电杆塔的最危险部位，确定出若干种危险的工况。
优选的，所述找出输电线路典型塔的最危险部位后，提出相应不同的加固方案。
优选的，对加固前后的输电线路典型塔进行有限元分析及塔身缩尺模型的力学试验对比，确定最终的加固措施。
优选的，所述步骤S01中，不同气象条件包括雷电、覆冰、降雨、风、气温、台风、冰雹以及雪。
优选的，所述步骤S01中，利用灰色模糊理论进行输电线路风险等级的综合评判。
优选的，所述步骤S02中，建模方式包括空间桁架模型、空间刚架模型和由杆单元及梁单元组成的混合有限元模型。
优选的，所述加固方案包括：首先对加固前后的输电线路典型塔进行有限元分析；接着对塔身缩尺模型进行加固前后的力学试验对比；最终确定加固方案。
本发明提供了一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，具有以下优点：
1、输电线路典型塔薄弱环节计算分析方法可准确反映不同气象条件、不同风险等级下铁塔结构的薄弱部位，对薄弱环节的加固补强可在追加少投入基础上显著提高输电塔的承载能力，保证输电线路在不同恶劣气象条件下能够安全稳定运行，防范输电设备受灾损坏，以及由此造成的停电风险，多供少损。
2、提高输电线路设备运行可靠性和电网运行安全性，提高供电可靠性，提升用户用电满意度，促进供需友好，共建和谐社会。同时，项目提高输电线路应对恶劣天气的能力，提升输电线路的抗灾水平，防范引发人员伤亡等次生安全事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
本发明提供一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，包括以下步骤:
步骤S01、输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级；
首先，根据不同的气候特性，建立与输电线路故障率有关的气象评判因素集，包括雷电、覆冰、降雨、风、气温、台风、冰雹、雪等；然后，根据各个气象条件特性，获取输电线路在各个气象因素下的故障率；接着，通过经典的隶属度函数来表征因素集与评判集之间的模糊关系，利用改进的层次分析法确定权重；最后，利用灰色模糊理论进行输电线路风险等级的综合评判。
步骤S02、采用有限元分析软件ANSYS以及多种建模方式建立输电铁塔结构，并计算其静、动力特性；
首先采用不同建模方式，包括空间桁架模型、空间刚架模型和由杆单元及梁单元组成的混合有限元模型，对输电铁塔结构进行建模，计算其静、动力特性；然后进行典型塔塔身缩尺模型力学试验；接着，将上述结果进行比较，研究不同建模方法对计算结果的影响，提出输电塔结构建模的方法。
步骤S03、将计算结果与输电线路典型塔塔身缩尺模型力学试验进行对比；
首先，进行不同风险等级下的典型塔结构有限元受力分析，包括静、动力特性的对比；接着找出输电杆塔的最危险部位，研究其内力传递机理及结构构件失效机理；最后确定出不同风险等级下输电线路最危险的几种工况。
步骤S04、分析不同建模方法对计算结果的影响，提出适合于输电塔结构的加固方案。
首先，针对几种最危险工况下典型塔的薄弱位置及内力传递机理，提出相应的加固方案；接着对加固前后的典型塔进行有限元分析；然后对塔身缩尺模型进行加固前后的力学试验对比；最后根据上述结果确定最终的加固措施。
本发明针对输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级，建立输电铁塔结构进行建模，计算其静、动力特性，进行典型塔塔身缩尺模型力学试验，提出适合于输电塔结构建模的方法，进行不同风险等级下典型塔结构有限元受力分析，找出输电杆塔的最危险部位，研究其内力传递机理及结构构件失效机理，确定出几种最危险的工况，提出相应不同的加固方案，并对加固前后的典型塔进行有限元分析及塔身缩尺模型的力学试验对比，确定最终的加固措施，避免了反复试验的浪费，以及仅根据经验分析的不准确性。
本发明提出输电线路典型塔薄弱环节计算分析方法，反映不同气象条件、不同风险等级下铁塔薄弱部位，对薄弱环节的加固补强可在追加少投入加固补强显著提高承载能力，降低因不同天气以及传统设计不足引发的输电塔压弯、网络闪络、污闪、接地短路问题的发生，甚至输电线路压垮问题，提高输电线路应对恶劣天气的能力，确保电网运行的安全和稳定。
本说明书中所涉及的实施例，其含义是结合该实施例描述的特地特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些术语不一定都涉及同一实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落入本领域普通技术人员结合其他实施例就可以实现的这些特定特征、结构或特性的范围内。

Claims (8)

1.一种输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 包括以下步骤:
步骤S01、输电线路可靠运行的影响分析及风险评价，确定不同气象条件下输电线路的风险等级；
步骤S02、采用有限元分析软件ANSYS以及多种建模方式建立输电铁塔结构，并计算其静、动力特性；
步骤S03、将计算结果与输电线路典型塔塔身缩尺模型力学试验进行对比；
步骤S04、分析不同建模方法对计算结果的影响，提出适合于输电塔结构的加固方案。
2.如权利要求1所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 所述步骤S01中，计算其静、动力特性后，找出输电杆塔的最危险部位，确定出若干种危险的工况。
3.如权利要求2所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 所述找出输电线路典型塔的最危险部位后，提出相应不同的加固方案。
4.如权利要求3所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 对加固前后的输电线路典型塔进行有限元分析及塔身缩尺模型的力学试验对比，确定最终的加固措施。
5.如权利要求1所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 所述步骤S01中，不同气象条件包括雷电、覆冰、降雨、风、气温、台风、冰雹以及雪。
6.如权利要求1所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 所述步骤S01中，利用灰色模糊理论进行输电线路风险等级的综合评判。
7.如权利要求1所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于, 所述步骤S02中，建模方式包括空间桁架模型、空间刚架模型和由杆单元及梁单元组成的混合有限元模型。
8.如权利要求1所述的输电线路塔型力学薄弱环节计算及加固方法，其特征在于,所述加固方案包括：首先对加固前后的输电线路典型塔进行有限元分析；接着对塔身缩尺模型进行加固前后的力学试验对比；最终确定加固方案。
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