1000kV特高压变电构架风洞测力试验及风振响应研究

发布时间：2020-06-30 04:18

【摘要】：进入21世纪以来,工业生产和居民生活对于电力资源的需求日益加大,为满足增长需求,我国采取了“西电东输”和“北电南送”的发展战略,大力发展特高压交直流输电骨干网络。随着我国1000kV特高压输电网络的建设,网络中的关键建构筑物的安全性和可靠性逐渐引起设计者的重视。1000kV特高压变电构架是变电站的重要构筑物,主要采用格构式钢构塔架,其跨度尺寸和结构高度相比500kV、330kV、220kV等变电构架更为复杂,发生破坏导致的后果也更为严重。对于变电构架此类高耸结构,风荷载是控制其设计的重要荷载。现阶段,国内外学者对于特高压输电塔及特高压输电塔线体系的风振响应研究较多,但对于特高压变电构架结构的风振响应及风振系数研究较少,对于特高压变电构架的研究更是未见相关报道。为指导特高压变电构架的抗风及体系设计,本课题开展了体系风洞试验及数值仿真,完成的具体研究工作如下:(1)以山东省某1000kV特高压交流输变电工程为研究背景,对1000kV变电构架刚性模型进行了高频天平风洞试验,利用节段模型测力结果计算得到了不同节段模型及整体模型的体型系数并与规范进行了对比。(2)利用大型有限元分析软件ANSYS基于时程分析的方法对构架进行了不同风向角及地面粗糙类别下的风振响应分析,给出了构架的最不利风向角,同时比较了构架不同位置节点处的风振系数,为抗风设计方法中的风振系数取值提供参考。(3)利用现有结构优化设计方法,结合大风工况、覆冰工况、安装工况和检修工况对原方案结构进行截面优化,得到了材料用量更优的构架设计方案,对优化后的结构还进行了地震作用下的安全检验,验证了优化结果的可靠性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM63
【图文】：

图 1-1 高压输电网络1000kV 特高压交流线路输电能力强、损耗小、效益高，发展特高压输电有利于平衡电网与电源产能建设，促进我国电力行业蓬勃持续发展，符合我国可持续发展的战略需求。但应看到，类似输电塔或变电构架（图 1-1）性质的兼有高耸结构和大跨度结构共同特点的输电特种结构除了易受覆冰荷载、地震荷载的影响之外，对风荷载的作用也十分敏感，易发生振动疲劳损伤和极端条件下的倒塌破坏，对人民生活及社会生产带来严重的不良影响。截至目前，国内在特高压（1000kV）领域关于输电线路的研究取得了一些成果，但是关于特高压变电构架的研究尚不系统和成熟，规范中还没有专门针对构架风荷载取值的条文；同时，现有的研究多以数值仿真为主，但实际结构构形较为复杂，仿真分析获得的风荷载也需要风洞试验结果的验证。因此，在风洞试验的基础上对构架结构的风振特性进行研究，建立更加完善的特高压变电构架抗风设计方法具有重要意义。1.3 国内外研究现状1.3.1 风荷载特性研究

化的平稳随机过程，主要包含长周期和短周期两部分。对于长周期部分，周期时长通常在 10min 以上，远远大于建筑结构的自振周期，所以我们把长周期部分对于结构的影响近似看成是静态的；短周期部分的周期时长通常在1min 以内，同建筑结构的自振周期比较接近，因此我们把短周期部分对于结构的影响近似看成是动态的，需要按照随机振动问题来研究。在实际工程中，技术人员常把瞬时风速 U(t)看成是平均风速 U 和脉动风速 u(t)的叠加，风荷载对于结构的影响也相应地是平均风速引起的静力作用和脉动风速引起的动力作用的叠加。我们用平均风速剖面来描述平均风速在空间内离地高度变化的规律，平均风速剖面主要用指数律和对数律这两种方式来描述，由于指数律描述方式概念比较清晰而且更为简便，我国的建筑荷载规范及美国、日本国家的建筑荷载规范均采用指数律对平均风速剖面进行描述。平均风荷载描述了风对结构的静力作用，建筑结构受到的平均风荷载分布主要取决于结构的几何外形，所以在研究中通常采用结构缩尺模型风洞试验来确定建筑结构的实际风压分布，针对不同类型的结构进行不同类别的风洞试验。

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本文编号：2734850