输电杆塔结构

输电杆塔结构（共7篇）

输电杆塔结构 篇1

1 输电线路杆塔结构设计现状

输电线路杆塔主要是用来支撑架空输电线路和地线的关键设备, 可以让输电线路和地面始终保持一定的安全距离。如此一来, 哪怕是在非常恶劣的环境条件下, 输电线路也可以正常输送电能, 确保用电正常。所以, 输电线路杆塔结构设计水平会对输电线路的安全生产造成一定的影响。就目前来看, 对我国输电线路的架线设计以及资金投入情况进行分析, 可以得出杆塔投资成本占到主体投入的35%, 尤其对输电线路的经济效益影响非常大。伴随我国开始组建高压网络体系, 各种各样的新型输电技术开始投入应用, 输电线路杆塔的建设数量也开始增多, 杆塔结构得以优化, 建设类型向高负荷化、大型化方向发展。和我国先进制造业的发展水平进行对比分析, 现阶段杆塔设计的水平还非常低, 达不到社会发展最新要求。一般来说, 我国输电线路杆塔大多是专门指定企业进行生产制造, 一种是国营电力设备企业, 或者是由设备定点生产企业制造, 此外还有手工生产企业。二者对比而言, 前者具有雄厚的经济实力, 而且无论是加工技术还是能力都比较强;后者大多是一些个体单位、城镇企业以及民营企业等, 生产加工技术水平非常低, 没有任何技术门槛。整体情况分析, 我国现阶段杆塔设计水平非常低, 必须深化技术改革, 促进设备质量水平的提升。

2 输电线路杆塔结构优化设计对策

2.1 优化方法

输电线路杆塔结构开展设计优化的方法, 必须遵循重量轻、型式美以及加工运输便捷的原则, 其中涉及到动态规划优化法。动态规划法指的是通过各种方法, 确保解决过程达到最优化的状态。然而, 动态规划法仅仅适合某一种最优性质问题开展求解, 要不然会丧失实际意义。输电线路杆塔进行设计时, 工作人员必须利用持续探究的方法寻求最佳方案, 设计人员要按照杆塔工程的安装现场, 研发与实际情况想贴合, 结合相关物理概念及相关算法程序, 对具有一定美感、质量的杆塔进行设计, 该过程就是设计人员经常用到的动态规划法。设计人员应当降低杆塔迎风面积, 以及确保塔头高度始终处于合适的范围内, 从而达到提升杆塔质量的目的。

2.2 杆塔塔头形式选择

干字形及羊角形是目前输电线路杆塔直线塔塔头的主要形式, 其中羊角形塔头的应用非常广泛, 主要是和其质量轻有关。此外, 转角塔也是输电线路杆塔的类型之一, 其计算受力和直线塔相比要大很多, 因此大多选用干字形作为塔头形式。

2.3 塔身坡度和塔根开尺寸的优化

塔身坡度与塔腿根开尺寸等因素, 对于塔身斜材、主材的规格进行选取等会产生一定的影响, 同时会对杆塔的美观度与总重量产生直接影响。对塔身坡度进行科学合理的选择, 能够让塔材受力尽可能地均匀, 可以让材料规格的调整和塔材应力分布的改变相互协调。研究发现, 最佳坡度和根开能对整座铁塔的重量作为目标函数开展计算, 考虑基础作用力以及构件受力性能等因素。

2.4 斜材优化布置

a.为确保腹杆受力均匀、合理, 可对腹杆水平角进行控制, 合理范围为35°~45°;

b.为避免腹杆产生同时受压的现象, 可以在隔面处进行K形腹杆的设置, 或者针对塔身隔面间交叉腹杆数量进行优化设计;

c.必须确保斜材布置简洁, 以及传力路线清晰无误, 而且塔身布材保持均匀协调, 从而可以对主、斜材受力情况进行合理分配;

d.针对斜材坡度、长度等因素进行优化设计, 对最小轴、平行轴等布置方案进行对比分析, 对小交叉、大交叉进行筛选, 从而尽可能地减轻塔重。

2.5 节点构造优化

节点构造设计方面可以参考以下几个方面的原则:

a.为降低杆件断面损失, 必须要尽可能的防止产生两面连接杆件对孔布置的现象;

b.要尽可能地避免产生节点板受弯、杆件偏心连接等现象;

c.要尽可能地降低节点板面积, 选择紧凑式连接节点;

d.为减少杆塔重量, 应尽可能地对包角钢连接数量进行控制;

e.推荐使用多排螺栓, 来对斜材、主材进行布置。

2.6 合理运用计算机技术

对杆塔构造进行设计, 可以合理运用计算机放样绘图等方法, 同时结合手动校正的方法, 实现杆塔基础构造的合理设计。在针对杆塔基础进行优化设计过程中, 应当以杆塔构造环节的最佳方案作为依据, 建立和完善力学模型, 并且针对杆塔基础强度进行深入分析, 对优化方案进行完善, 确保杆塔基础的结构稳定牢固。最后环节利用计算机, 综合考虑相关设计方案、强度分析以及优化方案等, 对施工图进行确定, 制定施工环节明细表。这种方法可以确保杆塔基础之间保持独立, 可以促进各部分的联系性的加强, 保证架空输电线路杆塔基础设计施工更加自动、高效。

3 以后输电线路杆塔结构设计展望

和发达国家现状进行对比, 我国在输电线路杆塔结构设计方面还存在许多问题, 设计方面还要深入优化。在未来一段时间内, 我国输电线路杆塔结构设计方向可以参考以下方案:a. 设计理论方面借鉴国外先进经验, 必须结合我国实际国情, 对设计理念进行完善。其中, 要着重研究杆塔和基础的作用, 完成杆塔、塔基以及线路设计一体化;b.荷载取值过程中着重动力风荷载取值的相关研究, 尤其是针对地形复杂区域, 本身选择资料就非常有限, 因此要加强研究。

4 结论

综上所述, 杆塔结构是输电线路的关键部位, 对结构开展优化设计具有重要意义, 在未来工作中, 结合杆塔的实际受力及相关地形、地质条件, 对基础型式进行合理选择, 选择最佳结构优化设计方案, 以此达到施工工期及环保等要求。

摘要：杆塔结构是输电线路的关键部位, 其作用是为了确保电网系统的安全、稳定、可靠运行, 但是就目前而言, 我国输电线路杆塔结构在设计方面还存在一些问题, 包括自然因素、人为因素等, 均有可能会对我国输电线路产生一定的影响, 继而产生经济损失。基于此, 本文对输电线路杆塔结构设计现状进行总结, 对输电线路杆塔结构优化设计对策进行研究, 对以后输电线路杆塔结构设计展望进行探讨。

关键词：输电线路,杆塔结构,优化设计

参考文献

[1]杜双育, 杨强, 黄勇, 李峰, 孙进.输电线路杆塔坐标校验研究及应用[J].广东电力, 2014 (12) .

[2]吕斋训, 葛长娟.输电线路杆塔拉线施工的计算方法[J].电力技术, 2013 (1) .

[3]范鹏宇.输电线路杆塔接地及其降阻措施[J].中国新技术新产品, 2014 (24) .

[4]王晓刚.对输电线路杆塔接地存在的问题及改造技术的分析[J].无线互联科技, 2014 (12) .

探讨架空输电线路杆塔的结构设计 篇2

关键词：结构设计,输电线路,杆塔,原则

杆塔结构的设计质量与电网线路的可靠性、经济性密切相关, 只有坚持从实际出发, 坚持科学的结构设计原则, 并不断加强技术创新, 才能真正满足现代化电网建设需求。那么作为新时期背景下的架空输电线路杆塔的结构设计人员, 就必须对当前架空输电线路杆塔设计目前面临的主要问题有一个基本的认识, 并采取有效地措施, 以全面提高架空输电线路杆塔工程质量。基于此, 笔者结合自身工作实践, 做出以下几点探究性的分析思考。

1 架空输电线路杆塔设计目前面临的主要问题

1.1 杆塔结构型式的选择

在选择架空输电线路杆塔的结构型式时, 应充分考虑其经济效益。就目前而言, 被世界范围内公认经济效益最明显的, 非拉线塔莫属。不过, 在山区或者城市周边地区, 受运输条件、打拉线施工条件的影响, 拉线塔的施工难度较高, 因此, 建议选用自立式铁塔。对我国而言, 在选择架空输电线路杆塔塔形时, 应以拉线塔为主, 自立式铁塔为辅。拉线塔结构轻便, 且型式也有多种。一是广泛应用于超高压线路中的拉V塔, 二是适宜应用于特高压线路工程的相间无构架的拉线-拉索杆塔, 其优点是能够有效缩小相间距离, 紧凑线路, 缺点是杆塔的占地面积较宽, 在加拿大、美国等国家最先投入使用。三是绝缘支持式杆塔, 其制造难度较高, 成本的投入也较大, 幸亏其通过利用支撑导线替换悬吊导线, 从而使得杆塔高度得到科学的减小, 能够在造价上获得适量的补偿, 这种杆塔目前还处于研制阶段, 应用较少。

而常规自立式铁塔也分两类, 一是单回线路自立式铁塔, 主要有三角形和吊线水平布置两种, 二是双回供架铁塔, 由于它们的机械强度很高, 因此故障发生率很低。

1.2 杆塔强度问题

一般来说, 杆塔强度往往会受到其结构形式、受力形式以及杆塔制造材料等因素的影响。为确保正常、稳定、持续性的供电, 输电线路必须保持长期的安全、稳定运行, 而在运行时, 作为起支持避雷线和导线作用的杆塔, 也要求具备较高的承受荷载能力, 并且能够将其变形控制在允许范围内, 也就是指合格的杆塔, 其刚度和强度都必须满足相关规定要求。与其他构件相比, 环形截面构件在建设输电线路杆塔时更能节约用料, 且在每个方向都具有同等的承载力, 能够保证优良的施工质量。与普通振捣法相比, SEC法所浇筑成功的混凝土强度能有效提高30%。鉴于上述两种因素的影响, 环形截面混凝土构件是目前国内输电线路中应用数量最多的构件, 其也有预应力构件及普通构件之分。在浇注预应力构件前, 注意必须先进行钢筋的张拉处理, 等混凝土完全凝固再把张力撤出, 而混凝土在此时为阻止钢筋的回缩, 比如会受一个预应压力, 这个预应力在构件受拉或承载过程中, 能在一定程度上抵消受拉或承载时的应力, 保证杆塔不产生裂缝, 延长其使用寿命和稳定性。

2 输电线路杆塔结构研究的主要内容

2.1 杆塔负载研究

研究杆塔负荷的主要方向有杆塔的结构关键性系数、荷载组合原则、设计风速、负载周期、如何计算杆塔的动态和静态的风的荷载。其中, 结构关键性系数的确定必须通过研究其可靠性指标来实现, 而负载周期则根据塔风振系数的研究而获得, 通过深入研究负载周期, 有助于技术人员找到高压导线的最科学的荷载组合。总而言之, 全面研究相关的杆塔负载值的根本目的在于找出其外部荷载的基本变化规律, 提高杆塔结构设计的客观性、可靠性、科学性。

2.2 杆塔结构的基本设计原则及有效方法

经多年实践, 目前最科学、最常用的杆塔结构设计方法是极限状态设计法, 其方法基础以概率理论为主。相关人员在设计杆塔结构时, 必须确保结构完全输电线路的严格电气性能规定, 通过可靠度指标对杆塔构件的真实可靠度进行度量确定。一般来说, 杆塔结构的设计应严格遵守下列三大原则:一是必须坚持保证杆塔的刚度、稳定、强度和投入运行的可靠性、安全性为设计前提的原则。二是结构设计应坚持结构形式简洁、构件布置科学、传力线路清晰、简单、直接、精短的设计原则。三是应坚持合理降低钢材的消耗量, 控制杆塔造价的合理性、经济性的设计原则。

在研究杆塔结构的设计方法时, 不但要研究杆塔结构的构件承载力计算、力学模型计算、杆端节点机构分析等问题, 而且要对杆塔模型的选择进行深入的研究, 探讨塔头类型、铁塔节间、根开、坡度等的布局及改善提升方法。在现阶段, 杆塔设计通常以理想的铰接式空间桁架为设计基础, 把塔空间视为完整的静态系统, 根据受力的稳定条件和平衡条件展开杆塔内力的分析, 来选择合理的杆塔材料。

3 结语

综上所述, 加强对架空输电线路杆塔的结构设计的探讨和分析具有重要的现实意义。输电线路杆塔是现代电网线路中的不可缺少的重要支点, 因此杆塔结构的设计者, 必须树立科学的设计理念, 不断参考前期的设计案例, 不断总结经验教训, 认真分析杆塔结构的功能作用, 计算杆塔荷载变化的规律, 加入创新技术, 保证杆塔结构设计的可行性、经济性、合理性。

参考文献

[1]张晓迎.架空输电线路杆塔结构设计相关问题分析[J].民营科技, 2010, 05:53.

[2]陈明亮.浅析架空输电线路杆塔结构设计[J].民营科技, 2010, 11:285.

输电杆塔结构 篇3

目前我国已运行的直流线路最高电压等级为±500 kV,其杆塔设计、荷载组合已有较为丰富的工程设计经验。而±800 k V级特高压直流输电线路是迄今为止世界上最高电压等级的直流输电线路,这是一个全新的领域,缺乏相关资料。据估计,±800 kV直流线路杆塔和基础的投资约占总投资的30%(其中杆塔投资约占30%,基础投资占20%)。影响杆塔和基础指标的主要因素在于杆塔荷载的大小,因此有必要对特高压直流输电线路杆塔结构的动力特性、荷载及组合方案进行详细研究,确定的杆塔荷载及组合原则,对±800 k V直流输电线路的杆塔设计起到指导意义,对控制特高压直流输电线路的工程投资以及线路的长期安全运行具有重要意义。

1 输电线路杆塔结构的第一自振周期计算方法

1.1 建筑结构荷载《规范》计算方法

按《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)的要求,对杆塔全高超过60 m时,应按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)计算杆塔风荷载调整系数,要计算杆塔风荷载调整系数,首先得确定结构的第一自振周期,而且第一周期计算的精确性直接影响杆塔结构的风荷载。《建筑结构荷载规范》提供的塔式结构第一自振周期的估算公式为[1,2]:

1.2 我国电力部门所建议的计算方法

根据我国电力部门所做的输电塔实测研究,得到的输电塔结构自振周期近似计算公式为:

1.3 电力系统的修正公式

以电力系统输电塔实测得到的结构自振周期近似公式为思路,以实际输电铁塔的空间模型计算为依据,对其自振周期近似公式进行修正[3]。

(1)修正后干字型塔的计算公式

(2)修正后酒杯型塔的计算公式

式中:H为全塔高度;b为塔头宽度;B为根开宽度。

1.4 Rayleigh近似法

本工程为直流输电线路,杆塔型式均采用干字型和千字型,可采用上述公式近似杆塔结构的第一自振周期,也可采用Rayleigh法(即近似法)较精确计算杆塔结构的第一自振周期。

式中:T1为杆塔的基本自振周期,s;yh为在单位力1 N作用下塔顶m1质点处的位移,m/N;yi为在单位力1 N作用下塔上mi质点处的位移,m/N;mi(i=1,…,n)为每个节点处的杆塔自重质量及附加于该节点上的质量之和,mi=Wi/g,g为重力加速度,取9.8 m/s2。

2±800 kV特高压直流输电线路杆塔

±800 k V输电线路杆塔结构(直线塔和耐张塔)与传统的干字型塔相比,为了满足挂线要求,横担宽度更宽,质量更大,其刚度及质量分布与传统的干字型塔存在一定的区别,为了探讨±800 kV输电线路杆塔结构的第一周期计算方法及其精确性,采用SAP 2000进行直线塔和耐张塔整体结构建模,分析其动力特性。

2.1 直线塔

直线塔塔高H=71.5 m,跟开B=13.68 m,塔顶b=2.725 m,横担长度为38.6 m,主材的规格如表1所示,直线塔的分析模型如图1所示,自振周期如图2所示。

2.2 耐张塔

耐张塔塔高H=69.0 m,跟开B=17.2 m,塔顶b=1.88 m,上横担长度为29.4 m,下横担长度为38.8m,主材的规格如表1所示,直线塔分析模型如图3所示,自振周期如图4所示。

3 第一自振周期的计算分析

通过对本工程典型高度的直线塔和耐张塔的第一自振周期的计算,探讨本工程杆塔结构自振周期的合理计算方法。近似计算公式和有限元分析得到第一自振周期的的分析比较如表2所示,根据《建筑结构荷载规范》(即式(1))计算得到的第一自振周期的变化范围较大,最大值与最小值之比相差近1倍;根据我国电力部门实测研究得到的公式计算得到的直线塔和耐张塔的第一自振周期均与有限元分析得到的结果符合较好;根据修正后的推荐公式(3)～(6)计算得到的第一自振频率与有限元分析结果也比较接近,但是其误差比式(2)计算得到的自振周期大。考虑到本工程±800 k V输电线路杆塔的可靠性和重要性均较±500 k V高,风荷载相对也较大,所以杆塔的第一自振周期较±500 kV杆塔有所降低,本工程将采用式(2)计算杆塔的第一自振周期。

4 结论与建议

(1)±800 kV输电线路杆塔结构(直线塔和耐张塔)与传统的干字型塔、猫头塔相比,代表结构主要动力特性的第一自振周期存在一定的差别,按传统输电塔结构的计算方法进行自振周期计算存在一定的误差。

(2)由于设计过程中的荷载概况不尽相同,直线塔和耐张塔的自振中起存在一定的差别,典型直线塔的T1=0.6 s,耐张塔的T1=0.515 s,即耐张塔的第一自振周期较直线塔小、刚度大。

(3)±800 kV输电线路杆塔结构的第一自振周期按照电力部门所建议的式(2)进行计算误差较小。

参考文献

[1]GB50135—2006.建筑结构荷载规范[S].2006.

[2]DL/T5154—2002.架空送电线路杆塔结构设计技术规定[S].2002.

输电线路杆塔基础选型 篇4

关键词：输电线路杆塔,基础型式,设计,优化

1 概述

1.1 工程概述

本工程为安阳滑县双沟110 k V线路工程, 起于220 k V蓝旗变, 止于110 k V双沟变, 全线双回架设, 路径长度18.2 km, 导线选用LGJ-400/35钢芯铝绞线, 地线一根采用OPGW光缆, 另一根地线采用JLB40-100铝包钢分流线和GJ-80镀锌钢绞线。

1.2 地质条件

1.2.1 岩土层结构及岩土性状

根据钻探资料、场地揭露深度范围内地层主要为第四系全新世冲积形成的粉土、粉质粘土和细砂。具体岩性描述如下:

粉土:黄色, 稍密~中密, 稍湿, 韧性低, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反应。

粉质粘土:黄色, 可塑, 韧性中等, 干强度中等。

细砂:黄色, 中密~密实, 饱和, 偶见螺壳碎片。矿物成份以石英、长石为主。

1.2.2 地震地质及地质灾害影响评价

依据《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) 规范, 安阳市滑县抗震设防烈度为7°, 设计地震分组为第二组, 地震动峰值加速度为0.15 g, 地震动反应谱特征周期为0.55 s。

本工程沿线未发现对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、地陷、地面沉降、地裂等不良地质作用。塔基处不存在影响地基稳定性的墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物。场地稳定性较好, 适宜建筑。

1.2.3 其他影响情况

线路走廊附近的军事设施及民爆品库已进行避让, 对全线路径无影响;全线路径未发现文物;全线路径无重要矿藏。

1.2.4 水文条件

沿线地下水为孔隙型潜水, 勘探深度内未见地下水, 根据调查地下水位埋深15~18 m, 年变化幅度3 m左右, 历史最高水位约10 m, 可不考虑其对基础的影响。

1.2.5 地质结论与建议

1) 本工程走廊地层结构较简单, 岩土条件较好, 路径方案适宜110 k V线路工程建设。

2) 本工程路径区域内抗震设防烈度为7°, 地震动峰值加速度为0.15 g, 地震动反应谱特征周期为0.55 s, 可不考虑砂土的液化。

3) 线路走廊附近的军事设施及民爆品库已进行避让, 对全线路径无影响;全线路径未发现文物和重要矿藏。

2 基础选型和优化原则

2.1 设计理念

1) 贯彻国家基本建设方针和技术经济政策, 基础型式的选择做到安全可靠、技术先进、经济合理、资源节约、环境友好、可持续发展。

2) 从实际出发, 结合地区地形、地质特点及运输条件, 综合分析比较, 充分发挥各种基础型式的特点, 选择适宜的基础型式。

2.2 基础选型基本原则

杆塔基础作为输电线路重要组成部分, 基础设计的优劣直接影响整个线路工程的造价、工期和材料消耗量。基础型式的选择应根据杆塔型式、沿线地形、杆塔位地质条件以及施工和运输等因素, 结合本工程特点综合确定。

在基础选型时, 遵循以下原则: (1) 结合本工程地形、地质特点及运输条件, 选择适宜的基础型式; (2) 基础型式选择做到经济、环保, 减少施工对环境影响; (3) 对特殊地基条件, 因地制宜地选用特殊基础型式和相应的处理措施; (4) 考虑现实施工条件对基础型式选择的影响。

2.3 基础优化基本原则

通过结构经济性、环保性、耐久性分析, 在基础材料选择和基础尺寸方面进行优化, 优选基础形式。

基础优化时, 遵循以下原则: (1) 根据基础强度和耐久性要求, 选择适宜的基础材料; (2) 充分考虑各种地形、地质及水文条件, 在基础形状、埋深、底板尺寸等方面进行优化。

3 基础型式选择

目前, 线路工程中常用的各种基础型式, 都有自身的特点和优劣, 结合本工程地形、地质及水文条件和基础荷载特点, 对各种常用杆塔基础类型进行分析比较, 探讨其对本工程的适用性。

3.1 刚性台阶基础

刚性台阶基础是传统基础型式, 属大开挖基础类型, 其特点表现为施工简单、周期短和耗钢量小, 但混凝土用量较板式直柱基础偏大, 相应运输成本较大, 综合造价略高。对位于水田等地下水位较高、排水困难塔位, 使用板式直柱基础由于需要绑扎底板钢筋, 基础施工周期比较长, 容易造成塌方, 这时刚性台阶基础有一定的优势。

3.2 板式直柱基础

板式直柱基础是传统基础型式, 属大开挖基础类型, 其混凝土耗量比刚性台阶基础少, 自重较轻, 施工时材料运输量较小。底板及主柱配有钢筋, 柔性较大, 不易断裂, 总体抗地基变形能力强。施工相对简单、方便。有成熟的设计、施工和运行经验。

3.3 全掏挖式基础

全掏挖式基础以混凝土和钢筋骨架灌注于以机械或人工掏挖成型的土胎内的基础。该型基础施工时一般采用人工掏挖, 由于不需要回填土, 有效地保护了塔基生态环境。其基础稳定, 计算采用剪切法, 它充分利用原状土抗剪切特性, 不仅具有良好的抗拔性能, 而且还具有开挖面和挖方量小、取消模板及回填土工序、加快工程施工进度等优点。最大限度保护环境和减少水土流失。

全掏挖式基础一般适用于黏性土、粉质黏土、泥岩、泥质砂岩以及非松散砂类土等便于掏挖成型且地下水埋藏深的塔位。为了提高其承压性能, 桩底部进行扩底, 扩底直径取决于基柱直径和扩底高度。扩底高度过大就会导致混凝土方量陡然增加, 经济效益明显下降, 这就限制了扩底直径的大小, 因此, 具有较大下压荷载承压基础和地基承载力较低的塔位不宜使用全掏挖式基础。为满足施工时人工掏挖最小尺度, 全掏挖式基础基柱直径不应太小。

全掏挖式基础鉴于以上优、缺点, 采用时应分析其可操作性, 地质条件是否允许、杆塔荷载大小是否适合于该基础型式。

3.4 基础型式特性及经济差异分析

3.4.1 基础型式特性分析

刚性台阶基础、板式直柱基础上拔稳定是按照土重法进行计算, 其计算公式为:

上式中:

γf-基础附加分项系数;

TE-基础上拔力设计值, k N;

γE-水平力影响系数;

γs-基础底面以上土的加权平均重度, k N/m3;

γθ1-基础底板上平面坡脚影响系数;

Vt-上拔深度内土和基础的体积, m3;

Δvt-相邻基础影响的微体积, m3;

V0-上拔深度内基础的体积, m3;

Qf-基础自重力k N。

由上式可知, 在同一地形、地质条件下, 刚性台阶基础、板式直柱基础上拔性能主要取决于基础的地板大小及埋置深度, 底板越大, 兜土面积越大;埋置越深, 兜土厚度越大, Vt也就越大。另外, 刚性台阶基础、板式直柱基础在增大底板以达到更大抗拔性能的同时, 其承压性能也显著增强。

而掏挖基础上拔稳定计算不同于刚性台阶式柔性直柱式基础, 它是按照剪切法进行计算的, 其计算公式为:

当ht≤hc时:

当ht>hc时:

以上两式中:

γθ-基底展开角影响系数;

A1、A2-无因次系数;

cw-计算凝聚力, k Pa;

ht-基础的埋置深度, m;

hc-基础上拔临界深度, m;

D-圆形底板直径, m;

范围内的基础体积, m3。

其余参数同上。

由上两式可知, 在同一地质、地形条件下, 掏挖基础的上拔性能主要取决于基础的埋置深度, 埋置越深, 其抗拔性能也就越强。另外, 基础的主柱、扩底直径大小也起到了一定的作用。掏挖基础在增加埋深以达到更好的抗拔性能的同时, 也必须满足其相应的承压要求。由于掏挖基础较立柱式基础底板面积较小, 为了满足其承压要求, 更有效的办法是增大扩底直径。为了达到更大的扩底直径, 只有增大基柱直径和扩底高度, 这就使掏挖基础的体积骤然增加, 混凝土方量较立柱式基础增多。

3.4.2 基础型式经济差异分析

结合本工程杆塔选型及地质报告, 直线塔以1E6-SZ2-24 m;转角及终端塔以1E6-SJ3-21 m为例, 采用“可塑、无水、地基承载力110 k Pa”的设计条件, 对刚性台阶基础、板式直柱基础和全掏挖式基础分别进行优化设计, 结果见表1。

从表1可知, 全掏挖式综合造价最优, 刚性台阶式次之, 板式直柱式最高, 以上三种基础型式全掏挖式基础比刚性台阶式、板式直柱式综合造价分别降低21%、35%, 具有较明显的经济效益。本工程直线塔推荐采用全掏挖式基础。

从表2可知, 全掏挖式综合造价最优, 板式直柱式次之, 刚性台阶式最高, 板式直柱式、全掏挖式基础经济效益已无明显差距。结合本工程地质报告, 根据设计结果来看, 全掏挖式基础埋深最深, 如果采用人工掏挖施工, 施工安全性降低。故本工程中转角及终端塔推荐采用板式直柱基础。

3.5 推荐基础型式

结合工程沿线地形、地貌, 地质报告及基础荷载特点。本工程推荐基础型式如下:直线塔采用全掏挖式基础, 转角及终端塔采用板式直柱基础。

4 基础设计优化

4.1 基础经济埋深

影响基础埋深的因素主要有以下几个: (1) 地基持力层的选择, 应根据具体塔位的地质报告, 选择合适的土层作为基础持力层; (2) 基础承载力、变形和稳定性要求; (3) 施工工艺的要求。

根据以上控制基础埋深的几个因素, 结合各个塔位施工条件及各种基础型式的临界埋深, 我们可以确定出基础最小埋深和最大埋深, 然后在这范围内通过下压强度、上拔稳定两个控制条件, 按综合造价最低原则求解出最优基础埋深和底板宽度。当基础埋深小于临界埋深时, 基础埋置越深, 混凝土方量和基础钢筋就越少, 土石方量越多。而叠加后的基础造价随埋深增加而相应减少, 当接近临界埋深时趋于最小值。因此, 在条件允许情况下, 我们应尽可能使基础埋深接近临界埋深, 基础的临界埋深值见《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005表3和表4。

4.2 基础底板尺寸

基础底板尺寸包括底板宽度及相应的厚度。基础底板宽度不应孤立的考虑, 而是应与基础埋深综合考虑。

底板厚度的取值主要考虑冲切承载力的要求和构造要求。冲切承载力符合《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.3.3条计算:

上式中:

βhp-受冲切承载力截面高度影响系数;

ft-混凝土的轴心抗拉强度设计值;

am-冲切破坏锥体最不利一侧计算长度;

h0-基础冲切破坏锥体的有效高度;

at-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长;

ab-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长;

pj-扣除基础自重及其上土重的荷载设计值作用下地基单位面积净反力;

Al-考虑冲切荷载时取用的多边形面积;

F1-作用在Al上的地基土净反力设计值。

依据《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.3.1条的构造要求, 台阶的宽高比不>2.5。一般为减少基础混凝土量, 先取宽高比为2.5, 然后进行冲切承载力验算, 求出最优的底板厚度。

4.3 基础立柱断面尺寸

一般情况下, 基础立柱高度较高, 基础立柱断面尺寸的选择对基础的经济指标影响也是很大的。在满足构造要求的前提下应尽量减小立柱断面尺寸, 这不仅可以减少混凝土量, 而且可以减小立柱最小配筋率控制下的配筋。符合《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.2.1条的要求:

上式中:

MS-计算截面上的弯矩, N·m;

Ah-计算截面混凝土面积, m2;

γ1-受拉区混凝土塑性影响系数;

W0-混凝土计算截面弹性抵抗拒, m3;

4.4 基础材料

工程中采用材料型号及规格:

地脚螺栓:Q235级和35#优质碳素钢

钢筋:HPB300和HRB335级钢

混凝土:C20和C10

5 结语

高压输电杆塔振动分析与研究 篇5

野外环境下的高压输电杆塔,会受到各种复杂的自然因素和人为因素的干扰,引起不同程度的振动,严重时甚至会影响输电线路的正常运行。因此,为了保证电力设备的正常运行,对杆塔振动进行分析与研究显得极其重要。

在实际运行中,引起电塔振动的主要因素是断木、偷盗工具、车辆及建筑施工设备的撞击,所以电塔的整个受击振动是一个突变的受迫振动过程,并且往往带有高频噪声,因此对该类电塔振动信号的分析处理具有一定的难度。本文针对电塔可能受到的铁质、木质材料等外部物体撞击而引起振动,利用傅里叶变换对该类振动信号进行了各种振动情况的频谱对比分析,提出了一种通过振动信号的主要特征频率对应的不同幅值来判断电塔振动类型的方法,并利用小波分析的方法分别从消噪信号的重构波形及其频谱分析角度和时—频分析角度验证了这一方法,说明该方法适用于电塔振动类型的检测与识别。

1 高压输电杆塔振动信号的特征分析

用于实验分析的电塔振动信号的采样频率为40000Hz,采样点数为2000点。图1中的a、b、c与d波形,分别表示实验现场随机采集到一组铁质材料轻击、一组铁质材料重击、一组木质材料重击和一组铁质材料轻击高压输电杆塔产生的时域波形。由图1可知,该类振动信号均是突然振动后不断衰减的,但是重击的信号振动幅度相对轻击的信号振动幅度要大。由于每次采样不能确定其数据属于整个受迫振动的哪一时间段,所以不能直接通过振动幅度来判断振动的具体情况。为了更好地区分上述四种振动类型,必须进行信号处理,突出各种信号振动类型的特征。

1.1 敲击轻重对高压杆塔的振动类型的影响

根据上述采集到的四组振动数据,分别取其前1024个点作傅里叶变换,对应的频谱图分别如图2和图3中的A、B、C、D所示。从图2中可知,无论铁质材料敲击轻重,两振动信号主要存在的特征频率成分都是1050Hz,区别是重击时1050Hz对应的幅值相对轻击时的幅值要大,另外重击时会产生一些相对明显的特征频率分量。从图3中可知,区分木质材料敲击轻与重,与图2中分析的结论一样,都与主要特征频率1050Hz对应的幅值大小有关。

由以上对比分析可知:铁质和木质材料敲击电塔产生的振动信号的主要特征频率均集中在1050Hz附近。敲击的轻重与1050Hz附近对应的幅值大小有关(幅值越大表示振动越剧烈,幅值越小表示振动越轻微)。

1.2 敲击材料对高压杆塔的振动类型的影响

铁质材料和木质材料轻击电塔产生的振动频谱图分别如图2和图3中的A、D所示。两振动信号主要的特征频率成分都是1050Hz,并且对应的幅值也很接近。并且二者在200Hz处的对应的幅值都比较小。故该实验对照组不能够找出二者比较明显的区别。铁质材料和木质材料重击电塔产生的振动频谱图分别如图2和图3中的B、C所示,主要特征的比较情况与轻击时一样。

由以上对比分析可知:铁质材料或木质材料同种程度敲击电塔,对电塔的振动类型影响不大。

综上所述,无论铁质材料还是木质材料产生的电塔振动,根据其主要特征频率1050Hz附近对应的不同幅值可判断电塔受击时的振动剧烈程度。

1.3 小波分析对判断杆塔振动类型方法的验证

实验现场采集到的数据在传输处理过程中往往混有高频噪音信号,但傅里叶变换的信噪分离能力较差,可能导致运算结果出现误差,并且傅里叶变换不能够从时域分析研究电塔振动信号。鉴于此,利用小波分析的方法,从小波消噪后的波形与频谱分析和小波时—频分析两个角度来验证上述电塔振动类型的判断方法是否正确。

由于实际信号中噪声往往是高频成分形成的, 噪声的消除是这样实现的:参照上述铁质材料重击高压杆塔的振动信号,选择DB10小波进行6层分解,画出振动信号到第6层的小波分解图,如图4所示。接着对于从第 1 层到第6层的每一层, 选择一个软阈值, 并且对高频系数用软阈值进行处理(以极大值极小值原理选择信号消噪的阈值, 产生一个最小均方误差的极值)。根据第6层的低频系数和从第1层到第6层经过修改的高频系数, 画出信号的小波消噪后的重建信号及其频谱图,如图5所示。图5中的消噪后的重建信号与图1中信号b的波形基本一样(原始振动信号b仅仅多了一些很细微的毛刺),并且他们的频谱图也一样,特别是在特征频率1050Hz处对应的幅值都为4。经小波消噪分析,说明先前对高压电塔振动信号的频谱特征计算得很准确。

图6分别为上述铁质材料轻击、铁质材料重击、木质材料重击和木质材料轻击高压电塔振动信号的时间—频率分布图。从图中可以看出四幅图的主要特征频率都集中在1050Hz附近,铁质材料与木质材料敲击的轻与重从1050Hz对应的谱线颜色上区分的很清楚;重击时,铁质材料和木质材料在1050Hz处的谱线颜色基本上一样,并且从时间轴上也不能够看出二者有什么明显的区别。与先前频谱分析的结果一样,小波的时-频分析在分析高压电塔振动信号时,一样能够区分同种材料轻重敲击引起的不同振动类型的情况。

综上所述,经小波分析验证:根据判断特征频率1050Hz附近对应的幅值大小可有效判断高压电塔受力时的振动程度。

2 实际应用测试

在实际应用中,还需要对1050Hz处对应的幅值进行阀值标定。利用铁质材料不同程度撞击高压输电杆塔,采集大量的实验数据利用上述方法进行对比分析(部分实验数据的分析结果分别如表1-2所示),并设定判断电塔振动剧烈程度的幅值的阈值为1.5个单位。无论铁质材料还是木质材料敲击,其主要特征频率1050Hz处对应的幅值若大于该阈值,可以判定该电塔振动为剧烈振动;否则,该电塔振动为轻微振动。

在输电线路状态监控系统的设计中应用该方法,通过监控界面测试区分电塔的振动类型。分别用铁质材料轻击与重击电塔,如图7所示。监控界面显示振动类型为I和II。说明该系统成功判断出电塔的振动类型。

3 结束语

本文利用傅里叶变换与小波分析的方法,分别对高压输电杆塔的受击振动信号进行了对比分析与研究,提出通过振动信号的主要特征频率对应的不同幅值来判断电塔振动类型的方法,能够有效识别不同轻重程度撞击高压输电杆塔的振动类型,从而对电塔的运行状况进行有效评估,及时提醒巡线人员对相应杆塔进行安全检测和故障排查。另外,该方法用软件易于实现,可供输电杆塔安全监控系统的设计作参考。

摘要：为研究外力撞击高压输电杆塔对电塔振动情况的影响,利用傅里叶变换与小波分析的方法,针对实际情况中的电塔受铁质、木质材料不同程度的撞击产生的振动信号进行特征分析,得出了一种通过振动信号的主要特征频率对应的不同幅值来判断电塔振动类型的方法。将该方法应用于实际高压电塔振动监控系统中,测试表明系统能够有效判断电塔的振动类型。

关键词：高压输电杆塔,振动分析,傅里叶变换,小波变换

参考文献

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[2]闻明,吉海彦.小波分析消噪及其在Matlab中的实现[J].现代电子技术,2003,167(24):47-49.

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[4]陈亚勇,等.MATLAB信号处理详解[M].北京:人民邮电出版社,2001.

[5]王计生,喻俊馨.基于傅里叶变换和小波变换的信号处理[J].四川工业学院报,2003,22(4):30-33.

输电线路杆塔升高改造弧垂的调整 篇6

笔者认为通过计算线长的变量, 在改建时便于采取切实有效的措施, 对线长进行调整, 如可以调整导线的连接金具等来调节线长, 可以减少和避免由于松线、紧线工作带来的搭设越线架等, 既减少现场工作量, 又能节约施工费用。笔者通过对几个线路改造工程的施工过程的实践, 总结出以下计算调整线长的方法。

1 线路升高改造后线长变量的计算

引起线长变化一般有以下因素: (1) 杆塔高度变化引起的线长变化; (2) 代表档距弧垂应力变化引起的线长变化; (3) 气温的变化引起的线长变化; (4) 应力的变化引起的线长变化。

线长变量计算时, 改造前后所取的气温条件相同, 且应力变化非常小, 因此气温和应力变化引起的线长变化很小, 可忽略不计。线长变化主要是由杆塔高度变化和耐张段代表档距变化后弧垂应力变化产生的, 这是计算的重点。

如以图1所示的输电线路为例, 要求改造前后在气温T (℃) 下导线的应力均为δt。

(1) 将K号杆塔移动一段距离, 并将其加高△H, K-1号杆塔K+1号杆塔间的线长在改造前为∑L1:

(2) 改造后为∑L2:

(3) 改造后线长变量为:

式中, φa、φa1分别为升高前后K杆塔与K-1杆塔悬挂点的高差角。φa=tg-1ha/la (如地形高差较大时应计入地形高差) ;φb、φb1分别为升高前后K杆塔与K+1杆塔悬挂点的高差角。φb=tg-1hb/lb (如地形高差较大时应计入地形高差) ;ha、hb为悬挂点的高差 (m) ;g为导线的比载 (N/m·mm) ;δt为气温条件相同时导线的应力 (MPa) 。

(4) 若△L为正值, 则意味线路改造后线长有多余部分, 若△L为负值, 则意味线路改造后线长需加长。

2 线长的调整方法

通过计算得出了线路改造后线长调整量, 下一步的工作就是对线长进行调整。

(1) 对线长需缩短时, 一般在承力杆塔上利用手扳葫芦或滑车组等工具, 牵引使耐张串松弛后操作。

1) 调节调整板眼位, 如表1所示。

2) 减少连接金具、瓷瓶换爬距大的, 片数减少 (此法不宜采用) 。

3) 耐张段的长度较短时, 如需要可耐张段两侧杆塔上减少金具, 段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。

(2) 对线长需加长时, 一般在承力杆塔上利用手扳葫芦或滑车组等工具, 牵引使耐张串松弛后操作。

1) 调节调整板眼位。

2) 添加连接金具、瓷瓶 (不宜超过2片) , 绝缘子型号和高度如表2所示。

3) 耐张段的长度较短时, 如需要可耐张段两侧杆塔上添加金具, 段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。

(3) 当线长调整量较大, 无法通过金具、瓷瓶调整时, 可根据线长计算值在靠近升高杆塔的承力杆塔上, 将导线松至地面线, 开断重新压接耐张线夹后直接挂线, 而无需通过观测弧垂划印来确定割线位置。如需缩短线长, 割线位置正好在压接管位置时, 可考虑增大割线长度, 不足部分通过增加金具、瓷瓶来解决。如需加长线长, 可根据计算值对导线进行定量补充, 重新压接耐张线夹后挂线。这时耐张段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。松线时为避免耐张段内导线落地, 可在调整的承力杆塔上利用高空锚线地面挂线的方法将导线松至地面进行操作。

3 高空锚线地面挂线法

工作人员利用飞车沿所调整的导线滑出适当距离 (挂线点距地面高度加10 m左右) , 用卡线器卡在导线上, 通过钢绞线、滑车组、绑扎钢丝套挂于杆塔横担挂点处 (垫加木块或麻袋) , 牵引钢丝绳通过转向滑车至地面绞磨, 牵引临锚工具受力, 导线松弛后, 停止牵引;再用另一牵引钢丝绳通过挂线滑车连到耐张绝缘子串上, 牵引将导线松至地面进行断线、压接;一切准备就绪, 再将导线重新挂于挂线孔中, 回松临锚钢丝绳, 拆除锚线工具。如图2所示。

4 结语

此调整法经过220 k V几条线路改造工程施工证明, 该方法简单实用、准确性高, 同时能保证导线对地距离、导线安全系数、杆塔受力条件等都符合线路原来的设计要求。

摘要：根据线长变量的计算方法和原理, 在确定线长变量的基础上, 详细介绍了通过调整导线的连接金具等方法来调节线长的基本原理, 并在有关工程中成功实践, 该方法对节约施工成本、简化工艺有重要的实际意义。

关键词：线路改造,弧垂,调整

参考文献

[1]李博之.高压架空输电线路施工技术手册.中国电力出版社, 2008

[2]岑阿毛.输电线路施工计算.宁波出版社, 2001

特高压输电线路防雷杆塔模型研究 篇7

随着我国电压等级的不断提高,特高压输电工程已经成为当今的研究热点之一。电压等级的提高使远距离输电成为可能,而输电线路的不断扩展,也带来杆塔设计高度的不断提高。杆塔着雷机会与其高度的平方成正比,因此大跨越高杆塔已然成为输电线路的薄弱环节。为了提高电力系统防御雷电灾害的能力,就必须加强系统的绝缘,而绝缘水平过高也必然会带来经济上的损失。

特高压输电工程的发展带来杆塔设计高度的提高,而杆塔模型是研究雷电侵入波过电压的1个重要因素之一。早期的杆塔一般都不高于30 m,因此用1个等效的集中电感就可以模拟。随着超、特高压的发展,具有分布参数特性的单波阻抗模型成为主要研究趋势。然而,当杆塔高度不断升高时,垂直导体不同点处的波阻抗存在差异这一问题也就无法忽视了。研究表明,集中电感和单波阻抗模型计算出来的结果过于保守,若以此计算电站绝缘标准,必然会出现投资过大的问题。而多波阻抗模型的提出,较为精确地模拟了杆塔中的雷电流侵入过程。

为了证明多波阻抗模型的合理性,本文以ATPDraw电磁暂态计算程序[1]为平台,针对某1 000 kV特高压变电所及其杆塔,将3种模型进行计算对比,以期为日后特高压变电所的建设提供参考。

1 3种模型的建立

1.1 集中电感模型

早期的输电线路杆塔高度不超过30 m,若忽略杆塔本身存在的电阻,且整体模型不需要很高的精确度,杆塔完全可以等效为1个等值电感。根据文献[2],单塔等值波阻抗计算公式为[2]:

等值电感为:

式中:h为杆塔总高度;r为杆塔塔基半径;τ为雷电流沿塔身单程行进时间。

集中电感模型忽略了杆塔上的波过程和杆塔的对地电容及损耗。前人在集中电感的模拟上做了一系列的工作,得出不同结构的杆塔单位高度的电感值。但是,随着输电系统电压等级的不断提高,杆塔高度的逐渐增加,采用集中电感模拟杆塔进行防雷计算的弊端也越来越明显,由此得出的误差较大,并且计算时接地电阻的影响被夸大。

1.2 单波阻抗模型

目前,国内主要使用的2种单波阻抗模型为IEEE和CIGRE公式以及Yamada公式[3]。

(1) IEEE和CIGRE公式

IEEE和CIGRE推荐使用的杆塔单波阻抗计算公式为式(3),其中,杆塔用1个倒锥形进行模拟:

Zgt=60ln[cot (0.5tan-1 (R/h))](3)式中:R为杆塔的等效半径,R=(r1h2+r2h+r3h1);r1、r2、r3分别为杆塔顶部、中间和底部半径;h1、h2分别为杆塔顶部到中间及杆塔中间到底部的高度;h为塔高。

(2) Yamada公式

Yamada等人将杆塔等效为圆锥和圆柱,并通过埃曼感应公式和德里复合贯穿深度理论提出的单波阻抗计算公式为:

1.3 多波阻抗模型

对于结构复杂、高度较高的杆塔,集中电感模型和单波阻抗模型过于简化,而多波阻抗模型不仅考虑了波在杆塔中的行进过程,还考虑到杆塔的自身结构、不同高度对地电容的变化,所得结果更加符合实际。模型参数基本由杆塔的结构确定,主要分主架、支架和横担部分[4],如图1及图2所示。

实际上,多波阻抗模型理论基于垂直导体在不同高度处的波阻抗是不同的这一概念。基于这个原理,可以将垂直导体分割成数段,每段通过经验公式计算出1个对应的波阻抗,就可较好地实现这一物理过程。当然,理论上分割的段数越多越接近实际。

(1)主架部分波阻抗由经验公式得到:

式中:(2)支架部分波阻抗ZLk试验表明,有支架ZLk的杆塔系统比没有支架的系统到达最大电压所需要的时间要长,因此在模型中支架的长度为相应的主干长度的1.5倍。增加了支架后,多导体波阻抗减小10%左右。因此支架部分波阻抗大约为:ZLk=9ZTk,k=1、2、3、4。

(3)杆塔横担部分波阻抗:Zk=60l,k=1、2、3、4。其中,rAk取为1/4的横担长度。

多波阻抗模型计算的波响应特性与真实杆塔实测结果近似,通常应用于圆柱形横担杆塔。

2 仿真模型及结果

2.1 实例分析

本文以某1 000 kV特高压变电所为实例[3],分别计算不同杆塔模型下的塔顶电压。该变电所采取单线单变运行方式,此方式下若遭受雷击,过电压幅值最高。变电所主接线及杆塔结构如图3和图4所示。

2.2 参数设定

(1)波阻抗参数

由上述3种杆塔模型,得到3种波阻抗的计算结果(见表1～表3),接地电阻取7Ω。

(2)雷电流参数

本文选取雷电流幅值为250 kA,超过该幅值的概率为0.14%[5]。波形取为2.6/50μs的标准雷电波,采用双指数模型进行模拟,雷电通道波阻抗为300Ω。

(3)输电线路参数

该变电站导线型号为ASCR800 mm2,分裂数为8,采用双回线运行方式;地线型号为OPGE500 mm2。本文采用目前应用最广的J.Marti模型模拟输电线路,该模型采用3条导线2条地线具有频率特性的架空线模型来模拟线路,直观地用参数表示架空线内径、外径、水平和垂直位置、相角等各种关系,并且直接计算了导线与地线间的耦合系数,具有较高的计算精度。

(4)各高压设备参数

以变压器为例,其绕组除了具有分布的自电感和分布的对地电容之外,还必须考虑匝间电容的影响。但在雷电冲击波的作用下,由于电感的阻流作用,流过电感的电流可以忽略,因此变压器绕组可以等效为具有一定电容值的电容,称其为入口电容。

同理可得,在雷电侵入波计算中,其他电气设备如隔离开关、断路器、互感器、并联电抗器等均可用不同电容值的入口电容表示,冲击波作用的过程就是对电容的充电过程。本文所取的等值电容参数均为标准值[6]。

(5)绝缘子串闪络模型

绝缘子串的闪络过程运用ATPDraw程序中的Tacs组件完成,基本原理是相交法,即当绝缘子两端电压超过U50%时,认为其闪络,线路发生短路。

2.3 仿真结果

以多波阻抗模型为例,在ATP平台上搭建的特高压杆塔模型如图5所示。

根据以上参数,得到不同模型杆塔塔顶的过电压仿真结果(见图6)。

通过图6中(a)、(b)、(c)、(d)的对比可知,在相同的雷电侵入波下,不同的波阻抗模型其过电压幅值存在较大的差异。

由表4可以看到,波阻抗模型得到的过电压幅值要低于集中电感模型和单波阻抗模型。

3 结论

(1)对于特高压杆塔,用IEEE和CIGRE公式仿真出来的过电压最大,与其他等效模型差异也最大。通过直接测量,本杆塔实际波阻抗为130Ω,因此在特高压杆塔中运用该公式计算的结果与实际差异较大。若选用单波阻抗模型,建议在特高压电网中使用与实测值较为接近的Yamada公式(126Ω)。

(2)多波阻抗模型塔顶过电压最小,其次是单波阻抗模型,集中电感模型仿真过电压最高。出现这种情况的原因是波阻抗模型考虑了雷电波在杆塔传输过程中的衰减作用。同时,与单波阻抗模型相比,多波阻抗模型考虑了波的速度时间关系,也考虑了横担的作用,因此更符合实际。

(3)多波阻抗模型过电压出现的峰值时间为1.86μs,过电压值为10.52 MV;单波阻抗模型和集中电感模型出现峰值的时间依次减小。集中电感模型没有考虑杆塔的自身高度,因此过电压幅值大约出现在峰值时间的1/2处,即1.3μs。此时雷电流变化的幅度最大;在单波阻抗和多波阻抗模型中,波的传输有1个过程,多波阻抗模型高度不同,采用的波阻抗也不同。这样,仿真过程中将会出现反射波,反射波将会延缓塔顶电压的上升速度,这也与实际情况比较相符。

(4)不同杆塔模型仿真得到变电所各重要高压设备上的过电压值是不同的,其中多波阻抗模型仿真得到的过电压要比传统模型低10%～20%。合理运用多波阻抗

模型,会对变电所绝缘设计带来很大的帮助。

(5)多波阻抗模型还考虑到杆塔横担对过电压的影响,更符合雷电流在杆塔中的传输过程,建议在日后的特高压外过电压绝缘设计中,采用更符合实际情况的多波阻抗模型。

摘要：特高压电网的发展使电能的远距离传输成为可能,输电线路不断扩展的同时也带来了杆塔高度的增加。早期的集中电感杆塔模型和单波阻抗模型无法准确模拟雷电侵入变电站的波过程,计算得到的过电压过于保守,对绝缘的要求过高。文中以ATPDraw计算程序为平台,以某特高压变电所为实例,将传统杆塔模型和改进后的多波阻抗模型进行对比,正确测量和计算杆塔波阻抗,仿真测量杆塔的雷电特性,并分析各自的可行性。研究计算表明,由多波阻抗杆塔模型得到的过电压低于传统杆塔模型,更符合特高压工程实际。在特高压输电线路防雷计算中,建议采用多波阻抗杆塔模型。

关键词：特高压输电线路,杆塔模型,波阻抗,过电压,雷电特性

参考文献

[1]ATPDraw用户手册[K].2003.

[2]解广润.电力系统过电压[M].武汉:水利电力出版社, 1998.

[3]YAMADA,T.Experimental Evaluation of a UHV Tower Model for Lightning Surge Analysis[J].Power Delivery, IEEE Transactions,1995,10(3):393-402.

[4]张永记,司马文霞,张志劲.防雷分析中杆塔模型的研究现状[J].高电压技术,2006,32(7):93-97.

[5]张曦,何增科,曾健,等.750 kV变电站敞开式配电装置雷电过电压计算研究[J].陕西电力,2009,37(7):28-31.