输电线路采用全绝缘复合杆塔的可行性设计研究

摘要

杆塔是输电线路中主要的支撑结构,其结构性能的优劣直接影响输电线路的安全运行。长期运行经验表明:大量使用复合绝缘子等方法仍不能彻底解决交、直流输电线路存在的雷击、污闪、冰闪等事故,因此需要研发和设计新型的杆塔来解决传统杆塔存在的这些问题。
　　本文基于复合材料的良好外绝缘性、耐腐蚀性、轻便等优点,参考国内输电线路设计和运行中的各种技术规范和标准,以及复合材料在工程应用中广泛使用的规范标准,完成对3种新型全绝缘复合杆塔可行性的整体结构和电气设计。
　　以 ANSYS为平台,提取复合杆塔中的关键性参数并结合有限元分析单元的数理特性,建立复合杆塔体系的有限元模型。针对全绝缘复合杆塔的非线性问题,参照国内外现行输电塔线路体系各工况荷载计算标准,完成了3种复合杆塔在6种设计工况下的有限元分析仿真计算。结果表明,在典型工况下,杆顶的最大挠度均小于杆身高度的0.5％,满足规定要求。
　　由于复合杆塔的高柔特性,本文对其在风雨荷载下的动力特性和时程响应作了分析。选用 Davenport谱作为目标风速谱,采用白噪声滤波法对脉动风的时程进行了模拟;以马歇尔一帕尔默雨滴谱建立雨荷载力学模型,模拟雨荷载时程。利用时程分析模块对复合杆塔的非线性动力时程进行分析求解,得到了风荷载以及各种风雨荷载共同作用下结构动力时程响应。结果表明,考虑脉动风的耦合作用后,杆塔顶端顺风向位移有所增大,其等效静力风荷载及风振系数需要进一步研究;雨荷载对杆塔顺风向位移有一定的影响,且随着降雨强度的增大,顺风向位移明显增大,在强大暴雨情况下,位移增量达到了10％以上,考虑沿海地区降雨量较大和复合材料弹性模量低等因素,在复合杆塔的设计中应将雨荷载作为设计荷载考虑。
　　论文研究结果表明,输电线路采用全绝缘复合杆塔不仅可行,而且是有良好的应用前景。