500kV高压输电塔覆冰承载能力分析及塔型优化设计

摘要

2008年初，我国南方地区遭遇百年一遇的冰雪灾害，全国13个省份的电力输电线路由于覆冰造成输电塔倒塌、断杆69.1万基，导致多处输电系统瘫痪，对人民生活和生产、建设造成严重影响。因此，研究覆冰情况下的输电塔承载力具有重要的工程和社会意义。
　　 本文以中南电力设计院提供的典型塔型—500 kV酒杯型直线塔为工程背景，在有限元分析软件ANSYS中建立模型，选取梁单元模拟输电塔杆件，计算在自重荷载、覆冰荷载，风荷载，和导线张力的作用下，输电塔的承载能力。并在计算时考虑了输电塔结构的几何非线性和材料非线性。
　　 本文计算输电塔在覆冰情况下的承载力时考虑了三种工况组合，分别为覆冰厚度为10 mm，风速为15 m/s；覆冰厚度为20 mm，风速为20 m/s；覆冰厚度为40 mm，风速为30 m/s。在每种工况组合里又考虑了风向为0°、45°、90°时输电线路正常运行和断线两种情况，共计算了18种荷载组合下输电塔的应力应变和位移值。
　　 最后，通过全面分析、研究18种荷载组合下输电塔的计算结果，综合比较以上三种工况下的输电塔应力应变和位移，确定出输电塔结构中最薄弱的部位，并对之进行优化设计。在横担和塔身处添加了斜杆和水平支撑，并且把塔颈的形状做了较大的调整，验算结果表明优化设计后的塔型，其整体刚度和承载能力较优化设计前有较大的提高。