两相邻输电塔同步环境脉动实测及减振控制的研究

摘要

高压输电塔.线体系是应用极为广泛的、重要的生命线电力工程设施，其整体柔度随杆塔高度的增加而呈非线性地增加，且输电塔与输电线在不同量级的动力特性条件下耦连工作。大量的自然灾害表明，风荷载是输电塔.线体系灾害性事故频繁发生的主要原因，并且输电塔-线体系在风荷载作用下动力响应形态复杂，敏感性强，具有不确定性。
　　 作为高压电能输送的载体，输电塔-线体系的破坏会导致供电系统的瘫痪，这不仅严重地影响人们的生产建设和生活秩序，而且可能会引发火灾等次生灾害，给社会和人民生命财产造成严重的后果。输电塔-线体系的最显著特点是由导线和输电塔连接而成的连续体，其连续性要求在结构设计、理论分析过程中不仅要考虑单个输电塔的振动，而且考虑输电线及相邻塔的作用。因此，对两相邻输电塔的动力特性和风振响应进行研究是一项非常有意义的工作。而认识和研究输电塔-线体系在风荷载作用下的响应特点和响应规律是为了进一步了解结构的抗振性能。
　　 本文研究工作主要包括如下几方面的内容：
　　 文中以位于河北衡水的辛安.衡水500KV高压线路为工程背景，针对输电塔线体系各组成部分的结构构成，提出了杆塔、绝缘子、输电线及边界条件的有限元建模原则与方法，建立了输电塔-线体系的空间非线性有限元模型，并以导地线初始应力作用下的非线性静力计算结果作为初始态，分析对比两相邻直线输电塔和与之相应单塔，以及两相邻转角输电塔与之相应单塔的动力特性，得出塔线体系中输电塔、绝缘子、输电线之间的相互影响规律。
　　 基于随机振动和系统识别理论，运用环境脉动方法测试了两相邻直立式直线输电塔(标号N308，N309)和两相邻转角输电塔(标号N289，N290)的动力特性，识别出两相邻输电塔耦合导地线的动力特性及绝缘子在输电塔的横向和纵向的振动频率，并对测试结果进行了对比分析。
　　 接着运用谐波合成法模拟了作用在整个系统上的脉动风速时程记录，得到上述线路空间相关的多维随机过程。对两相邻直线输电塔进行了非线性动力时程分析，分析输电塔-线体系在风荷载作用下塔架及输电线上典型节点的位移、速度、加速度响应特性及频谱特性，从频率的分布范围进一步分析导地线与输电塔架相互影响的规律。
　　 最后基于主从系统的减振控制原理，适当调整绝缘子串长度、导地线的初始预拉力及输电塔档距来调节系统的自身特性。分析了输电塔与导地线达到何种状态时，导地线本身可以作为输电塔的减振控制装置，从而达到控制结构体系风振响应的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2地震和风灾的危害性

1.3输电塔-线体系研究现状

1.3.1输电塔-线体系耦合作用研究

1.3.2输电塔-线体系动力特性研究

1.3.3随机振动与系统识别理论研究

1.3.4输电塔-线体系风振响应研究

1.3.5输电塔-线体系的振动控制研究

1.3.6结构设计方法研究

1.4本文主要研究内容

第2章两相邻输电塔的动力特性分析

2.1概述

2.2输电塔-线体系的双重非线性

2.2.1材料非线性

2.2.2几何非线性

2.2.3双重非线性

2.3体系的非线性静力平衡方程及求解

2.4体系的自由振动方程及频率、振型的求解

2.5两相邻输电塔的力学计算模型

2.5.1模型单元的选取与建模

2.5.2边界条件的处理

2.6塔线体系动力特性的计算结果及分析

2.6.1模态的提取

2.6.2动力特性的计算结果及分析

2.7本章小结

第3章两相邻输电塔同步环境脉动实测试验研究

3.1概述

3.2频域识别理论

3.2.1振动系统的传递函数

3.2.2振动系统的频响函数

3.2.3多自由度体系结构的传递函数和频响函数

3.2.4多自由度系统的模态参数识别

3.2.5输入未知时结构模态参数的识别

3.3两相邻输电塔的双向同步环境脉动测试

3.3.1实测情况

3.3.2实测数据分析

3.4模态参数识别

3.4.1两相邻直线输电塔识别结果

3.4.2两相邻转角输电塔识别结果

3.5结果分析与对比

3.5.1测试结果的分析与对比

3.5.2测试结果与计算结果的分析与对比

3.6本章小结

第4章两相邻输电塔的非线性动力时程分析

第5章输电塔-线体系的减振控制研究

5.1概述

5.2主从系统的减振设计原理

5.2.1主、从系统的固有振动特性

5.2.2主从有阻尼系统的减振

5.3塔线耦合体系风振响应随时间变化的统计值

5.4两相邻输电塔-线体系减振控制的分析

5.4.1改变绝缘子长度分析

5.4.2改变导地线的初始应力分析

5.4.3改变输电塔档距分析

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1本文主要工作及结论

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果