输电塔

阐述了基于“北斗”的输电塔结构安全监测系统建设背景，重点介绍了北斗高精度定位技术、基于“北斗”的输电塔结构安全监测系统设计以及输电塔变形监测。

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电网输电塔是应用极广的一类高耸结构，作为重要的电力工程设施，确保主结构体系在各种荷载作用下的安全可靠运行，具有重要的经济、社会意义。然而，输电线路作为电能输送的“生命线”，倒塔断线事故却时有发生。目前，想要对倒塔断线事件进行有效预防，对输电塔塔身结构运行状态开展检测评估，主要依靠巡检时目视、拍照图像分析等基本手段，对结构整体运行应力水平无从掌握，从而无法采取针对性措施。对输电塔强度校核诊断时，多采用现行设计规范使用的传统工程算法，将输电塔单独作为隔离体，整体按压弯变截面构件计算。这种方法既难以考虑输电塔结构的细部特征，又无法考虑输电塔与导(地）线的相互作用和其他荷载的准确作用。由于无法得到输电塔各杆件具体详实的应力分布情况，导致输电塔的计算应力与实际运行情况存在较大差异，也缺乏输电塔动力特性基础数据，难以全面细致地对结构进行安全诊断。而目前，对于需要进行加固的输电塔，多采用局部补强方法，并且由于角钢塔螺栓节点较多，加固结构避开节点时造成传力作用降低，影响加固效果，特别是对于老旧输电塔，设计时安全系数小、抗冰抗风强度较低，局部补强起不到提高整体承载能力的要求，高效的整体加固技术还是空白。

对于格构式输电塔，研究建立以构件为计算单元的结构风荷载计算方法。定义角钢构件的单元坐标系与风力坐 标系，导出它们的旋转变换矩阵。通过坐标系旋转变换理论，导出角钢构件的挡风宽度、截面方位角、风荷载集度及等 效节点风荷载的计算方法。应用本文方法，对于等肢角钢算例进行计算，得到该角钢构件的挡风宽度、截面方位角及等 效节点风荷载随风向角变化的关系特性。研究结果表明，本文方法合理准确、简单易行，可有效计算格构式输电塔风荷 载。

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法研究了龙卷风作用下特高压输电塔的风荷载特性。通过建立龙卷风风场的CFD数值模型，验证了龙卷风风场结构的合理性。进一步建立特高压输电塔的精细化数值模型，重点分析了风场中不同位置和不同风向角下输电塔各塔段的体型系数。研究结果表明：输电塔上部第1~4塔段在距离龙卷风风场中心1.5D（D为核心半径）处所受风荷载最大，下部第5~9塔段在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大；输电塔整体在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大。随着与龙卷风中心距离的增大，输电塔整塔横向风载系数最不利风向角从60°增大至90°，纵向风载体型系数最不利风向角在0°~30°范围内变化。在距离风场中心1.0D和1.5D处，输电塔整塔风载体型系数模拟值要大于规范值。

针对特高压输电塔结构高、柔度大、阻尼小的动力特点，系统阐述了粘弹性阻尼层在输电塔阻尼提升中的作用，从粘弹性材料本构关系着手，明确了PRONY 级数在时、频域中的确定方法；深入分析了粘弹性约束阻尼层复合结构的力学特点，提出了简单、有效的杆系-实体混合有限元模型，该模型适用于分析粘弹性阻尼层在输电塔结构阻尼提升的作用机理，进而可达到控制输电塔振动的目的。在此理论基础上，以一特高压输电塔为研究背景，基于ABAQUS 有限元软件对敷设粘弹性阻尼层的铁塔模型开展相关的数值仿真计算。计算结果表明粘弹性约束阻尼层可有效提高输电塔的模态阻尼，不失为一种经济有效的振动控制方法。

基于脉动风的基本性质，利用Matlab模拟脉动风速时程，并以江西500kV南梦线送电工程为算例,利用Ansys建立 了输电塔线二塔三线模型，考虑了输电铁塔之间、输电线之间以及塔线之间的相关性，分析了输电塔对不同角度顺风向 脉动风的响应，可为工程实际提供一定程度的参考。

本项目首次提出了斜独立塔架和联合塔架这两种输电铁塔与下部基础之间的连接结构，根本解决了陡峻山区铁塔塔腿级差难以满足地形要求的难题，这两种连接结构施工方便、安全性好、对环境破坏小、经济性好。研究了连接结构顶部位移对输电塔杆件内力的影响，首次提出了连接结构顶部位移的控制值。对连接结构顶板进行了仿真研究，提出了十宇加劲顶板和密肋顶板两种顶板型式，并提出了各自的适用范围。对各种连接结构的经济性能进行了比较，提出了各种连接结构的适用范围。申请了专利《输电铁塔基础连接结构》一项。(6)在《四川电力技术》杂志发表了论文“陡峻山区输电铁塔与基础连接形式设计研究”一篇。 随着电力建设的不断发展，特别是西南山区水电资源的开发，输电线路工程不可避免需要在崇山峻岭中建设，对于地形坡度过大(大于50°)的塔位，采用铁塔长短腿加高低基础的方案仍然不能满足地形的要求，以往都是采用铁塔上坡侧降基面的方法解决该问题，与该传统解决方法相比，本成果可以大大减少土石方的开挖量，降低了工程造价，减少了水土流失量，降低了工程建设引起滑坡、崩塌等地质灾害的风险。本技术在陡峻山区输电线路工程中可以全面推广使用。

本文以温州某输电线路为研究对象，根据实际参数分别建立了输电塔与塔线耦合体系有限元模型,研究了不同风向作用下结构风致响应特征，并且对比分析了塔线耦合作用和塔体两侧档距对各风向作用下输电塔风致响应的影响。结果表明：风向影响塔体各主材轴力响应，其中顺风向最下游主材有着最大的轴力，应在设计时重点考虑；塔线耦合作用直接影响了塔体响应的最不利风向，且大档距使得最不利风向更加接近横线向；脉动风对塔体响应的动力放大效应在不同风向条件下有显著的区别，而塔线耦合作用加大了风向对风振放大效应的影响；导线抑制了塔体响应的动力响应，并且导线档距越大，脉动风对响应的动力放大效应越弱。

8月1日，经过建设者150余天的奋战，白鹤滩至浙江±800千伏特高压直流输电工程安徽池州长江大跨越高345米的南岸跨越塔成功封顶。白浙线是我国实施“西电东送”战略的重点工程，送端连接目前世界在建最大水电站白鹤滩水电站，受端位于杭州临平区浙北换流站，线路全长2140.2公里。