输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究.pdf

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1、第29卷第4期应用力学学报Vb1．29No．42012年8月CHINESEJoURNALoFAPPLIEDMECHANICSAug．2012文章编号：1000-4939(2012)04-0431-06输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究胡位勇1严波1程皓月1郭跃明2(重庆大学资源及环境科学学院工程力学系400030重庆)’(中国电力工程顾问集团西南电力设计院610021成都)摘要：利用ABAQUS软件建立500kV典型输电线路段塔线耦合体系的精细有限元模型，数值模拟覆冰塔线耦合体系断线后的动态响应和杆塔破坏过程。对杆塔引入等效塑性应变破坏准

2、则，当单元的最大等效塑性应变达到许用值时，删除单元以模拟杆塔的破坏。数值模拟结果与按我国电力设计规程以及IEC设计规程的计算结果比较表明：地线断线时用塔线模型和规程计算得到的杆塔应力的差别较导线断线时大，地线和导线断线时杆塔的最大应力均大于两种规程的计算值；杆塔上与地线连接的角担是断线时的薄弱区域。现行电力设计规程中采用静力分析方法对断线产生的冲击动力作用的估计不足。关键词：输电塔线耦合体系；断线；破坏；有限元模拟中图分类号：TN753；O39文献标识码：A线产生的非平衡力和震荡问题的研究已有报道【4】，1引言但这些工作均没有考虑塔线体系的耦合作

3、用。文献【8】首先通过塔线模型，研究断线后杆塔及导线的动力响应，但其采用二维简化模型，和实际相差甚途经重冰区的架空输电线路在严重覆冰情况远。文献[9】通过建立三维杆塔模型，利用弹簧模拟下的安全性是线路设计中必须考虑的重要因素。重导线和地线，研究了断线后杆塔的动力响应，但没冰区线路常见的事故包括绝缘子串破坏、导线断裂、有考虑塔线之间的耦合作用。文献【l0】通过建立鼓杆塔折损和倒塌等，其中以杆塔破坏带来的损失最型塔线耦合模型，研究了绝缘子破坏情况下塔线的大。线路断线通常会产生很大的纵向不平衡荷载，动力响应，并指出绝缘子破坏后相邻档的应力放大引起整个塔

4、线体系的振荡，甚至导致输电塔多米诺骨牌式的倒塌。如1975年美国的Wisconsin和系数较大。文献[1l】研究了塔线耦合体系在不同子导线断裂根数情况下，导线和地线和杆塔所受的冲Indiana就发生了因线路断线导致多个输电塔倒塌，击作用，但这些研究工作的计算模型中均未考虑杆使整条输电系统瘫痪的事故【-1。塔的破坏。目前我国电力设计行业规程及IEC标准中均采本文以500kV高压输电线重冰区典型线路段为用静力分析方法对杆塔在断线工况下的强度进行校核[2-3]。然而时有发生的因断线引起的杆塔倒塌事故研究对象，采用有限元方法模拟研究了在严重覆冰、典型断线

5、情况下塔线体系动力响应和杆塔的破坏过表明静力设计方法可能存在不足。关于输电线路断基金项目：重庆市自然科学基金项目(CSTC，2009BB7367)；中央高校基本科研业务费资助(CDJXS1024102)来稿日期：2012—03—27修回日期：2012—06—01第一作者简介：胡位勇，男，1987年生，重庆大学资源及环境科学学院工程力学系，研究生；研究方向——工程力学通讯作者：严波，E—mail：boyan@cqu．edu．cn。并埘杆塔破坏的原[大1进行分析，指出现行电力柔索结构，在ABAQUS模拟中可采用桁架单元并设计规程对杆塔进行断线强度校核

6、时，对断线冲击没置其材料为不可压缩。每根予导线和地线划分为动力作用的估计不足。100个单元。模型两端所有导线和地线为铰接，各杆塔与基础连接点均设置固定边界条件。建立的塔2塔线耦合体系有限元模型线耦合体系有限元模型如图1所示。经元收敛性检查，划分的网格可以得到满足精度要求的解。2．1有限元模型根据我国中重冰区架输电线路设计技术规以一典型的四档三塔线路段为对象，首先建立定【】，对重冰区杆塔进行断线情况下的强度验算时塔线体系的有限元模型。该线路段各档档距为考虑100％覆冰和无风情况。本文研究的杆塔所处200m，l尢高差。杆塔型号为JB16G，全高74m

7、；呼重冰区的设计覆冰厚度为60mm，假设覆冰均匀覆称高度57m的耐张塔由角钢组合而成，包括Q235、盖在杆塔和导线上。Q345、Q420一种材料。分裂子导线及地线型号分导线和地线覆冰后承受冰荷载的作用。假设冰均别为A3／S3A一732／92和GJ．240，具体物理参数如匀覆盖在导线和地线上，由于覆冰的强度可以忽略不表1所示。绝缘子串为4×420kN阴联耐张绝缘子计，故可以通过增加导线和地线的密度来模拟作用存串，串长8145mm，总重287lkg；间隔棒型号为导线和地线上的覆冰静力荷载。因此，在计算导线和FJZ．500／732，外型尺寸为500mm

8、×500mm，总重地线覆冰后的平衡状态时，可以通过赋予模拟导线和13．5kg。地线的单元以等效密度来模拟载荷。覆冰后导线和地建屯的塔线耦