雷暴沖擊風(fēng)風(fēng)場(chǎng)特性及其對(duì)輸電線路的作用研究.pdf

1、雷暴沖擊風(fēng)為高空氣流下沖撞擊地面而形成的短時(shí)局地強(qiáng)風(fēng)，因多發(fā)于雷暴天氣得名。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外雷暴沖擊風(fēng)致倒塔事故的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，其中不乏多基鐵塔串倒的惡性事故。此外，發(fā)生頻率更高的輸電線路風(fēng)偏閃絡(luò)放電事故的現(xiàn)場(chǎng)勘察資料和氣象報(bào)告也指出，雷暴沖擊鳳場(chǎng)可能是此類事故的主要誘因。隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，線路覆蓋范圍變廣，遭遇惡劣氣象條件的概率也隨之增大，因此，有必要深入開展雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)的試驗(yàn)研究和理論分析，從把握其風(fēng)場(chǎng)特性出發(fā)，系統(tǒng)地研究其

2、對(duì)輸電線路的作用特征。這對(duì)于雷暴多發(fā)地區(qū)待建線路的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化（走徑選擇、氣象條件組合等）和已建線路局部加固方案的確定，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　1.靜止雷暴沖擊風(fēng)三維脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)特性的試驗(yàn)研究及其模擬:基于沖擊射流模型，搭建大口徑的室內(nèi)射流風(fēng)洞，合理選擇測(cè)點(diǎn)組合，利用眼鏡蛇三維風(fēng)速探頭采集靜止雷暴沖擊風(fēng)的三維湍流風(fēng)場(chǎng)信息。采用經(jīng)典湍流理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)風(fēng)速樣本進(jìn)行處理，獲取包括湍流度、湍流

3、積分尺度、風(fēng)功率譜、同點(diǎn)異向相干性和空間相干性在內(nèi)的湍流場(chǎng)特征參數(shù)的空間分布特征，并采用結(jié)合最小二乘法和遺傳算法的混合算法，擬合得到各個(gè)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。在此基礎(chǔ)上，選用合適的隨機(jī)流場(chǎng)生成方法，通過(guò)數(shù)值手段實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速的同步高效模擬。
　　2.運(yùn)動(dòng)雷暴沖擊風(fēng)非平穩(wěn)風(fēng)場(chǎng)特性的試驗(yàn)研究及其模擬:采用可移動(dòng)的大口徑?jīng)_擊射流裝置模擬運(yùn)動(dòng)型雷暴沖擊風(fēng)，采取與前一章類似的測(cè)試方法，測(cè)得運(yùn)動(dòng)雷暴沖擊風(fēng)下各測(cè)點(diǎn)的非平穩(wěn)風(fēng)速時(shí)程。搭建觸發(fā)采樣系

4、統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集裝置的運(yùn)動(dòng)速度，明確測(cè)點(diǎn)和射流中心水平距離與采樣時(shí)間的映射關(guān)系，根據(jù)風(fēng)速時(shí)程記錄得到風(fēng)速與測(cè)點(diǎn)水平距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系。篩選合適的信號(hào)處理方法對(duì)測(cè)得的非平穩(wěn)風(fēng)速信號(hào)進(jìn)行解耦，分離出長(zhǎng)周期的時(shí)交平均分量和非平穩(wěn)的高頻脈動(dòng)分量。采用混合算法擬合關(guān)鍵參數(shù)，得到時(shí)變平均風(fēng)速的實(shí)用模型;引入均勻調(diào)制處理脈動(dòng)分量，將其轉(zhuǎn)化為近似平穩(wěn)的信號(hào)，并對(duì)其統(tǒng)計(jì)特性和功率譜密度函數(shù)進(jìn)行總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，提出運(yùn)動(dòng)雷暴沖擊風(fēng)的實(shí)用風(fēng)場(chǎng)模擬方法，并將其模擬結(jié)果

5、與目前較為常用的傳統(tǒng)模擬方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　3.沖擊風(fēng)場(chǎng)下導(dǎo)線風(fēng)偏動(dòng)力響應(yīng)分析及不平衡張力研究:考慮輸電線路相鄰跨間的聯(lián)動(dòng)作用，以某超高壓輸電線路的整個(gè)耐張段為原型，建立了包含耐張絕緣子、懸垂絕緣子和導(dǎo)線在內(nèi)的8跨輸電線路的精細(xì)化有限元模型。導(dǎo)線為大跨度柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)其在不同荷載分布形式下的自振頻率和模態(tài)進(jìn)行討論。基于準(zhǔn)定常假設(shè)，采用前述的靜止型和運(yùn)動(dòng)型雷暴沖擊風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)模型，對(duì)兩種風(fēng)場(chǎng)下輸電線路各點(diǎn)的鳳荷載進(jìn)行模擬。在此基礎(chǔ)上

6、，開展輸電線路的非線性瞬態(tài)有限元分析，探討沖擊風(fēng)場(chǎng)下輸電線路的風(fēng)偏響應(yīng)特征及掛點(diǎn)處的不平衡張力，并開展雷暴沖擊風(fēng)參數(shù)影響分析:針對(duì)靜止雷暴沖擊風(fēng)，主要考慮風(fēng)暴結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括射流直徑、射流風(fēng)速）和射流中心與線路相對(duì)位置的變化;針對(duì)運(yùn)動(dòng)雷暴沖擊風(fēng)，則需重點(diǎn)考慮運(yùn)動(dòng)路徑對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。最后，分別給出風(fēng)偏響應(yīng)和不平衡張力極值對(duì)應(yīng)的最不利工況，為此類風(fēng)場(chǎng)下的風(fēng)偏校驗(yàn)和桿塔設(shè)計(jì)工作提供便利。
　　4.雷暴沖擊風(fēng)作用下輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)荷載計(jì)算方

7、法研究:前一章為針對(duì)特定線路的個(gè)性討論，給出其風(fēng)偏最不利工況，本章根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范中風(fēng)荷載的計(jì)算方法，從各個(gè)計(jì)算參數(shù)的實(shí)際表征意義出發(fā)，給出包括風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)在內(nèi)的計(jì)算參數(shù)在雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)中的計(jì)算公式或推薦取值，提出考慮角度風(fēng)作用的角度風(fēng)修正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)雷暴沖擊風(fēng)作用下輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的簡(jiǎn)化計(jì)算。
　　5.雷暴沖擊風(fēng)場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)橫擔(dān)輸電塔線體系的作用特征研究:建立同塔四回的長(zhǎng)橫擔(dān)輸電塔線體系的