輸電鐵塔在不平衡張力狀況下的形變實驗研究

胡江華 徐力斌

輸電桿塔遭受不平衡力會發(fā)生振動和形變，嚴重時甚至引發(fā)倒塔事故，由于強風、輸電導線不均勻覆冰等因素引起的不平衡力造成的桿塔損壞或倒塔事故時有發(fā)生[1]，一基桿塔倒塔后，會導致兩側的塔受到更大的不平衡張力，形成多米諾骨牌效應，出現(xiàn)連續(xù)倒塔情況，擴大了事故范圍[2]。

相關學者對導線不平衡張力分析與計算及防范措施方面進行了大量研究。韓軍科等[3]對超/特高壓交流同塔多回輸電線路導地線掛點不均勻覆冰不平衡張力隨覆冰率的變化規(guī)律進行了仿真分析，給出了定量的計算結果、何玉靈等[4]分析了風載與拉拽作用下的鐵塔載荷分布，建立了鐵塔與風流的有限元分析模型并進行了動特性仿真分析、劉慶豐[5]建立了不平衡張力的力學模型， 分析了檔距變化與電線應力間的數(shù)學關系， 以及懸垂絕緣子串偏移和兩側導線應力間的數(shù)學關系、朱寬軍等[6]根據失諧防舞機理和運動穩(wěn)定性機理結果，提出了抑制分裂導線橫向和扭轉的耦合振動和降低導線覆冰不均勻性的防舞原則。研究不平衡力作用下的輸電塔形變特性，一種是理論及仿真分析，另一種是真型塔荷載試驗分析，由于實際試驗涉及大量人力、物力及對桿塔有損壞性風險，故大多數(shù)科研人員主要是從理論與仿真建模進行研究，雖然取得大量成果，但桿塔實際安裝狀況與長時間戶外運行等多重因素的影響下，理論與實際存在一定差距[7]。基于此，本文基于真塔在實際輸電導線上施加荷載產生不平衡張力作用于桿塔，研究在不平衡張力作用下的桿塔形變情況，研究結果可為輸電線路桿塔結構設計和可靠性評估提供參考。

2 真塔試驗

2.1塔-線體系的選擇

為了更好的反映實際運行線路中出現(xiàn)不平衡張力對桿塔的影響，此次試驗選擇不帶電的真型塔線體系作為試驗對象。試驗用的真型鐵塔為單回路鋼管組合干字型塔，鐵塔上的三相導線采用4×JL/G1A-240/30 鋼芯鋁絞線，地線一根采用 JL/G1A-70/40 鋼芯鋁絞線，另一根采用 LBGJ-70-30AC 鋁包鋼絞線。

2.2試驗過程

為了能充分反映輸電鐵塔在應力作用下不同位置的形變規(guī)律，考慮到鐵塔結構上的相似性及對稱性，將角度傳感器進行分層對稱布置，12個角度傳感器分三層布置在塔頭、塔身及塔座三個高度上，每層在鐵塔的四個邊角各安裝一個角度傳感器。本次試驗，導線的不平衡張力是通過在四分裂導線的上面一組分導線上施加荷載來產生，在完成角度傳感器安裝及調試后，進行施載裝置的搭建和安裝。試驗過程中依次加載重物，每次加載等五分鐘待重物箱穩(wěn)定后，接著進行下次施載;考慮飛車承載極限及安全，加載重物到400kg后，再進行依次減載。

試驗結果：2號傳感器和11號傳感器位置角度變化幅度不大，傾斜角變化范圍不超過0.1°，其余傳感器所在位置角度傾斜量變化相對明顯，且變化規(guī)律大致相同，根據其變化規(guī)律分別對這些傳感器角度數(shù)據進行分段擬合處理，擬合后發(fā)現(xiàn)桿塔傾斜角度與其受到水平拉力的關系在不同的階段呈現(xiàn)不同的規(guī)律。（1）加重過程，水平拉力處在5.58～9.76kN時，二者滿足多項式指數(shù)變化規(guī)律;水平拉力處在10.62～12.74kN時，角度隨水平拉力的增大呈指數(shù)增加;（2）減重過程，水平拉力處在10.38～12.74kN時，角度隨水平拉力的減小呈指數(shù)減小，且比對應加重過程中水平拉力處在10.62～12.74kN時，度變化幅度更大;水平拉力處在6.48～9.53kN時，角度隨水平拉力的減小呈線性變化;水平拉力處在2.21～5.31kN時，角度隨著水平拉力的減小呈指數(shù)減小。

3 結論

本文通過真型鐵塔力學試驗對輸電線路不平衡張力作用下鐵塔形變進行了初步研究，主要得到以下結論：

（1）從解算的導線水平角度與加載重物質量關系中可以看出，導線經歷先加重后減重時，飛車高度的恢復有遲滯效應;

（2）鐵塔形變試驗結果表明：桿塔在受到輸電線路不平衡力時產生的形變規(guī)律復雜，不同階段形變規(guī)律各異。加重過程，桿塔形變依次為多項式型形變和指數(shù)型形變;減重過程，桿塔形變依次為指數(shù)型形變、彈性形變、指數(shù)型形變;

（3）鐵塔在不平衡張力的作用下發(fā)生了扭轉。

參考文獻

[1] 楊風利，黨會學，楊靖波，李清華. 導線舞動時輸電鐵塔承載性能及破壞模式分析[J]. 中國電機工程學報，2013，（22）：135-141+21.

[2] 葛緒章. 基于斷線作用的輸電塔—線體系連續(xù)倒塌動力效應研究[D].重慶大學，2015.

[3] 韓軍科，楊靖波，李清華，楊風利. 超/特高壓交流同塔多回輸電線路覆冰不平衡張力分析[J]. 電網技術，2011，（12）：33-37.

[4] 何玉靈，梁雄，唐貴基. 風載及導線拉拽復合作用下的高壓輸電鐵塔響應分析[J]. 華北電力大學學報（自然科學版），2015，（05）：62-68.

[5] 劉慶豐. 輸電線路不平衡張力分析和計算[J]. 電力自動化設備，2006，（01）：93-95.

[6] 朱寬軍，劉彬，劉超群，付東杰. 特高壓輸電線路防舞動研究[J]. 中國電機工程學報，2008，（34）：12-20.

[7] 毛峰. 基于有限元方法的不同覆冰狀態(tài)輸電塔線體系力學特性研究[D].重慶大學，2011.