【摘要】：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),工業(yè)生產(chǎn)和居民生活對(duì)于電力資源的需求日益加大,為滿足增長(zhǎng)需求,我國(guó)采取了“西電東輸”和“北電南送”的發(fā)展戰(zhàn)略,大力發(fā)展特高壓交直流輸電骨干網(wǎng)絡(luò)。隨著我國(guó)1000kV特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵建構(gòu)筑物的安全性和可靠性逐漸引起設(shè)計(jì)者的重視。1000kV特高壓變電構(gòu)架是變電站的重要構(gòu)筑物,主要采用格構(gòu)式鋼構(gòu)塔架,其跨度尺寸和結(jié)構(gòu)高度相比500kV、330kV、220kV等變電構(gòu)架更為復(fù)雜,發(fā)生破壞導(dǎo)致的后果也更為嚴(yán)重。對(duì)于變電構(gòu)架此類高聳結(jié)構(gòu),風(fēng)荷載是控制其設(shè)計(jì)的重要荷載。現(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于特高壓輸電塔及特高壓輸電塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)研究較多,但對(duì)于特高壓變電構(gòu)架結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)及風(fēng)振系數(shù)研究較少,對(duì)于特高壓變電構(gòu)架的研究更是未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。為指導(dǎo)特高壓變電構(gòu)架的抗風(fēng)及體系設(shè)計(jì),本課題開(kāi)展了體系風(fēng)洞試驗(yàn)及數(shù)值仿真,完成的具體研究工作如下:(1)以山東省某1000kV特高壓交流輸變電工程為研究背景,對(duì)1000kV變電構(gòu)架剛性模型進(jìn)行了高頻天平風(fēng)洞試驗(yàn),利用節(jié)段模型測(cè)力結(jié)果計(jì)算得到了不同節(jié)段模型及整體模型的體型系數(shù)并與規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比。(2)利用大型有限元分析軟件ANSYS基于時(shí)程分析的方法對(duì)構(gòu)架進(jìn)行了不同風(fēng)向角及地面粗糙類別下的風(fēng)振響應(yīng)分析,給出了構(gòu)架的最不利風(fēng)向角,同時(shí)比較了構(gòu)架不同位置節(jié)點(diǎn)處的風(fēng)振系數(shù),為抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法中的風(fēng)振系數(shù)取值提供參考。(3)利用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,結(jié)合大風(fēng)工況、覆冰工況、安裝工況和檢修工況對(duì)原方案結(jié)構(gòu)進(jìn)行截面優(yōu)化,得到了材料用量更優(yōu)的構(gòu)架設(shè)計(jì)方案,對(duì)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)還進(jìn)行了地震作用下的安全檢驗(yàn),驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM63
【圖文】：

圖 1-1 高壓輸電網(wǎng)絡(luò)1000kV 特高壓交流線路輸電能力強(qiáng)、損耗小、效益高，發(fā)展特高壓輸電有利于平衡電網(wǎng)與電源產(chǎn)能建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)蓬勃持續(xù)發(fā)展，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。但應(yīng)看到，類似輸電塔或變電構(gòu)架（圖 1-1）性質(zhì)的兼有高聳結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)共同特點(diǎn)的輸電特種結(jié)構(gòu)除了易受覆冰荷載、地震荷載的影響之外，對(duì)風(fēng)荷載的作用也十分敏感，易發(fā)生振動(dòng)疲勞損傷和極端條件下的倒塌破壞，對(duì)人民生活及社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的不良影響。截至目前，國(guó)內(nèi)在特高壓（1000kV）領(lǐng)域關(guān)于輸電線路的研究取得了一些成果，但是關(guān)于特高壓變電構(gòu)架的研究尚不系統(tǒng)和成熟，規(guī)范中還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)構(gòu)架風(fēng)荷載取值的條文；同時(shí)，現(xiàn)有的研究多以數(shù)值仿真為主，但實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)形較為復(fù)雜，仿真分析獲得的風(fēng)荷載也需要風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。因此，在風(fēng)洞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)的風(fēng)振特性進(jìn)行研究，建立更加完善的特高壓變電構(gòu)架抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法具有重要意義。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 風(fēng)荷載特性研究

化的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，主要包含長(zhǎng)周期和短周期兩部分。對(duì)于長(zhǎng)周期部分，周期時(shí)長(zhǎng)通常在 10min 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，所以我們把長(zhǎng)周期部分對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響近似看成是靜態(tài)的；短周期部分的周期時(shí)長(zhǎng)通常在1min 以內(nèi)，同建筑結(jié)構(gòu)的自振周期比較接近，因此我們把短周期部分對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響近似看成是動(dòng)態(tài)的，需要按照隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題來(lái)研究。在實(shí)際工程中，技術(shù)人員常把瞬時(shí)風(fēng)速 U(t)看成是平均風(fēng)速 U 和脈動(dòng)風(fēng)速 u(t)的疊加，風(fēng)荷載對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響也相應(yīng)地是平均風(fēng)速引起的靜力作用和脈動(dòng)風(fēng)速引起的動(dòng)力作用的疊加。我們用平均風(fēng)速剖面來(lái)描述平均風(fēng)速在空間內(nèi)離地高度變化的規(guī)律，平均風(fēng)速剖面主要用指數(shù)律和對(duì)數(shù)律這兩種方式來(lái)描述，由于指數(shù)律描述方式概念比較清晰而且更為簡(jiǎn)便，我國(guó)的建筑荷載規(guī)范及美國(guó)、日本國(guó)家的建筑荷載規(guī)范均采用指數(shù)律對(duì)平均風(fēng)速剖面進(jìn)行描述。平均風(fēng)荷載描述了風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力作用，建筑結(jié)構(gòu)受到的平均風(fēng)荷載分布主要取決于結(jié)構(gòu)的幾何外形，所以在研究中通常采用結(jié)構(gòu)縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際風(fēng)壓分布，針對(duì)不同類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同類別的風(fēng)洞試驗(yàn)。

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本文編號(hào)：2734850