湖南500kV輸電線路覆冰倒塔原因分析

2013-06-14 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

湖南500kV輸電線路覆冰倒塔原因分析

湖南省電力試驗研究院是湖南省電力公司的技術(shù)服務(wù)和開發(fā)中心,負(fù)責(zé)全省電力系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)和維護。

2005年年初,由于持續(xù)大范圍雨雪天氣,湖南電網(wǎng)遭遇自1954年以來最嚴(yán)重的冰凍災(zāi)害,處于海拔180米至350米之間的電網(wǎng)設(shè)施出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰現(xiàn)象,500kV電網(wǎng)先后有崗云線、復(fù)沙Ⅰ線和五民線三條線路出現(xiàn)倒塔事故,共倒塔24基、變形3基,使湖南電網(wǎng)遭遇了歷史上最嚴(yán)峻的考驗。

為了分析這次倒塔的原因,提出具體的改造方案,保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行,本文選取有代表性的復(fù)沙Ⅰ線倒塔段應(yīng)用大型通用有限元程序ANSYS進行了建模計算。在計算分析的基礎(chǔ)上,針對湖南500kV輸電線路覆冰倒塔事故原因進行了分析,提出了改造建議。

應(yīng)用ANSYS軟件對復(fù)沙Ⅰ線事故段連續(xù)檔輸電鐵塔、導(dǎo)線、地線、光纜和絕緣子建立有限元模型;應(yīng)用梁單元建立輸電鐵塔模型,應(yīng)用懸鏈線方程建立輸電導(dǎo)線、地線和光纜模型。
在模型建立完成后,根據(jù)特定的地理形勢設(shè)置計算工況條件,對整個塔線模型進行仿真計算。
通過對鐵塔掛點兩側(cè)導(dǎo)線單元應(yīng)力水平方向分量的差值確定鐵塔所乘受的不平衡張力,評定鐵塔的安全狀況。

鐵塔和導(dǎo)線計算模型的建立。鐵塔和導(dǎo)線的相互作用耦合,一方面鐵塔的變形會對導(dǎo)線的弧垂和受力產(chǎn)生影響,另一方面導(dǎo)線的覆冰也會對鐵塔的受力產(chǎn)生影響。建立合理的鐵塔和導(dǎo)線計算模型,是掌握其形變和應(yīng)力分布的關(guān)鍵。

圖1 復(fù)沙Ⅰ線#16~#21事故段斷面圖
確定鐵塔和導(dǎo)線耦合作用的工況模型,分析在各種工況下的影響形式和相關(guān)數(shù)據(jù),這些是鐵塔和導(dǎo)線耦合作用的直接原因。

圖2 復(fù)沙Ⅰ線事故段塔線有限單元模型
形成鐵塔和導(dǎo)線力學(xué)安全性能評定的方案,從計算分析中理出分析問題的關(guān)鍵因素,建立評價方案。

圖3 輸電鐵塔最大壓應(yīng)力隨覆冰厚度變化圖

圖4 覆冰厚度為20.6mm時21#塔單元最大壓應(yīng)力圖
通過應(yīng)用ANSYS軟件對所由500KV輸電線路覆冰倒塔原因進行分析,找到了鐵塔倒塔的原因,明了的整個耐張段內(nèi)的薄弱塔及其薄弱桿件,并提出了相應(yīng)的防護和改造措施,為保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行做出了貢獻(xiàn)