[發(fā)明專利]一種應用于臺風風場的輸電線風洞試驗系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102692309A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 金小明;陳建福;王衍東;姚文峰;王振華;陳鵬;劉萬群;歷天威;陳雄偉;朱映潔;吳培烽;邱昊;吳暉
• 申請（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司;廣東省電力設計研究院
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明屬于輸電線路抗風研究，特別是基于氣動彈性模型風洞試驗的抗臺風研究領域。

背景技術

目前，輸電線路風振響應風洞試驗研究主要采用氣動彈性模型（簡稱氣彈模型，下同），國內(nèi)輸電塔塔架氣彈模型的制作方法一般有集中剛度法、離散剛度法和剛性節(jié)段加V形彈簧法三種。集中剛度法制作簡單，但是對剛度的模擬并不準確，無法模擬塔身的扭轉(zhuǎn)剛度，且不能模擬桿件的振動以及桿件間的相互影響；剛性節(jié)段加V形彈簧法制作也較為容易，但不能模擬每個節(jié)段的振動情況；離散剛度法加工難度大，但可以較準確地模擬輸電塔塔架主要桿件的軸向剛度和幾何尺寸，因此模型與真型的相似性最好。輸電導地線氣彈模型目前主要使用金屬絲模擬，然而難以找到既滿足拉伸剛度相似又滿足外形相似的金屬材料，因而模型的相似情況并不理想。目前塔線體系氣彈模型較少考慮絕緣子串的模擬，實際上絕緣子串作為導地線的支座一定程度上影響其風致振動的特性，且絕緣子串本身也受到風荷載的作用。

風洞試驗的風場模型通常采用良態(tài)大氣邊界層模型，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》對其風場參數(shù)有詳細的規(guī)定，良態(tài)大氣邊界層模型氣象資料豐富、研究成熟、使用廣泛，因此目前已經(jīng)完成的輸電線路風振響應風洞試驗基本上針對于良態(tài)風場。然而我國東南沿海和南部沿海地區(qū)夏季時常受臺風襲擾，臺風風力強、影響區(qū)域較大、隨機性較明顯，與良態(tài)風場在風場參數(shù)上存在明顯區(qū)別，輸電線路在臺風中的表現(xiàn)與良態(tài)風明顯不同，現(xiàn)有的針對良態(tài)大氣邊界層模型中輸電線路的風洞試驗難以適應抗臺風設計的要求。目前塔線體系氣彈模型風洞試驗受到導地線跨度和風洞尺寸的制約，僅能進行90度風向角（來流風向垂直于導地線線條方向，下同）的試驗工況，不能反映輸電線路在其他風向角下的振動情況，實際上輸電線路在其他風向角下亦較為危險。所以進行臺風風場下的輸電線路氣彈模型多角度風洞試驗對研究輸電線路的風致振動特性和抗風設計措施具有深遠的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對集中剛度法和剛性節(jié)段加V形彈簧法制作氣彈模型難以完全模擬輸電塔架的風致振動情況，為盡可能地反映輸電塔架的振動特點，本發(fā)明采用離散剛度法設計制作試驗塔，采用不銹鋼絲加塑料套管的方法解決導線、地線難以同時滿足軸向剛度和外形輪廓的問題，采用不銹鋼管加ABS板模擬絕緣子串的軸向剛度、質(zhì)量和幾何外形。

本發(fā)明的一目的為針對目前國內(nèi)外對臺風環(huán)境下輸電塔線體系氣彈模型風洞試驗研究的缺乏，以及我國電力行業(yè)現(xiàn)行設計規(guī)范對臺風考慮的不足，為研究臺風作用下500kV輸電塔線體系不同風向角下的振動特征，驗證現(xiàn)行輸電線路設計規(guī)范中的相關參數(shù)是否適用于臺風環(huán)境。

本發(fā)明提出應用于臺風風場下500kV輸電塔線風洞試驗系統(tǒng)，其具體的技術方案為：

一種應用于臺風風場的輸電線的風洞試驗系統(tǒng)，包括試驗塔、直線塔、耐張塔、導線、地線、絕緣子串、風洞轉(zhuǎn)盤、試驗風場；所述試驗塔位于風洞轉(zhuǎn)盤的幾何中心，直線塔放置在試驗塔兩側(cè)，耐張塔放置在直線塔兩側(cè)，試驗塔、直線塔、耐張塔位于同一豎直平面上；絕緣子串分別安裝在試驗塔、直線塔及耐張塔上；導線、地線懸掛在絕緣子串上；試驗風場位于試驗塔、直線塔及耐張塔組成的豎直平面上流。

所述試驗塔采用離散剛度法制作；試驗塔根據(jù)幾何相似計算試驗塔各桿件的長度和外徑，根據(jù)彈性參數(shù)計算試驗塔各桿件的軸向剛度，根據(jù)慣性參數(shù)計算試驗塔各部分的質(zhì)量，根據(jù)斯托羅哈數(shù)調(diào)整試驗塔的一階自振頻率，使用毛細黃銅管制作試驗塔骨架，使用泡沫塑料和ABS板制作試驗塔外形。

根據(jù)幾何相似（即試驗塔模型和真型相應長度的比例一致）計算試驗塔各桿件的長度和外徑，幾何相似比λ_L：式中，L_m和L_p分別為試驗塔模型和試驗塔真型相應的長度。

根據(jù)試驗塔真型塔設計風速和風洞可調(diào)風速范圍確定風速相似比λ_v：

式中，v_m和v_p分別為試驗塔模型和試驗塔真型相應的風速。