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        高壓變電站引下線系統(tǒng)在風(fēng)-冰載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)研究

        2021-10-14 01:43:14謝特列許湧平馬鋼郭棟才劉占超
        廣東電力 2021年9期
        關(guān)鍵詞:跨線型線端子

        謝特列,許湧平,馬鋼,郭棟才,劉占超

        (1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030001;2.太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,山西 太原 030024)

        近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對(duì)電力的需求也呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì),這對(duì)高壓變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)提出了更高的要求。在輸電系統(tǒng)中,500 kV及以上電壓等級(jí)高壓交流輸電系統(tǒng)已成為中國(guó)解決遠(yuǎn)距離大跨度輸電的途徑之一[1-6]。變電站引下線系統(tǒng)指的是由引下線、引下線與跨線連接的夾具、引下線與設(shè)備連線的連接端子和設(shè)備端子等組成的結(jié)構(gòu)體系,是連接輸電線路與設(shè)備的重要樞紐,其安全性直接影響整個(gè)輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在實(shí)際工程中,變電站引下線系統(tǒng)往往受到復(fù)雜荷載的聯(lián)合作用,特別是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的引下線系統(tǒng)長(zhǎng)期遭受惡劣自然環(huán)境(如大風(fēng)、跨線覆冰等)的影響,荷載耦合作用會(huì)影響到連接端子、T型線夾的受力特征,長(zhǎng)期的極端受力狀態(tài)導(dǎo)致引下線系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患。導(dǎo)線在覆冰荷載設(shè)計(jì)時(shí)常取覆冰厚度10 mm來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算,但導(dǎo)線在較為惡劣的天氣下,其覆冰厚度達(dá)到20~40 mm,甚至更大數(shù)值[7]。遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的大風(fēng)和覆冰荷載常引起風(fēng)偏故障、舞動(dòng)、桿塔結(jié)構(gòu)疲勞及破壞、次檔距振蕩、線路覆冰倒桿、覆冰絕緣子串的閃絡(luò)等事故[8]。

        對(duì)此,邱寧[9]等對(duì)4分裂JLHN58K-1600型導(dǎo)線進(jìn)行仿真分析及等效風(fēng)荷載試驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明線夾接線柱在風(fēng)力作用下是受力最薄弱部位,且導(dǎo)線長(zhǎng)度在12 m范圍內(nèi)變形較小,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮導(dǎo)線自重產(chǎn)生的附加彎矩。張成[10]通過(guò)利用流體分析軟件Fluent和有限元計(jì)算軟件Midas Gen對(duì)輸電塔線體系(采用LGJ-400/35型導(dǎo)線)進(jìn)行風(fēng)致響應(yīng)研究,得到輸電線的振動(dòng)比輸電塔先出現(xiàn),且在振動(dòng)的低頻區(qū)以輸電線的振動(dòng)為主,在高頻區(qū)輸電線不再產(chǎn)生振動(dòng)。李嘉祥[11]利用有限元分析軟件ANSYS建立輸電塔線模型通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)響應(yīng)、導(dǎo)線脫冰機(jī)理等研究,得出:覆冰導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度與覆冰量成正比;單子導(dǎo)線在脫冰時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩,能加快分裂導(dǎo)線的脫冰速度。其他研究(如變電站塔線系統(tǒng)的耦聯(lián)受力分析[12-15])通過(guò)仿真模擬表明,在覆冰荷載下,要考慮脈動(dòng)風(fēng)對(duì)于塔線系統(tǒng)的動(dòng)力影響。

        目前已有的對(duì)于引下線系統(tǒng)的研究多是大跨度導(dǎo)線,其強(qiáng)度和剛度的研究是熱點(diǎn)內(nèi)容,主要采用有限元模擬建立三維有限元模型研究導(dǎo)線的舞動(dòng)特征[16-17]及抗震分析[18-20]等。在實(shí)際情況中,引下線系統(tǒng)在惡劣自然環(huán)境中多受到大風(fēng)覆冰荷載耦合作用,其中設(shè)備端子處在風(fēng)-冰荷載耦合作用下最易發(fā)生破壞,而已有研究多集中于單一載荷對(duì)于輸電塔線系統(tǒng)的耦聯(lián)受力分析,對(duì)于引下線系統(tǒng)中受力薄弱構(gòu)件在風(fēng)-冰耦合作用下的受力性能研究不足,且對(duì)于雙分裂引下線系統(tǒng)受力特征的研究相對(duì)缺乏,已有的研究成果多被限制在特定條件下,不具備普適性;因此,本文在太原北500 kV變電站新建工程背景下,以高壓變電站中引下線系統(tǒng)為研究對(duì)象,采用Solidwork軟件進(jìn)行建模,利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)5種荷載工況下的引下線系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬,探究在風(fēng)-冰耦合作用下引下線系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)力分布特征及其受力薄弱構(gòu)件的力學(xué)響應(yīng)特征,從而根據(jù)不同的工況選取不同的導(dǎo)線類型,提出優(yōu)化改進(jìn)方案,為工程優(yōu)化設(shè)計(jì)、選型選材等提供參考依據(jù)和技術(shù)支持。

        1 試驗(yàn)裝置及材料

        1.1 試驗(yàn)構(gòu)件及裝置

        在高壓變電站中,引下線常采用雙分裂導(dǎo)線結(jié)構(gòu)形式。模擬仿真采用3種類型的導(dǎo)線:NRLH58GJ-1440/120型耐熱鋁合金絞線、LGKK-600型擴(kuò)徑鋁合金絞線、JLHN58K-1600型耐熱鋁合金絞線。模擬裝置由線夾﹑接線端子﹑設(shè)備端子、T型線夾接線柱、間隔棒等組成,導(dǎo)線的末端與接線柱連接處通過(guò)內(nèi)插芯棒來(lái)將其壓接于接線柱內(nèi),相應(yīng)裝置均采用螺栓連接。該引下線模型采用雙分裂導(dǎo)線連接形式,2根導(dǎo)線之間設(shè)置間隔棒,以此來(lái)固定導(dǎo)線的幾何形狀,保證導(dǎo)線的次檔距。人字形引下線的主線和支線通過(guò)T型線夾相連接,同樣地,引下線的上端與跨線也通過(guò)T型線夾相連接,引下線的下端和一次設(shè)備通過(guò)連接端子相連接,具體引下線的各個(gè)構(gòu)件如圖 1所示。

        圖1 人字形引下線的各個(gè)構(gòu)件

        1.2 試驗(yàn)材料參數(shù)測(cè)試

        本試驗(yàn)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 22315—2008《金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法》,采用WAW-1000kN型微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(如圖2所示),檢測(cè)材料的彈性模量、泊松比和屈服強(qiáng)度等參數(shù),得到各構(gòu)件的材料性能參數(shù)(見(jiàn)表1)。試驗(yàn)機(jī)的最大負(fù)荷為1 000 kN;試驗(yàn)力等速率控制:0.2~1 000 kN/min;引伸計(jì)規(guī)格:標(biāo)距100 mm、量程30 mm;變形等速率控制:0.03~30 mm/min;變形測(cè)量范圍0.6~30 mm;位移等速率控制:0.5~50 mm/min;位移量程: 250 mm。

        表1 各構(gòu)件材料參數(shù)

        圖2 材料參數(shù)試驗(yàn)裝置

        1.3 荷載的計(jì)算

        1.3.1 受力簡(jiǎn)化模型的建立。

        引下線系統(tǒng)承受風(fēng)-冰荷載的受力簡(jiǎn)化模型是將引下線從系統(tǒng)中分離出來(lái),然后將風(fēng)荷載等效為若干集中力作用在人字形引下線上,得到受力簡(jiǎn)圖如圖 3所示(圖中F為引下線主線等效集中力,P為副線等效集中力,圖中數(shù)字表示某一加載位置處的集中力代號(hào))。

        圖3 水平風(fēng)荷載作用下人字形引下線受力簡(jiǎn)圖

        1.3.2 風(fēng)荷載的計(jì)算

        計(jì)算時(shí)需要將分布式風(fēng)載荷轉(zhuǎn)化為等效的若干集中載荷,此處的風(fēng)壓是垂直于氣流方向的平面所受到的風(fēng)壓力,根據(jù)伯努利方程得出的風(fēng)壓

        (1)

        式中:pf為風(fēng)壓,單位N/m2;ρ0為空氣密度,取1.25 kg/m3, 此為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)參數(shù)(取緯度45°處的重力加速度,氣壓為1 013 kPa,溫度為15 ℃);νf為導(dǎo)線安裝處的風(fēng)速,單位m/s。

        依據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》[21],導(dǎo)線所受風(fēng)壓力

        (2)

        式中:P為導(dǎo)線所受的風(fēng)壓力,單位N;α為風(fēng)速不均勻系數(shù),取1.0;β為空氣動(dòng)力系數(shù),取1.2;Af為導(dǎo)線受力方向的投影面積,單位m2。

        1.3.3 覆冰荷載的計(jì)算

        在無(wú)風(fēng)環(huán)境下,引下線需要承受跨線自重、覆冰載荷的共同作用;在大風(fēng)環(huán)境下,由于冰層厚度導(dǎo)致跨線受風(fēng)面積增加,可放大風(fēng)荷載效應(yīng),因此風(fēng)力對(duì)導(dǎo)線覆冰時(shí)受力有較大影響。根據(jù)DL/T 5440—2009《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》,由平均風(fēng)速得到垂直于導(dǎo)線軸向的水平風(fēng)荷載的計(jì)算公式為

        Pc=αμscμzβηpfAf.

        (3)

        式中:Pc為覆冰工況下導(dǎo)線所受的風(fēng)壓力,單位N;μsc為導(dǎo)線體型系數(shù)(修正導(dǎo)線暴露在風(fēng)中的截面形狀不同而引起的風(fēng)壓值及其分布的改變,對(duì)于圓形截面,取0.9);μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);β為導(dǎo)線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)(又稱空氣動(dòng)力系數(shù),取1.2);η為導(dǎo)線覆冰、風(fēng)荷載增大系數(shù)。

        通過(guò)上述公式計(jì)算NRLH58GJ-1440/120型引下線和跨線所受風(fēng)荷載的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3,跨線在水平風(fēng)荷載作用下所受等效集中荷載見(jiàn)圖4(F′為無(wú)覆冰作用時(shí)跨線所受風(fēng)荷載,F(xiàn)″為在不同覆冰覆冰厚度作用下跨線所受風(fēng)荷載,圖中數(shù)字表示某一加載位置處的集中力代號(hào))。與NRLH58GJ-1440/120型導(dǎo)線相比,LGKK600和JLHN58K-1600型導(dǎo)線只有截面面積不同,且通過(guò)公式可知影響風(fēng)力大小的因素是引下線截面直徑,由此推算出這2種類型導(dǎo)線的折算系數(shù)分別是1.57和1.14,所以這兩類導(dǎo)線所受風(fēng)荷載為表2數(shù)據(jù)乘以相應(yīng)折算系數(shù)。在覆冰工況下,跨線所受風(fēng)荷載值見(jiàn)表4。

        表2 不同風(fēng)速作用下引下線所受風(fēng)荷載等效集中力

        表3 不同風(fēng)速作用下跨線所受風(fēng)荷載等效集中力

        表4 不同覆冰厚度作用下跨線所受風(fēng)荷載等效集中力

        圖4 水平風(fēng)速下跨線所受等效集中荷載圖

        2 基于簡(jiǎn)化力學(xué)模型的有限元仿真模擬分析

        由于所建模型較為復(fù)雜,采用Solidworkes軟件建立引下線、跨線及其連接金具體系的模型,利用ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行模擬分析。該引下線模型采用雙分裂、人字形導(dǎo)線結(jié)構(gòu)形式,跨線、引下線及相應(yīng)的連接金具均按照工程要求1∶1實(shí)際尺寸建模,如圖5所示。根據(jù)文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[9]仿真模擬研究,一字型金具受力性能明顯優(yōu)于羊角型金具,故此次仿真模擬中的金具模型均采用一字型金具。設(shè)備端子處的標(biāo)高為8 m,人字形引下線的上端與跨線相連處標(biāo)高為24 m,跨線長(zhǎng)為20 m,兩端高差為2 m,具體各標(biāo)高如圖6所示。為了保證精度并簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程,建模時(shí)按照質(zhì)量和慣性矩相等的原則將復(fù)雜導(dǎo)線截面等效為相似內(nèi)徑的圓管截面,如圖7所示(圖中數(shù)值單位為mm)。由于引下線和跨線節(jié)點(diǎn)較多、長(zhǎng)度較大,為了縮短有限元仿真模擬的時(shí)間,將導(dǎo)線的網(wǎng)格大小設(shè)置為50 mm;設(shè)備線夾和間隔棒等金具的形狀比較規(guī)則,其網(wǎng)格大小設(shè)置為10 mm,網(wǎng)格單元類型采用C3D10。此系統(tǒng)中用到的單根導(dǎo)線的類型見(jiàn)表5。

        表5 導(dǎo)線類型與截面參數(shù)

        圖5 引下線-接線端子結(jié)構(gòu)有限元模型

        圖6 人字形引下線的具體標(biāo)高

        圖7 各導(dǎo)線實(shí)際截面和等效簡(jiǎn)化截面

        為滿足工程實(shí)際應(yīng)用,需要對(duì)模型設(shè)置合理的邊界條件和荷載分布。在實(shí)際工況下,跨線左右兩端會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角,因此在該模型的跨線左右兩端分別施加位移約束,轉(zhuǎn)角不施加約束;在設(shè)備端子處施加位移約束及轉(zhuǎn)角約束,以此限制兩邊設(shè)備端子的全部自由度。在兩間隔棒之間的導(dǎo)線段取一個(gè)加載點(diǎn),將加載點(diǎn)與兩間隔棒之間的導(dǎo)線耦合,確保荷載在這段導(dǎo)線上是均勻加載的,模型的具體邊界條件如圖8(a)所示,荷載布置如圖 8(b)、(c)所示。

        圖8 邊界條件和荷載布置

        3 結(jié)果分析

        3.1 風(fēng)載荷作用下變電站引下線系統(tǒng)力學(xué)響應(yīng)仿真

        根據(jù)文獻(xiàn)[1]的仿真模擬研究可知,風(fēng)向與導(dǎo)線呈90°方向時(shí)構(gòu)件受力最不利。因此本文只研究風(fēng)向與導(dǎo)線呈90°方向時(shí)風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力響應(yīng)。加載時(shí)將風(fēng)荷載沿引下線高度分段等效為水平集中荷載,同樣地,跨線上面的風(fēng)荷載也沿跨線的水平跨度等效為水平集中荷載,如圖9所示。

        圖9 90°方向有限元模型加載方式

        3.1.1 同導(dǎo)線類型不同風(fēng)速

        通過(guò)對(duì)NRLH58GJ-1440/120類型導(dǎo)線分別在5 m/s、15 m/s、30 m/s的風(fēng)速下進(jìn)行仿真模擬分析,得到的各部件峰值應(yīng)力結(jié)果如圖10所示。由風(fēng)速與峰值應(yīng)力變化關(guān)系可知,隨風(fēng)速的增加,各個(gè)構(gòu)件的峰值應(yīng)力均不同程度地呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在風(fēng)速低于15 m/s時(shí),各構(gòu)件峰值應(yīng)力變化規(guī)律呈現(xiàn)較大相似性;風(fēng)速大于15 m/s時(shí),T型線夾增速最大,在30 m/s時(shí)其峰值應(yīng)力達(dá)到最大值,設(shè)備端子增速最小??梢?jiàn),風(fēng)荷載作用對(duì)于T型線夾所受峰值應(yīng)力影響明顯。當(dāng)風(fēng)速為30 m/s時(shí),T型線夾及接線端子峰值應(yīng)力已超過(guò)其材料的屈服強(qiáng)度。在低風(fēng)速情況下,該模型各個(gè)構(gòu)件均滿足受力要求。

        圖10 不同風(fēng)速下各部件峰值應(yīng)力

        3.1.2 不同導(dǎo)線類型同風(fēng)速

        保持風(fēng)速15 m/s不變,分別對(duì)不同類型導(dǎo)線(NRLH58GJ-1440/120型耐熱鋁合金絞線、LGKK-600型耐熱鋁合金絞線、JLHN58K-1600型耐熱鋁合金絞線)進(jìn)行仿真模擬,通過(guò)模擬得到的各個(gè)部件峰值應(yīng)力結(jié)果如圖11所示。

        圖11 相同風(fēng)速下(15 m/s)不同導(dǎo)線各部件峰值應(yīng)力值

        由等效截面外徑和峰值應(yīng)力變化關(guān)系可知,在同風(fēng)速的情況下隨導(dǎo)線等效截面外徑增大,模型各構(gòu)件的峰值應(yīng)力均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),設(shè)備端子和接線端子所受峰值應(yīng)力變化規(guī)律呈現(xiàn)較大相似性;而導(dǎo)線外徑大小在NRLH58GJ-1440/120型導(dǎo)線與LGKK-600型導(dǎo)線之間時(shí),T型線夾的峰值應(yīng)力變化最快;當(dāng)外徑大于LGKK-600型導(dǎo)線外徑時(shí),T型線夾所受峰值應(yīng)力最小。在風(fēng)速15 m/s下,相較于NRLH58GJ-1440/120型導(dǎo)線,采用LGKK-600型導(dǎo)線時(shí),T型線夾、接線端子、設(shè)備端子的峰值應(yīng)力分別降低了73.6%、28.4%、13.3%;采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線時(shí),T型線夾、接線端子、設(shè)備端子的峰值應(yīng)力分別降低了76.2%、80.8%、66.5%。由此可見(jiàn),采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線可最有效降低構(gòu)件的峰值應(yīng)力。

        結(jié)合實(shí)際工況來(lái)看,在風(fēng)速15 m/s以下時(shí),采用3種導(dǎo)線中任何一種均可使構(gòu)件滿足受力要求;風(fēng)速大于15 m/s時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮JLHN58K-1600型導(dǎo)線,并加強(qiáng)T型線夾的材料強(qiáng)度。

        3.2 覆冰載荷與風(fēng)載荷共同作用下變電站引下線系統(tǒng)力學(xué)響應(yīng)仿真

        3.2.1 不同導(dǎo)線類型同風(fēng)速同覆冰厚度

        保持風(fēng)速(15 m/s)、覆冰厚度(25 mm)不變,分別對(duì)不同導(dǎo)線類型(NRLH58GJ-1440/120型耐熱鋁合金絞線、LGKK-600型耐熱鋁合金絞線、JLHN58K-1600型耐熱鋁合金絞線)進(jìn)行仿真模擬,得到各個(gè)部件峰值應(yīng)力結(jié)果如圖12所示。

        圖12 相同條件下(風(fēng)速15 m/s、覆冰25 mm)不同導(dǎo)線各部件峰值應(yīng)力值

        在此工況下,隨著導(dǎo)線等效截面外徑的增大,接線端子和設(shè)備端子的峰值應(yīng)力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),T型線夾的峰值應(yīng)力呈現(xiàn)先減小后以小于1 MPa的微小幅度增加。無(wú)論采用何種類型的導(dǎo)線,設(shè)備端子所受峰值應(yīng)力最大,T型線夾所受峰值應(yīng)力最小。相較于NRLH58GJ-1440/120型導(dǎo)線:采用LGKK-600型導(dǎo)線時(shí)T型線夾的峰值應(yīng)力降低了46.9%,接線端子、設(shè)備端子的峰值應(yīng)力分別增大了23.9%、28.2%;采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線時(shí),T型線夾、接線端子、設(shè)備端子的峰值應(yīng)力分別降低了45%、63.7%、55.6%。結(jié)果表明,此工況下采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線對(duì)降低構(gòu)件的峰值應(yīng)力效果最好。

        與圖11相比,此工況下采用NRLH58GJ-1440/120型導(dǎo)線時(shí),各構(gòu)件的峰值應(yīng)力均有不同程度降低;采用LGKK-600型導(dǎo)線時(shí),設(shè)備端子的峰值應(yīng)力增大34.5%,其余構(gòu)件的峰值應(yīng)力變化較??;采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線時(shí),各個(gè)構(gòu)件的峰值應(yīng)力變化不大。

        3.2.2 不同風(fēng)速同導(dǎo)線類型同覆冰厚度

        在覆冰厚度25 mm、不同風(fēng)速大小的工況下,對(duì)NRLH58GJ-1440/120類型導(dǎo)線進(jìn)行仿真模擬,得到各構(gòu)件的峰值應(yīng)力結(jié)果如圖13所示。

        圖13 相同條件下(導(dǎo)線類型、覆冰25 mm)不同風(fēng)速各部件峰值應(yīng)力值

        由風(fēng)速與構(gòu)件的峰值應(yīng)力變化關(guān)系可知,隨著風(fēng)速不斷增大,各個(gè)構(gòu)件的峰值應(yīng)力也呈現(xiàn)不斷增大趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)速低于15 m/s時(shí),各構(gòu)件的峰值應(yīng)力變化規(guī)律較為相似;當(dāng)風(fēng)速超過(guò)15 m/s時(shí),設(shè)備端子的峰值應(yīng)力最大,接線端子的峰值應(yīng)力最?。划?dāng)風(fēng)速超過(guò)20 m/s時(shí),各個(gè)構(gòu)件的峰值應(yīng)力均超過(guò)材料屈服強(qiáng)度。

        對(duì)比圖10可知,當(dāng)風(fēng)速低于15 m/s時(shí),相較于無(wú)覆冰荷載工況,T型線夾、接線端子、設(shè)備端子的峰值應(yīng)力分別增大11%、34.8%、76.9%??梢?jiàn),在覆冰荷載下各構(gòu)件的峰值應(yīng)力均比無(wú)覆冰時(shí)有不同程度的增大,且覆冰工況對(duì)設(shè)備端子的峰值應(yīng)力影響較大。

        3.2.3 不同覆冰厚度同導(dǎo)線類型同風(fēng)速

        在風(fēng)速15 m/s、不同覆冰厚度的工況下,對(duì)NRLH58GJ-1440/120類型導(dǎo)線進(jìn)行仿真模擬,得到各構(gòu)件的峰值應(yīng)力結(jié)果如圖14所示。

        由圖14可見(jiàn),隨著覆冰厚度增大,T型線夾和設(shè)備端子的峰值應(yīng)力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì),接線端子的峰值應(yīng)力呈現(xiàn)不斷增大趨勢(shì),設(shè)備端子所受峰值應(yīng)力最大。此工況下,各個(gè)構(gòu)件的峰值應(yīng)力均未超過(guò)材料屈服強(qiáng)度,滿足受力要求。

        圖14 相同條件下(導(dǎo)線類型、風(fēng)速15 m/s)不同覆冰厚度各部件峰值應(yīng)力值

        4 結(jié)論

        本文在太原北500 kV變電站新建工程背景下,借助Solidwork軟件進(jìn)行建模,生成了雙分裂、人字形引下線系統(tǒng)模型,利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)5種荷載工況下的引下線系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬,對(duì)比分析了5種荷載工況下各構(gòu)件的峰值應(yīng)力響應(yīng),可得出如下結(jié)論:

        a)在風(fēng)荷載作用下,采用NRLH58GJ-1440/120類型導(dǎo)線時(shí)T型線夾是引下線系統(tǒng)受力最薄弱構(gòu)件,最大應(yīng)力發(fā)生在線夾連接口內(nèi)壁處,無(wú)法滿足在風(fēng)速30 m/s時(shí)的受力要求。模擬結(jié)果表明采用LGKK-600型、JLHN58K-1600型導(dǎo)線可分別有效降低73%、76%的T型線夾的峰值應(yīng)力,提高引下線系統(tǒng)在大風(fēng)荷載下的安全性,滿足構(gòu)件不屈服的受力要求。

        b)在風(fēng)-冰荷載共同作用時(shí),引下線系統(tǒng)中設(shè)備端子為受力最薄弱構(gòu)件,其最大應(yīng)力發(fā)生在端子板與接線柱連接處。在覆冰厚度25 mm、風(fēng)速超過(guò)20 m/s時(shí)各構(gòu)件的峰值應(yīng)力均超過(guò)材料屈服強(qiáng)度,無(wú)法滿足受力要求。將模擬結(jié)果結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用,在大風(fēng)覆冰環(huán)境下采用JLHN58K-1600型導(dǎo)線可有效降低在風(fēng)-冰荷載耦合作用下各構(gòu)件的峰值應(yīng)力。

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