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500kv输电线路铁塔冰灾破坏原因分析 0 单回路塔和直线塔 2008年初，寒冷的低温和寒冷的天气给中国的电网带来了巨大的影响和灾难。 全国500 kV输电线路倒塔统计共506基,单回路塔占380基,双回路塔占126基;直线塔占453基,转角塔占53基;酒杯塔183基,占倒塔总数的36.2%。 选取湖南电网500 kV复沙一回冰灾破坏线路段中的酒杯塔ZB61分别进行均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的受力分析,确定酒杯塔结构的受力薄弱点,同时对主要受力杆件进行覆冰荷载分析,确定主要受力杆件对覆冰荷载的敏感程度。 1 覆冰荷载计算及分析 冰灾区500 kV复沙一回线路中酒杯塔ZB61的原始设计使用条件为:导线型号4×LGJ-300/40,地线型号GJ-80,水平档距450 m,垂直档距600 m,设计风速30 m/s,设计覆冰厚度15 mm。 采用通用有限元分析软件ANSYS及输电铁塔通用设计软件TTA分别对ZB61进行覆冰荷载作用下的受力分析。分别按照15,20,25,30,35,40,50 mm覆冰厚度对酒杯塔ZB61进行覆冰荷载计算,其中15 mm为设计覆冰厚度,其余为验算覆冰厚度。均匀覆冰和不均匀覆冰计算工况如表1和表2所示。 2 均匀覆盖冰下酒塔的压力 2.1 均匀覆冰工况 从ZB61酒杯塔均匀覆冰工况下各杆件的轴力计算结果可以得出,均匀覆冰荷载作用下,酒杯塔杆件最大轴拉力发生在边横担上平面主材,最大轴压力始终位于塔身主材处。 在均匀覆冰工况作用下ZB61酒杯塔主要受力杆件应力比随覆冰厚度的变化关系如表3所示,表中所列应力比为相应位置中应力比最大的杆件。ZB61酒杯塔,当均匀覆冰厚度达20 mm时,横担过渡段斜材及中横担下平面主材首先破坏。当覆冰厚 度达到25 mm时,边横担下平面主材超载30.6%,地线支架内侧主材超载26.6%,中横担正面斜材超载22.8%,相继发生破坏。 2.2 图1:美国监狱警察-区 尽管所有杆件应力比随着覆冰荷载的增加而逐渐增加,但杆件应力比对覆冰荷载的敏感程度随杆件的位置不同而不同,横担过渡段斜材对覆冰荷载的敏感程度如图1所示。 主要受力杆件均匀覆冰荷载作用下应力比的敏感程度对比如图2所示,可以看出横担过渡段斜材、中横担下平面主材、边横担下平面主材及地线支架内侧主材均匀覆冰荷载作用下应力比随覆冰厚度的变化规律基本一致,其中横担过渡段斜材对均匀覆冰荷载的敏感程度最强,其次为中横担下平面主材,地线支架内侧主材稍弱;中横担正面斜材应力比随覆冰厚度变化趋势不同于以上杆件,均匀覆冰初期应力比敏感程度较强,随着覆冰厚度增长敏感程度逐渐变弱。 2.3 覆冰荷载作用下上曲臂外侧主材的发展演化 ZB61酒杯塔在均匀覆冰荷载作用下的破坏起始于横担过渡段斜材,随着覆冰荷载的逐步增加,破坏逐渐延伸到边横担下平面主材及地线支架内侧主材,然后发展到上曲臂外侧主材。覆冰厚度继续增加,破坏逐渐扩展到下曲臂外侧主材,造成酒杯塔塔头的破坏。 3 不均匀覆盖冰下酒塔的压力 3.1 杆件轴力计算结果 ZB61酒杯塔在不均匀覆冰荷载下主要受力杆件应力比随覆冰厚度的变化关系如表4所示,表中所列应力比为相应位置中应力比最大的杆件。 从ZB61酒杯塔不均匀覆冰冰工况的各杆件轴力计算结果可以得出,不均匀覆冰荷载作用下,ZB61酒杯塔杆件最大轴拉力和最大轴压力始终位于塔身主材处。 ZB61酒杯塔承受不均匀覆冰荷载能力较弱,在覆冰厚度15 mm不均匀覆冰荷载作用下,地线支架内侧主材、边横担下平面主材、横担过渡段斜材、上曲臂外侧主材、上曲臂外侧斜材应力比达到设计强度的2.75,2.38,2.35,2.30及2.53,说明整个塔头在不均匀覆冰荷载作用下,地线支架以及上曲臂外侧主材以及斜材破坏,从而导致整个塔头在纵向拉力作用下的损坏。 3.2 主要受力杆件敏感度对比 ZB61酒杯塔在不均匀覆冰荷载作用下,上曲臂外侧主材、下曲臂外侧主材、塔身主材对覆冰荷载的敏感度对比如图3所示,中横担下平面主材与边横担下平面主材对覆冰荷载的敏感度对比如图4所示。 通过对ZB61酒杯塔不均匀覆冰主要受力杆件敏感度对比分析可以得出,上曲臂外侧主材对不均匀覆冰荷载的敏感程度强于下曲臂外侧主材和塔身主材对不均匀覆冰荷载的敏感程度;边横担下平面主材对不均匀覆冰荷载的敏感程度强于中横担下平面主材。 3.3 不均匀覆冰荷载作用 ZB61酒杯塔在不均匀覆冰荷载作用下的破坏起始于上曲臂外侧斜材、地线支架内侧主材及横担过渡段斜材,随着不均匀覆冰荷载的逐步增加,破坏逐渐延伸到边横担下平面主材及下曲臂外侧主材,最后导致整个铁塔在不均匀覆冰荷载作用下的破坏。 4 覆冰荷载能力 (1)横担过渡段斜材对均匀覆冰荷载的敏感程度较不均匀覆冰的敏感程度强,其余大部分杆件对不均匀覆冰的敏感程度较均匀覆冰