雷暴风场作用下输电塔风致响应实测及结构参数影响分析

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下击暴流是一种雷暴天气中较为常见的非平稳极端风,其在近地面风速变化剧烈,破坏力极强。近年来随着电网的进一步建设,输电线路跨越的地区愈发复杂,输电塔线遭受下击暴流的破坏的概率显著提升。现有的研究已经在下击暴流对输电塔的影响取得了一些进展,但由于下击暴流风场的复杂性,许多问题亟待解决。以浙南地区的实测项目为背景,论文围绕风场实测、重构和非稳态下击暴流作用下输电塔响应的参数影响分析等方面展开了研究,论文的主要内容包含以下几个方面:(1)基于浙南地区的输电塔实测项目,采集并筛选强风天气,判别得到的疑似下击暴流天气的风速时程,对其湍流强度、概率分布、功率谱等脉动特性进行分析。结果表明,下击暴流脉动风速的分布接近于高斯分布,浙南山区强风天气的湍流强度较大,风场发展较为稳定时湍流强度在0.2左右分布。且对两条风速时程的时变湍流强度分析,可以发现风场风速越大,在风速降低风场减弱时的湍流强度越大。针对上述分析,表明山区脉动风湍流强度较大,在对输电塔进行设计时需要对这一点进行关注。(2)基于非线性遗传算法,对实测记录的疑似下击暴流天气进行风场重构,并以此风场为基础计算实测塔的动力响应。最后比较了模拟响应结果与实测数据,模拟结果与实测数据趋势一致幅值接近,表明风场重构能在一定程度上还原真实下击暴流风场。(3)基于非稳态移动下击暴流风场,论文通过数值模拟进行了输电塔的响应参数影响分析。主要的风场参数包括湍流强度、出流直径、水平风速峰值所在高度以及下击暴流的移动速度,分析结果表明:实测输电塔响应极值在出流直径等于1400m和表征水平风速峰值所在高度的δ等于200m时达到;湍流强度达到0.2后,其对响应的动力放大效应并不会随湍流强度的增大而持续增大;下击暴流移动速度的增大会使得下击暴流风场分布不均匀,结构响应峰值发生时雷暴中心与输电塔的距离也会随之减小。此外以两组高度不同的T形塔和多回路输电塔为研究对象,探究了下击暴流风场的空间分布对不同输电塔响应的具体影响。结果表明在输电塔塔高小于90m时,输电塔在下击暴流作用下的响应极值对应的出流直径随塔高的增加而增大,对应的δ随塔高的增加而减小。塔高大于90m后,响应极值对应的出流直径随塔高的增加而减小,对应的δ随塔高的增加而增大。
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