雷暴冲击风为高空气流下冲撞击地面而形成的短时局地强风,因多发于雷暴天气得名。近年来,国内外雷暴冲击风致倒塔事故的报道屡见不鲜,其中不乏多基铁塔串倒的恶性事故。此外,发生频率更高的输电线路风偏闪络放电事故的现场勘察资料和气象报告也指出,雷暴冲击风场可能是此类事故的主要诱因。随着我国电网规模的不断扩大,线路覆盖范围变广,遭遇恶劣气象条件的概率也随之增大,因此,有必要深入开展雷暴冲击风场的试验研究和理论分析,从把握其风场特性出发,系统地研究其对输电线路的作用特征。这对于雷暴多发地区待建线路的设计方案优化(走径选择、气象条件组合等)和已建线路局部加固方案的确定,有着十分重要的现实意义。本文的研究工作主要包括以下几个方面:1.静止雷暴冲击风三维脉动风场特性的试验研究及其模拟:基于冲击射流模型,搭建大口径的室内射流风洞,合理选择测点组合,利用眼镜蛇三维风速探头采集静止雷暴冲击风的三维湍流风场信息。采用经典湍流理论和数理统计方法,对风速样本进行处理,获取包括湍流度、湍流积分尺度、风功率谱、同点异向相干性和空间相干性在内的湍流场特征参数的空间分布特征,并采用结合最小二乘法和遗传算法的混合算法,拟合得到各个参数的经验公式。在此基础上,选用合适的随机流场生成方法,通过数值手段实现了多点脉动风速的同步高效模拟。2.运动雷暴冲击风非平稳风场特性的试验研究及其模拟:采用可移动的大口径冲击射流装置模拟运动型雷暴冲击风,采取与前一章类似的测试方法,测得运动雷暴冲击风下各测点的非平稳风速时程。搭建触发采样系统,实时采集装置的运动速度,明确测点和射流中心水平距离与采样时间的映射关系,根据风速时程记录得到风速与测点水平距离的对应关系。筛选合适的信号处理方法对测得的非平稳风速信号进行解耦,分离出长周期的时变平均分量和非平稳的高频脉动分量。采用混合算法拟合关键参数,得到时变平均风速的实用模型;引入均匀调制处理脉动分量,将其转化为近似平稳的信号,并对其统计特性和功率谱密度函数进行总结。在此基础上,提出运动雷暴冲击风的实用风场模拟方法,并将其模拟结果与目前较为常用的传统模拟方法的结果进行对比。3.冲击风场下导线风偏动力响应分析及不平衡张力研究:考虑输电线路相邻跨间的联动作用,以某超高压输电线路的整个耐张段为原型,建立了包含耐张绝缘子、悬垂绝缘子和导线在内的8跨输电线路的精细化有限元模型。导线为大跨度柔性结构,对其在不同荷载分布形式下的自振频率和模态进行讨论。基于准定常假设,采用前述的静止型和运动型雷暴冲击风的风场模型,对两种风场下输电线路各点的风荷载进行模拟。在此基础上,开展输电线路的非线性瞬态有限元分析,探讨冲击风场下输电线路的风偏响应特征及挂点处的不平衡张力,并开展雷暴冲击风参数影响分析:针对静止雷暴冲击风,主要考虑风暴结构参数(包括射流直径、射流风速)和射流中心与线路相对位置的变化;针对运动雷暴冲击风,则需重点考虑运动路径对计算结果的影响。最后,分别给出风偏响应和不平衡张力极值对应的最不利工况,为此类风场下的风偏校验和杆塔设计工作提供便利。4.雷暴冲击风作用下输电线路设计风荷载计算方法研究:前一章为针对特定线路的个性讨论,给出其风偏最不利工况,本章根据我国现行输电线路设计规范中风荷载的计算方法,从各个计算参数的实际表征意义出发,给出包括风压高度变化系数、风压不均匀系数、风荷载调整系数在内的计算参数在雷暴冲击风场中的计算公式或推荐取值,提出考虑角度风作用的角度风修正系数,实现雷暴冲击风作用下输电线路设计风荷载的简化计算。5.雷暴冲击风场对长横担输电塔线体系的作用特征研究:建立同塔四回的长横担输电塔线体系的单塔两线有限元模型,根据现行杆塔设计规范的推荐工况,综合考虑线条风荷载和导线传至塔身的不平衡张力,选择合适的计算工况,对塔线体系在静止型雷暴冲击风下的风致动力响应进行分析,并求得响应极值,重点考察此类导、地线占比较高的塔线体系中,线条风荷载对于杆塔风致响应的贡献。