750kV聯(lián)合變電構(gòu)架風(fēng)振系數(shù)計(jì)算研究

楊彪　陳寅　閆勇

摘 要：文章以新疆地區(qū)某750kV聯(lián)合變電構(gòu)架為原型，對(duì)其進(jìn)行靜力分析以及基于隨機(jī)振動(dòng)理論和Davenport譜的有限元功率譜密度分析，得出750kV聯(lián)合變電構(gòu)架的風(fēng)振系數(shù)，所得結(jié)論具有重要工程價(jià)值，可直接應(yīng)用于750kV聯(lián)合變電構(gòu)架的工程設(shè)計(jì)以及為更高電壓等級(jí)的1000kV鋼管格構(gòu)式構(gòu)架設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：750kV變電構(gòu)架；隨機(jī)振動(dòng)；Davenport譜；風(fēng)振系數(shù)

750kV目前屬國內(nèi)僅次于1000kV的電壓等級(jí)，廣泛應(yīng)用于我國西北地區(qū)電網(wǎng)。750kV變電構(gòu)架是750kV變電站土建設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵點(diǎn)之一，目前750kV變電構(gòu)架的掛線點(diǎn)高度為40m左右，塔身總高在56m左右，其自振頻率一般低于0.40Hz，即自振周期小于2.5s，而風(fēng)的振動(dòng)譜密度的擴(kuò)展范圍為周期若干秒到0.08s之間，卓越周期為0.5s左右，由此可見750kV變電構(gòu)架風(fēng)荷載的影響非常顯著。文章以新疆地區(qū)某750kV變電站中的750kV構(gòu)架為原型，根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)理論計(jì)算該變電構(gòu)架的位移風(fēng)振系數(shù)，得出該變電構(gòu)架的風(fēng)振系數(shù)。為后續(xù)類似的750kV以及更高電壓等級(jí)的1000kV鋼管格構(gòu)式構(gòu)架設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

1 平均風(fēng)荷載的位移計(jì)算

平均風(fēng)荷載對(duì)750kV聯(lián)合變電構(gòu)架的作用相當(dāng)于靜力作用，該750kV變電站所處地區(qū)設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，地貌為A類，該750kV聯(lián)合變電構(gòu)架布置見圖1。

通過對(duì)比分析圖2～3可知：構(gòu)架柱各層節(jié)點(diǎn)同一方向的位移平均值分布為底部小頂部大；90°風(fēng)向角下56m構(gòu)架柱平均位移要大于0°風(fēng)向角下；兩個(gè)風(fēng)向角56m構(gòu)架柱平均位移最大值均出現(xiàn)在3-F軸構(gòu)架柱，其值為90.2mm。

2 位移風(fēng)振響應(yīng)分析

2.1 脈動(dòng)風(fēng)荷載譜的確定

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中采用加拿大學(xué)者Davenport提出的順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)速功率譜密度函數(shù)來推導(dǎo)脈動(dòng)風(fēng)荷載功率譜密度函數(shù)，結(jié)合隨機(jī)振動(dòng)理論可得位移風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式如下：

2.2 750kV聯(lián)合變電構(gòu)架位移風(fēng)振系數(shù)

根據(jù)式（3）～（4）對(duì)750kV聯(lián)合變電構(gòu)架進(jìn)行有限元頻譜分析計(jì)算，可得該750kV聯(lián)合變電構(gòu)架的風(fēng)振系數(shù)，圖3～8分別為56m高出線柱以及典型橫梁的位移風(fēng)振系數(shù)：

由圖3～6可看出：除軸線3外，從靠近邊柱（軸線F處）到中間柱（軸線C處），所有構(gòu)架柱在在0°風(fēng)向角和90°風(fēng)向角下時(shí)，風(fēng)振系數(shù)都是沿高逐漸增大的，但每個(gè)構(gòu)架柱上各點(diǎn)的風(fēng)振系數(shù)的數(shù)值變化不大，0°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)大小為1.50，90°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)大小為1.55；3-F軸構(gòu)架柱風(fēng)振系數(shù)要大于中間柱的值（約增大20%），0°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)大小為1.50，90°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)大小為1.75；通過對(duì)2種風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)的對(duì)比分析，構(gòu)架柱在90°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)略大于0°風(fēng)向角的數(shù)值，對(duì)于橫梁處風(fēng)振系數(shù)一般取風(fēng)向與其垂直時(shí)的風(fēng)振系數(shù)，其值可取為1.50（除3-E～F橫梁外）。為了便于設(shè)計(jì)，除3-F軸構(gòu)架柱以及3-E～F橫梁外，750kV聯(lián)合變電構(gòu)架風(fēng)振系數(shù)可取為：1.55，3-F軸構(gòu)架柱以及3-E～F橫梁風(fēng)振系數(shù)取為：1.75。

3 結(jié)束語

文章通過大型有限元軟件SAP2000，以隨機(jī)振動(dòng)理論為依據(jù)，在頻域內(nèi)對(duì)A類地貌下750kV聯(lián)合變電構(gòu)架的節(jié)點(diǎn)風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算，可以得出以下結(jié)論：

（1）750kV聯(lián)合變電構(gòu)架0°以及90°風(fēng)向角時(shí)，構(gòu)架橫梁越靠進(jìn)中間的節(jié)點(diǎn)，其位移平均值也越大；構(gòu)架柱各層節(jié)點(diǎn)同一方向的位移平均值分布為底部小頂部大，位移由下到上逐漸變大。

（2）構(gòu)架柱在90°風(fēng)向角下風(fēng)振系數(shù)略大于0°風(fēng)向角的數(shù)值，而建議對(duì)于橫梁處風(fēng)振系數(shù)一般取風(fēng)向與其垂直時(shí)的風(fēng)振系數(shù)。

（3）對(duì)于750kV變電構(gòu)架的構(gòu)架柱，一般來說，越靠近中間，風(fēng)振系數(shù)越大；從靠近邊塔側(cè)到中間塔處，風(fēng)振系數(shù)逐漸變大，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)為了計(jì)算方便可統(tǒng)一取中間構(gòu)架柱或橫梁的大值作為設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)振系數(shù)。

（4）A類地貌下750kV聯(lián)合變電構(gòu)架整體風(fēng)振系數(shù)可取1.55。

（5）對(duì)于類似軸線3-F處的邊塔，若無母線塔以及母線梁相連，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮局部增大風(fēng)振系數(shù)的取值（約增大20%），其值可取為1.75，與該構(gòu)架柱相連的橫梁也應(yīng)考慮局部增大風(fēng)振系數(shù)的取值。

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