1000kV變電設備支架風振系數的研究

吳晟

摘 要：該文根據工程實際情況，對1000 kV設備支架風振系數進行研究，按照建筑結構荷載規范計算設備支架的風振系數，并與基于準定常理論以及Davenport譜的有限元分析所得的設備支架風振系數進行比較，結果表明按照建筑結構荷載規范計算的結果偏于保守。

關鍵詞：準定常理論 Davenport譜 1000 kV變電支架 風振系數

中圖分類號：TU317 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0035-02

變電設備支架是一種高柔性的構筑物，其高柔的特性使得它對水平荷載尤其敏感，設備和支架本身以承受風荷載為主，在結構設計中應考慮風壓脈動對結構產生的順風風振的影響，其最重要的體現是結構的風振系數，1000 kV設備支架（包括設備）總高度約在19 m左右，而支架底部最大根開一般為1.2 m，相比500～750 kV設備支架對風荷載更為敏感，而現行的《變電站建筑結構設計技術規程》DL/T 5457-2012僅對500～750 kV設備支架風振系數進行規定，因此對1000 kV設備支架風振的研究是十分關鍵。該文將基于準定常假設，根據隨機振動理論來計算1000 kV多跨變電構架順風向風振系數，并于規范計算所得值進行比較。

1 基于Davenport譜的有限元分析理論

我國風荷載規范采用加拿大學者Davenport提出的順風向脈動風速功率譜密度函數來推導脈動風荷載功率譜密度函數，結合隨機振動理論，將變電設備支架沿高劃分成若干段，可得第i段脈動風荷載譜計算式如下：

（1）

將上式計算所得脈動風荷載譜輸入通用有限元分析軟件SAP2000進行功率譜分析，進而得到其設備支架第i段風荷載所引起的桿件總的內力值。構架第i段風振系數為：

（2）

2 工程算例

某1000 kV交流變電站中1000 kV配電裝置區的變電支架有電壓互感器支架5組15個，避雷器支架5組15個，本文將分別以電壓互感器支架和避雷器支架為例，對其風振系數進行研究。電壓互感器支架高度為6365 mm，設備高度為12357 mm，總高度18722 mm；避雷器支架高度為6790 mm，設備高度為12200 mm，總高度18990 mm，其中支架采用矩形變截面全鋼管格構式結構（底部根開1200 mm）。

《荷載規范》對風振系數計算引入了峰值因子g和10 m高度名義湍流強度I10，兩個因子都是常量，風振系數計算公式如下：

通過計算可知風振系數變化的規律是隨著高度的增加而增大，電壓互感器支架和避雷器支架風振系數在各高度基本相等，對4個高度的風振系數求加權平均，電壓互感器支架風振系數為1.98，避雷器支架風振系數為1.97，兩支架風振系數基本相等。

應用有限元計算軟件SAP2000，基于上述順風向風振響應隨機振動理論對1000 kV設備支架的風振系數進行計算，模型如圖1，計算結果見表3、表4。

通過上表可以看出風振系數規律同規范計算的一致，隨著高度的增加而增大，對4個高度的風振系數求加權平均，電壓互感器支架風振系數為1.72，避雷器支架風振系數為1.70。

按照《荷載規范》計算所得的風振系數與有限元分析所得的結果統計于圖4、圖5中。

從上圖中可以看出，有限元計算的結果比規范公式計算的結果偏小，且隨著高度的增加誤差越大，在支架頂部處相差5%，在最高點處相差17%。整個設備支架的風振系數統計于表5。

電壓互感器支架和避雷器支架風振系數基本一致，有限元計算出的結果與按《荷載規范》計算出的結果相差13%，可見按規范計算的風振系數對于設計來說是偏保守的。

3 結語

綜上所述，該文可以得出以下結論：風振系數是隨著結構的高度增加而增大的。通過有限元計算軟件計算結果比規范公式計算結果都偏小，且隨著高度的增加相差更大。通過對比表明，按荷載規范計算的風振系數偏于保守，對結構設計更偏安全。

參考文獻

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