台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析_卞荣.pdf

 振动与冲击 第 39 卷第 3 期JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCKVol．39 No．3 2020 基金项目国家电网科技项目 5211JY17000M 收稿日期2018 －07 －19修改稿收到日期2018 －10 －10 第一作者 卞荣 男， 硕士， 高级工程师， 1970 年生 通信作者 黄铭枫 男， 博士， 教授， 1976 年生 台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析 卞荣1，徐卿2，俞恩科3，黄铭枫2，楼文娟2，胡文侃3，章李刚1 1． 国网浙江省电力公司经济技术研究院，杭州310058; 2． 浙江大学 建筑工程学院，杭州310058; 3． 国网舟山供电公司，浙江 舟山316000 摘要在舟山某输电线路上布设一套包含风速风向等气象要素以及塔线动力响应的多元状态监测系统。该监 测系统获取了在2017 年18 号台风 “泰利” 影响下的输电塔线周边风场， 导线风致振动以及动张力等现场实测数据。考虑 结构参数的不确定性， 建立了该输电线路有限元模型， 开展了本次台风以及不同风灾水平下的导线风振反演分析， 其中脉 动风场是在数值模拟生成的基础上再与现场实测风速数据同化后得到。本次台风作用下的反演分析结果与实测值吻合 较好， 验证了随机风振反演分析结果的有效性。根据风偏响应结果， 进一步完成了该输电线路可靠度分析， 得到了风偏闪 络失效的易损性曲线， 从而评估了该输电线路在不同风灾作用下的风偏闪络危险程度。 关键词输电线路;在线监测;台风;风荷载模拟;风振反演;易损性分析 中图分类号TM75文献标志码ADOI 10． 13465/j． cnki． jvs． 2020． 03． 008 Multi- variate state monitoring and wind bias reliability analysis of a transmission tower- line system under action of typhoon BIAN Rong1，XU Qing2，YU Enke3，HUANG Mingfeng2，LOU Wenjuan2， HU Wenkan3，ZHANG Ligang1 1． Research Institute of Economic Technology，Zhejiang Provincial Corporation of State Grid，Hangzhou 310058，China; 2． Institute of Structural Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China; 3． State Grid Zhoushan Power Supply Company，Zhoushan 316000，China Abstract An on- line multi- variate state monitoring system containing wind velocity，wind direction and tower- line dynamic response，etc． was arranged on a transmission tower- line system located in Zhoushan，Zhejiang province． This monitoring system gained the actual measured data including wind field around the transmission tower，the line wind- induced vibration response and dynamic tension under 18 Typhoon Talim in 2017． Considering the uncertainty of structural parameters，the finite element model for the tower- line system was established to per the inversion analysis of the line wind- induced vibration under typhoon Talim and different levels of other wind disasters． In the inversion analysis，the fluctuation wind field was obtained based on numerical simulation and assimilation with the measured wind velocity data． The inversion analysis results under typhoon Talim agreed better with the actual measured data to verify the effectiveness of the results of the stochastic wind- induced vibration inversion analysis． According to the results of wind bias response，the reliability analysis of the tower- line system was completed to gain its fragility curve of wind flashover failure， and estimate this tower- line system’ s risk degree of wind flashover under action of different wind disasters． Key wordstransmission tower- line system;on- line monitoring;typhoon;wind load simulation;wind- induced vibration inversion analysis;fragility analysis 近年来， 我国沿海地区输电塔线在台风作用下的破坏事故频发， 例如， 2014 年超强台风“威马逊” 造成 海南电网 35 kV 及以上输电线路跳闸共 117 条、 倒塌 27 基 ［1 ］; 2015 年台风 “彩虹” 造成湛江电网铁塔损害共 24 基。因此， 输电塔线体系在台风作用下的响应性状 亟待进一步深入研究。现场实测是获取输电塔线真实 台风作用及其响应性状的重要手段。现场实测也为运 ChaoXing 行输电线路开展气象灾害破坏预警提供了基础数据和 依据 ［2- 3 ］。但由于在输电线路上传感器较难进行大规 模布置， 目前已有针对输电塔线体系的安全监测工作 主要集中在输电铁塔上 ［4- 5 ］。考虑到输电线路沿线的 监测数据往往十分有限， 利用线路结构的有限元模型 结合实测数据进行反演和分析能够有效弥补现场监测 数据的不足， 同时互相验证有限元模型和实测数据的 有效性。如赵桂峰等 ［6- 7 ］建立输电塔线体系有限元模 型， 将实测风速转换为风荷载进行风振分析， 分析得到 的塔身加速度响应与实测值较为吻合。 本文首先介绍了某输电线路上布置的一套包含风 速风向等气象要素以及塔线动力响应的多元状态监测 系统。利用该监测系统采集得到了 2017 年 18 号超强 台风 “泰利” 影响下的线路风速风向， 塔线振动与导线 张力响应等数据。同时建立了实际输电线路的有限元 模型， 考虑输电线路参数的客观不确定性， 完成了输电 线路在本次台风以及不同风灾水平下的风偏动力分 析， 得到了线路风偏和悬垂绝缘子串风偏角等结果， 从 而在有限的实测数据上反演构建出更为完整和丰富的 输电线路动力响应。建立了基于最小电气间隙的风偏 闪络三级预警指标， 完成了输电线路动力风偏易损性 分析， 得到了不同风险等级下的风偏闪络可靠度， 为输 电线路风偏闪络事故的精细化管理与预警提供依据。 1现场实测简介 1． 1实际输电塔线 本文所监测的输电塔线位于浙江省舟山市， 其位 置及周边地形示意见图 1。该线路位于沿海丘陵地带， 其周边分布有大量丘陵，走向约为北偏东 30。监测 线路包括三塔两跨， 两端为 GJS44 型耐张塔， 呼称高为 18． 5 m， 中间为 ZM30 型直线塔， 呼称高为 23． 5 m， 两 跨输电线路档距分别为 160 m 和 260 m。实际输电线 路是由输电塔、 导线、 地线和绝缘子串等不同部件组成 的复杂整体系统， 塔线之间存在明显的耦合效应， 需要 对输电塔和线路进行同步监测以完整获得输电塔线的 运行状态信息。 图 1某线路铁塔位置及周边地形 Fig． 1Topography of transmission towers and lines 1． 2监测系统 监测系统包含气象环境监测和输电塔线风致响应 监测两部分。环境条件是影响输电塔线安全的重要因 素， 包含风速风向、 温度、 湿度等。输电塔线响应监测 主要包括输电线路振动、 导线运行张力、 绝缘子串倾角 等要素。 在该输电塔线上布置了风速风向仪， 拉力传感器 以及加速度传感器， 如图 2 所示。其中风速仪安装于 塔1 和塔2 顶部; 拉力传感器安装于输电塔1 水平绝缘 子串与导线连接处， 用来监测导线耐张端水平张力; 加 速度传感器安装方向为垂直于导线， 用于监测导线水 平向风致振动。表 1 给出了各监测用传感器的详细 参数。 图 2输电塔线监测仪器布置 m Fig． 2Deployment of monitoring system for transmission tower- line m 表 1监测用传感器参数 Tab． 1Parameters of monitoring sensors 监测项目传感器类型量程精度采样频率编号布置位置 风速风向监测超声式风速风向仪 风速 0 ～60 m/s 风向 0 ～359． 9 风速 0． 05 m/s 风向 0． 1 4 Hz 风速仪 1 风速仪 2 输电塔 1高 28 m 输电塔 2高 29． 8 m 张力监测直线型张力计0 ～200 kN0． 03 F． S．1 Hz张力计 1 输电塔 1 耐张端绝缘子 串与导线连接处 振动监测加速度传感器50 g100 mV/g0 ～5 000 Hz加速度计 1 距输电塔 2 约 5 m 处的 导线 1． 3台风实测数据 采用上述监测系统获得了台风 “泰利” 作用下的风 场和风致响应数据。台风“泰利” 于 2017 年 9 月 9 日 21 时在距离菲律宾偏东方向约 2 380 km 的洋面上生 成， 中心附近最大风力 8 级 18 m/s ， 中心最低气压 1 000 hPa， 七级风圈半径 80 ～180 km。台风“泰利” 于 35第 3 期卞荣等台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析 ChaoXing 13 日下午加强为强台风级， 14 日夜间沿浙江东部近海 北上， 15 日白天开始转向东北方向移动。台风“泰利” 移动路径详见图 3。 图 4 给出台风 “泰利” 作用下 9 月 15 日 17 时 ～18 时的风速和张力时程。该时段内 10 min 平均风速约为 9 m/s， 瞬时最大风速达 17 m/s， 受局部地形影响， 风速 仪 1 处风速略大于风速仪 2 处， 该时段内顺风向湍流 度可达 0． 26， 台风湍流特性显著。台风作用引起线路 张力波动， 张力均方根约为 113 N。 图 3台风 “泰利” 路径图 Fig． 3Track of typhoon Taili a风速时程 b导线张力时程 图 4输电线路台风 “泰利” 作用下实测数据 Fig． 4Full- scale measurement data under typhoon Taili 2台风作用下线路动力响应分析 2． 1有限元模型 该输电线路为三塔两跨体系， 导线为四分裂导线， 型号 为 JL/G1A- 300/25，导 线 的 计 算 截 面 面 积 为 333． 31 mm2， 导线外径为 23． 8 mm， 线密度为 1． 027 kg/m。直线塔所采用悬垂绝缘子串型号为 FXBW- 220/120， 耐张塔所采用水平绝缘子串型号为 U160B/ 155。由于结构设计及材料生产中难以避免的存在不 确定性因素， 因此本文的随机有限元分析中考虑输电 线路参数中各物理量的客观不确定性 ［8 ］， 结合相关规 范与资料 ［9 ］， 结构参数的不确定性按表 2 取值。 表 2有限元模型中随机变量统计特征 Tab． 2Statics characteristics of the random variables in FE model 结构参数分布函数均值变异系数 导线 Ac 正态分布333． 31 mm20． 03 E正态分布65 GPa0． 02 T0 正态分布20． 94 kN0． 03 Tmax 正态分布83． 76 kN0． 03 绝缘子串 E正态分布280 GPa0． 02 Th， max 正态分布155 kN0． 05 Tv， max 正态分布120 kN0． 05 结构阻尼比 ζ对数正态分布0． 0050． 15 为提高计算效率， 将四分裂导线的 4 根子导线等 效为一根单导线， 按以下方式进行建模 子导线截面积 为 Ac， 等效模型截面积为 4A c; 子导线年运行张力为 T0， 等效模型年运行张力为 4T0， 其余参数如导线密度、 弹性模量、 泊松比、 结构阻尼比等保持不变。在通用有 限元软件 ANSYS 中进行建模， 参考以往输电线路风振 的研究 ［10 ］， 导线部分采用三维仅受拉单元 Link10， 绝缘 子串采用了三维杆单元 Link8， 绝缘子串挂点约束均采 用固定铰支座进行模拟。取表 2 结构参数的均值， 建 立单导线简化模型进行模态分析， 得到线路结构自振 频率与振型， 列于表 3。为对比该等效模型的可靠性， 表中给出了四分裂导线模型前 10 阶整体振动频率。 从表中看出， 针对导线的整体振动模态， 除第 7 阶外， 其余模态自振频率偏差较小， 基本在 2 以内。此外， 通过两种模型在时长为 10 min 风荷载作用下的时程分 析表明， 采用单导线等效模型的动力响应分析耗时约 为四分裂导线模型的 1/3。因此， 采用单导线等效模型 能够在保证精度的前提下大大提高风致动力响应分析 及后续可靠度计算的总体计算效率。 2． 2风荷载模拟 进行台风作用下输电线路风振分析的前提条件是 获得线路结构所受的风荷载时程数据。本文利用混合 集合同化技术 ［11 ］在现场实测风速数据的基础上扩展生 成线路多点同步脉动风速， 能够得到更为真实的输电 线路风速场 ［12 ］。 将两跨导线划分为 88 个节点进行多点同步脉动 风速模拟， 各节点位置详见图 5， 其中导线耐张端节点 1 距地面高度为 23． 5 m， 导线直线塔悬挂节点 34 距地 面高度为 26． 5 m。由于导线沿档距方向的运动是次要 45振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing 表 3有限元模型前 10 阶自振频率和振型 Tab． 3Natural frequencies and mode shapes of first 10 modes of finite element model 阶数 自振频率/Hz 等效单导线四分裂导线 振型阶数 自振频率/Hz 等效单导线四分裂导线 振型 10． 180 40． 180 4 面外 60． 518 50． 517 0 面内 20． 263 00． 260 2 面内 70． 527 80． 497 7 面外 30． 284 60． 281 1 面外 80． 585 60． 575 5 面内 40． 365 00． 360 7 面内 90． 602 20． 594 9 面外 50． 375 00． 372 2 面外 100． 682 50． 679 4 面内 图 5输电线路脉动风荷载加载节点布置图 m Fig． 5Location of wind vibration analysis nodes of transmission system m 的， 因此本文着重考虑垂直于档距方向的风荷载作用。 模拟时将风速分解为平均和脉动两部分， 其中平均风 速采用指数风剖面按下式计算 Uz U10 Hz/10 α 1 式中 U10为 10 m 高度处的平均风速; Uz 为高度 Hz处 的平均风速; α 为地面粗糙度指数， 根据我国荷载规 范 ［13 ］B 类地貌下取 0． 15。 脉动风速采用谐波叠加法［14- 15 ］生成， 数值模拟中 所需的风场参数结合实测风速同化得到［16 ］。其中风速 自功率谱和湍流强度的计算如下 首先根据实测风速 数据计算得到两塔塔顶处垂直于档距方向的风速自功 率谱与湍流强度; 随后根据式和式计算得到节点 1 和 节点 34 处风速自谱与湍流强度， 其中风速自功率谱通 过对实测谱值进行湍动能修正得到， 湍流强度根据实 测值结合我国荷载规范［13 ］的指数剖面计算得到; 最后 按空间位置插值得到其余各点风速自谱与湍流强度。 各节点之间互谱按式计算， 其中空间相干函数采用 Davenport 经验公式 ［17 ］。将平均风速与脉动风速叠加， 得到各节点处总的风速时程数据。 Sz ω UzIz 2 ∫ ∞ 0 Sm ω dω Sm ω 2 Iz Im Hz/Hm －α 3 式中 Sz和 Iz为高度 Hz处风速功率谱与湍流强度; S m 和 Im为高度 Hm处的实测风速功率谱与湍流强度。 Szizj ωSzizi ω Szjzj ω 槡 cohij ω 4 式中 cohij ω 为 i 节点和 j 节点的空间相干函数。 以 10 min 为基本时距， 计算目标谱、 平均风速、 湍 流强度等参数， 通过分段模拟， 最终得到 9 月 15 日 17 04 ～18 04 总计 3 600 s 风速时程。图 6 a 为沿导线 跨度方向的顺风向湍流强度模拟值与根据实测风速计 算得到的目标值对比， 全部节点湍流强度模拟平均绝 对偏差为 1． 7。图 6 b 为 1 号节点处脉动风速功率 谱模拟值与风速仪 1 实测的无量纲功率谱对比， 图 6 c 为 1 号节点处模拟风速时程与风速仪 1 实测风速 时程对比。从图中可见， 模拟得到的风速湍流强度、 自 功率谱与目标值吻合较好， 模拟得到的风速时程能较 好的重现本次台风作用。 根据准定常假设， 可将上述模拟得到的各节点位 置风速时程转换为作用于导线和绝缘子串上的风荷载 时程 Fz t 1 2 ρDLzCd［ Uz u t ］ 2 5 式中 ρ 为空气密度， 取 1． 225 kg/m3;D 为导线等效截 面迎风面积， 取 4 倍直径; Lz该节点控制长度; Cd为导 线阻力系数， 根据相关研究 ［18- 19 ］， 取 1． 0。 2． 3动力风偏分析 基于前文建立的导线有限元模型， 可以计算得到 输电线路在台风作用下的风偏动力响应， 进而可以评 估该线路发生台风风偏闪络事故的风险， 弥补现场实 测缺乏风偏数据的不足。将模拟得到的风荷载时程加 载至线路有限元模型中， 计算得到输电线路在不同强 度台风作用下的动力响应并与实测数据进行对比。对 于输电线路而言， 强风作用下气动阻尼远大于结构阻 尼， 若不考虑气动阻尼效应， 将会高估输电线路的风致 响应 ［20 ］。 因此， 本文采用 ASCE No． 74 中的如下推荐 55第 3 期卞荣等台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析 ChaoXing a顺风向湍流强度 b归一化功率谱 c风速时程 图 6风速模拟结果对比图 Fig． 6Comparison of wind velocity simulation 公式计算输电线路等效气动阻尼比 ζa 0． 000 048VoCd/ fwD 6 式中 Vo为导线有效高度处的基本风速， fw 为输电导线 的振动频率。气动阻尼比与根据表 2 抽样得到的结构 阻尼叠加即可得到给定风速下的输电线路总阻尼。在 得到线路前两阶模态的总阻尼比后， 即可由式 7～ 9 反算得到线路整体 Rayleigh 阻尼中的质量阻尼系 数和刚度阻尼系数， 从而在线路风致动力响应分析中 考虑气动阻尼的影响。 C α0M α1K 7 α0 2ω 1ω2 ζ 2ω1 － ζ 1ω2 ω21 － ω 2 2 8 α1 2 ζ1ω1－ ζ2ω2 ω21 － ω 2 2 9 图 7 给出了该线路的水平张力 均值与均方根 以 及加速度测点处均方根加速度随平均风速的变化曲 线， 图中误差棒代表随机有限元计算得到的 2 偏差。 从图中可见， 随着基本风速的增加， 输电线路风偏响应 显著上升。图中还给出了本次台风的实测结果以及 50 年重现期基本风速的计算结果进行对比。台风“泰利” 作用下导线张力均值为 40． 56 kN， 均方根为 0． 11 kN， 导线处加速度响应均方根为 0． 025 g。实测导线台风 下的张力响应， 均值与均方根， 基本符合计算结果随风 速的变化规律， 实测导线台风下的加速度响应均方根 略大于计算曲线， 考虑到加速度传感器更容易受到噪 声影响， 总体而言， 在合理误差范围内， 风振计算结果 与实测数据较为吻合， 验证了本文随机有限元分析的 可靠性。 a导线张力均值 b导线张力均方根 c导线处加速度均方根 图 7随机动力风偏与实测结果对比图 Fig． 7Comparison between the stochastic dynamic analysis and field measurement 由悬垂绝缘子串下端点的风偏位移平均值， 可按 式 10 计算其风偏角。图 8 进一步给出了该线路的风 偏响应 风偏最大位移与绝缘子串风偏角 的均值与均 方值随基本风速的变化曲线， 同时图中给出了本次台 风下反演和 50 年重现期的基本风速下的结果进行对 比。当基本风速大于 20 m/s 后， 风偏响应的增速有所 减小， 这主要是导线的应力刚化特性所引起， 当风荷载 逐渐增大时， 导线的刚度将有所增大， 故风荷载的作用 效应增量略微减小。舟山地区 50 年重现期的基本风 速 36． 9 m/s 下， 风偏位移均值可达 10． 164 m， 悬垂绝 缘子串风偏角为 55． 7; 台风泰利作用下， 悬垂绝缘子 串下端点平均风偏位移为 0． 256 m， 计算可得对应的平 均风偏角为 4． 8。国内外输电线路设计中常采用单摆 模型静力算法 ［21- 22 ］， 按式计算悬垂绝缘子串的平均风 偏角， 计算结果为 5． 5， 略大于采用有限元分析得到的 结果。 θW arcsin x/L1 10 θW arctan GH/2 WH GV/2 W V 11 式中 GV和 GH分别为悬垂绝缘子串的自重和水平风 荷载， WV和 WH分别为悬垂绝缘子串下端点受到的导 线传来的自重和水平风荷载。 65振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing a风偏最大位置处水平位移 b悬垂绝缘子串风偏角 图 8输电线路动力风偏分析位移与风偏角 Fig． 8Wind- induced results of displacement and angle for the transmission line 3输电线路风偏可靠度分析 3． 1线路风偏闪络失效模式和性能函数 导线风偏过大会导致导线与直线塔之间的距离、 跳线与耐张塔构件之间的距离、 导线与地线之间的距 离以及导线与周边树木等物体之间的距离减小， 直至 无法满足线路的电气绝缘要求， 就会发生击穿放电， 称 为风偏闪络 图 9 。在极端风气候对输电线路的诸多 不利影响中， 风偏闪络是危害性最大的类型之一。输 电线路风偏可靠度的影响因素众多。如外部环境条 件， 包括风速大小、 空气湿度和降雨等。其中风荷载是 最主要的影响因素， 强风引起绝缘子串与导线的风偏 位移; 而空气湿度和降雨等则影响着放电电压［23 ］。本 文着重于考虑由强风作用引起的风偏可靠度问题。在 内因方面， 主要涉及结构本身的刚度和动力特性等， 以 及设计阶段考虑不足带来的影响等。为了全面评估该 线路在不同风灾水平下的风偏可靠度特性， 基于线路 风偏闪络失效模式， 可以定义如下性能函数 Z Z f R， S R － S 12 式中 R 为输电线路风偏状态下导线与输电铁塔的间 隙距离; S 为导线与输电塔之间需要满足绝缘性能所要 求的最小绝缘间隙。当 Z ＜0 时， 表明电气间隙小于最 小绝缘间隙， 有可能发生风偏闪络， 反之则不会发生风 偏闪络事故。 图 9悬垂绝缘子串风偏闪络失效示意图 Fig． 9Failure mode of air clearance of suspension insulator string 基于前一节中得到的输电线路电气间隙与基本风 速的变化曲线， 根据以往输电塔线的风灾易损性分析 的研究 ［24- 25 ］， 假设给定风灾水平下的易损性条件概率 符合对数正态分布模型， 对于电气间隙校验， 有 Pr μ S ＜μRV 1 － Φ lnμSV－ ln μR β2S β 2 槡 R 13 式中 Pr为失效概率， Φ 为标准正态分布， μS 和 μR 分别为给定风速条件下最小空气间隙计算值与最小空 气间隙规定值的期望， βS和 βR为对应的标准偏差。根 据相关电气特性可靠度分析资料， βR假设为 0． 05; 而 给定风速条件下的 βS可通过对多个最小空气间隙计 算值样本进行统计分析得到。 本文以最小电气间隙为指标评价输电线路发生风 偏闪络的可能性。我国 100 ～750 kV 架空输电线路设 计规范 GB505452010［26 ］中给出了 500 kV 输电线路 在工频电压下的最小间隙为 1． 2 m。为更精细的分析 线路运行的可靠性， 参考 Xiong 等 ［27 ］对输电线路风偏 闪络风险分级的研究， 建立基于最小电气间隙的风偏 闪络的三级预警指标， 详见表 4， 用于该实测线路的风 偏易损性分析。 表 4考虑最小电气间隙的输电线路风偏闪络预警等级 Tab． 4Electric clearance standard for wind- induced flashover warning level of transmission lines 风险等级一级二级三级 标识红色橙色黄色 最小间隙0． 9DD1． 1D μR 500 kV /m1． 081． 21． 32 3． 2风偏易损性分析 基于 2． 3 节中得到的风偏响应结果， 计算得到不 同风速下的最小电气间隙随风速的变化关系， 见图 10。 输电线路风偏最小电气间隙随风速的增加而显著减 75第 3 期卞荣等台风作用下输电塔线体系多元状态监测及风偏可靠度分析 ChaoXing 小， 本次台风作用下输电塔 2 中悬垂绝缘子串下端点 即导线悬挂点 至塔身距离最小值为 3． 215 m， 远大 于一级风险等级下的最小空气间隙距离 1． 08 m， 因此 本次台风作用下不会发生风偏闪络事故。 当基本风速大于 15 m/s 时， 二者近似可用对数线 性关系拟合。以基本风速为横坐标， 以根据式计算得 到风偏闪络发生的失效概率 Pr为纵坐标绘制不同风 险等级下的易损性曲线， 如图 11 所示。随着基本风速 的增加， 风偏闪络失效的风险和概率也明显增大。当 风速为 50 年重现期的基本风速时， 不同风险等级下的 风偏闪络失效概率为 49． 7， 10． 8， 0． 43。 图 10最小电气间隙随风速变化曲线 Fig． 10Electric clearance under varying wind speed 图 11输电线路风偏闪络易损性曲线 Fig． 11Fragility curve of wind- induced flashover 4结论 本文在舟山某输电线路上布设一套包含风速风向 等气象要素以及塔线动力响应的多元状态监测系统， 采集得到了 2017 年第 18 号台风“泰利” 影响下的周边 风场参数， 导线风致振动以及动张力等响应数据。考 虑参数不确定性建立实际输电线路的有限元模型， 完 成了本次台风作用以及不同风灾水平下线路风振分析 并进行了风偏闪络可靠度的评估， 得到以下主要结论 1利用数据同化技术在现场实测风速数据的基 础上扩展生成线路多点同步脉动风速， 数值计算得到 的线路沿线风场数据为确定精细化风荷载时程提供了 依据。 2台风作用下导线水平张力与加速度响应有限 元分析结果与现场实测值吻合较好， 验证了线路有限 元模型和风振分析方法的有效性。 3建立基于最小电气间隙的风偏闪络三级预警 指标， 完成了输电线路动力风偏易损性分析， 得到了不 同风险等级下的风偏闪络可靠度， 为输电线路风偏闪 络事故的预警提供依据。 参 考 文 献 ［1］ 安利强， 张志强， 黄仁谋， 等． 台风作用下输电塔线体系动 力响应分析［ J］ ． 振动与冲击， 2017， 36 23 255- 262． AN Liqiang，ZHANG Zhiqiang，HUANG Renmou，et al． Dynamic response analysis of a transmission tower- line system under typhoon［ J］ ． Journal of Vibration and Shock， 2017， 36 23 255- 262． ［2］ 汪江，杜晓峰，田万军， 等． 500 kV 大跨越输电塔振动在 线监测与模态分析系统［J］ ． 电网技术，2010，34 10 180- 184． WANG Jiang，DU Xiaofeng，TIAN Wanjun，et al． Online vibration monitoring and modal analysis system of 500 kV long- span power transmission tower ［J］ ．Power System Technology， 2010， 34 10 180- 184． ［3］ 朱晔，王海涛，吴念， 等． 输电线路覆冰在线监测动态预 警模型［ J］ ． 高电压技术， 2014， 40 5 1374- 1381． ZHU Ye，WANG Haitao，WU Nian，et al． Icing On- line monitoring dynamic prediction model ［J］ ．High Voltage Engineering， 2014， 40 5 1374- 1381． ［4］ 彭康，吴新桥，耿力， 等． 输电塔台风振动响应在线监测 的新型传感器设计［ J］ ． 传感器与微系统，2017，36 5 99- 105． PEND Kang，WU Xinqiao，GENG Li，et al． New type of sensor design for on- line monitoring of typhoon vibration responseoftransmissiontower［J］ ．Transducer＆ Microsystem Technologies， 2017， 36 5 99- 105． ［5］ 黄新波，廖明进，徐冠华， 等． 采用光纤光栅传感器的输 电线路铁塔应力监测方法 ［ J］ ． 电力自动化设备，2016， 36 4 68- 72． HUANG Xinbo，LIAO Minjin，XU Guanhua，et al． Stress monitoring applying FBG sensor for transmission line towers［ J］ ． Electric Power Automation Equipment，2016，36 4 68- 72． ［6］ 赵桂峰，李杰，谢强， 等． 高压输电塔线耦联体系风振响 应有限元分析与现场实测对比研究 ［ J］ ． 自然灾害学报， 2014， 23 1 64- 74． ZHAO Guifeng，LI Jie，XIE Qiang，et al． Finite element analysis and field measurement of wind- induced vibration response of high- voltage transmission tower- line coupling system［J］ ． Journal of Natural Disasters，2014，23 1 64- 74． ［7］ ZHANG M，ZHAO G F，WAND L L，et al． Wind- induced coupling vibration effects of high- voltage transmission tower- line systems［ J］ ． Shock and Vibration， 2017 1- 34． ［8］ 姚陈果， 李宇， 周泽宏， 等． 基于极限承载力分析的覆冰输 电塔可靠性评估［J］ ．高电压技术，2013，39 11 85振 动 与 冲 击2020 年第 39 卷 ChaoXing 2609- 2614． YAO Chenguo，LI Yu，ZHOU Zehong，et al．Reliability uation for iced tower based on ultimate bearing capacity analysis ［J］ ． High Voltage Engineering，2013， 39 11 2609- 2614． ［9］ ASCE No． 74Guidelinesforelectricaltransmissionline structural loading third editioni ［S］ ．VirginiaAmerican Society of Civil Engineers， 2010． ［ 10］ 楼文娟，罗罡，胡文侃． 输电线路等效静力风荷载与调整 系数计算方法［J］ ． 浙江大学学报 工学版 ，2016，50 11 2120- 2127． LOU Wenjuan，LUO Gang，HU Wenkan． Calculation for equivalent static wind loads and wind load adjustment coefficients for transmission lines［J］ ．Journal of Zhejiang Un