風激勵高壓輸電塔體蠶呃輪略忠蜃蛹嗖庀低成杓

李建明　彭相瑜　蔣濤??

摘要：本文研究了高壓輸電塔體線纜與風激勵的各要素相關關系，建立風激勵高壓輸電塔線致災因子數(shù)值模型、氣象預警等級指標評估體系，設計了一套監(jiān)控系統(tǒng)，為電力氣象提供新的預警預報服務方法。

關鍵詞：風激勵；高壓輸電塔線；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP277文獻標識碼：A國家標準學科分類與代碼：510.4050

隨著我國氣象事業(yè)的發(fā)展，氣象事業(yè)在國民生產(chǎn)和生活之中應用越來越廣泛，通過氣象信息監(jiān)控災害事件的發(fā)生更是成為人們普遍認可的安全防護重要舉措。輸電塔線纜系統(tǒng)作為一種高聳大跨結(jié)構(gòu)，遭受的主要動力荷載有風載和振動作用。盡管風荷載沒有地震那樣強烈，但由于其作用頻繁，因此風力產(chǎn)生的災害比地震振動災害多得多，對電力設施的破壞性也最大。風激勵是造成線纜舞動現(xiàn)象的主要動力因素，舞動易造成相間閃絡、跳閘停電、金具損壞、導線傷斷和電塔倒塌等事故，給高壓輸電線路的運行安全構(gòu)成威脅。本文研究了電力塔體線纜與風激勵的各要素相關關系，建立風激勵高壓輸電塔線致災因子數(shù)值模型、建立氣象預警等級指標評估體系，為電力氣象提供新的預警預報服務方法。促進定點、沿線電力氣象服務的進一步深入和發(fā)展，對于保證輸電線路的安全可靠運行具有非常重要的意義。

1 風荷載與輸電塔受力關系

風荷載模型建立。

在風的順風向時程，風載荷分為兩部分：平均風與脈動風。任意高度處風速可表達為平均風與脈動風速之和：，由空氣動力學研究結(jié)果，風速與風壓的關系為：ω=γν/2g，式中：ω為單位面積上的風壓力；γ為空氣容重。V為風速。 同樣也可以將其分為平均風壓和脈動風壓之和：。而輸電塔結(jié)構(gòu)承受的順風向脈動風是主要部分，輸電塔所受風荷載主要考慮風荷載的豎向相關性，脈動風壓的豎向相關性可表達為：，式中為脈動風壓垂直方向的相關系數(shù)，代表垂直二點間距離。根據(jù)資料統(tǒng)計分析可知，大部分落在40～60之間，故取=50米[1]。

2 系統(tǒng)設計

針對輸電塔體氣象要素的實時監(jiān)測，需要在塔體安裝溫度、濕度、壓力傳感器（見下圖）。在塔體不同高度曾界面上分布風速風向傳感器以便研究塔體不同高度所受風壓。對塔體安裝加速度、振動和位移傳感器采集風載荷對塔體產(chǎn)生的影響量數(shù)據(jù)。

2.1 硬件設計

采用基于CortexTMM3內(nèi)核的32位ARM處理器STM32F103RCT6為主控芯片，具有128*64中文圖形液晶顯示屏用于進行系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示和通訊狀態(tài)指示。系統(tǒng)外圍擴展RS232接口接口，用于與本地監(jiān)控計算機進行通信，方便檢定數(shù)據(jù)的本地傳輸與存儲。系統(tǒng)外圍擴展RS485通訊接口，可用于監(jiān)控數(shù)據(jù)的本地遠程傳輸。系統(tǒng)外圍擴展W5100單元，W5100是一款多功能的單片網(wǎng)絡接口芯片，內(nèi)部集成有10/100以太網(wǎng)控制器。

2.2 輸電塔氣象監(jiān)測模型的建立

針對輸電塔相關數(shù)據(jù)監(jiān)測，由效應量（振幅、頻率、位移等）和影響量（風速、氣溫、濕度、氣壓等）組成的輸電塔體系安全預警信息表是研究對象的集合，可采用粗集理論處理。粗集理論直接對不完整不精確數(shù)據(jù)進行分析推理，可挖掘出輸電塔體影響量域與效應量域間的約簡映射關系。

2.3 輸電塔安全評估模型的建立

設某一時刻t由預警模型求得輸電塔體形變振幅、振動頻率、振動加速度等效應量的計算值與該實測值進行比較，得到，根據(jù)概率統(tǒng)計理論，落入[0，2S]的概率為95.5%，落入[0，3S]的概率為99.7%，其中S為模型的標準差[2]。由此可按以下幾種情況對輸電塔體結(jié)構(gòu)性態(tài)進行預警：

a.正常：；

b.基本正常：，且測值無趨勢性變化；

c.低度危機：，但測值有趨勢性變化；

d.高度危機：，應分析其成因。

3 結(jié)論

針對輸電塔相關的效應量和影響量實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，組成輸電塔體系安全預警信息表。對輸電塔體系觀測數(shù)據(jù)的效應量與影響量間映射關系建立輸電塔安全評估模型，促進電力氣象精細化預警服務的全面開展。

參考文獻：

[1]郭勇.大跨越輸電塔線體系的風振響應及振動控制研究[D]（博士學位論文）.浙江：浙江大學，2006.

[2]白海峰，李宏男.大跨越輸電塔線體系隨機脈動風場模擬研究[J].工程力學，2007.24（7）：146151.

作者簡介：李建明（1961），男，本科，成都信息工程大學，大氣探測專業(yè)，副研級高工，從事氣象裝備保障工作。