探究特高壓輸電塔線體系的抗風(fēng)可靠度

郭磊磊

[摘? ? 要]在我國(guó)電力系統(tǒng)當(dāng)中特高壓輸電塔是非常重要的組成部分，其結(jié)構(gòu)屬于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)性質(zhì)，受到不同等級(jí)的風(fēng)力影響下，特高壓輸電塔線可能會(huì)受到各種形式的損傷，嚴(yán)重的情況下還會(huì)發(fā)生倒塌事故。因此，相關(guān)單位應(yīng)該提高對(duì)特高壓輸電塔線體系的關(guān)注，并對(duì)其抗風(fēng)可靠度進(jìn)行調(diào)查和分析，從而提升抗風(fēng)可靠度。文章以探究特高壓輸電塔線體系抗風(fēng)可靠度作為主要內(nèi)容，目的是為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供可行性建議。

[關(guān)鍵詞]特高壓輸電塔線;抗風(fēng);可靠度;研究

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]UHV transmission tower is a very important part of my country's power system. Its structure is wind-sensitive. Under the influence of different levels of wind， UHV transmission tower lines may suffer various forms of damage， serious Collapse accidents will also occur under the circumstances. Therefore， relevant units should pay more attention to the UHV transmission tower and line system， and investigate and analyze its wind resistance reliability to improve the wind resistance reliability. The main content of this article is to explore the wind resistance reliability of UHV transmission towers and lines， with the purpose of providing feasible suggestions for the development of related industries.

[Keywords]UHV transmission tower line; wind resistance; reliability; research

1 特高壓輸電塔線體系的介紹與特征

1.1 關(guān)于特高壓輸電塔線體系

特高壓輸電塔線體系同普通架空輸電線路有較大差別，不僅塔體的高度更高，而且大多數(shù)都以大跨度為主，所以這一體系自身也存在較為突出的特點(diǎn)。輸送電能是特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目開(kāi)展的主要目的，通過(guò)投入固定的成本、指定的時(shí)間和可利用的資源能夠?qū)崿F(xiàn)工程建設(shè)目標(biāo)。就電力工程建設(shè)特點(diǎn)，將對(duì)象確定為特高壓輸電塔線體系建設(shè)，管理層對(duì)工程開(kāi)展合理規(guī)劃后，以確保能夠順利構(gòu)建特高壓輸電塔線體系的最終目的。在建設(shè)特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目過(guò)程中，一方面要考慮是否符合對(duì)電能質(zhì)量、供電穩(wěn)定性和供電水平的要求，另一方面也要重點(diǎn)關(guān)注電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中是否符合成本、穩(wěn)定性和安全性的需求[1]。

1.2 特高壓輸電塔線體系特點(diǎn)

雖然特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目與其他項(xiàng)目有相同之處，但還有幾個(gè)特有的特征。①特高壓輸電塔線體系構(gòu)建期間會(huì)涉及到諸多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，且地形具有復(fù)雜性，各線路之間相距較遠(yuǎn)，關(guān)于特高壓輸電塔線體系建設(shè)的管理規(guī)定也更加繁瑣。每個(gè)施工環(huán)節(jié)都是存在緊密聯(lián)系的，而且相輔相成，互相影響，因此想要保證特高壓輸電塔線體系自身的質(zhì)量，就必須對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)給予嚴(yán)格管理，控制好各個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)度和施工情況，這十分考驗(yàn)項(xiàng)目管理層的管理能力、溝通能力和協(xié)調(diào)能力，這是特高壓輸電工程最為突出的綜合復(fù)雜性。②獨(dú)特性也是特高壓輸電塔線體系的主要特點(diǎn)之一，不同的項(xiàng)目在自身特點(diǎn)上會(huì)有較大的差別，無(wú)法重復(fù)也不會(huì)雷同，相關(guān)工作人員通過(guò)已經(jīng)完工的特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目可以獲得諸多的啟發(fā)。在地域特征、環(huán)境條件、時(shí)間投入、建設(shè)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)水平方面的差異導(dǎo)致了各個(gè)特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目其自身的特點(diǎn)尤為鮮明，所有在指定具體的管理措施和施工方法時(shí)，必須要考慮各個(gè)施工項(xiàng)目自身的特征，以保證所制定的措施具有針對(duì)性和有效性。③創(chuàng)新性特征是在特高壓輸電塔線體系獨(dú)特性基礎(chǔ)上衍生的特點(diǎn)之一，隨著特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目規(guī)模逐漸擴(kuò)大，特點(diǎn)也在發(fā)生變化，所以過(guò)去傳統(tǒng)的管理手段和施工方式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前施工的實(shí)際需求，因此必須對(duì)特高壓輸電塔線體系相關(guān)理論和施工方法進(jìn)行改革和優(yōu)化，只有創(chuàng)新才能有效解決技術(shù)水平要求高、管理困難和類型復(fù)雜繁瑣的問(wèn)題，更好地利用新思維、新理念來(lái)管理特高壓輸電塔線體系項(xiàng)目，以此能夠獲得更加理想的工程效益。④特高壓輸電塔線體系具有目標(biāo)性特點(diǎn)，在工程項(xiàng)目開(kāi)展之前要明確目標(biāo)，讓項(xiàng)目的實(shí)施有明確依據(jù)，這是制定項(xiàng)目計(jì)劃過(guò)程中不可或缺的重要指標(biāo)之一。目標(biāo)性也是項(xiàng)目的統(tǒng)一特征，缺乏目標(biāo)的特高壓輸電塔線體系無(wú)法實(shí)施[2]。

2 在性能可靠度基礎(chǔ)上分析特高壓輸電塔線體系抗風(fēng)可靠度

表達(dá)特高壓輸電塔線結(jié)構(gòu)處于規(guī)定荷載狀態(tài)下，受到損壞的具體情況就是性能水準(zhǔn)，在結(jié)構(gòu)性能基礎(chǔ)上實(shí)施設(shè)計(jì)，能夠保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、使用壽命等元素符合業(yè)主和相關(guān)規(guī)定的要求，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，能夠確定該理論的實(shí)用性與科學(xué)性，其主要是對(duì)強(qiáng)風(fēng)或地震等災(zāi)害發(fā)生期間結(jié)構(gòu)的性能水平進(jìn)行判斷，其中包含了3個(gè)環(huán)節(jié)[3]。

2.1 界定性能水準(zhǔn)

環(huán)境條件不同的情況下，主體結(jié)構(gòu)遭受損壞會(huì)造成不同程度的影響，其表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)方面、人員安全方面和居民生活方面，所以界定性能水準(zhǔn)的方式也存在差距。曾有文獻(xiàn)中提出，抗震性能水準(zhǔn)需要通過(guò)2個(gè)介于離散之間、3個(gè)離散來(lái)進(jìn)行界定，在不同的環(huán)境條件下，這一界定方式不能完全適用。

2.2 選擇性能指標(biāo)

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的性能準(zhǔn)稅不能僅僅局限于依照結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)要求標(biāo)準(zhǔn)和分析各部分性能情況層面，還需要確定性能水準(zhǔn)的定量數(shù)值，并把握好各性能水準(zhǔn)限定值，部分學(xué)者認(rèn)為可以通過(guò)結(jié)構(gòu)使用性能、破壞情況的控制程度以及安全性能幾個(gè)角度來(lái)作為選擇性能指標(biāo)的依據(jù)。雖然這一方法能夠起到一定的作用，但是忽略了諸多因素的綜合作用，因此也不是最優(yōu)的方式。

2.3 量化性能水準(zhǔn)

確定結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)只是宏觀的一種估計(jì)方法，損害程度量化問(wèn)題仍然存在，所以要將量化結(jié)構(gòu)性能水準(zhǔn)作為性能水準(zhǔn)理論研究的重點(diǎn)。

我國(guó)在基于性能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)方面已經(jīng)逐步開(kāi)展了相關(guān)研究，并已經(jīng)取得了關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的一些成果，但是在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論研究方面還較為落后，開(kāi)展在性能基礎(chǔ)上進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，是為了能夠讓結(jié)構(gòu)的使用性能、安全性、穩(wěn)定性等屬性在不同強(qiáng)度水平風(fēng)振狀態(tài)中都能夠達(dá)到預(yù)期的要求，盡可能避免在遭遇暴風(fēng)等極限災(zāi)害時(shí)，發(fā)生坍塌或其他威脅人們生命和財(cái)產(chǎn)安全的事故。

3 性能水準(zhǔn)及量化的模型

3.1 性能水準(zhǔn)模型

根據(jù)目前我國(guó)對(duì)輸電塔設(shè)計(jì)的相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，設(shè)計(jì)的內(nèi)容以桿件及連接破壞應(yīng)力接近拉伸屈服或壓曲破壞極限強(qiáng)度為主，標(biāo)準(zhǔn)要求是主體柱材料與柱斜財(cái)應(yīng)力比與塔頂?shù)奈灰魄闆r，在構(gòu)建模型時(shí)也應(yīng)以此作為要求。在分析以往各個(gè)電壓等級(jí)輸電塔破壞或倒塌事故資料后，確定特高壓輸電塔結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能定性描述分為4個(gè)階段，具體如表1所示。

3.2 量化模型

量化性能目標(biāo)后才能使分析的可靠性及設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)作為工程開(kāi)展的依據(jù)，保證各項(xiàng)工作開(kāi)展的實(shí)用性和指導(dǎo)性，通過(guò)主材應(yīng)力及塔架的位移控制標(biāo)準(zhǔn)，能夠確定輸電塔的實(shí)際工作狀態(tài)與預(yù)期的功能性要求是否相符。當(dāng)參數(shù)是應(yīng)力時(shí)，能夠有效提升桿塔應(yīng)力分布水平及整體結(jié)構(gòu)剛度，表2是以應(yīng)力作為參數(shù)的量化模型。

當(dāng)參數(shù)確定為位移時(shí)，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)外觀和剛度符合相關(guān)要求，更能夠防止因桿塔定點(diǎn)位移較大對(duì)電氣間隙產(chǎn)生影響[4]。為能夠更好的對(duì)塑性變形情況進(jìn)行控制，使施工后可以盡快恢復(fù)撓度，一般會(huì)在施工期間在橫擔(dān)及地線支架部分設(shè)施預(yù)拱，當(dāng)參數(shù)為頂點(diǎn)位移時(shí)量化模型為表3。

3.3 分析性能可靠性的方式

以應(yīng)力作為參數(shù)的性能可靠性分析可以將表2作為依據(jù)，當(dāng)主柱材應(yīng)力在1～1.15之間時(shí)，且塔腿主斜材應(yīng)力在0.95～1.1之間，那結(jié)構(gòu)體系屬于中等破壞;當(dāng)前者應(yīng)力大于1.15，后者應(yīng)力大于1.1那整體結(jié)構(gòu)體系為嚴(yán)重破壞。其可靠度的功能函數(shù)為：

而以應(yīng)力作為參數(shù)的中等破壞失效概率可以利用以下公式計(jì)算：

以應(yīng)力作為參數(shù)的嚴(yán)重破壞失效概率即：

以頂點(diǎn)位移作為參數(shù)的體系失效概率表達(dá)式為：

4 結(jié)束語(yǔ)

性能設(shè)計(jì)要在分析性能可靠性和性能水準(zhǔn)與其量化模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行，文中雖然對(duì)特高壓輸電塔線體系的抗風(fēng)可靠度展開(kāi)了相關(guān)的分析，但分析結(jié)果只能代表其中一部分，并不能涵蓋全部?jī)?nèi)容。在特高壓輸電塔數(shù)量逐漸增長(zhǎng)的情況下，以輸電塔破壞情況及失效規(guī)律為著手點(diǎn)分析整個(gè)體系的抗風(fēng)可靠度是非常必要和重要的。這不僅關(guān)乎著對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和體系自身性能，更與人們的用電質(zhì)量有著非常緊密的聯(lián)系。電力系統(tǒng)是支撐我國(guó)發(fā)展的重要部分，在發(fā)展速度提升的同時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)的要求也愈發(fā)嚴(yán)格，這對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)既是一種機(jī)遇，也是一種考驗(yàn)，只有牢牢把握住機(jī)遇才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位，推動(dòng)整體行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 常玉婷.淺談?shì)旊娝€體系抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論與發(fā)展[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（9）：2712.

[2] 李宏男，馬人樂(lè)，孫炳南，等.高壓輸電塔體系抗震抗風(fēng)技術(shù)研究及工程應(yīng)用[Z].大連理工大學(xué)，2007.