750kV聯合變電構架風振系數計算研究

楊彪　陳寅　閆勇

摘 要：文章以新疆地區某750kV聯合變電構架為原型，對其進行靜力分析以及基于隨機振動理論和Davenport譜的有限元功率譜密度分析，得出750kV聯合變電構架的風振系數，所得結論具有重要工程價值，可直接應用于750kV聯合變電構架的工程設計以及為更高電壓等級的1000kV鋼管格構式構架設計提供指導和借鑒。

關鍵詞：750kV變電構架；隨機振動；Davenport譜；風振系數

750kV目前屬國內僅次于1000kV的電壓等級，廣泛應用于我國西北地區電網。750kV變電構架是750kV變電站土建設計的最關鍵點之一，目前750kV變電構架的掛線點高度為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，而風的振動譜密度的擴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變電構架風荷載的影響非常顯著。文章以新疆地區某750kV變電站中的750kV構架為原型，根據隨機振動理論計算該變電構架的位移風振系數，得出該變電構架的風振系數。為后續類似的750kV以及更高電壓等級的1000kV鋼管格構式構架設計提供指導和借鑒。

1 平均風荷載的位移計算

平均風荷載對750kV聯合變電構架的作用相當于靜力作用，該750kV變電站所處地區設計基本風壓為0.5kN/m2，地貌為A類，該750kV聯合變電構架布置見圖1。

通過對比分析圖2～3可知：構架柱各層節點同一方向的位移平均值分布為底部小頂部大；90°風向角下56m構架柱平均位移要大于0°風向角下；兩個風向角56m構架柱平均位移最大值均出現在3-F軸構架柱，其值為90.2mm。

2 位移風振響應分析

2.1 脈動風荷載譜的確定

《建筑結構荷載規范》中采用加拿大學者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，結合隨機振動理論可得位移風振系數計算公式如下：

2.2 750kV聯合變電構架位移風振系數

根據式（3）～（4）對750kV聯合變電構架進行有限元頻譜分析計算，可得該750kV聯合變電構架的風振系數，圖3～8分別為56m高出線柱以及典型橫梁的位移風振系數：

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），所有構架柱在在0°風向角和90°風向角下時，風振系數都是沿高逐漸增大的，但每個構架柱上各點的風振系數的數值變化不大，0°風向角下風振系數大小為1.50，90°風向角下風振系數大小為1.55；3-F軸構架柱風振系數要大于中間柱的值（約增大20%），0°風向角下風振系數大小為1.50，90°風向角下風振系數大小為1.75；通過對2種風向角下風振系數的對比分析，構架柱在90°風向角下風振系數略大于0°風向角的數值，對于橫梁處風振系數一般取風向與其垂直時的風振系數，其值可取為1.50（除3-E～F橫梁外）。為了便于設計，除3-F軸構架柱以及3-E～F橫梁外，750kV聯合變電構架風振系數可取為：1.55，3-F軸構架柱以及3-E～F橫梁風振系數取為：1.75。

3 結束語

文章通過大型有限元軟件SAP2000，以隨機振動理論為依據，在頻域內對A類地貌下750kV聯合變電構架的節點風致振動響應進行分析計算，可以得出以下結論：

（1）750kV聯合變電構架0°以及90°風向角時，構架橫梁越靠進中間的節點，其位移平均值也越大；構架柱各層節點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）構架柱在90°風向角下風振系數略大于0°風向角的數值，而建議對于橫梁處風振系數一般取風向與其垂直時的風振系數。

（3）對于750kV變電構架的構架柱，一般來說，越靠近中間，風振系數越大；從靠近邊塔側到中間塔處，風振系數逐漸變大，實際設計時為了計算方便可統一取中間構架柱或橫梁的大值作為設計時的風振系數。

（4）A類地貌下750kV聯合變電構架整體風振系數可取1.55。

（5）對于類似軸線3-F處的邊塔，若無母線塔以及母線梁相連，在實際工程設計計算時應考慮局部增大風振系數的取值（約增大20%），其值可取為1.75，與該構架柱相連的橫梁也應考慮局部增大風振系數的取值。

參考文獻

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