基于CFD的750kV變電構架單鋼管避雷針結構繞流分析

邵波 羅烈 張廣平 董昶宏

(1.同濟大學土木工程學院 上海200092；2.中國能源建設集團甘肅省電力設計院有限公司 蘭州730050 )

引言

變電構架是變電站的重要結構設施，避雷針對于變電站的防雷安全起著重要的作用。 在750kV 變電站鋼結構中，單鋼管避雷針結構一般設置在構架頂部，常采用不同直徑的圓鋼管通過法蘭連接而成，具有長度大、直徑小的特點。

圓鋼管結構在風荷載的作用下不僅會產生順風向振動，也可能產生橫風向的渦激振動。 圓鋼管結構的風致振動機理十分復雜，既與結構的動力特性相關，也與結構的幾何形態和尺寸相關，特別是與空氣流經圓鋼管壁面時的繞流特征有關。 750kV 變電站避雷針圓鋼管結構沿高度方向的直徑變化會加劇繞流狀態的復雜性。 在《變電站建筑結構技術規程》(DL/T5457 -2012)中，雖然對于單鋼管避雷針結構設計有一系列構造規定，但實際工程中仍然會發生避雷針結構的破壞事故。 導致事故的原因雖然是多方面的，但對細長變截面圓鋼管的繞流特性認識不準可能是其中之一。

本文以西北某750kV 變電構架單鋼管避雷針為對象，采用Fluent 軟件對避雷針結構進行了設計風速下的繞流分析，獲得了避雷針結構各節段在設計風速下的渦脫現象、繞流特性以及體型系數，以期為避雷針結構的精細化設計提供基礎。

1 設計風速下避雷針圓管繞流模擬

1.1 避雷針繞流模型

西北某750kV 變電構架單鋼管避雷針由6 個不同直徑的鋼管組成，將6 個鋼管節段從上到下依次編號為：BLZ - 1、BLZ - 2、BLZ - 3、BLZ-4、BLZ-5、DXZ-1，如圖 1 所示?！?br>