1000kV变电设备支架风振系数的研究

吴晟

摘 要：该文根据工程实际情况，对1000 kV设备支架风振系数进行研究，按照建筑结构荷载规范计算设备支架的风振系数，并与基于准定常理论以及Davenport谱的有限元分析所得的设备支架风振系数进行比较，结果表明按照建筑结构荷载规范计算的结果偏于保守。

关键词：准定常理论 Davenport谱 1000 kV变电支架 风振系数

中图分类号：TU317 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0035-02

变电设备支架是一种高柔性的构筑物，其高柔的特性使得它对水平荷载尤其敏感，设备和支架本身以承受风荷载为主，在结构设计中应考虑风压脉动对结构产生的顺风风振的影响，其最重要的体现是结构的风振系数，1000 kV设备支架（包括设备）总高度约在19 m左右，而支架底部最大根开一般为1.2 m，相比500～750 kV设备支架对风荷载更为敏感，而现行的《变电站建筑结构设计技术规程》DL/T 5457-2012仅对500～750 kV设备支架风振系数进行规定，因此对1000 kV设备支架风振的研究是十分关键。该文将基于准定常假设，根据随机振动理论来计算1000 kV多跨变电构架顺风向风振系数，并于规范计算所得值进行比较。

1 基于Davenport谱的有限元分析理论

我国风荷载规范采用加拿大学者Davenport提出的顺风向脉动风速功率谱密度函数来推导脉动风荷载功率谱密度函数，结合随机振动理论，将变电设备支架沿高划分成若干段，可得第i段脉动风荷载谱计算式如下：

（1）

将上式计算所得脉动风荷载谱输入通用有限元分析软件SAP2000进行功率谱分析，进而得到其设备支架第i段风荷载所引起的杆件总的内力值。构架第i段风振系数为：

（2）

2 工程算例

某1000 kV交流变电站中1000 kV配电装置区的变电支架有电压互感器支架5组15个，避雷器支架5组15个，本文将分别以电压互感器支架和避雷器支架为例，对其风振系数进行研究。电压互感器支架高度为6365 mm，设备高度为12357 mm，总高度18722 mm；避雷器支架高度为6790 mm，设备高度为12200 mm，总高度18990 mm，其中支架采用矩形变截面全钢管格构式结构（底部根开1200 mm）。

《荷载规范》对风振系数计算引入了峰值因子g和10 m高度名义湍流强度I10，两个因子都是常量，风振系数计算公式如下：

通过计算可知风振系数变化的规律是随着高度的增加而增大，电压互感器支架和避雷器支架风振系数在各高度基本相等，对4个高度的风振系数求加权平均，电压互感器支架风振系数为1.98，避雷器支架风振系数为1.97，两支架风振系数基本相等。

应用有限元计算软件SAP2000，基于上述顺风向风振响应随机振动理论对1000 kV设备支架的风振系数进行计算，模型如图1，计算结果见表3、表4。

通过上表可以看出风振系数规律同规范计算的一致，随着高度的增加而增大，对4个高度的风振系数求加权平均，电压互感器支架风振系数为1.72，避雷器支架风振系数为1.70。

按照《荷载规范》计算所得的风振系数与有限元分析所得的结果统计于图4、图5中。

从上图中可以看出，有限元计算的结果比规范公式计算的结果偏小，且随着高度的增加误差越大，在支架顶部处相差5%，在最高点处相差17%。整个设备支架的风振系数统计于表5。

电压互感器支架和避雷器支架风振系数基本一致，有限元计算出的结果与按《荷载规范》计算出的结果相差13%，可见按规范计算的风振系数对于设计来说是偏保守的。

3 结语

综上所述，该文可以得出以下结论：风振系数是随着结构的高度增加而增大的。通过有限元计算软件计算结果比规范公式计算结果都偏小，且随着高度的增加相差更大。通过对比表明，按荷载规范计算的风振系数偏于保守，对结构设计更偏安全。

参考文献

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