输电铁塔在不平衡张力状况下的形变实验研究

胡江华 徐力斌

输电杆塔遭受不平衡力会发生振动和形变，严重时甚至引发倒塔事故，由于强风、输电导线不均匀覆冰等因素引起的不平衡力造成的杆塔损坏或倒塔事故时有发生[1]，一基杆塔倒塔后，会导致两侧的塔受到更大的不平衡张力，形成多米诺骨牌效应，出现连续倒塔情况，扩大了事故范围[2]。

相关学者对导线不平衡张力分析与计算及防范措施方面进行了大量研究。韩军科等[3]对超/特高压交流同塔多回输电线路导地线挂点不均匀覆冰不平衡张力随覆冰率的变化规律进行了仿真分析，给出了定量的计算结果、何玉灵等[4]分析了风载与拉拽作用下的铁塔载荷分布，建立了铁塔与风流的有限元分析模型并进行了动特性仿真分析、刘庆丰[5]建立了不平衡张力的力学模型， 分析了档距变化与电线应力间的数学关系， 以及悬垂绝缘子串偏移和两侧导线应力间的数学关系、朱宽军等[6]根据失谐防舞机理和运动稳定性机理结果，提出了抑制分裂导线横向和扭转的耦合振动和降低导线覆冰不均匀性的防舞原则。研究不平衡力作用下的输电塔形变特性，一种是理论及仿真分析，另一种是真型塔荷载试验分析，由于实际试验涉及大量人力、物力及对杆塔有损坏性风险，故大多数科研人员主要是从理论与仿真建模进行研究，虽然取得大量成果，但杆塔实际安装状况与长时间户外运行等多重因素的影响下，理论与实际存在一定差距[7]。基于此，本文基于真塔在实际输电导线上施加荷载产生不平衡张力作用于杆塔，研究在不平衡张力作用下的杆塔形变情况，研究结果可为输电线路杆塔结构设计和可靠性评估提供参考。

2 真塔试验

2.1塔-线体系的选择

为了更好的反映实际运行线路中出现不平衡张力对杆塔的影响，此次试验选择不带电的真型塔线体系作为试验对象。试验用的真型铁塔为单回路钢管组合干字型塔，铁塔上的三相导线采用4×JL/G1A-240/30 钢芯铝绞线，地线一根采用 JL/G1A-70/40 钢芯铝绞线，另一根采用 LBGJ-70-30AC 铝包钢绞线。

2.2试验过程

为了能充分反映输电铁塔在应力作用下不同位置的形变规律，考虑到铁塔结构上的相似性及对称性，将角度传感器进行分层对称布置，12个角度传感器分三层布置在塔头、塔身及塔座三个高度上，每层在铁塔的四个边角各安装一个角度传感器。本次试验，导线的不平衡张力是通过在四分裂导线的上面一组分导线上施加荷载来产生，在完成角度传感器安装及调试后，进行施载装置的搭建和安装。试验过程中依次加载重物，每次加载等五分钟待重物箱稳定后，接着进行下次施载;考虑飞车承载极限及安全，加载重物到400kg后，再进行依次减载。

试验结果：2号传感器和11号传感器位置角度变化幅度不大，倾斜角变化范围不超过0.1°，其余传感器所在位置角度倾斜量变化相对明显，且变化规律大致相同，根据其变化规律分别对这些传感器角度数据进行分段拟合处理，拟合后发现杆塔倾斜角度与其受到水平拉力的关系在不同的阶段呈现不同的规律。（1）加重过程，水平拉力处在5.58～9.76kN时，二者满足多项式指数变化规律;水平拉力处在10.62～12.74kN时，角度随水平拉力的增大呈指数增加;（2）减重过程，水平拉力处在10.38～12.74kN时，角度随水平拉力的减小呈指数减小，且比对应加重过程中水平拉力处在10.62～12.74kN时，度变化幅度更大;水平拉力处在6.48～9.53kN时，角度随水平拉力的减小呈线性变化;水平拉力处在2.21～5.31kN时，角度随着水平拉力的减小呈指数减小。

3 结论

本文通过真型铁塔力学试验对输电线路不平衡张力作用下铁塔形变进行了初步研究，主要得到以下结论：

（1）从解算的导线水平角度与加载重物质量关系中可以看出，导线经历先加重后减重时，飞车高度的恢复有迟滞效应;

（2）铁塔形变试验结果表明：杆塔在受到输电线路不平衡力时产生的形变规律复杂，不同阶段形变规律各异。加重过程，杆塔形变依次为多项式型形变和指数型形变;减重过程，杆塔形变依次为指数型形变、弹性形变、指数型形变;

（3）铁塔在不平衡张力的作用下发生了扭转。

参考文献

[1] 杨风利，党会学，杨靖波，李清华. 导线舞动时输电铁塔承载性能及破坏模式分析[J]. 中国电机工程学报，2013，（22）：135-141+21.

[2] 葛绪章. 基于断线作用的输电塔—线体系连续倒塌动力效应研究[D].重庆大学，2015.

[3] 韩军科，杨靖波，李清华，杨风利. 超/特高压交流同塔多回输电线路覆冰不平衡张力分析[J]. 电网技术，2011，（12）：33-37.

[4] 何玉灵，梁雄，唐贵基. 风载及导线拉拽复合作用下的高压输电铁塔响应分析[J]. 华北电力大学学报（自然科学版），2015，（05）：62-68.

[5] 刘庆丰. 输电线路不平衡张力分析和计算[J]. 电力自动化设备，2006，（01）：93-95.

[6] 朱宽军，刘彬，刘超群，付东杰. 特高压输电线路防舞动研究[J]. 中國电机工程学报，2008，（34）：12-20.

[7] 毛峰. 基于有限元方法的不同覆冰状态输电塔线体系力学特性研究[D].重庆大学，2011.