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文献综述

上传者:陈益强
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上传时间:2015-04-21
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文献综述

前言

输配电线路的运行根本任务是保证输配电线路不间断地供电,随着电力建设的发展,山区输电线路的建设项目逐渐增加。相对于平原地区的架空输电线路,山区架空线路的地线和基础有其自身的特点,应在设计中给予充分的重视。安全可靠、经济合理、技术先进是以往输电线路工程的设计原则,如今随着人们环保意识的加强,环境保护、水土保持问题日益被社会各方和建设单位的重视,有的地方甚至提出了更高的要求。有效地保护环境、保护山区林木植被,不破坏绿化也顺应了目前建设资源节约型、环境友好型社会的潮流,这对山区地形输电线路的设计、施工和运行维护提出了更高的要求。中国幅员辽阔,各地区的地形、地质、气象等自然环境比较复杂。输电线路建设中遇到许多技术问题。输电线路铁塔的结构形式随线路电压等级、气候条件、沿线地形、施工运行条件等各种因素的变化而变化,形式繁多。一条输电线路上的塔型可有十几种到几十种之多,对于结构设计人员来说完成一条线路全部杆塔设计, 其工作量是巨大的。近几年来, 电力系统全面推行了电力建设项目业主负责制和设计、施工、设备招标、投标制, 因此如何提高铁塔构造设计的速度和质量, 提高劳动生产率, 增强企业的市场竞争能力是各铁塔制造厂家面临的一个重要问题。因而铁塔构造设计的计算机化是一个非常重要而且巫待解决的课题。目前国内铁塔制造厂已多达百余家, 铁塔设计、制造已经形成了一支专业队伍, 我国铁塔构造设计已逐渐从传统的手工计算、实物放样向计算机设计发展, 因此适时地开发和研究铁塔构造设计计算机辅助设计软件具有理论意义和实际应用价值

1. 国内外输电线路铁塔构造设计研究的发展概况

国内外输电线路铁塔构造设计研究的发展概况以架空输电线路传输电能是输送和分配电能的根本方式, 它的应用已有百余年的历史。在电能需求增加、容量增大、电源地点分散、输电距离加长等情况下, 铁塔逐渐成为输电线路的首选杆塔。英国、美国、前苏联、日本等国都在改进铁塔结构、应用新技术、采用新材料等方面进行了大量的研究。在日本, 60kV电压等级的长距离输电线路始于1907年。1960年第一条500kV线路在东京电力公司的房总线开始建设, 建设初期以270kV运行, 至1973年升压为500kV线路电压。以后, 各电力公司都以500kv线路做联络干线。目前, 东京电力公司正在建设一条的1000kV特高压输电线路。

我国的铁塔构造设计在解放初期主要采用原苏联模式, 根据我国地理和气候条件进行强度校核, 只对原有铁塔进行局部修改。从60年代以后, 开始自行设计, 逐渐形成了从35kV到500kV输电线路铁塔系列。70年代中期, 随着国民经济的恢复和对电力需求的急剧增长, 我国开始进行500kV输电线路的设计、实验

和建设, 但第一批500kV输电工程结构本体的设计, 因缺乏经验, 比国外同类工程材料消耗多30%。直到1984年电力建设研究所84型酒杯塔实验研究成功, 才使设计人员在思想方法上冲破了旧模式的束缚。短短几年中,东北电力设计院和华北电力设计院设计的酒杯型直线塔以及电力建设研究所研制的M86猫头型自立塔均达到了国际先进指标, 1987年华北电力设计院设计的ZVX拉V塔和电力建设研究所研制的LV87拉V塔进入了国内先进水平的行列。这些成果, 缩小了我国500kV输电结构设计和世界先进水平的差距。

2. 铁塔结构分析与优化设计方法

在输电铁塔设计的过程中, 人们常将铁塔结构简化成析架结构或析梁混合结构, 采用结构有限元、结构矩阵分析等力学方法进行受力分析和计算, 再根据强度条件和杆件的稳定性条件确定其横截面积的大小, 完成铁塔设计的选材工作。常规的设计方法是以线弹性结构分析理论为基础的, 如何将结构分析的非线形理论、析架结构极限设计的理论和方法等现代结构分析方法应用到输电铁塔设计中去, 是目前国内外输电铁塔结构分析领域研究的一个热点。

目前, 铁塔优化设计的方法主要是以重量最轻为目标函数的满应力优化方法。满应力设计的思想就是对一个给定的结构布局, 通过调整杆件的截面尺寸, 使各杆件承受荷载的潜力得以充分的发挥, 即在多种荷载作用下, 使结构的每个杆件至少在一种荷载情况下是充分受力的即应力达到许用应力, 并以此计算结果为依据, 修改铁塔杆件的截面尺寸。从理论上看, 满应力设计虽不一定是重量最轻的设计, 但实践证明二者在很多场合下常常是相等或很接近的。满应力设计受问题规模影响很小, 而且收敛速度很快, 是目前进行大型结构最轻设计有效而又经济的方法。

3. 铁塔构造设计与辅助放样计算软件

长期以来人们在对铁塔构件尺寸确定上, 都采用实物放样的方法。以前许多设计的图纸或加工技术要求中都提到“ 该塔在投产前必须经过放样” 。铁塔放样是指用薄铁板和薄铁条模拟出铁塔实际连接情况, 然后制成标准的1:1样板、样杆, 以此为基础进行加工。放样虽然有一定的可靠性, 但放样能够达到的精度是有限的, 更不能满足数控生产线的自动化要求。

80年代, 随着生产、设计经验的不断积累, 在放样原理的指导下, 设计人员总结出尺寸计算模式, 放样普遍采用“ 计算十放样”的原则, 即以计算为主, 放样为补, 在特殊情况下算放结合进行或以放样代替计算的方法。此时的计算仍是以函数计算器为主的手工计算。比如在设计铁塔的辅补材时可以计算尺寸为准, 而在设计铁塔变坡处的多面板时, 用薄铁板和薄铁条模拟出铁塔变坡处的实际连接情况, 以薄铁饭的弯曲角度和弯曲线为模板来确定多面板的火曲线和火曲

角度。这种方法劳动量大, 经验性强, 很难适应自动化生产。电力工业和计算机软硬件的迅速发展, 使更新传统设计方法己成为可能。

铁塔计算软件的开发是随着计算技术硬件环境的改善而逐渐发展起来的。70年代末, 国内各设计院从DJX-154机转为TQ-16机, 大规模自行进行输电线路结构的设计;80年代中期PDP-1124机的出现和转型为VAX-11/780小型机, 使结构设计人员争取到宝贵的时间, 铁塔的结构设计更加合理, 为国家节约了大量投资。此后人们的注意力又转向CAD。

CAD(计算机辅助设计)是近年来发展极为迅速的新兴技术, 它在制造行业有着广泛的应用。它将计算机快速准确的处理能力同设计者的创造力、判断力有机地结起来, 设计者将大量的数据处理和绘图工作交给计算机, 自己则着重于创新和选优。这样, 既减轻了设计者的劳动强度,又可大大提高设计效率和设计质量, 因此很快被设计人员所接受。

国际上从60年代初就开始输电线路的计算机辅助工程设计研究, 现代的设计软件不仅可进行铁塔在各种载荷条件下的线性分析, 还可进行非线性的计算分析, 并与CAD软件连接直接绘制设计图纸, 大大提高工程设计质量, 缩短设计周期阴。目前, 塔型设计正朝着完全计算机化方向发展。

目前, 国内部分电力设计院也在致力于计算机软件的开发, 80年代中期, 经过多家科研单位和高等院校的努力, 终于研制成功我国第一套铁塔构造设计软件, 十几年来, 随着计算机技术的发展, 该领域的研究不断深入。

80年代末, 东北电力设计院在长春铁塔厂的协助下, 开发了铁塔构造设计与制图软件, 这套软件构造的是铁塔三维立体空间结构, 软件可检查空间和各面间的碰撞问题, 在一定范围内可自行处理角钢的切边、切角问题, 比较灵活, 可适用于各种塔型的设计。但这套软件的原始数据输入不仅格式上有较严格的要求, 而且随着软件功能的不断加强, 各类补充语句较多, 不易掌握。目前, 这套软件在长春铁塔厂, 鞍山铁塔厂使用,由于其严格的输入要求, 繁琐的操作过程, 阻碍了这套软件的进一步推广。

河北电力勘测设计院也开发了一套铁塔设计软件, 这是一套铁塔的CAD绘图软件, 但它只能体现铁塔各面的连接情况, 并不检查空间的碰撞, 它的优点是易学易用, 因此也得到了一定的推广。

目前我国铁塔构造设计软件普遍采用的方法是人工准备各节点、杆件数据, 然后用高级语言(FORTRAN,PASCAL,c语言等)进行计算, 输出节点坐标、杆件信息, 再用图形显示功能检查根据计算结果生成的图形, 根据图形显示修改原始数据。采用这种方法, 设计者每设计一个新塔型, 需要人为地反复设定塔型的主要控制尺寸。这种人为地反复调整, 要花费很多时间和精力。研究一个基本塔型

尚勉强可以, 要完成系列塔的设计以满足工程需要就不容易了。

目前, 这些软件在我国铁塔设计中已有一定的应用, 取得了一定的效果。但现有的铁塔设计软件仍处在人为调整、费时费力的低级阶段, 在面向用户方面大多不够理想, 主要表现在图形功能差、数据维护功能差、设计程序繁琐、设计周期长等。急需研制和开发智能化计算机辅助设计铁塔构造软件。

积极开发智能化的铁塔设计软件系统。当前计算机软硬件的发展为我们提供了很好的时机, 铁塔设计人员和软件设计人员应抓往机遇,总结铁塔结构, 开发面向用户的、智能化的铁塔结构设计软件系统, 提高设计效率, 使铁塔设计建立在更科学、更可靠的基础上。

4. 结语

近年来,对输电线路工程的质量要求比过去更加严格、规范,而电力行业的建筑施工部分是一项多工种、多专业的复杂的系统工程。尤其具有专业性强、施工难度大、建设周期短等特点。它包括施工测量、土石方工程、基础工程、杆塔工程、架线工程、接地工程等几大部分。瞄准国家急需解决的“西电东送”工程中出现的一系列地基基础工程关键科学技术问题,进行地基处理、岩土边坡加固、岩土工程环境保护等设计方法、施工技术等关键控制技术的探索与创新,研究开发出安全、经济、实用的科技成果为工程建设服务,彻底改变我国送电线路基础设计保守落后的现状,开创我国21世纪送电线路基础工程“技术先进、设计安全合理”的全新局面。在“十五’划一划纲要中,国网公司提出:加强城乡电网建设和改造,建设西电东送的北、中、南3条大通道。因此非常有必要加强架空输电线路地基基础工程的研究,成立专门的输电线路地基基础工程实验室,针对输电线路杆塔基础的共性、前沿和关键的科学问题,探索输电线路杆塔基础的机理和规律,形成我国系统完整的“送电线路基础设计和计算”的理论体系。

参考文献

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