2017 电力行业节能技术研讨会 48 特高压钢管塔及塔线耦合体系动态性能研究 贵州电网有限责任公司凯里供电局，丁志敏、邹冰洋、杨帆、王德忠、龙春晖 摘 要：为分析典型特高压钢管塔及塔线耦合体系的动态特性，利用 ANSYS 软件建立特高压钢管塔“四塔五档线” 模型，采用有限元方法对导地线进行静力学平衡计算，研究了塔线耦合体系的固有模态及振型，结果表明：有限元计算 的导地线弧垂值与理论计算值之间的相对误差均小于 5%，符合工程容许范围；塔线耦合体系具有振型多样性特点，其基 频率数值一般较小且模态振型较密集，前 500 多阶模态振型基本上都集中在导地线上，而以输电杆塔为主的模态振型则 出现的较晚，进一步验证了导地线刚度小于铁塔构件刚度。 关键词：特高压钢管塔；塔线耦合体系；三维建模；模态分析 1 引言 本文采用 ANSYS 仿真软件，建立 1000kV 特高压 钢管塔“四塔五档线”塔线耦合体系的三维有限元 模型，并对 1000kV 特高压钢管塔“四塔五档线”塔 线耦合体系进行动态性能分析，提取了前 920 阶模 态，获取了塔线体系的固有频率及模态振型。通过 对 1000kV 特高压钢管塔“四塔五档线”塔线耦合体 系研究，有助于分析特高压钢管塔塔线体系动态分 布规律，并对特高压钢管塔的结构设计和动态响应 提供了一定的参考。 2 典型特高压钢管塔及塔线耦合体系建模 2.1 典型特高压钢管塔的特征及材料参数 本文采用了江苏省设计院提供的 1000kV 钢管塔 图纸数据，其塔型为 SZ303，共有 7 种呼称高度，分 别为：48m、51m、54m、57m、60m、63m 和 66m。本 文以最高呼高 66m 杆塔（SZ303）为研究对象，对其 进行动态性能研究。 2.2 铁塔建模 目前国内外大部分电力设计院均按整体空间桁 架法进行输电铁塔的设计。按整体空间桁架法对钢 管塔进行分析时，仅考虑轴向力对其受力的影响。 钢管塔的真型试验表明：弯矩对其受力的影响不可 忽略。为了对比不同计算模型对钢管塔受力的影响， 采用通用有限元软件 ANSYS 的 BEAM4 单元对梁单元 进行模拟，采用 LINK8 单元对杆进行模拟。 一般情况下，为了对比不同模型结果与真型杆 塔试验，建立四种计算模型：1）第一种为空间桁架 模型，仅考虑轴向力对钢管塔受力的影响；2）第二 种为梁桁混合单元模型，即塔身主材及横担上下平 面的主材采用梁单元（Beam 单元） ，斜材及辅材采用 杆单元（Link 单元） ；3）第三种为空间刚架单元模 型，即钢管塔全部杆件采用梁单元；4）第四种为半 刚性模型，主要用于模拟横担斜材与主材之间的约 束关系。 针对模型的选择，通过分析表明：推荐在输电 线路铁塔结构设计时采用梁桁混合单元模型，即第 二种模型。在建立铁塔模型过程中，为进一步提高 所建模型的准确性和合理性，主材、斜材均采用以 梁单元来处理，而辅材则采用杆单元来处理。这样 主材、斜材两者的刚度和对杆塔的约束会偏大，而 辅助材的刚度和对杆塔的约束会偏小，综合两者之 和实现相互抵消，便于可靠性分析。 2.3 塔线耦合体系建模 在计算塔线耦合体系的动力学响应分析时，通 常将分裂导线等效成单根导线。只需保证等效导线 的质量和横截面的面积与分裂导线相同。本文在建