導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)計(jì)算方法研究

導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)計(jì)算方法研究

0導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)的原始計(jì)算公式大自然的風(fēng)場(chǎng)中有一條蜿蜒的河流，而空間規(guī)模大的結(jié)構(gòu)的負(fù)荷無(wú)法用一點(diǎn)速度來(lái)表達(dá)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文從陣風(fēng)響應(yīng)因子的基本概念出發(fā)，推導(dǎo)了計(jì)算導(dǎo)線檔距折減系數(shù)的原始計(jì)算公式，并將其與中國(guó)規(guī)范的導(dǎo)線風(fēng)壓不均勻系數(shù)的取值進(jìn)行了比較。隨后以河北豐寧某地實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)為例計(jì)算和探討了導(dǎo)線檔距折減系數(shù)的取值。1第一階模態(tài)的動(dòng)力響應(yīng)根據(jù)工程應(yīng)用，以及一些基本假定不同，陣風(fēng)響應(yīng)因子的公式實(shí)際上有很多種導(dǎo)線等柔性結(jié)構(gòu)的平均位移響應(yīng)通常以第一階振型響應(yīng)為主式中：位移響應(yīng)的均方根值也可以近似按照第一階模態(tài)的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算如下：式中，S式中：S式中：定義易知，對(duì)于某一結(jié)構(gòu)，J假定結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)是一個(gè)遍歷平穩(wěn)高斯過(guò)程，則其最大動(dòng)力響應(yīng)為式中，G在僅考慮背景響應(yīng)的情況下：在美國(guó)規(guī)范中其中，B式中：L為檔距；L對(duì)比式（9）和式（14）中和檔距有關(guān)的折減系數(shù)，容易發(fā)現(xiàn)：J但是其中沒(méi)有說(shuō)明振型函數(shù)取什么形式，通常導(dǎo)線振型函數(shù)采用正弦函數(shù)則式（9）的積分可以化簡(jiǎn)為取L2風(fēng)壓不均勻系數(shù)根據(jù)以上研究，陣風(fēng)響應(yīng)因子實(shí)際上同時(shí)考慮了動(dòng)力響應(yīng)放大和脈動(dòng)風(fēng)不完全相關(guān)性折減兩個(gè)因素式中，α為風(fēng)壓不均勻系數(shù)。按照美國(guó)規(guī)范中的規(guī)定，取L3河北豐寧動(dòng)力線距離折射系數(shù)的測(cè)定分析3.1河北豐寧風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)為進(jìn)一步研究我國(guó)檔距折減系數(shù)的合理取值，在河北豐寧500kV沽太一線61號(hào)、62號(hào)輸電鐵塔附近區(qū)域，布置了5基測(cè)風(fēng)塔（圖2），間距分別為10m、20m、20m和80m，測(cè)點(diǎn)高度約為20m。河北豐寧風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示，測(cè)試線路段與正北方向夾角為49°。為測(cè)試導(dǎo)線平均風(fēng)及脈動(dòng)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)分布特征，在每基測(cè)風(fēng)塔上安裝1套GILLWINDMASTERPRO三維超聲風(fēng)速儀及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測(cè)點(diǎn)之間通過(guò)GPRS授時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行同步采樣，采樣頻率為10Hz。3.2最大10min平均風(fēng)速本次測(cè)試第一期共獲取了該地2017年10月29日至2018年4月3日的風(fēng)速數(shù)據(jù)。該地所處區(qū)域?yàn)榈湫偷膬?nèi)陸山地地貌，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在觀測(cè)的約5個(gè)月中，最大的10min平均風(fēng)速在16.5m/s?？紤]到設(shè)計(jì)荷載取值主要考慮大風(fēng)速的情況，因此，首先從所有風(fēng)速數(shù)據(jù)中提取了所有10min平均風(fēng)速大于15m/s的樣本。對(duì)于輸電線路而言，順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)分量u在橫線向上的湍流積分尺度才是對(duì)導(dǎo)線風(fēng)壓影響最為顯著的湍流積分尺度。為實(shí)現(xiàn)對(duì)橫線向湍流積分尺度的分析，在這些樣本中進(jìn)一步選取了與線路走向接近于垂直的風(fēng)向角范圍內(nèi)（129°～149°、309°～329°）的風(fēng)速樣本進(jìn)行了篩選，篩選后共取得21個(gè)風(fēng)速樣本，后續(xù)風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性分析基于這些樣本進(jìn)行。3.3跨向相關(guān)性和跨向間距針對(duì)五個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行互相關(guān)分析，可以對(duì)每個(gè)樣本得到10種不同間距的互相關(guān)系數(shù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行e指數(shù)曲線擬合，可以得到跨向相關(guān)性系數(shù)，擬合公式為式（20）。式中：r表示橫風(fēng)向間距；Cov互協(xié)方差函數(shù)擬合示例如圖5所示。示例中擬合得到的系數(shù)λ為0.0287。根據(jù)紊流積分尺度的定義，橫風(fēng)向紊流積分尺度可以表示為根據(jù)式（21）可以得到示例中的橫風(fēng)向紊流積分尺度L3.4數(shù)據(jù)分析結(jié)果分析對(duì)所有21個(gè)樣本的各項(xiàng)風(fēng)參數(shù)分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示?？紤]到檔距折減系數(shù)是表征脈動(dòng)風(fēng)不完全相關(guān)性的始終小于1的系數(shù)，而且對(duì)紊流積分尺度和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算都用到了曲線擬合，計(jì)算方法本身帶有一定的不確定性，也就是說(shuō)計(jì)算得到的參數(shù)值的分布中包含了一定的計(jì)算方法的不確定性影響，并不能表征該參數(shù)的自然分布規(guī)律，因此對(duì)同一風(fēng)速區(qū)間采用樣本的平均值作為最終分析結(jié)果比較合理。最終分析得到該地橫風(fēng)向紊流積分尺度值約為38.98m，互相關(guān)系數(shù)約為0.0260，順風(fēng)向紊流度約為15.37%。根據(jù)該結(jié)果計(jì)算的檔距折減系數(shù)和我國(guó)規(guī)范風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值的比較如表3所示。從該結(jié)果看，我國(guó)規(guī)范的風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值在檔距較?。ㄐ∮?00m）時(shí)，明顯大于按實(shí)測(cè)風(fēng)參數(shù)計(jì)算得到的值，最大的差距出現(xiàn)在檔距200m時(shí)，規(guī)范值比實(shí)測(cè)值大約14%。在檔距較大（大于500m）時(shí)，規(guī)范值略小于實(shí)測(cè)值，但相對(duì)差別不超過(guò)1.61%。4風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值本文從陣風(fēng)響應(yīng)因子的基本概念出發(fā)，推導(dǎo)了計(jì)算檔距折減系數(shù)的原始計(jì)算公式，并將其與中國(guó)規(guī)范的風(fēng)壓不均勻系數(shù)的取值進(jìn)行了比較。隨后以河北豐寧某地實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)為例說(shuō)明了根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)壓不均勻系數(shù)的方法。根據(jù)該實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示，我國(guó)規(guī)范的風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值在檔距小于300m時(shí)偏于保守，在檔距大于500m時(shí)略大于實(shí)測(cè)值。需要指出的是，本文僅采用了單一場(chǎng)地5個(gè)月的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果并不具有代表性，不能