强风沙（尘）输电线路冲蚀及金具磨损行为研究

More and more ultra-high voltage transmission lines were constructed in the sandy area with a length of 100 miles in Xinjiang province, which is an important energy base in China. The damage and failure accidents of the transmission lines caused by strong wind environment used to happen, while the research level of the present stage and the related design specifications cannot meet the relevant requirements. Through the installation of sandblasting device in the reflux type wind tunnel, the wind sand environment is physically simulated. The aerodynamic loads of the transmission tower components and conductors are investigated in the wind sand environment, using high frequency force balance device and the dust concentration detector, combined with the discrete numerical simulation. The effects on the surface roughness, wind speed, dust concentration on erosion of the transmission tower components are investigated by the erosion test in the wind tunnel. The swing performance and reliability of wind insulator in the wind and sand environment are analyzed, based on the investigation on dust accumulation on the U ring. The influences of dust concentration and wind speed on the wear of the fittings are evaluated with the typical U type periodic wear test data. Through the above research, it can deepen investigation on wind load, erosion and abrasion behavior of transmission line system in the strong sandstorm area. It is very significant for theoretical basis and design of erosion and wear of the transmission line system, providing the technical support for reducing transmission line failure.

新疆是我国重要的能源基地，在百里风沙区兴建的超高压输电线路越来越多，而由强风沙环境引发的输电线路破坏、失效事故频发，但现阶段的研究水平以及相关设计规范并不能满足相关的要求。本项目通过在回流式风沙风洞中加装喷沙装置还原强风沙地区实际环境。采用沙尘浓度检测仪、高频测力天平等设备，进行输电塔刚性节段缩尺模型风沙风洞试验，结合风沙离散相的数值模拟，研究风沙环境中输电塔构件和导线的气动荷载规律。对实际输电杆塔材料进行冲蚀试验，研究表面粗糙、风速、沙尘浓度等参数影响。分析风沙环境中绝缘子的绝缘性能及风偏可靠度，并进一步研究沙尘在U型环的堆积情况，以典型U型挂环的周期性风偏磨损试验数据为基础，分析沙尘浓度和风速对金具磨损的影响。本项目通过上述研究，可以加深对强风沙区输电线路风荷载、冲蚀及磨损行为的研究，为强风沙地区的输电线路冲蚀及磨损设计提供理论基础，为找到减少输电线路破坏、失效事故的办法提供技术支持。

强风沙环境会对输电线路造成很大的灾害性影响，而现阶段还没有综合考虑强风沙区风荷载、冲蚀、风偏和磨损方面的研究，本项目重点研究了强风沙环境对输电线路的影响，为强风沙地区输电线路防灾减灾奠定理论基础。项目主要完成了以下研究工作.（1）强风沙作用下输电塔典型构件风载荷特性研究。利用风沙风洞模拟实际风沙环境，完成4种沙尘浓度、4种风速的风场调试和数值模拟仿真。基于高频动态天平，分析沙尘浓度、风速对输电导线及钢材气动力特性的影响，研究不同间距、干扰角度、不同体型的风沙绕流机理。但是研究表明，风沙对构件气动荷载特性的影响不大。.（2）铁塔典型构件冲蚀性能的影响研究。改变风沙流冲蚀角度和流速，获得不同工况下杆件表面涂层或镀层的质量损失，实现输电塔杆件表面涂层在不同风速、冲蚀角、冲蚀时间及不同遮挡距离下的冲蚀规律，提出了输电铁塔杆件表面冲蚀程度的评价方法。.（3）强风沙区输电线路风偏闪络可靠度研究。进行风沙作用下输电线路的动力防风偏性能研究，明确大变形的几何非线性动力的悬垂绝缘子串风偏角响应面规律，提出输电线路防风偏闪络失效的设计方法。.(4)强风沙尘环境下金具的磨损行为研究。建立输电铁塔-导线-绝缘子-金具的体系有限元模型，研究风荷载下金具的运动规律。分析档距、张力、湍流度、风速等对金具振动的影响和特征。进行了有沙尘的金具周期性摆动磨损试验，提出复杂工况下金具的磨损机理和模型。基于新疆地区的风荷载及沙尘浓度的概率模型，建立随机荷载作用下金具的磨损评价方法。 . 通过本项目研究，明确了风沙区输电线路风荷载、冲蚀及磨损行为，为强风沙地区的输电线路冲蚀及磨损设计提供理论基础，为找到减少输电线路破坏、失效事故的办法提供技术支持。项目共发表SCI/EI收录等学术论文21篇，申请或授权专利30余项，培养博士、硕士研究生共15人，项目成果支撑获得省部级科技一等奖等科技奖励5项。.