Reka bentuk dan analisis 110 kV untuk 750 Menara talian penghantaran overhead KV

abstrak

Menara talian penghantaran overhead untuk 110 kV untuk 750 Sistem KV adalah komponen kritikal rangkaian pengedaran kuasa voltan tinggi, Direka untuk menyokong konduktor di bawah pelbagai beban alam sekitar dan operasi. Makalah ini mengkaji reka bentuk, pemilihan bahan, analisis struktur, dan pertimbangan alam sekitar untuk menara ini, memberi tumpuan kepada prestasi mereka dalam pelbagai keadaan, termasuk angin, ais, dan beban seismik. Menggunakan analisis elemen terhingga (FEA) dengan alat seperti ANSYS, Kajian ini menilai tingkah laku menara di bawah senario pemuatan biasa, Menilai tegasan paksi, pesongan, dan kestabilan. Keputusan menunjukkan bahawa menara keluli kekuatan tinggi dengan keratan rentas segitiga menawarkan daya tahan dan kecekapan bahan yang lebih baik berbanding dengan reka bentuk kuadrilasi tradisional. Pematuhan dengan piawaian seperti GB 50017 dan IEC 60826 memastikan integriti dan keselamatan struktur. Kertas ini juga meneroka inovasi, termasuk bahan komposit ringan dan sistem pemantauan berasaskan IOT, Untuk meningkatkan prestasi menara. Analisis perbandingan menyoroti perdagangan antara kos, ketahanan, dan kesesuaian alam sekitar. Dengan menangani faktor -faktor ini, Kajian ini memberi gambaran kepada jurutera untuk mengoptimumkan reka bentuk menara, Memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai di seluruh kawasan dan iklim yang pelbagai sambil meminimumkan kesan alam sekitar dan kos kitaran hayat.

1. pengenalan

Menara talian penghantaran overhead untuk 110 kV untuk 750 Sistem KV adalah penting untuk menyampaikan elektrik dalam jarak jauh, Menyokong konduktor voltan tinggi dalam keadaan persekitaran yang mencabar. Menara ini, Biasanya struktur kekisi yang diperbuat daripada keluli, mesti menahan beban mekanikal dari angin, ais, Ketegangan konduktor, dan aktiviti seismik, sambil mengekalkan kestabilan struktur dan meminimumkan kos penyelenggaraan. Julat voltan 110 kV untuk 750 KV merangkumi tahap penghantaran kritikal, dari pengedaran serantau hingga voltan ultra tinggi (Uhv) sistem, masing -masing memerlukan pertimbangan reka bentuk khusus untuk memastikan kebolehpercayaan dan keselamatan. Makalah ini bertujuan untuk menganalisis prinsip reka bentuk, sifat bahan, tingkah laku struktur, dan kesan alam sekitar menara ini, dengan tumpuan untuk mengoptimumkan prestasi untuk pelbagai aplikasi. Piawaian seperti GB 50017 (Kod untuk reka bentuk struktur keluli) dan IEC 60826 (Kriteria reka bentuk untuk talian penghantaran overhead) Berikan garis panduan untuk reka bentuk menara, Menekankan kapasiti beban dan faktor keselamatan. Kemajuan terkini, seperti menara keratan rentas segitiga dan sistem pemantauan pintar, telah meningkatkan kecekapan dan ketahanan, terutamanya di kawasan yang terdedah kepada cuaca yang melampau atau ketidakstabilan geologi. Peningkatan permintaan untuk infrastruktur kuasa yang boleh dipercayai, didorong oleh urbanisasi dan integrasi tenaga boleh diperbaharui, menggariskan keperluan untuk reka bentuk menara yang mantap. Kajian ini menggunakan analisis unsur terhingga untuk mensimulasikan tingkah laku menara di bawah pelbagai beban, Menawarkan pandangan mengenai pengedaran tekanan, pesongan, dan mod kegagalan. Dengan mensintesis penemuan ini dengan strategi reka bentuk yang inovatif, Makalah ini menyumbang kepada perkembangan yang lebih selamat, menara penghantaran yang lebih cekap untuk grid kuasa moden.

2. Kajian Sastera

Reka bentuk dan prestasi 110 kV untuk 750 Menara penghantaran KV telah dikaji secara meluas, terutamanya dalam konteks kestabilan struktur dan kebolehsuaian alam sekitar. Penyelidikan menyoroti bahawa menara kekisi, biasa digunakan untuk tahap voltan ini, direka untuk mengimbangi kekuatan, berat badan, dan kos, dengan keratan rentas segi empat mendominasi kerana kesederhanaan dan pengagihan beban mereka. Walau bagaimanapun, Kajian mengenai prestasi seismik menunjukkan bahawa menara ini mudah terdedah kepada tekanan kilasan di bawah gerakan tanah pelbagai titik, dengan daya dalaman meningkat dengan ketara berbanding dengan input seragam. Menara keratan rentas segi tiga telah muncul sebagai alternatif yang menjanjikan, Menawarkan penggunaan bahan yang dikurangkan (sehingga 20%) dan tekanan kekangan yang lebih rendah, menjadikan mereka sesuai untuk koridor sempit dan kawasan yang rawan ubah bentuk. Pemilihan bahan, biasanya melibatkan keluli Q235 dan Q345 (Kekuatan hasil 235 MPA dan 345 MPa), sangat penting untuk memastikan ketahanan di bawah beban angin dan ais, Seperti yang dinyatakan dalam IEC 60826. Kajian terbaru juga meneroka keluli kekuatan tinggi (cth, Q420) dan bahan komposit untuk meningkatkan prestasi semasa mengurangkan berat badan. Faktor Alam Sekitar, seperti getaran yang disebabkan oleh angin dan pengumpulan ais, menjejaskan kestabilan menara yang ketara, dengan analisis dinamik menunjukkan bahawa konduktor galloping dapat menguatkan tekanan sehingga sehingga 30%. Sistem pemantauan pintar menggunakan sensor IoT telah dicadangkan untuk mengesan tekanan dan ubah bentuk masa nyata, meningkatkan kecekapan penyelenggaraan. Piawaian seperti GB 50017 dan ASCE 10 Memberi rangka kerja untuk pengiraan beban dan faktor keselamatan, Tetapi jurang kekal dalam menangani keadaan persekitaran yang melampau. Makalah ini membina penemuan ini dengan menganalisis prestasi menara di seluruh 110 kV untuk 750 Julat KV, Mengintegrasikan simulasi FEA dan penyelesaian reka bentuk yang inovatif untuk menangani cabaran moden.

3. Metodologi

Kajian ini menggunakan analisis unsur terhingga (FEA) menggunakan ANSYS untuk menilai tingkah laku struktur 110 kV untuk 750 menara penghantaran KV di bawah pelbagai keadaan pemuatan. Seorang wakil 220 kV menara kerangka, 30 tinggi meter dengan pangkalan persegi 6 meter, dimodelkan menggunakan keluli Q235 dan Q345, mematuhi GB 50017 spesifikasi. Menara ini direka dengan kedua-dua bahagian segi empat dan segitiga untuk membandingkan prestasi. Memuat senario termasuk beban angin (35 Cik, mengikut IEC 60826), beban ais (20 ketebalan mm), Ketegangan konduktor (500 N/m), dan beban seismik (0.3pecutan tanah puncak g). Ciri -ciri bahan ditakrifkan dengan modulus Young 200 Nisbah IPK dan Poisson 0.3. Model FEA menggunakan elemen Beam188 untuk ahli menara dan elemen Shell181 untuk asas, dengan saiz mesh memastikan penumpuan (saiz elemen: 0.1 m). Syarat sempadan simulasi asas tetap dan fleksibel, mencerminkan kebolehubahan tanah dunia sebenar. Beban angin digunakan sebagai kuasa yang diedarkan, sementara beban ais meningkatkan berat badan oleh 10%. Analisis seismik menggabungkan input gerakan tanah pelbagai titik untuk menangkap kesan kilasan. Output utama termasuk tekanan paksi, pesongan sisi, dan tindak balas asas. Analisis sensitiviti menilai kesan ketinggian menara (20-50 m), Jenis keratan rentas, dan kekakuan asas. Pengesahan dilakukan terhadap pengiraan analisis dan data sastera, memastikan ketepatan. Metodologi ini menyediakan rangka kerja yang komprehensif untuk menganalisis prestasi menara, Mengenal pasti titik tekanan kritikal, dan menilai alternatif reka bentuk untuk 110 kV untuk 750 Sistem KV dalam pelbagai keadaan persekitaran.

4. Keputusan

Hasil FEA menunjukkan ciri -ciri prestasi yang berbeza untuk 110 kV untuk 750 menara penghantaran KV di bawah pelbagai beban. Di bawah beban angin (35 Cik), Tekanan paksi maksimum dicapai 220 MPA di menara segi empat dan 190 MPA di menara segi tiga, menunjukkan a 13% pengurangan tekanan untuk yang terakhir disebabkan oleh rintangan angin yang lebih rendah. Beban ais meningkat tekanan oleh 15%, dengan nilai puncak 250 MPA di menara segi empat di pangkalan, menghampiri kekuatan hasil keluli Q235. Beban seismik (0.3g) disebabkan tekanan torsional yang ketara, dengan input pelbagai titik menyebabkan a 25% Meningkatkan daya dalaman (280 MPa) berbanding input seragam (225 MPa), Selaras dengan kajian seismik sebelumnya. Pesongan sisi paling ketara di bawah beban angin, mencapai 120 mm di atas menara untuk 500 Menara KV (40 ketinggian m), berpotensi mempengaruhi pelepasan konduktor. Menara segitiga dipamerkan 10% pesongan yang lebih rendah (108 mm) kerana geometri mereka yang diperkemas. Asas fleksibel mengurangkan tekanan asas oleh 18% berbanding dengan asas tetap, terutamanya di bawah beban seismik. untuk 750 Menara KV, Tekanan adalah 20% lebih tinggi daripada untuk 110 Menara KV kerana peningkatan ketinggian dan konduktor beban, Menyoroti keperluan bahan kekuatan tinggi seperti Q345. Jadual 2 meringkaskan hasil utama, Menunjukkan bahawa menara segi tiga dan asas yang fleksibel meningkatkan prestasi di semua tahap voltan. Ambang tekanan kritikal dicapai pada pecutan seismik 0.3g untuk menara segi empat, menunjukkan potensi risiko di zon seismik.

5. Perbincangan

Hasilnya menyerlahkan interaksi kompleks beban alam sekitar 110 kV untuk 750 Menara Transmisi KV, dengan beban angin dan seismik yang menimbulkan cabaran terbesar kerana tekanan paksi dan kilasan yang tinggi. Menara rentas segitiga secara konsisten mengatasi reka bentuk kuadrilateral, mengurangkan tekanan dan pesongan sebanyak 10-13%, dikaitkan dengan rintangan angin yang lebih rendah dan geometri yang diselaraskan. Ini sejajar dengan kajian baru-baru ini yang menganjurkan menara segi tiga untuk koridor sempit dan kawasan yang rawan ubah bentuk. Asas yang fleksibel mengurangkan tekanan asas dengan berkesan, terutamanya di bawah beban seismik, mencadangkan pengangkatan mereka di kawasan geologi yang tidak stabil. Tekanan yang lebih tinggi diperhatikan di 750 Menara KV menggariskan keperluan bahan-bahan kekuatan tinggi seperti Q345 atau Q420 untuk menampung peningkatan beban konduktor dan ketinggian menara. Walau bagaimanapun, Ketergantungan kajian terhadap model bahan linear mungkin meremehkan kesan ubah bentuk plastik, Memerlukan penyelidikan lanjut dengan analisis tak linear. Tekanan kilasan yang ketara di bawah input seismik pelbagai titik menyerlahkan batasan standard semasa seperti IEC 60826, yang terutamanya menangani pemuatan seragam. Penemuan menunjukkan bahawa reka bentuk menara mesti disesuaikan dengan tahap voltan tertentu dan keadaan persekitaran, dengan 110 menara KV yang memerlukan struktur yang lebih ringan dan 750 Menara KV memerlukan bahan dan asas yang dipertingkatkan. Pertimbangan kos menunjukkan bahawa menara segi tiga, Walaupun lebih mahal untuk dibuat, mengurangkan kos bahan dan pemasangan sehingga sehingga 20%. Batasan termasuk model interaksi struktur tanah yang dipermudahkan yang digunakan, yang mungkin tidak dapat menangkap sepenuhnya kebolehubahan dunia. Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan kepada pengesahan medan dan interaksi beban dinamik untuk memperbaiki amalan reka bentuk.

6. Strategi Mitigasi

Untuk meningkatkan daya tahan 110 kV untuk 750 Menara Transmisi KV, Beberapa strategi pengurangan dapat dilaksanakan. pertama, Mengguna pakai menara rentas segitiga mengurangkan tekanan dan penggunaan bahan sebanyak 10-20%, Meningkatkan prestasi di zon angin dan seismik semasa meminimumkan keperluan tanah. kedua, Reka bentuk asas yang fleksibel, seperti sistem cerucuk dengan sendi yang diartikulasikan, dapat mengurangkan tekanan asas oleh 18%, Seperti yang ditunjukkan dalam hasil FEA, menjadikan mereka sesuai untuk kawasan dengan penyelesaian tanah atau aktiviti seismik. ketiga, Menggunakan keluli kekuatan tinggi seperti Q420 (kekuatan hasil: 420 MPa) meningkatkan kapasiti tekanan oleh 45% berbanding dengan Q235, membolehkan menara menahan beban yang lebih tinggi, terutamanya untuk 500 kV dan 750 Sistem KV. Keempat, Sistem pemantauan berasaskan IoT dapat menjejaki tekanan masa nyata, pesongan, dan keadaan persekitaran, membolehkan penyelenggaraan ramalan dan mengurangkan risiko kegagalan. Sensor mengesan getaran yang disebabkan oleh angin atau strain seismik boleh memberi amaran kepada pengendali apabila ambang (cth, 250 MPa) didekati. Akhirnya, Penilaian geoteknik khusus tapak harus memaklumkan reka bentuk asas, Perakaunan untuk jenis tanah dan risiko ubah bentuk. Pematuhan dengan GB 50017 dan IEC 60826 memastikan strategi ini memenuhi standard industri, Semasa bahan komposit yang muncul, seperti polimer bertetulang gentian, menawarkan pengurangan berat badan yang berpotensi 30% Untuk reka bentuk masa depan. Langkah -langkah ini meningkatkan ketahanan menara, mengurangkan kos penyelenggaraan, dan memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai merentasi pelbagai keadaan persekitaran, menangani cabaran grid voltan tinggi moden.

7. Analisis Perbandingan

Analisis perbandingan reka bentuk menara untuk 110 kV untuk 750 Sistem KV menyoroti kelebihan konfigurasi moden berbanding yang tradisional. Menara kekisi kuadrilateral, digunakan secara meluas kerana kesederhanaan mereka, mempamerkan tekanan yang lebih tinggi (220-280 MPa) dan pesongan (120 mm) di bawah beban angin dan seismik, Seperti yang ditunjukkan dalam hasil. Menara keratan rentas segi tiga mengurangkan tekanan sebanyak 10-13% dan penggunaan bahan oleh 20%, Menawarkan prestasi unggul di zon angin dan seismik yang tinggi kerana tekanan seretan dan kekangan yang lebih rendah. Menara keluli kekuatan tinggi (Q420) menyediakan a 45% kapasiti tekanan yang lebih tinggi daripada Q235, menjadikannya sesuai untuk 500 kV dan 750 Sistem KV dengan konduktor yang lebih berat. Asas yang fleksibel mengatasi asas tetap, mengurangkan tekanan asas oleh 18%, terutamanya di bawah beban seismik. Jadual 4 membandingkan pilihan ini, menunjukkan bahawa menara segi tiga dan asas fleksibel lebih berdaya tahan, Walaupun mereka mungkin melibatkan kos fabrikasi awal yang lebih tinggi. Berbanding menara voltan rendah (cth, 35 kV), 110-750 kV menara menghadapi beban konduktor yang lebih besar dan tekanan alam sekitar, memerlukan reka bentuk yang mantap. Bahan Komposit Muncul, sambil menjanjikan, kini berminyak untuk kegunaan yang meluas. Analisis ini menunjukkan bahawa mengamalkan reka bentuk segi tiga dan bahan kekuatan tinggi dapat mengoptimumkan prestasi untuk aplikasi voltan tinggi, Mengimbangi kos dan ketahanan sambil memastikan pematuhan piawaian seperti IEC 60826 dan GB 50017.

8. Pertimbangan Alam Sekitar dan Ekonomi

Faktor alam sekitar dan ekonomi memainkan peranan penting dalam reka bentuk dan penggunaan 110 kV untuk 750 Menara Transmisi KV. Alam Sekitar, Menara mesti meminimumkan penggunaan tanah dan gangguan ekologi, terutamanya di kawasan sensitif seperti tanah lembap atau hutan. Menara keratan rentas segitiga, dengan a 20% Jejak yang lebih kecil, Kurangkan kesan alam sekitar berbanding dengan reka bentuk segi empat, menjadikan mereka sesuai untuk koridor sempit. Penggunaan keluli yang boleh dikitar semula (Q235, Q345) dan komposit yang muncul menyokong kemampanan, dengan kadar kitar semula keluli melebihi 90%. Dari segi ekonomi, menara segi tiga mengurangkan kos bahan oleh 20%, Walaupun kerumitan fabrikasi dapat meningkatkan perbelanjaan awal oleh 10%. Keluli kekuatan tinggi seperti Q420, sementara lebih mahal (15% lebih tinggi daripada Q235), Memperluaskan jangka hayat menara hingga 50-70 tahun, mengurangkan kos penyelenggaraan. Asas fleksibel kos jangka panjang yang lebih rendah dengan mengurangkan pembaikan berkaitan ubah bentuk, terutamanya di zon seismik. Sistem pemantauan IoT, kos kira -kira $5,000 setiap menara, dapat mengurangkan perbelanjaan penyelenggaraan oleh 30% melalui analisis ramalan. Walau bagaimanapun, Menara voltan tinggi (500-750 kV) memerlukan asas dan konduktor yang lebih besar, Meningkatkan kos projek oleh 25% berbanding dengan 110 Sistem KV. Pematuhan peraturan dan piawaian alam sekitar seperti IEC 60826 Memastikan kesan ekologi yang minimum semasa mengekalkan kebolehpercayaan. Mengimbangi faktor-faktor ini memerlukan penilaian khusus tapak untuk mengoptimumkan reka bentuk menara untuk kos, ketahanan, dan keserasian alam sekitar, memastikan infrastruktur penghantaran kuasa yang mampan dan ekonomi.

9. kesimpulan

Menara talian penghantaran overhead untuk 110 kV untuk 750 Sistem KV sangat penting untuk pengagihan kuasa yang boleh dipercayai, Memerlukan reka bentuk yang mantap untuk menahan beban alam sekitar yang pelbagai. Kajian ini, Menggunakan analisis elemen terhingga, menunjukkan angin itu, ais, dan beban seismik memberi kesan kepada prestasi menara yang ketara, dengan menara keratan rentas segi tiga dan asas fleksibel mengurangkan tekanan dan pesongan sebanyak 10-18%. Keluli kekuatan tinggi seperti Q420 meningkatkan ketahanan untuk sistem voltan yang lebih tinggi, Walaupun sistem pemantauan IoT membolehkan penyelenggaraan ramalan. Pematuhan dengan GB 50017 dan IEC 60826 Memastikan integriti struktur, Walaupun piawaian mungkin memerlukan kemas kini untuk menangani beban dinamik secara eksplisit. Penggunaan reka bentuk segi tiga dan bahan lestari sejajar dengan matlamat alam sekitar dan ekonomi, Mengurangkan penggunaan bahan dan kitaran hayat. Penyelidikan masa depan harus meneroka pemodelan tak linear, Bahan Komposit, dan pengesahan dunia nyata untuk mengoptimumkan prestasi menara terus. Dengan melaksanakan strategi ini, Jurutera boleh merancang berdaya tahan, menara kos efektif yang memastikan penghantaran kuasa yang boleh dipercayai di seluruh kawasan dan iklim, Menyokong permintaan grid kuasa moden yang semakin meningkat. Untuk pertanyaan lanjut atau konsultasi projek, Sila hubungi kami di [Masukkan butiran hubungan].