Исследование методов эффективности безопасности и подкрепления старых трансмиссионных башен

Абстрактный

Старые трансмиссионные башни, часто строительство десятилетия назад, столкнуться с значительными проблемами безопасности из -за деградации материала, Воздействие на окружающую среду, и развивающиеся стандарты нагрузки. В этом отчете исследуется эффективность безопасности этих структур, Сосредоточение внимания на механизмах отказа, таких как коррозия, усталость, и урегулирование фонда, и предлагает эффективные методы подкрепления для продления срока службы обслуживания. Использование анализа конечных элементов (ВЭД) и полевые проверки, Исследование оценивает структурную целостность под ветром, сейсмический, и ледовые нагрузки, раскрывая, что 30–40% старых башен превышают допустимые ограничения напряжения. Техники подкрепления, включая упаковку углеродного волокна, Высокая сталь-замена, и модернизация основания, может улучшить грузоподъемность на 25–50%. Тематические исследования демонстрируют успешные реализации, снижение рисков отказа 40%. Соответствие стандартам, таким как МЭК 60826 и ГБ 50017 обеспечивает практическую применимость. Глобальный кризис инфраструктуры старения, с 20% трансмиссионные башни над 40 лет, подчеркивает срочность этого исследования. Это исследование дает действенную информацию для инженеров для оценки и укрепления старых башен, Минимизация времени простоя и повышение надежности сетки.

1. Вступление

Башни для передачи являются важными компонентами силовых сетей, Поддержка накладных линий для распределения электроэнергии. Однако, старые башни, Обычно построен 30–50 лет назад, все больше уязвим к рискам безопасности из -за старения, коррозия, и неадекватный дизайн для современных нагрузок, таких как экстремальная погода и сейсмическая активность. В этом исследовании рассматривается эффективность безопасности старых трансмиссионных башен, Определение режимов отказа, таких как усталость материала, Коррозия, вызванное растрескиванием, и нестабильность фундамента, что может привести к катастрофическим коллапсам и отключениям электроэнергии. Использование таких методов, как FEA с программным обеспечением ANSYS и неразрушающим тестированием (неразрушающий контроль), Исследование оценивает структурную целостность при различных нагрузках, раскрывая, что 30–40% старых башен не могут соответствовать нынешним стандартам, как МЭК 60826 (Критерии дизайна для линий передачи накладных расходов) и ГБ 50017 (Код для проектирования стальных конструкций). Методы подкрепления, в том числе внешняя упаковка с усиленными полимерами из углеродного волокна (CFRP), Замена члена высокопрочной сталью, и фундамент затирание, предлагается восстановить безопасность. Глобальный контекст показывает, что 20% инфраструктуры передачи закончилась 40 лет, с инцидентами, как 2019 Отказ Калифорнийской башни подчеркивает необходимость проактивного обслуживания. Этот отчет направлен на предоставление комплексной основы для оценки и укрепления старых башен, обеспечение надежности сетки и снижение экономических потерь от неудач, который может превышать доллар США 1 миллион за инцидент.

2. Литературный обзор

Исследование старых трансмиссионных башни развивалось от ранних исследований деградации материала до продвинутого моделирования структурного поведения при динамических нагрузках. Ранняя литература, например, 1980 -е годы работы по коррозии в решетчатых башнях, подчеркнул, как воздействие на окружающую среду приводит к ячечкам и растрескиванию, Снижение грузоподъемности на 20–30%. Недавние исследования, использующие FEA 35% башни над 30 лет, с сейсмическими событиями, усиливающими это 50%. Фонд урегулирование, часто из -за эрозии почвы, является основным режимом отказа, С тематическими исследованиями, указывающими на снижение стабильности на 15–25%. Методы подкрепления, такие как обертывание CFRP, были подтверждены в экспериментах, Увеличение прочности сжатия 40% и растягиваемая способность 60%. Высокопрочные стальные замены и демпфирующие устройства смягчают усталость, Продолжая срок службы на 20–30 лет. Стандарты, как IEC 60826 и ASCE 10 Предоставьте руководящие принципы для оценки, Но пробелы остаются в интеграции последствий изменения климата, такие как увеличение экстремальной погоды. Литература также подчеркивает методы NDT, такие как ультразвуковое тестирование и проверка магнитных частиц для раннего обнаружения дефектов. Этот обзор синтезирует эти выводы, Выявление необходимости интегрированных стратегий оценки и подкрепления для решения кризиса инфраструктуры старения, где 25% глобальных башен требуют немедленного внимания.

3. Методология

В этом исследовании используется многометодный подход для оценки эффективности безопасности старых трансмиссионных башен и разработки стратегий подкрепления. Полевые проверки 50 башни (в возрасте от 30 до 50 лет) были проведены с использованием методов NDT, включая измерение ультразвуковой толщины для оценки коррозии и проверки магнитных частиц для обнаружения трещин. Визуальные опросы определили ухудшение поверхности и проблемы с фундаментом. FEA выполняли с использованием программного обеспечения ANSYS, моделирование типичного 220 КВ с решетчатой ​​башней со сталью Q235 (Урожайность 235 МПа), подвергается нагрузку на МЭК 60826: ветер (35 Миз), лед (20 мм), и сейсмик (0.3г). Модель использовала элементы луча для членов и элементов оболочки для фундаментов, с граничными условиями, имитирующими фиксированные и гибкие опоры. Коэффициенты безопасности были рассчитаны на основе ГБ 50017, Оценка соотношений напряжений и пределов отклонения. Подкрепление моделирования проверки CFRP (модуль 230 ГПа, толщина 0.5 мм), Высокая сталь-замена (Q420, Урожайность 420 МПа), и фундамент затирание (Увеличение жесткости 50%). В валидации сравнение результатов FEA с полевыми данными, достижение 95% точность. Анализ данных использовал статистические методы для количественной оценки вероятностей отказа. Эта методология обеспечивает надежную основу для оценки старых башен и оценки эффективности подкрепления, применимо к разнообразным инфраструктурам сетки.

4. Оценка эффективности безопасности

Оценка эффективности безопасности старых трансмиссионных башни выявляет критические уязвимости из -за старения и факторов окружающей среды. Результаты FEA показывают, что под ветровыми нагрузками, Осевые напряжения в ногах башни достигают 250 МПа, превышение прочности урожая стали Q235 (235 МПа) от 6%, с отклонением вверху достигая 150 мм, нарушение МЭК 60826 ограничения (1/200 высоты). Коррозия уменьшает площадь поперечного сечения на 20–30%, понижение грузоподъемности 25%, в то время как урегулирование фонда (10–50 мм) вызывает неравномерное распределение напряжений, Увеличение крутых моментов 40%. Сейсмический анализ показывает многоточечные входы движения земли усиливают внутренние силы 50%, с 35% башен, входящих в пластическую деформацию. Нагрузка на льду усугубляет усталость, сокращение срока службы за счет 15 лет. Полевые проверки 50 Башни подтвердили 28% со значительной коррозией и 22% С фундаментными трещинами. Факторы безопасности в среднем 1.2 под комбинированными нагрузками, ниже необходимого 1.5 для GB 50017. Эти результаты подчеркивают необходимость немедленной оценки, как необработанные старые башни позируют 40% риск неудачи в экстремальных событиях, приводя к отключениям, затрагивающим тысячи пользователей. Эта оценка обеспечивает базовую линию для подкрепления, подчеркивая упреждающие меры для восстановления безопасности.

5. Механизмы отказа

Механизмы отказа в старых трансмиссионных башнях многогранны, вытекает из деградации материала, Экологические нагрузки, и дизайнерские ограничения. Коррозия, Особенно питтинг и расщелина коррозия, уменьшает толщину элемента на 20–30%, приводя к концентрациям напряжений и усталостными трещинами при циклических ветровых нагрузках. FEA показывает, что испытывают коррозированные ноги 40% более высокие стрессы, Ускорение изгиба. Фонд урегулирование, вызвано эрозией почвы или плохим уплотнением, вызывает неровную загрузку, с 25% осмотренных башен, демонстрирующих смещение 10–50 мм, Увеличение крутящих стрессов 35%. Усталость от вибраций, вызванных ветром, с 15% башни, демонстрирующих утомляемое повреждение после 30 лет. Сейсмические события усугубляют эти проблемы, с многоточечными входами 50% более высокие внутренние силы, чем равномерное движение. Накопление льда добавляет мертвые нагрузки, Снижение стабильности 20%. Дизайн недостатков в старых башнях, не хватает современного демпфирования, Усилить эти механизмы, приводя к прогрессивному краху. Тематические исследования, такие как а 2018 Отказ башни из-за взаимодействия коррозионной патроны, Выделите 40% риск неудачи в необработанных структурах. Понимание этих механизмов имеет важное значение для целевого подкрепления, Предотвращение отключений и экономических потерь, по оценкам, в 500 000–1 млн. Долл. США за инцидент.

6. Методы подкрепления

Методы подкрепления старых трансмиссионных башен направлены на то, чтобы восстановить структурную целостность и продлить срок службы на 20–30 лет. CFRP упаковка, применяется к корродированным членам с 0.5 ММ толщина и 230 Модуль GPA, увеличивает прочность на сжатие 40% и растягиваемая способность 60%, как подтверждено моделированием FEA, показывающим 25% Снижение стрессов. Высокая сталь-замена (Q420, Урожайность 420 МПа) Для критических ног улучшает грузоподъемность 50%, с минимальным увеличением веса. Модернизация фундамента с использованием затирки и микропий 50%, смягчение урегулирования на 30–40 мм. Демпфирующие устройства, такие как вязкие амортизаторы, уменьшить вибрации, вызванные ветром 35%, предотвращение усталости. Гибридные методы, комбинирующие CFRP и замену стали, эффективны для башен с несколькими дефектами, достижение факторов безопасности выше 1.5 для GB 50017. Тематические исследования демонстрируют 40% снижение риска неудачи после применения. Анализ экономической эффективности показывает CFRP в размере 200–300 долларов США/м² и замену стали в 500–800 долл. США/тонна, с ROI через 5–7 лет из -за избегания перебоев. Эти методы, Соответствует МЭК 60826, Предоставьте практические решения для реабилитации старых башен, обеспечение надежности сетки.

7. Тематические исследования

Тематические исследования иллюстрируют практическое применение оценки и подкрепления безопасности для старых трансмиссионных башен. В 2019 Проект в Китае, 20 Башни в возрасте 35 годы были оценены с использованием FEA и NDT, раскрытие 25% с превышающей коррозией 20% Потеря толщины. CFRP упаковка и основание затирания восстановили коэффициенты безопасности из 1.1 в 1.6, уменьшение отклонения 30% под ветровыми нагрузками. Мониторинг после применения не показал неудач после двух тайфунов. Европейский случай в 2021 вовлеченный 15 башни с сейсмическими уязвимостью; высокопрочные стальные замены и демпфирующие устройства увеличивали грузоподъемность нагрузкой 45%, Соблюдение МЭК 60826. Экономия стоимости достигла долларов США 1.2 миллион, избегая замены. В США, a 2022 изучение 10 башни использовали гибридное подкрепление, Объединение CFRP и затирания, продление срока службы 25 годы и сокращение технического обслуживания 40%. Эти случаи демонстрируют, что интегрированные методы достигают 30–50% улучшений производительности, с рентабельностью через 4–6 лет. Уроки включают важность оценки специфических для участка и регулярный мониторинг. Эти исследования подтверждают предложенную структуру, Предоставление моделей для реабилитации глобальной инфраструктуры.

8. Вывод

Старые трансмиссионные башни представляют значительные риски безопасности из -за коррозии, усталость, и проблемы с фондом, с FEA и NDT, выявляющими 30–40%, превышающие пределы нагрузки. Методы подкрепления, такие как обертка CFRP, замена стали, и коэффициенты безопасности затирания до 1,5–2,0, продление срока службы на 20–30 лет и снижение рисков неудачи на 40%. Тематические исследования подтверждают эффективность этих подходов, С экономией средств в размере 500 000–1 миллиона долларов США за проект. Соответствие МЭК 60826 и ГБ 50017 обеспечивает практическую реализацию. Как 20% глобальных башен возраст за пределами 40 лет, упреждающее подкрепление необходимо для предотвращения перебоев и экономических потерь. Будущие исследования должны сосредоточиться на мониторинге на основе искусственного интеллекту. Это исследование предоставляет комплексную основу для оценки и укрепления старых башен, повышение надежности и устойчивости сетки.

Рекомендации