輸電設計的案例
基于Ls-Dyna求解的結構設計競賽輸電塔抗扭能力仿真優化
研究背景
我國是世界上最大的電能源消費國，為滿足我國能源大規模、遠距離輸送和大范圍優化配置的迫切需要，發展高壓輸電通道已成必然。輸電塔作為輸電通道最重要的基本單元，是輸電線路的直接支撐結構。作為為高聳構筑物，輸電塔所處環境地形復雜，承受包括風荷載、冰荷載、導地線荷載等多種形式的作用，其安全性和可靠性長期以來受到廣大學者及設計人員的密切關注。在西北地區，輸電塔承受多方向的風荷載使其結構的內力布置復雜，極容易使塔身受剪、受扭導致其破壞。
研究方法
對此情況，中國土木工程協會舉辦全國大學生結構設計大賽（以下簡稱結構競賽），力求發揮大學生創新能力，尋求解決不利荷載下輸電塔最優設計方案。本次投稿作品，分以下三點進行優化，（1）首先依照結構競賽中我組的第一版輸電塔結構設計為原型，在目標承載下進行仿真。（2）其次根據結果分析模型承載缺陷，結合模型試驗破壞特征進行調整。（3）最后利用Ls-Dyna求解優化，提出更理想的結構設計方案。
模型概況
圖1 模型概況
荷載概況
其主要受力特點為底部受剪、塔 身受扭、一側主桿受壓、一側主桿受拉的形式。電塔在導線布置平行方向（0度）分布三根導線，一根導線（1#）作用在塔尖處，塔凸角不同兩側各分布一根導線（2#、3#）；電塔在導線布置垂直方向（90度）即塔尖處布置導線（4#），加載情況見表1，加載位置見圖2。
展開 基于ANSYS APDL的某輸電塔塔架 結構尺寸優化設計
近年來，電力行業的快速發展推動了輸電線路鐵塔行業的發展。輸電線路鐵塔，按其形狀一般分為：酒杯型、貓頭型、上字型、干字型和桶型五種。本案例以一桶型輸電塔塔架為例，對其進行尺寸優化分析，簡要介紹采用ANSYS Design OPT進行優化分析的一般步驟。
某塔架塔高51m，底部開間23.16m，頂部開間8m，結構主材采用Q420、Q345和Q235三種角鋼，鋼材材料密度取 7850 kg/m3,彈性模量取205GPa。采用link180單元模擬各個桿件，各個桿件的截面面積通過實常數的方式進行賦值，結構底部固結。結構有限元模型如下：
結構所受荷載主要為風荷載與結構自重，風荷載簡化為集中荷載作用于節點上，且與塔架成45度，為方便加載，將45度風荷載簡化為X方向和Y方向的水平荷載，加載示意圖如下：
結構在自重和風荷載作用下的位移云圖如下所示：
按照甲方要求，需要對該鐵塔進行結構尺寸優化，優化相關要求說明如下：
結構優化目標：結構塔重
結構優化變量：結構底部開間尺寸，結構頂部開口尺寸
結構優化限制：1) 優化尺寸變化范圍為原結構尺寸的正負10%
2) 優化后結構最大位移不能大于優化前結構位移
3) 結構桿件最大應力不能超過材料應力屈服強度
4）優化后的結構第一階自振頻率應大于優化前的第一階自振頻率
按照上述變量，分別設定了優化分析所需要的設計變量、狀態變量、目標函數，優化部分的命令流如下：
/opt
opanl,jianmo,mac
！
展開 如何判斷電力鐵塔的電壓？
先說說輸電桿塔的概念，輸電導線是由輸電桿塔一段一段撐起來的，高電壓等級的用“鐵塔”，低電壓等級的比如居民區里見的一般用“木頭桿”或“水泥桿”，合起來統稱“桿塔”。高電壓等級的線路需要有更大的安全距離，所以要架得很高，只有鐵塔才能有能力負擔數十噸的線路，一根電線桿架不了這么高、也沒這么大支撐力，所以電線桿都是較低電壓等級的。
問題來了：怎么一眼看出輸電線路的電壓呢？秘訣是“三看”：看桿塔高度、看絕緣子串長度、看導線分裂數。
第一種方法： 看高度。當然，電壓等級越高，對地的距離就會越大！
這是1000千伏特高壓輸電線路。
在不考慮建筑物、樹木、鐵路、河流、交通困難地區以及山坡、巖石等的情況下，根據《架空輸電線路設計規范》要求，1000千伏電壓等級的輸電線路距地應在25米左右。切記，這是對地面或跨越物品的最近距離喲。所以，一旦目測輸電線路與地距離超過25米，那一定是高大上的特高壓線路。
這是750千伏線路 。雖然，這個電壓等級的輸電線路只出現在西北地區，但也應該知道這個最小距地距離應該是20米。
這是500千伏輸電線路。500千伏輸電線路較常見，一定要看清哦。記住，目測大于15米。
110千伏輸電線路
實際上，330千伏220千伏和110千伏輸電線路的距地距離相差較小，都是在6～8米之間，肉眼不是那么好區別。親，別急，他們可以通過第二種方式（絕緣子數量）來判斷哦。
通常，架空線路要考慮導線弧垂和絕緣子長度的，所以，實際對地距離都要大一些。一般來說，110千伏、220千伏和330千伏離地要10幾米，500千伏距地要20多米，750千伏要大于25米，而1000千伏要超過35米。
第二種方法： 看絕緣子數量。
什么是絕緣子？
展開 如何提高特高壓直流的可靠性
所有提高常規直流輸電可靠性的措施對于提高特高壓直流輸電的可靠性依然有效，并且要進一步予以加強。主要包括：降低元部件故障率；采取合理的結構設計，如模塊化、開放式等；廣泛采用冗余的概念，如控制保護系統、水冷系統的并行冗余和晶閘管的串行冗余等；加強設備狀態監視和設備自檢功能等。
針對常規直流工程中存在的問題，如曾經導致直流系統極或者雙極停運的站用電系統、換流變本體保護繼電器、直流保護系統單元件故障等薄弱環節，在特高壓直流輸電系統的設計和建設中將采取措施進行改進。此外，還將加強運行維護人員的培訓，適當增加易損件的備用。
提高特高壓直流輸電工程可靠性，還可以在設計原則上確保每一個極之間以及每極的各個換流器之間最大程度相互獨立，避免相互之間的故障傳遞。其獨立性除了主回路之外，還需要考慮：閥廳布置、供電系統、供水系統、電纜溝、控制保護系統等。
展開 
如何判斷電力鐵塔的電壓？
先說說輸電桿塔的概念，輸電導線是由輸電桿塔一段一段撐起來的，高電壓等級的用“鐵塔”，低電壓等級的比如居民區里見的一般用“木頭桿”或“水泥桿”，合起來統稱“桿塔”。高電壓等級的線路需要有更大的安全距離，所以要架得很高，只有鐵塔才能有能力負擔數十噸的線路，一根電線桿架不了這么高、也沒這么大支撐力，所以電線桿都是較低電壓等級的。
問題來了：怎么一眼看出輸電線路的電壓呢？秘訣是“三看”：看桿塔高度、看絕緣子串長度、看導線分裂數。
第一種方法： 看高度。當然，電壓等級越高，對地的距離就會越大！
這是1000千伏特高壓輸電線路。
在不考慮建筑物、樹木、鐵路、河流、交通困難地區以及山坡、巖石等的情況下，根據《架空輸電線路設計規范》要求，1000千伏電壓等級的輸電線路距地應在25米左右。切記，這是對地面或跨越物品的最近距離喲。所以，一旦目測輸電線路與地距離超過25米，那一定是高大上的特高壓線路。
這是750千伏線路 。雖然，這個電壓等級的輸電線路只出現在西北地區，但也應該知道這個最小距地距離應該是20米。
這是500千伏輸電線路。500千伏輸電線路較常見，一定要看清哦。記住，目測大于15米。
110千伏輸電線路
實際上，330千伏220千伏和110千伏輸電線路的距地距離相差較小，都是在6～8米之間，肉眼不是那么好區別。親，別急，他們可以通過第二種方式（絕緣子數量）來判斷哦。
通常，架空線路要考慮導線弧垂和絕緣子長度的，所以，實際對地距離都要大一些。一般來說，110千伏、220千伏和330千伏離地要10幾米，500千伏距地要20多米，750千伏要大于25米，而1000千伏要超過35米。
第二種方法： 看絕緣子數量。
展開 漲知識了！如何判斷電力鐵塔的電壓？
先說說輸電桿塔的概念，輸電導線是由輸電桿塔一段一段撐起來的，高電壓等級的用“鐵塔”，低電壓等級的比如居民區里見的一般用“木頭桿”或“水泥桿”，合起來統稱“桿塔”。高電壓等級的線路需要有更大的安全距離，所以要架得很高，只有鐵塔才能有能力負擔數十噸的線路，一根電線桿架不了這么高、也沒這么大支撐力，所以電線桿都是較低電壓等級的。
問題來了：怎么一眼看出輸電線路的電壓呢？秘訣是“三看”：看桿塔高度、看絕緣子串長度、看導線分裂數。
第一種方法： 看高度。當然，電壓等級越高，對地的距離就會越大！
這是1000千伏特高壓輸電線路。
在不考慮建筑物、樹木、鐵路、河流、交通困難地區以及山坡、巖石等的情況下，根據《架空輸電線路設計規范》要求，1000千伏電壓等級的輸電線路距地應在25米左右。切記，這是對地面或跨越物品的最近距離喲。所以，一旦目測輸電線路與地距離超過25米，那一定是高大上的特高壓線路。
這是750千伏線路 。雖然，這個電壓等級的輸電線路只出現在西北地區，但也應該知道這個最小距地距離應該是20米。
這是500千伏輸電線路。500千伏輸電線路較常見，一定要看清哦。記住，目測大于15米。
110千伏輸電線路
實際上，330千伏220千伏和110千伏輸電線路的距地距離相差較小，都是在6～8米之間，肉眼不是那么好區別。親，別急，他們可以通過第二種方式（絕緣子數量）來判斷哦。
通常，架空線路要考慮導線弧垂和絕緣子長度的，所以，實際對地距離都要大一些。一般來說，110千伏、220千伏和330千伏離地要10幾米，500千伏距地要20多米，750千伏要大于25米，而1000千伏要超過35米。
第二種方法： 看絕緣子數量。
展開 中俄東線天然氣管道穿越長江 多項參數挑戰世界之最
為確保盾構安全按時始發，國網南通市海門區供電公司克服技術和施工困難，僅用一個多月時間，完成35千伏盾構變電站及外部輸電線路的設計安裝和調試，保障了項目順利推進。
據悉，為保護沿江濕地和長江水域生態環境，助力長江經濟帶綠色發展，施工過程將實現“零污染、零排放、零滲漏”。
中俄東線天然氣管道南段自北向南途經河北、山東、江蘇、上海，預計2025年建成投產。屆時，俄氣將直通長三角，實現“北氣南下”，投產后日輸氣量超過5000萬立方米，比現有輸送能力提升近三倍。
誠邀 | 在線論壇：工程仿真解決方案在輸配電行業中的應用
主要研究方向為直流輸電成套設計及電力設備仿真。參與了滇西北、祿高肇、昆柳龍、廣東背靠背等直流工程建設，負責穿墻套管、換流變壓器、干式電抗器的設計選型、設計校核、故障分析等。
演講嘉賓
王德聚 | Ansys高級應用工程師
王德聚本科畢業于東北大學通信工程專業，研究生畢業于沈陽工業大學電氣專業。于2020年加入Ansys中國，現為Ansys中國應用工程師，主要負責高低壓電氣行業技術支持，協助客戶使用Maxwell產品進行研發工作。
基于ANSYS的復合海纜載流量CAE仿真
載流量設計到輸電線路的可靠性、經濟性及電纜壽命等問題，是電纜運行的重要基本參數。
目前國際上通用的載流量計算標準為國際電工委員會制訂的IEC-60287標準。經過多年的修改和增補，該標準基本趨于完善，但對一些特殊結構電纜或復雜鋪設條件下的電纜載流量該標準仍需要實驗解決，因為一些參數取值具有不確定性，如：
電纜結構材料有關的參數；
環境條件有關的參數，其數值變化范圍較大，取決于電纜鋪設條件；
來自于制造商和用戶之間協商的參數，包括電纜運行安全閾值和運行狀況，例如最高導體溫度。
此外，對于直接埋地、管道、溝槽或鋼管中鋪設的電纜，鑒于土壤的水分遷移其熱阻系數會發生巨大的變化，為了準確的計算電纜在特定環境條件下的載流量，選取相應參數數值時需特別加以考慮。
因此，IEC-60287標準實際只能滿足簡單環境條件下的載流量計算，當電纜實際敷設環境不同于其設定的基準參數值時，需要通過大量試驗來確定相應的校正系數，存在一定的局限性，且IEC-60287中并沒有提及光電復合海纜載流量的計算方法。
電纜載流量計算公式是根據電纜穩態運行時所形成的熱物理溫度場微分方程的求解而得。根據電纜用于交流系統還是直流系統以及敷設方式的不同，載流量的計算公式也有所不同。此外，當空氣中敷設時又有直接受陽光照射和不受陽光照射之分。土壤中敷設時當電纜表面溫度超過50℃時周圍土壤發生水分遷移而引起土壤局部干燥，其載流量計算公式也不同。
由此可以看出實際電纜載流量的計算過程是非常復雜煩瑣的。到目前為止，我國沒有完整的結合地理和氣象條件而制訂的基準載流量資料。
展開 DEM DTM DLG DRG DOM DSM？？？（附全國30m 90mDEM下載）
數字地形模型DTM
數字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是為了高速公路的自動設計提出來的（Miller，1956）。此后，它被用于各種線路選線（鐵路、公路、輸電線）的設計以及各種工程的面積、體積、坡度計算，任意兩點間的通視判斷及任意斷面圖繪制。在測繪中被用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖以及地圖的修測。
在遙感應用中可作為分類的輔助數據。它還是的基礎數據，可用于土地利用現狀的分析、合理規劃及洪水險情預報等。在軍事上可用于導航及導彈制導、作戰電子沙盤等。對DTM的研究包括DTM的精度問題、地形分類、數據采集、DTM的粗差探測、質量控制、數據壓縮、DTM應用以及不規則三角網DTM的建立與應用等。
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END
本微信公眾平臺交流和研究的范疇如下。
軟件領域：MAPGIS、AUTOCAD、CASS、ARCGIS、MapInfo、Global Mapper、Photoshop、Surfer、grapher、ERDAS、envi、MICROMINE、DIMINE、3DMINE、CorelDRAW、Surpac、DGSS、CGIS、蒼穹、理正等軟件學習交流及提高。
展開 米老鼠輸電桿塔這么可愛，咱們啥時候才有啊
如何讓一座座鋼筋鐵塔
與西藏當地獨特的
自然景觀和諧交融
國家電網、中國能建等
的
建設者們
費盡了心思，開足了腦洞
為了提升鐵塔與西藏人文、自然景觀的適配度，設計團隊細致地研究分析了線路可研路徑和沿線景觀敏感點，并派專人前往阿里地區現場調研，還與四川大學合作，開展美學優化概念設計，利用西藏文化中的代表性形象對鐵塔進行藝術化加工。
▲中國能建設計團隊邀請四川大學建筑與環境學院副院長、藏文化研究專家、建筑美學專家李沄璋教授為設計團隊講授藝術與美學相關知識。
越是深入其中，困難越是顯現。景觀輸電塔作為一個富有創造性的工程作品，鮮少案例參考，設計團隊只能“摸著石頭過河”，一步步探索。
沒有調查，沒有發言權
設計團隊在半個月的時間
對阿里聯網工程的環境敏感點
一一進行了實地探查
景觀輸電塔的研發工作
由此才正式開始
▲實地探查現場眾人在休息間隙合影留念。
設計景觀輸電塔，藝術、美觀的景觀屬性當然是考慮的重點，但是輸電塔的功能性與安全性必須擺在首位。
憑借多年送電結構設計經驗，中國能建西南院設計團隊對此游刃有余，“對采集回來的元素，我們首先需要在大腦中對其進行抽象化的‘解剖’，考慮各點位是否可以懸掛導線，是否能夠保證足夠的電氣間隙，結構傳力途徑是否科學等等。”
展開 
無人機輸電線路智能巡檢技術綜述
利用輸電線電磁場為無人機進行動態充能同樣被認為是一種極具潛力的方案[74]，文[75]對其進行了可行性論證，同時也指出在實際情況中應考慮其他磁場的干擾[76].在能量傳輸上，部分研究建議將無人機降落在輸電線上進行充電[77-78]，Marshall[78]為無人機設計了一種特殊的導線抓取機構，該機構在閉鎖時還充當電力傳輸系統中的磁芯，電能通過其轉移到無人機的轉換單元，為電池進行充能.在無人機自主降落領域，已有不少研究嘗試將無人機降落于輸電線上，并取得了一定的成果[79-81].而另一部分研究認為隨著無線充電技術的發展，動態充能并不需要無人機降落在輸電線上[82-83]，這意味著無人機可以一邊沿輸電線路飛行，執行巡檢任務，一邊從線路周圍的電磁場中獲得能量補給.雖然這一方案非常有吸引力，但實際上公開發表的研究并不多.在運動過程中保持強耦合和高效率的能量傳輸是一項非常具有挑戰性的任務[84]，無人機飛行過程中的不穩定性及輸電線路運行過程參數不可控，使能量傳輸的發射端與接收端之間的耦合極度容易失控.Lu等[84]對這一問題進行了討論，并在相對理想的模擬環境下試驗了利用感應電能傳輸(inductive power transfer，IPT)[85]和諧振耦合無線電能傳輸(resonant coupled wireless power transfer，RC WPT)[86]，從輸電導線的電磁場中獲取能量進行充能，結果表明，RC WPT技術在這一領域極具潛力.此外，無人機自主導航中的磁傳感導航技術或許對解決此問題有所幫助.
4 結語
近10年來，為應對不斷增長的輸電網絡帶來的線路巡檢壓力，電網積極引進無人機巡檢技術，這一舉措有效提高了電力巡檢工作的戶外工作效率，減輕戶外工作壓力，但也帶來了新的挑戰.即海量數據后期處理問題，以及日益增長的專業無人機巡檢人員需求與巨大的人員缺口之間的矛盾
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