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FRP(Fiber Reinforced Plastic)是纤维增强复合材料的统称,因为该材料具有电绝缘、强度高等优良特性使得其逐渐在电力行业中倍受青睐。为进一步提高输电工程经济化的发展,推广复合材料到输电杆塔取代部分传统材料的输电杆,有一定现实意义。本课题主要针对复合材料的特点,结合运行规范,研究110kV复合材料(FRP)电杆的设计过程并给出适宜尺寸,校验各项力学性能。
本文结合输电杆设计相关要求,讨论并提出了不同档距下适合的两种不同的杆形。参照电网公司关于110~500kV线路典型设计中的110kV钢管杆相关的设计条件,给定电杆外形尺寸。针对复合材料本身因刚性不足导致电杆变形较大的特点,给定出四种不同截面类型作对比分析,根据结果最终选取了性能较好的较适合FRP材料电杆的新型三角肋环形截面为最优方案。利用有限元软件Ansys中的三维实体单元对电杆进行建模,施加荷载时对模型采用同结构、变尺寸的方法,归纳分析较适合的直径、壁厚。为确保电杆正常运行的可靠,利用有限元软件Ansys对电杆施加不同工况荷载并验算其变形、强度等性能指标。同时,校验了0°、45°、60°及90°不同风向角对电杆造成的影响。为增加模拟的准确性,引用国际上较权威的加拿大Davenport脉动随机风速谱,采用随机理论的方法,用Matlab编程模拟随机风速,对比了目标函数与模拟值之间的关系,动态分析了电杆的变形及受力情况,数值模拟其变化规律,分析了可靠性。最后绘出了耗材与档距之间的关系,求出了较适合110kV电压等级的复合材料电杆的适宜档距。在这种新型材料电杆的相关计算中,Ansys及Matlab软件的计算结果均表明所设计的电杆的各项力学特性通过了电杆运行规范要求。这种加劲肋的截面设计有效的提高了电杆的刚度,使得复合材料在输电杆塔上应用的电压等级最终可以从35kV提高至110kV。