一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法技術

本發明專利技術涉及一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，包括：確定輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率；根據輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率確定制定輸電鐵塔風振響應測點布置方案；根據輸電鐵塔風振響應測點布置方案進行風振響應測試確定實測測點位置的加速度向量；將加速度向量組成漢克爾矩陣，該漢克爾矩陣經過轉換得到輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣，從而確定實測輸電鐵塔第1階頻率f1；對比橫向模態頻率和實測第1階頻率f1，若兩者的相對差值在5％以內，風振響應實測數據所選所述加速度向量合理；則根據狀態矩陣的特征值對角矩陣確定輸電鐵塔阻尼比。本發明專利技術技術方案識別效率更高且具有更高的精度。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術涉及輸電鐵塔振動特性測試領域，更具體涉及一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法。
技術介紹
：國內外有關輸電線路鐵塔結構動力性能的研究主要集中在風荷載取值、風振響應，塔線體系舞動、脫冰跳躍和斷線等動力響應的試驗與分析研究方面，有關結構動力特性尤其是阻尼比取值的基礎研究相對較少。由于輸電鐵塔結構動力特性尤其是阻尼取值未能準確確定，影響了輸電鐵塔結構動力分析的精度。美國輸電線路荷載導則在計算桿塔陣風響應時，分別給出了格構式輸電鐵塔、H形構架和電桿的阻尼比取值，認為阻尼比取值對輸電桿塔風振響應有顯著影響。目前中國在計算輸電線路大風、覆冰等動力設計荷載時，輸電鐵塔結構阻尼比一般按照鋼結構規范取為0.01，且大都未考慮塔線耦合作用和輸電鐵塔類型對阻尼比取值的影響。貓頭型輸電鐵塔廣泛用于220kV～1000kV單回輸電線路，由于其塔頭剛度、質量分布的特殊性，貓頭型輸電鐵塔的頻率、阻尼比等振動特性與鼓型塔、干字型塔有較大差別，其阻尼比取值需要進行專門的試驗和理論研究。由于輸電鐵塔在運行過程中不能施加人工激勵，自然風環境激勵是輸電鐵塔振動特性測試的理想激勵源，考慮到一般情況下自然風的風速較低，輸電鐵塔振動響應幅值較小且存在較大的噪聲分量，采用半功率法、希爾伯特-黃等常規方法難以準確識別輸電鐵塔阻尼比。
技術實現思路
：特鑒于此，本專利技術的目的是提供一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，識別效率更高且具有更高的精度。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，包括：確定貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率；根據所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率確定制定貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案；根據所述貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案進行貓頭型輸電鐵塔風振響應測試確定實測輸電鐵塔測點位置的加速度向量；將所述加速度向量組成漢克爾矩陣，該漢克爾矩陣經過轉換得到輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣，從而確定實測貓頭型輸電鐵塔第1階頻率f1；對比所述橫向模態頻率和實測所述第1階頻率f1，若兩者的相對差值在5％以內，則認為風振響應實測數據所選所述加速度向量合理；若兩者的相對差值超過5％，繼續挑選風振響應實測數據所述加速度向量，直至相對差值滿足要求；當所述風振響應實測數據所選所述加速度向量合理，則根據所述輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣確定貓頭型輸電鐵塔阻尼比。通過建立貓頭型輸電鐵塔有限元模型并對所述模型進行模態分析確定所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率采用密度等效法簡化輸電鐵塔節點板和螺栓對桿件質量分布的影響，建立貓頭型輸電鐵塔梁桿混合限元模型；根據輸電鐵塔施工圖計算鐵塔實際重量Mr與梁桿模型的計算重量Mc對比確定重量比αm，在所述有限元模型中采用密度等效法實現貓頭型輸電鐵塔的準確建模；采用分塊蘭索斯法進行貓頭型輸電鐵塔模態分析，確定貓頭型輸電鐵塔的橫向、縱向和扭轉模態的振型和頻率。根據所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率確定塔頭和塔身變形位置，通過貓頭型輸電鐵塔塔頭和塔身振型的描述需求，確定風振響應測試在選取包含貓頭型輸電鐵塔的耐張線路段作為測試對象上的最小測點數N和測點布置位置。根據現場所述風振響應測試設定的采樣頻率，確定數據采集的時間間隔Δt，將T時間內實測加速度時程數據，記為離散為t時刻輸電鐵塔第m個測點位置的加速度向量ym；其中t＝iΔt，i＝0,1,…,T/Δt。所述ym通過下式確定：所述漢克爾矩陣經數學變換構造托普利茲矩陣，由所述托普利茲矩陣經過奇異值分解后得到輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣。通過所述輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣確定輸電鐵塔狀態矩陣第i階特征值λi和λi*；所述實測貓頭型輸電鐵塔第1階頻率f1的通過下式確定：其中，λi第一階特征值。根據所述根據所述輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣確定的輸電鐵塔狀態矩陣第i階特征值λi和λi*，確定貓頭型輸電鐵塔第i階阻尼比ξi：當對比所述橫向模態頻率和實測所述第1階頻率f1，若兩者的相對差值在5％以內，則認為風振響應實測數據所選所述加速度向量合理，即認為風振響應實測數據所選時段及時長合理；若兩者的相對差值超過5％，繼續挑選風振響應實測數據所述加速度向量,即繼續挑選風振響應實測數據時段或增加時長，直至相對差值滿足要求。和最接近的現有技術比，本專利技術提供技術方案具有以下優異效果1、本專利技術技術方案充分考慮貓頭型輸電鐵塔塔頭剛度、質量分布的特殊性，振動響應測點布置方案針對性不強的狀況進行識別；2、本專利技術技術方案采用密度等效法考慮節點質量影響，建立貓頭型輸電鐵塔梁桿混合有限元模型，按照貓頭型輸電鐵塔模態分析結果確定風振測點布置位置；3、本專利技術技術方案采用滿足相對差值要求的測試數據計算貓頭型輸電鐵塔的阻尼比，實現貓頭型輸電鐵塔阻尼比的準確識別；4、本專利技術技術方案與傳統的輸電鐵塔振動特性識別方法相比，有限元模型能夠更為準確的反映塔頭質量分布特性，測點布置更有針對性且更為經濟；5、本專利技術技術方案振動測試數據處理方法能夠更好的避免局部振型和噪聲信號的影響，不需將時域數據轉換為相關函數或譜。附圖說明圖1為本專利技術實施例輸電鐵塔有限元模型；圖2為本專利技術實施例風振響應測點布置方案圖；圖3為本專利技術實施例測點加速度時程圖；圖4為本專利技術實施例方法流程圖；其中，1-振動前輸電鐵塔有限元模型，2-發生一階振動后的輸電鐵塔有限元模型，3-第1測點，4-第2測點，5-第3測點，6-第4測點，7-第5測點，8-第6測點，9-塔腿隔面，10-塔身隔面，11-曲臂連接點，12-塔頭與塔身連接處。具體實施方式下面結合實施例對專利技術作進一步的詳細說明。實施例1：本例的專利技術提供一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，根據貓頭型輸電鐵塔塔頭剛度、質量分布的特殊性，采用密度等效法考慮節點質量影響，建立貓頭型輸電鐵塔梁桿混合有限元模型，按照貓頭型輸電鐵塔模態分析結果確定風振測點布置位置；以自然風作為激勵源，測試貓頭型輸電鐵塔塔身、塔頭位置的加速度時程；采用隨機子空間法處理風振響應測試數據，得到貓頭型輸電鐵塔的頻率并與模態分析結果進行對比驗證；采用滿足相對差值要求的測試數據計算貓頭型輸電鐵塔的阻尼比，實現貓頭型輸電鐵塔阻尼比的準確識別，與傳統的輸電鐵塔振動特性識別方法相比，測點布置更有針對性且更為經濟，振動測試數據處理方法能夠更好的避免局部振型和噪聲信號的影響，不需將時域數據轉換為相關函數或譜，識別效率更高且具有更高的精度。為達到上述目的，本專利技術所述方法包括貓頭型輸電鐵塔有限元模型建立及模態分析、風振響應測點布置方案制定、振動測試數據處理、頻率識別及校核、阻尼比計算。通過貓頭型輸電鐵塔模態分析結果確定風振測點布置位置，以自然風作為激勵源，測試貓頭型輸電鐵塔塔身、塔頭位置的加速度時程，采用隨機子空間法處理風振響應測試數據，得到貓頭型輸電鐵塔的頻率并與模態分析結果進行對比驗證，采用滿足相對差值要求的測試數據計算貓頭型輸電鐵塔的阻尼比，實現貓頭型輸電鐵塔阻尼比的準確識別。1.貓頭型輸電鐵塔有限元模型建立及模態分析采用密度等效法簡化輸電鐵塔節點板和螺栓對桿件質量分布的影響，建立貓頭型輸電鐵塔梁桿混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，其特征在于：包括：確定貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率；根據所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率確定制定貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案；根據所述貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案進行貓頭型輸電鐵塔風振響應測試確定實測輸電鐵塔測點位置的加速度向量；將所述加速度向量組成漢克爾矩陣，該漢克爾矩陣經過轉換得到輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣，從而確定實測貓頭型輸電鐵塔第1階頻率f1；對比所述橫向模態頻率和實測所述第1階頻率f1，若兩者的相對差值在5％以內，則認為風振響應實測數據所選所述加速度向量合理；若兩者的相對差值超過5％，繼續挑選風振響應實測數據所述加速度向量，直至相對差值滿足要求；當所述風振響應實測數據所選所述加速度向量合理，則根據所述輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣確定貓頭型輸電鐵塔阻尼比。

【技術特征摘要】
1.一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，其特征在于：包括：確定貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率；根據所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率確定制定貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案；根據所述貓頭型輸電鐵塔風振響應測點布置方案進行貓頭型輸電鐵塔風振響應測試確定實測輸電鐵塔測點位置的加速度向量；將所述加速度向量組成漢克爾矩陣，該漢克爾矩陣經過轉換得到輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣，從而確定實測貓頭型輸電鐵塔第1階頻率f1；對比所述橫向模態頻率和實測所述第1階頻率f1，若兩者的相對差值在5％以內，則認為風振響應實測數據所選所述加速度向量合理；若兩者的相對差值超過5％，繼續挑選風振響應實測數據所述加速度向量，直至相對差值滿足要求；當所述風振響應實測數據所選所述加速度向量合理，則根據所述輸電鐵塔狀態矩陣的特征值對角矩陣確定貓頭型輸電鐵塔阻尼比。2.如權利要求1所述的一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，其特征在于：通過建立貓頭型輸電鐵塔有限元模型并對所述模型進行模態分析確定所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和扭轉模態的振型和頻率。3.如權利要求2所述的一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，其特征在于：采用密度等效法簡化輸電鐵塔節點板和螺栓對桿件質量分布的影響，建立貓頭型輸電鐵塔梁桿混合限元模型；根據輸電鐵塔施工圖計算鐵塔實際重量Mr與梁桿模型的計算重量Mc對比確定重量比αm，在所述有限元模型中采用密度等效法實現貓頭型輸電鐵塔的準確建模；采用分塊蘭索斯法進行貓頭型輸電鐵塔模態分析，確定貓頭型輸電鐵塔的橫向、縱向和扭轉模態的振型和頻率。4.如權利要求1所述的一種貓頭型輸電鐵塔阻尼比識別方法，其特征在于：根據所述貓頭型輸電鐵塔的橫向模態、縱向模態和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊風利，張宏杰，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網山西省電力公司，
類型：發明
國別省市：北京;11