采空区架空输电线路安全性评估及预防技术研究

论文摘要

针对日益增加的采空区及其对架空输电线路危害开展系统的研究,分别对采空区勘探技术、地基变形和沉陷规律,由此而产生的电线应力、电气距离的变化,以及对电线振动与疲劳寿命的影响进行了深入研究。提出了架空线路的导线、避雷线安全性评估的方法,制定出了安全性评估标准、安全性预防技术。通过勘探技术研究,在理论上成功研究了m×n矩阵的测量数据反演理论计算方法,为采空区高密度电法准三维勘探技术研究提供了理论依据,解决了二维结构剖面不能提供采空区空间分布的问题。在采空区架空输电线路研究领域,首次应用力学分析和计算方法,系统、定量地研究了采空区围岩变形规律,对“三带理论”进行了定量论述,建立了宏观规律与定量预测之间的联系。其中,将弹塑性本构模型求解方法应用于工程计算,克服了广泛应用的物理力学模型计算过于复杂、数学模型不能反映岩体物理力学本质的缺点。深入研究地基变形与地质结构、覆岩参数、采矿规模、开采方式和顶板管理等影响因素的关系,对定量描述影响因数进行了敏感度分析,得出了对地表沉降位移量的影响程度依次为:煤层厚度、煤层深度、弹性模量、内聚力和摩擦角。以耐张段为研究单元,深入研究了空输电线路受地基变形影响杆塔基础、杆塔受力变形,架空线的应力和弧垂的变化,以及由此引起的导线对地和杆塔电气距离的变化规律。得出:(1)垂直下沉一般下降高度略大于垂直下沉的50%;(2)水平位移对杆塔附加力很大,直线杆塔对架空线水平张力影响也很大,附加力最大的作用是移动杆塔,离位移杆塔越远越小,作用于架空线附加力主要集中在相临5档内,对耐张、转角、终端等承力杆塔影响较大;(3)倾斜对直线杆塔对架空线张力影响不大;对耐张、转角、终端等承力杆塔影响较大,对杆塔稳定性影响较大;(4)地基曲率变化对杆塔影响较大。针对采空区地基变形对架空输电线路线路电线应力影响,以及内蒙古地区多沙漠和草原的地形和气候特点,进行了导线、避雷线应力变化对疲劳寿命的现场试验,得出了多微风气候条件下的开阔地区架空电线阻尼线防振优于防振锤防振效果,应力严重影响电线疲劳寿命,通过对松弛电线经济性与安全性对比,得出在北方内陆的低温多微风气候条件下的平坦阔地区架空电线适度松弛。建议线路设计平均温度的选取应考虑。以上述研究成果为依据,提出了采空区运行架空输电线路电线安全性评估标准和针对采空区线路出现的各种破坏提出一系列相应的改造措施,其中包括“连续可调联体梁基础”、“带电更换任意段技术”和“电杆裂纹带电修补技术”等阶段性研究成果。以上研究成果在乌海采空区220KV伊临线#48～#50的改造工程得到了验证,表明了本研究的重大工程应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 中国的煤炭开采与采空区、塌陷区分布
• 1.1.3 采空区和开采区架空输电线路情况
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 采空区勘探技术研究现状
• 1.2.2 采空区地基变形预测研究现状
• 1.2.3 架空线振动问题研究现状
• 1.2.4 采空区预防技术研究现状
• 1.3 论文研究对象及主要研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 采空区勘探技术及变形预测研究
• 2.1 采空区探测技术研究
• 2.1.1 高密度电阻率法测量方法的特点及改进措施
• 2.1.2 电阻率反演方法原理
• 2.1.3 电阻率层析成像方程的求解方法
• 2.1.4 伊临线50 号塔基础探测
• 2.1.5 探测误差处理及效果评价
• 2.2 采空区沉陷变形预测方法的研究
• 2.2.1 采空区变形预测的基础理论和方法
• 2.2.2 采矿过程中的计算机仿真分析
• 2.2.3 地质与采矿因素对地基变形的影响
• 2.2.4 开采方法和开采顺序的影响
• 2.2.5 顶板管理方法的影响
• 2.2.6 地基移动的敏感性分析
• 2.2.7 伊临线50 号铁塔地基受力变形预测分析
• 2.3 本章结论
• 第三章 采空区塌陷对架空线影响的研究
• 3.1 线路杆塔基础与仿真计算的误差
• 3.1.1 地基变形与杆塔基础的相互作用
• 3.1.2 杆塔基础随地基变形的统计分析
• 3.1.3 试验结论
• 3.2 随地基变形的杆塔变形
• 3.2.1 自立式拔梢杆的变形计算
• 3.2.2 拉线杆塔的变形计算
• 3.2.3 自立式铁塔的变形计算
• 3.3 采空区塌陷对架空线挂点的影响
• 3.4 架空线的力学计算
• 3.4.1 均匀荷载下架空线的力学计算
• 3.4.2 均匀荷载下架空线的力学近似计算
• 3.5 基础变形对耐张段内各档运行工况的影响
• 3.5.1 基础下沉对各档运行工况的影响
• 3.5.2 沿线路方向水平位移对各档架空线运行工况的影响
• 3.5.3 沿线路垂直方向位移对各档架空线运行工况的影响
• 3.6 地基变形对架空导线电气距离的影响
• 3.6.1 基础下沉导线电气距离的变化
• 3.6.2 倾斜和水平位移导线电气距离的变化
• 3.6.3 架空线电气距离变化预测误差分析
• 3.7 本章结论
• 第四章 采空区地基变形对架空线寿命的影响
• 4.1 架空线振动问题建模
• 4.1.1 导线微风振动的模型
• 4.1.2 架空线振动的固有频率
• 4.1.3 架空线悬挂点动弯应变和应力的估算
• 4.2 架空线微风振动的理论振幅计算
• 4.2.1 风输入架空线的振动功率
• 4.2.2 架空线在振动中的自阻尼功率
• 4.2.3 求解功率平衡点的振幅、悬挂点动弯应变与频率关系
• 4.2.4 有防振措施时的振幅求解
• 4.3 导线振动的影响因素
• 4.3.1 线路环境条件的影响
• 4.3.2 风速及风向的影响
• 4.3.3 档距长度的影响
• 4.3.4 架空线张力的影响
• 4.3.5 架空线结构与材料的影响
• 4.3.6 悬挂点线夹结构的影响
• 4.4 架空线的寿命评估
• 4.4.1 危险振动的判断
• 4.4.2 振动危险的防护
• 4.4.3 防振锤减振的基本原理
• 4.5 内蒙古地区架空线疲劳断线问题的分析
• 4.5.1 220kV 汗温线基本情况
• 4.5.2 架空避雷线断线规律
• 4.5.3 架空避雷线断线原因分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 采空区架空线安全评估及预防技术的研究
• 5.1 采空区架空线安全性评估
• 5.1.1 杆塔基础塌陷安全性评估原则和标准
• 5.1.2 采空区架空线强度安全性评估标准
• 5.1.3 采空区架空线电气安全距离的评估标准
• 5.1.4 架空线的疲劳判别标准
• 5.1.5 采空区架空输电线路安全性评价流程
• 5.2 采空区架空输电线路预防技术研究
• 5.3 采空区线路预防技术的应用
• 5.3.1 连续可调联体梁技术及应用
• 5.3.2 连梁基础改造技术及其应用
• 5.3.3 自承载带电更换杆段或铁塔主材技术及应用
• 5.3.4 带电杆塔复位
• 5.3.5 带电砼杆加固
• 5.3.6 架空线防振动技术及效果
• 5.3.7 带电提升电杆技术及其应用
• 5.4 采空区架空线路的管理
• 5.5 本章结论
• 第六章 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附表
• 致谢