覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)研究及輸電塔線體系舞動(dòng)模擬.pdf

1、舞動(dòng)是輸電單根導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線在中低風(fēng)速下呈現(xiàn)出的大幅度低頻率的自激振動(dòng)。近年來我國(guó)輸電線路建設(shè)事業(yè)突飛猛進(jìn),電壓等級(jí)和建設(shè)規(guī)模已跨進(jìn)世界輸電大國(guó)的行列,隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展和惡劣氣象的頻繁出現(xiàn),電網(wǎng)發(fā)生舞動(dòng)事故的頻率和危害程度呈明顯增加的趨勢(shì)。深入開展導(dǎo)線舞動(dòng)理論和防舞的研究,對(duì)保證我國(guó)輸電安全具有十分重要的意義,本文將從覆冰導(dǎo)線氣動(dòng)力特性,覆冰導(dǎo)線氣彈模型舞動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn),單導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線及輸電塔線體系舞動(dòng)數(shù)值仿真及相間間隔棒防舞研究等

2、方面對(duì)輸電導(dǎo)線舞動(dòng)理論及防舞方法進(jìn)行較為精細(xì)的深入研究和發(fā)展。本文工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.2種覆冰形狀單根導(dǎo)線及新月形覆冰分裂導(dǎo)線氣動(dòng)力特性風(fēng)洞試驗(yàn)研究。針對(duì)厚覆冰特(超)高壓輸電導(dǎo)線,制作了新月形及D形兩種典型覆冰斷面導(dǎo)線節(jié)段模型,在風(fēng)洞中利用測(cè)力天平獲得單導(dǎo)線和分裂導(dǎo)線子導(dǎo)線在均勻流和均勻紊流中各風(fēng)攻角下的氣動(dòng)力特性,研究了氣動(dòng)力系數(shù)對(duì)攻角的變化規(guī)律,以及風(fēng)場(chǎng)中紊流、子導(dǎo)線干擾對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,根據(jù)DenHar

3、tog理論分別計(jì)算了各種工況下覆冰導(dǎo)線可能發(fā)生舞動(dòng)的風(fēng)攻角范圍。對(duì)于單根導(dǎo)線,結(jié)合以往試驗(yàn)結(jié)果,研究了兩類覆冰冰型的氣動(dòng)力特征,得到了一些共性的規(guī)律。另外在風(fēng)洞中對(duì)新月形覆冰導(dǎo)線在均勻流場(chǎng)和均勻紊流場(chǎng)下的表面風(fēng)壓分布進(jìn)行了測(cè)量,進(jìn)一步研究了其局部風(fēng)壓特性。
　　 2.覆冰導(dǎo)線氣彈模型的舞動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)研究及氣動(dòng)阻尼識(shí)別。采用新月形和D形兩種典型覆冰斷面的導(dǎo)線節(jié)段模型,通過彈簧將節(jié)段模型與支架相連,利用彈簧和配重等架設(shè)了豎向/扭轉(zhuǎn)頻率

4、比可調(diào)的覆冰單根或分裂導(dǎo)線氣彈模型。在風(fēng)洞中通過調(diào)整風(fēng)攻角使覆冰導(dǎo)線節(jié)段模型舞動(dòng),獲取了舞動(dòng)響應(yīng)時(shí)程;并采用與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖鄬?duì)應(yīng)的計(jì)算模型模擬得到相同工況下的舞動(dòng)結(jié)果,驗(yàn)證了基于準(zhǔn)定常假設(shè)的非線性舞動(dòng)氣動(dòng)力模型,研究了通過靜態(tài)氣動(dòng)力系數(shù)計(jì)算所得舞動(dòng)響應(yīng)與試驗(yàn)值之間的差異。利用Hilbert變換對(duì)舞動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了氣動(dòng)阻尼識(shí)別,與理論值進(jìn)行了比較,研究了其變化規(guī)律及各種因素的影響。
　　 3.單根覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)的數(shù)值仿真。分別采用基于假定模

5、態(tài)的舞動(dòng)解析模型,以及通過三節(jié)點(diǎn)拋物線等參索單元模擬覆冰導(dǎo)線的有限元方法求解單根覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)響應(yīng),采用Newmark-β方法結(jié)合每個(gè)時(shí)間步內(nèi)的Newton-Raphson迭代來求解導(dǎo)線舞動(dòng)非線性動(dòng)力方程,給出了導(dǎo)線舞動(dòng)較為精確的時(shí)間積分解,對(duì)兩種方法的求解結(jié)果進(jìn)行了比較。并利用有限元方法對(duì)舞動(dòng)進(jìn)行了參數(shù)分析,研究了各種線路參數(shù)對(duì)舞動(dòng)的影響。模擬了通過絕緣子懸掛的耐張-直線-耐張?bào)w系的三跨覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)響應(yīng),與單跨兩端耐張覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)進(jìn)行了

6、對(duì)比,說明了絕緣子及令跨導(dǎo)線對(duì)舞動(dòng)的影響。
　　 4.覆冰分裂導(dǎo)線及輸電塔線體系舞動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算。利用有限元方法,用梁?jiǎn)卧x散間隔棒,建立任意分裂覆冰導(dǎo)線有限元模型,通過模態(tài)分析研究了分裂導(dǎo)線動(dòng)力特性及其影響因素,計(jì)算了四分裂覆冰導(dǎo)線在兩種典型覆冰形狀下的舞動(dòng)響應(yīng)。進(jìn)一步建立了包含緊湊型直線輸電塔架的耐張-直線-耐張三跨三相四分裂輸電塔線體系有限元模型,計(jì)算了三相線路各跨在不同覆冰條件下的舞動(dòng)響應(yīng),研究了覆冰導(dǎo)線舞動(dòng)對(duì)絕緣子串及輸

7、電塔的作用特征,以及脈動(dòng)風(fēng)荷載分別作用于輸電塔和導(dǎo)線時(shí)對(duì)舞動(dòng)的影響。
　　 5.相間間隔棒防舞研究。首先給出了各類相間間隔棒的物理模型及其有限元實(shí)現(xiàn)方法。針對(duì)500kV單回路豎向布置的三相四分裂導(dǎo)線,計(jì)算了其在安裝不同數(shù)量、類型的相間間隔棒后子導(dǎo)線張拉力的增量。對(duì)安裝有相間間隔棒的線路進(jìn)行了動(dòng)力特性分析。最后假定其中某相線路因覆冰產(chǎn)生舞動(dòng),比較了該相線路在安裝了剛性及柔性兩類相間間隔棒前后舞動(dòng)響應(yīng)的變化,得到了剛性和柔性相間間隔