輸電線路脫冰跳躍幅值影響因素分析

1、 西 安 工 程 大 學 學 報 J o u r n a lo fXi ’ a nP o l y t e c h n i cUn i v e r s i t y第 2 8 卷第 5 期( 總 1 2 9 期)2 0 1 4 年 l O 月V o 1 ． 2 8 ， N o ． 5 ( S u m ． N o ． 1 2 9 )文章 編號 ： 1 6 7 4 — 6 4 9 X( 2 O 1 4 ) 0 5 — 0 5 2 5 — 0 7

2、輸 電線 路 脫 冰 跳 躍 幅值 影 響 因素分 析 黃新波 ， 馬龍濤。 ， 肖淵， 朱永燦。 ， 徐冠華 ( 1 ． 西安工程大學 電子信 息學 院， 陜西 西安 7 1 0 0 4 8 ； 2 ． 西 安工 程大學 機電工程學院 ， 陜西 西安 7 1 0 0 4 8 ；3 ． 西 安電子科 技大學 機電工程學院 ， 陜西 西 安 7 1 0 0 7 1 )摘要 ： 導 線覆 冰脫 落會 引起 導線劇 烈跳 躍擺 動 ， 導致

3、輸 電線路產 生 嚴重 的機械 、 電氣事故． 為 明確 輸 電線路 脫冰跳 躍 幅值特 性 ， 揭 示各 項參數(shù)及 其 交互作 用對冰跳 幅值 的影 響規(guī)律 ， 采用數(shù)值 模 擬 方 法 ， 建 立導 線一 絕緣子 串耦 合模 型 ， 對冰跳 幅值 在 不 同影 響 因子作 用 下的 變化特 性 進行 研 究． 結 果表明， 導線跳躍幅值隨著覆冰厚度 、 脫冰量、 導線剛度的增加 而增加， 其增 大的幅度 不斷上升；冰跳 幅值 隨著連

4、 續(xù) 檔數(shù) 的增加 而趨 于穩(wěn) 定 ； 懸掛 點 高差 、 絕緣 子 串長 度等 因素對跳 躍 幅值 影響較 小 ； 不 同脫 冰方 式導 線跳躍 幅值 相 差較 大 ； 風 荷 載對 導線 橫 向擺 動 影 響 較 大 ， 對 豎向跳 躍 影 響較 小 ； 交互作 用分析 過程 中， 脫冰 量對 冰跳 幅值 影響 最 大 ， 脫 冰 方 式 與脫 冰 量之 間的 交 互作 用 對 幅 值 影 響最 ?。?相 關成 果為覆 冰 線路設

5、計及后 續(xù)覆 冰脫 落分析研 究提 供 參考借 鑒．關鍵 詞 ： 覆 冰 ； 脫 冰 ； 冰跳 幅值 ； 仿 真模 擬 ； 豎 向位移 中圖分 類號 ： T M 7 5 5文獻標 識碼 ： A0引言 覆 冰導 線在氣 溫 升高 、 自然 風力 或人 為作用 下會 產 生導線 覆 冰脫 落現(xiàn)象 ． 覆 冰脫落 會 引起導 線瞬 時拉 力驟變和導線的劇烈跳躍 ， 導致導線縮頸 和斷裂、 絕緣子損傷和破裂 、 桿塔橫擔扭轉和變形 、 導線相

6、間閃絡， 甚至斷線 、 倒塔等重大事故， 嚴重威脅電力系統(tǒng)安全L 1 ] ． 目前 ， 考慮脫 冰跳躍 的線路設計多采用經驗公 式 簡單 校驗 ， 脫 冰影 響 因素考 慮單 一 ， 且 對 導線 的動態(tài) 沖擊 作用 考慮 不足 ， 線 路安全 運行存 在一 定 隱患 ，因此 有必 要對 導線 覆 冰狀態(tài) 下脫 冰跳躍 問題 進行 深 入研究 ．近年來， 國內外許多學者和科研人員就導線脫冰跳躍 問題進行了研究． 國外， J a m a

7、l e d d i n g等人最早 在 實 驗室對 3 ． 2 2 m 長導線 進 行 了脫 冰模 擬試 驗 ， 對多 種 脫 冰情形 進 行 了模 擬 ； J a ma l e d d i n g ， Ka l ma n和 Me e l u r e E等人借助商業(yè)軟件 A D I N A， 采用突然卸載的方法對導線脫冰問題進行 了模擬 ； 國內， 陳勇l 7等 人 首 次開展 了導線脫 冰 跳躍模 擬試 驗研 究 ， 在 2 3 5

8、m 檔 距 內分別 在孤 立檔 和連 續(xù)兩 檔 的情 況 下 ， 進行 了不 同脫 冰量 和不 同脫 冰方 式 的模 擬試 驗 研 究 ； 劉 和 云 對 脫 冰 機理 進 行 了研 究 ， 并 對 3種脫 冰機 理 作 了 比 較 ； 侯鐳嗍對脫冰跳躍做了動力仿真 ； 孟曉波 等人建立 了 3自由度 的導線 動力學模型， 研究 了影響導線 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 6 — 0 1基金項 目： 國家 自然科學基金資助項

9、目( 5 1 1 7 7 1 1 5 ) ； 教 育部新世 紀優(yōu)秀人 才支持計劃 項 目( N C E T - 1 1 — 1 0 4 3 ) ； 西安工 程 大學創(chuàng)新基金項 目( c h x 2 0 1 3 0 3 6 )通訊作者 ： 黃新波 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 山東省煙臺市人 ， 西安工程大學教授 ， 博 士( 后) ， 研究方向為智能電網輸變電設 備在線監(jiān) 測理論與關鍵技術研究． E - ma i l ： h

10、x b 1 9 9 8 @1 6 3 ． c o m第 5 期 輸電線路脫冰跳躍 幅值影響因素分析 5 2 7和狀態(tài)方程確立 的導線應力誤差在 2～5范圍內， 滿足工程實際需要．2 ． 2 材 料參數(shù) 模型導線為山西省神頭一原平 2 2 0 k V輸 電線路中采用的導線 L G J 一 1 8 5 ／ 3 0 ， 此外對 比分析導線 L G J 一1 8 5 ／ 2 5 、 L G J 一 1 8 5 ／ 4 5 ． 導線的阻尼采用

11、 R a y l e i g h阻尼模 型¨矩陣 ， 是質量 和剛度矩 陣的線 性組合 ， 見式 ( 3 ) ， 其值取為 0 ． 2· Ns · m_ 。 ． 本 文以雨凇為研究對象 ， 覆冰 的密度 取 0 ． 9 g· c m_ 。 ， 重力加速度 g取 9 ． 8 N ·S _。 ．C ： 洲 + ．( 3 )式 中 a為質量 阻尼 系數(shù) ； 盧為剛度 阻尼 系數(shù) ； c為阻

12、尼矩 陣 ； M 為質量 矩 陣 ； K 為 剛度矩 陣．2 ． 3覆冰 荷載 模擬 假設導線覆冰是沿導線均勻分布的． 目前采用有限元法模擬導線覆冰主要有 3 種方法 ： 附加冰單元 法 、 改變密度法和附加力模擬法 3 ， 本文采用附加集 中力法模擬導線覆冰荷載． 假設每個集 中質量為 M，則 』 研一l D‘ R+，( 4 )1M — mL ／ n ．式 中m 為單位長度上導線覆冰質量， k g ； P為覆冰密度， g·

13、mm - 。 j R為導線外徑 ， m m； d為覆冰厚度 ，mm； L為導線長度， m；為劃分單元個數(shù)．2 ． 4脫 冰跳 躍模 擬 實 際工 程 中導線脫 冰 過程非 常 復雜且 具有 很強 的隨機性 ， 通 常簡化 認 為沿檔 距方 向均勻 脫 冰． 然 而實 際情 況 中更 多 的是發(fā) 生不 均勻脫 冰 ， 且脫 冰位 置不 同 ， 產 生 的脫 冰 跳躍 效 果也 會 有 相 當 的差別 ． 本 文利 用 突然 撤 載 的方

14、法對 均勻 脫 冰和不 均勻 脫冰 進行 模擬 ， 脫 冰時 間設定 為 0 ． 0 5 s ．3冰跳 幅值單 因素影響分析 導線脫冰跳躍高度受諸多因素影響， 不 同工況下導線產生的冰跳 幅值也不一樣 ， 導線的大 幅度跳動 ，導致相間距離減小 ， 易造成閃絡事故． 本節(jié)針對冰跳幅值多個影響因素進行研究， 確定各 因素對導線冰跳 幅值 的影 響規(guī) 律．3 ． 1脫 冰 方式 的影 響 計 算模 型 取一 耐張 段 內 5檔 連續(xù)模 型

15、， 組合方 式 為 A—A— B—A～A， 檔距 均 為 4 0 0 m， 冰厚 1 5 mm，無 高差 ， 導線 型號 為 L G J 一 1 8 5 ／ 3 o， 不 計 溫差 和 風速 的影 響 ． 選 取 B 為脫 冰檔 ， A 為 未脫 冰檔 ， 其 檔 距 均 為 4 0 0 m． 考慮在不同脫冰量情況下， 不同脫冰方式對 冰跳幅值的影響． 圖 1 為 4 種脫冰方式示意圖， T y p e1均勻脫冰 ， T y p e2