大跨越高壓輸電線路非線性舞動(dòng)理論研究.pdf

1、高壓輸電線舞動(dòng)會(huì)給電力設(shè)施造成巨大災(zāi)害，但是由于舞動(dòng)的復(fù)雜性，人們對(duì)舞動(dòng)機(jī)理還沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)清楚，因此很難在實(shí)踐中對(duì)癥下藥做好防治工作。為了保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，必須對(duì)輸電線舞動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行更深入的研究。本文在總結(jié)歸納前人研究的基礎(chǔ)上，首要任務(wù)是嘗試建立一套研究舞動(dòng)理論的完整系統(tǒng)方法，各個(gè)章節(jié)都圍繞此問(wèn)題展開(kāi)。
　　 本文首先研究輸電線的靜力特性，這包括兩個(gè)方面：輸電線初始平衡構(gòu)形分析和輸電線靜態(tài)響應(yīng)分析。本文提出將索結(jié)構(gòu)的找形方法

2、用于確定輸電線路的初始平衡形狀，對(duì)精確有限單元法進(jìn)行了補(bǔ)充和推廣，使之適用于更復(fù)雜載荷情形和多跨輸電線的找形分析。在確定了輸電線的初始平衡構(gòu)形和張力后，本文采用非線性有限單元法計(jì)算輸電線在氣動(dòng)力作用下的靜態(tài)響應(yīng)，首先運(yùn)用虛功原理推導(dǎo)出全Lagrange格式的非線性索單元的一般表達(dá)式，然后在此基礎(chǔ)上給出一種具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的五結(jié)點(diǎn)空間索單元的具體表達(dá)格式，該索單元不僅適用于分析一般索結(jié)構(gòu)，而且適用于舞動(dòng)的研究。本文還對(duì)用于輸電線找形的有限元

3、方法和用于輸電線靜態(tài)響應(yīng)分析的有限元方法進(jìn)行了比較。通過(guò)算例，證實(shí)了提出的單元和算法的正確性和可靠性。
　　 本文深入研究了輸電線舞動(dòng)有限元模型。詳細(xì)推導(dǎo)了三自由度舞動(dòng)模型的位移關(guān)系，給出了舞動(dòng)有限元方程的建立方法。對(duì)于建立的非線性舞動(dòng)方程，首先分析傳統(tǒng)時(shí)間積分算法無(wú)法對(duì)其求解的原因，然后在此基礎(chǔ)上給出一種改進(jìn)的時(shí)間積分算法，并對(duì)該算法的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得出了穩(wěn)定性條件。除了改進(jìn)算法，本文通過(guò)分析舞動(dòng)有限元方程的特殊性，還提出將

4、Runge-Kutta法用于該方程的求解，并給出了具體的求解步驟。由于用改進(jìn)算法或Runge-Kutta法直接求解原方程計(jì)算量較大、且過(guò)程較復(fù)雜，因此本文在分析輸電線舞動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用振型疊加法將舞動(dòng)方程轉(zhuǎn)換到振型空間中求解。運(yùn)用建立的有限元模型和給出的非線性舞動(dòng)方程求解算法對(duì)某一實(shí)際輸電線路進(jìn)行了自由振動(dòng)和舞動(dòng)分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好。
　　 本文深入研究了輸電線舞動(dòng)振子模型。給出了建立振子模型的一般方法，并統(tǒng)

5、一采用無(wú)量綱方程表達(dá)振子模型。采用相對(duì)風(fēng)速的精確表達(dá)式重新研究了單自由度舞動(dòng)振子模型，給出了起舞的臨界風(fēng)速和舞動(dòng)振幅的解析表達(dá)式，對(duì)舞動(dòng)周期解的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并對(duì)該模型與另兩種簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了比較，指出采用單自由度振子模型分析輸電線舞動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)阻尼不可忽略，而相對(duì)風(fēng)速可以采用近似表達(dá)式而基本不影響求解精度。提出了一種新的考慮垂向振動(dòng)和橫向擺動(dòng)耦合的二自由度振子模型，通過(guò)對(duì)該模型的分析得出結(jié)論，橫向擺動(dòng)對(duì)引起輸電線舞動(dòng)起重要作用，同時(shí)指

6、出氣動(dòng)力系數(shù)格式中的常數(shù)項(xiàng)不僅影響輸電線的靜構(gòu)形，也會(huì)對(duì)舞動(dòng)產(chǎn)生影響。分別研究了垂向振動(dòng)和軸向扭轉(zhuǎn)耦合二自由度無(wú)偏心振子模型和偏心振子模型，得出了它們的解析解，并在此基礎(chǔ)上研究舞動(dòng)方程的非線性局部性態(tài)，同時(shí)用數(shù)值方法對(duì)解析解進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)研究舞動(dòng)的振子模型和有限元模型進(jìn)行了比較，指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。
　　 本文對(duì)輸電線舞動(dòng)的全局性態(tài)進(jìn)行了研究。采用普通胞映射法和Poincare型胞映射法分別對(duì)單自由度舞動(dòng)振子模型和二自