考慮邊界條件覆冰輸電線舞動建模及多尺度法分析.pdf

1、輸電導線在覆冰以后，在自然風作用下產(chǎn)生的非線性氣動力會使導線作低頻、大振幅的自激振動，這種現(xiàn)象稱為輸電導線的舞動。由于持續(xù)時間長、幅值可達幾米甚至十幾米，因此舞動發(fā)生后會對輸電線路造成很大的破壞，嚴重時可導致大面積的供電系統(tǒng)癱瘓。
　　本論文簡要闡明了輸電導線舞動的發(fā)生機理，接著在顏志淼所建舞動模型的基礎上，進一步考慮相鄰跨和絕緣子串的影響，在模型中加入水平剛度系數(shù)和質量系數(shù)，建立了考慮完全邊界條件的基于曲梁理論并考慮截面偏心的三

2、自由度舞動模型。然后為了驗證本文所建模型的優(yōu)越性,基于索結構理論分別建立單自由度舞動模型、兩自由度舞動模型和三自由度舞動模型以及基于曲梁理論建立三自由度舞動模型，用 Mathematica軟件分別對上述模型編制程序，采用經(jīng)典 D型覆冰截面的試驗數(shù)據(jù)進行時域計算分析，所得結果與本文模型下所得的時程圖進行對比分析，結果表明：當考慮相鄰跨和絕緣子串質量的影響后，本文建立的舞動模型可以達到很高的精度，豎向位移幅值和扭轉位移幅值的誤差約為1.3％

3、和1.9%，模型可用于實際工程分析。
　　隨后，利用本團隊在中國空氣動力和發(fā)展中心所做的一組試驗數(shù)據(jù)進一步對上述所建模型進行分析，以了解輸電線舞動發(fā)生的規(guī)律。與兩端固定模型相比，考慮相鄰跨剛度和絕緣子串邊界條件的影響以后，豎向位移幅值和側向位移幅值有所減小，扭轉位移幅值有所增加且三方向的舞動幅值隨著風速的增加皆從零開始增大最后又減小至零。接著繼續(xù)分析了邊界條件剛度系數(shù)和質量系數(shù)對不同風速下舞動幅值和上下臨界風速影響，分析結果表明：

4、隨著彈簧剛度的增大，導線的豎向和側向舞動幅值增大，扭轉舞動幅值減小，上下臨界風速增大；隨著絕緣子質量的增大，豎向舞動幅值增大，側向和扭轉舞動幅值減小，上下臨界風速增大。
　　最后，采用多尺度法來進一步分析考慮邊界條件的基于曲梁理論的覆冰輸電導線舞動模型，將舞動模型簡化為只考慮豎向和水平方向的兩自由度舞動模型，然后采用多尺度法建立1:1內共振和2：1內共振下的幅值方程，隨后利用多尺度法分別建立1:1內共振和2:1內共振下的簡化幅值方

5、程，并采用月牙形截面算例對不考慮截面偏心和考慮截面偏心兩種狀態(tài)下進行舞動性能分析。結果表明：當不考慮輸電導線覆冰截面偏心時，兩內共振情況下的舞動幅值皆隨著風速的增大而逐漸增大，且舞動范圍內雅可比矩陣的特征值全為負數(shù)，舞動處于穩(wěn)定狀態(tài)；當考慮覆冰截面偏心時，1:1內共振和2:1內共振下舞動幅值隨風速增大而減??；且1:1內共振下舞動范圍內存在雅可比矩陣特征值為正值情況，舞動在部分風速下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，2:1內共振下舞動范圍內雅可比矩陣的特征

6、值全為負數(shù)，舞動處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　為了驗證前文采用數(shù)值分析方法所得舞動規(guī)律的正確性，進一步分析了1:1內共振和2:1內共振下彈性邊界對舞動規(guī)律的影響，結果表明：不管是否考慮偏心，考慮邊界剛度影響后，豎向舞動幅值和水平舞動幅值相比固定邊界條件下有所減小，考慮邊界絕緣子質量影響后，豎向舞動幅值和水平舞動幅值相比固定邊界條件下有所增大，且考慮邊界剛度影響后，上臨界風速較固定邊界下有所減小，考慮邊界絕緣子質量影響后，上臨界風速較固定邊界