四分裂导线舞动特性及线路磨损规律

基于输电线路实际工程,分别建立了四分裂导线风场模型和输电塔-线-间隔棒耦合模型,研究分裂导线气动特性和舞动响应受覆冰形状、覆冰厚度、风速和风攻角等参数的影响规律,明确导线与金具碰撞磨损机理。研究结果表明：各分裂导线间的气动特性存在较大差异,阻力系数受各参数的影响显著,随着覆冰厚度和风速的增加阻力系数逐渐增大;覆冰形式和覆冰厚度对升力系数的影响较小,风速和风攻角的影响较大;导线舞动过程中与连接金具发生了摩擦连续碰撞和瞬时强烈碰撞,导线最大接触法向作用力随风速增加而增大,随覆冰厚度增加而降低。本研究揭示了四分裂覆冰导线舞动特性规律和碰撞磨损机理,可以为输电线路防舞动设计和安全运营提供指导。     

横向与扭转耦合振动的输电线舞动分析

基于O.Nigol的扭转舞动机理建立了横向与扭转耦合振动的动力学模型.通过惯性项解耦,利用Matlab对系统进行数值仿真,分析了风速、覆冰厚度、来流密度、导线单位长度质量、初始张力、阻尼比等参数对舞动振幅的影响,发现风速是决定输电线是否舞动的主要原因,对解决类似的实际工程问题有一定的借鉴价值.随着风速的增大,系统出现了周期解分岔的行为.     

覆冰四分裂导线动态气动力特性分析

为研究覆冰分裂导线舞动时的气动力特性,基于Fluent软件的用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合.计算了新月形覆冰四分裂导线横向振动时的动态气动力系数,并与静态模拟结果进行比较;分析了舞动幅值和频率对动态气动力的影响.结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;舞动时,迎风侧子导线尾流偏移,对背风侧子导线的影响减小,使背风侧子导线的动态气动力系数比静态时明显增加;阻力、升力系数随舞动幅值和频率的增加而增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;工程中预测大档距导线舞动引起的断线临界风速和塔承受的荷载时,应考虑动态气动力系数对舞动的影响.     

覆冰三分裂导线气动力特性的数值模拟

采用有限体积法和SIMPLEC算法,求解雷诺数在亚临界区内的均匀黏性不可压缩流体的N-S方程,对风吹过平行布置的覆冰三分裂导线的气动力特性进行计算流体动力学（CFD）数值模拟.为克服数值模拟在高雷诺数下的数值不稳定性,在求解N-S方程时采用QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度.针对新月形和扇形2种典型覆冰三分裂导线,分析平行布置的三分裂导线各子导线尾流间的相互作用及其对气动力特性的影响.计算结果表明,新月形覆冰导线比扇形覆冰导线舞动的风攻角范围大,但前者的舞动振幅小于后者;分裂导线中处于尾流区的子导线的气动力系数均小于迎风面子导线的气动力系数,且扇形覆冰导线比新月形覆冰导线更为显著.     

覆冰荷载下的架空输电线气动稳定性分析

偏心覆冰导线在风激励下极易诱发舞动,研究架空输电线在覆冰荷载下的气动稳定性具有重要意义.传统Den Hartog判别准则求出的是一种近似解,仅适用于攻角较小的情况。在该基础上,更为精确地推导了舞动临界风速与相应来流攻角的关系.算例结果表明,对于重覆冰地区的架空输电导线,在风荷载作用下,极易引起导线的动力失稳,进而引起整个塔线体系的动力失稳甚至倒塌.该气动稳定性分析结果将为线路设计提供技术支持.     

考虑时变气象参数的输电导线覆冰数值仿真

近年来输电线路覆冰灾害频发,给电网运行带来了极大威胁。现有研究大多未考虑时变气象条件对导线覆冰所产生的影响。为对线覆冰增长情况进行有效预测,给输电线路融冰除冰和舞动预警提供重要参考。本文基于导线覆冰机理和欧拉气液两相流模型,提出了考虑时变气象参数时变影响下的输电线路导线覆冰数值仿真方法。在此基础上建立了基于FLUENT和FENSAP-ICE软件的导线覆冰增长数值模拟框架,利用三维仿真模型,研究了温度、风速、空气中的液态水含量、水滴中值体积直径等时变气象参数和导线直径等因素对输电线路导线覆冰质量及覆冰形状的影响,结果表明导线覆冰形状受风速、过冷却水滴中值体积直径、空气中的液态含水量和导线直径影响较大,受温度影响较小。最终利用真实输电线路现场覆冰监测数据以及相应的气象数据对仿真计算方法的有效性进行了验证。预测结果与输电线路覆冰监测结果吻合度较好,考虑时变气象参数的方法比不考虑时变参数的方法更能有效地预测导线实时覆冰形状和质量,表明本文提出的导线覆冰仿真方法具有较好的精度。     

输电线路舞动的有限元分析

利用梁单元模拟覆冰导线，通过动坐标迭代法和Newmark法进行静力、动力响应分析，给出了高压输电导线舞动的有限元分析方法，在此基础上编写了计算导线舞动的有限元程序，计算实例模拟了舞动的全过程，探讨了风速、攻角等对舞动的影响，其结果与文献算例能较好地符合，说明程序算法合理，对导线舞动的分析与预防有参考价值。     

酒杯塔塔线耦合体系覆冰导线舞动分析

采用非线性有限元分析方法研究了塔线耦合体系覆冰导线舞动的规律及特点,以及输电线舞动对酒杯塔受力及变形的影响发现绝缘子的布置型式对覆冰导线舞动的幅值及规律有很大的影响;由于塔线耦合的作用,左右跨的各相导线在具有相同覆冰厚度、形状以及受相同气动载荷情况下,所形成的舞动幅值及相位存在差异,从而导致输电线作用在塔上的力沿各方向分力不平衡,导致输电塔产生沿导线方向侧弯变形、与导线垂直方向侧弯变形以及横担的扭转变形;在导线舞动过程中输电塔的最大应力交替出现在塔头刚度较弱的部位.     

输电导线扰流防舞器气动力特性风洞试验研究

为了研究扰流防舞器的防舞效果及扰流防舞器直径对防舞效果的影响,分别对新月形覆冰输电导线、安装扰流防舞器的无覆冰输电导线及安装3种不同直径的扰流防舞器的新月形覆冰输电导线,进行刚性足尺截断模型天平测力风洞试验.测定各种工况对应的气动力系数曲线,通过对邓哈托系数和尼戈尔系数的分析,研究不同直径的扰流防舞器的防舞效果.试验结果表明：新月形覆冰导线会发生舞动;扰流防舞器不会使导线无覆冰时发生横风向舞动,使导线发生扭转舞动的可能性不大;不同直径的扰流防舞器均具有一定的防舞效果,其中直径为0.75倍导线直径的扰流防舞器的防舞效果最佳.     

覆冰导线的空气动力参数数值模拟

覆冰导线的空气动力参数是导线舞动的关键因素.由于覆冰形状的多样性,风洞试验研究代价巨大,仅靠风洞试验提供覆冰导线的空气动力参数是不实际的,因此有必要采用数值模拟的方法.提出了基于面元法的覆冰导线空气动力参数的数值模拟方法,采用有粘性的绕流模型,编制计算程序对覆冰单导线随攻角变化的空气动力参数进行了数值模拟计算.该程序系统简单易用,能快速得到结果.通过比较,所得数值模拟结果与试验结果基本一致,一定程度上反映了覆冰单导线气动力的规律.该方法是一种实用、快速、有效的数值解法,为覆冰导线舞动计算与仿真的深入研究提供了一种有效的途径.     

山区输电线路跳线风偏状态方程及临界风速研究

为研究山区微地形中的竖向风速对跳线风偏的影响,基于刚性直棒法对导线、跳线及绝缘子串增加竖向风荷载分析,确定跳线处最大风偏位移值作为风偏指标,建立风荷载作用前后跳线静力平衡平面的几何变换关系,提出了考虑竖向风速影响的跳线风偏状态方程。建立半径5 km的地形模型,包含跳线风偏事故地点与微气象站点,采用数值模拟方法将微气象站点风速推演到事故地点风速,获得了考虑微地形影响的跳线风偏闪络事故风速。将事故线路参数及竖向风速代入跳线风偏状态方程,得到跳线风偏临界水平风速,通过与事故风速进行比较验证了跳线风偏状态方程的可靠性。最后根据风偏状态方程分析竖向风速的变化对跳线风偏临界水平风速的影响。结果表明:随着竖向风速的增大,跳线风偏临界水平风速线性减小,当风攻角为20°时临界水平风速可降低16%。考虑竖向风速影响的跳线风偏临界水平风速取值较为安全,建议在山区输电线路跳线设计过程中加以考虑。     

输电塔覆冰倒塔的屈曲分析

以某60 kV线路中的一组自立式3560ZGu2输电塔塔架为计算对象,利用大型有限元软件SAP2000对不同呼称高度的覆冰输电塔结构进行了屈曲分析.计算出了输电塔屈曲的临界覆冰厚度以及输电塔覆冰屈曲的临界风速值,定量分析了最大垂直档距和地面类型的影响.研究表明,风荷载是输电塔失稳破坏的不可忽视的原因,随着呼称高度的增加...     

非均匀风下流线型箱梁悬索桥静风稳定性分析

大跨度悬索桥结构轻柔,风致响应明显.借助有限元方法,考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性,对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究.结果 表明:正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速,负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳,且负攻角来流对桥梁的...     

风力发电机叶片的雾凇覆冰数值模拟

为了解风力发电机叶片覆冰情况,以某型300 kW风力发电机叶片为研究对象,根据切片-重构的思想,将叶片划分为有限个截面,基于叶片覆冰的物理过程,采用边界元法对风力发电机叶片的空气流场进行计算;采用拉格朗日法分析计算水滴在叶片表面的碰撞过程;通过迭代计算和冰形重构模拟覆冰增长过程,从而建立风力发电机叶片三维雾凇覆冰增长模...     

覆冰输电塔线体系风振响应数值模拟

输电塔线体系对风作用敏感,在冻雨区要考虑风和覆冰的共同作用.以常用输电塔5A-ZBC2为基础,综合已有资料,建立了输电塔线体系的覆冰模型.应用随机风振响应分析方法,分析了不同覆冰厚度和不同风速下的输电塔线体系的风振反应.结果表明:风速越大,随着覆冰厚度增加,塔顶位移最大值增大速度加快,脉动风作用效应明显;在较低风速下,随着覆冰厚度的增加,不平衡张力增大很不明显,而在较高风速下,随着覆冰厚度的增加,不平衡张力增加迅速;不均匀覆冰是导致输电线路不平衡张力迅速增加的主要原因;我国电力行业标准中关于纵向不平衡张力的取值偏于不安全,考虑覆冰和风荷载共同作用时应提高断线工况下不平衡张力设计值.     

电厂超大型排烟冷却塔风洞试验与稳定性分析

为了研究电厂超大型排烟冷却塔结构的稳定性能,进行群塔刚体测压和气弹测振模型风洞试验,获得计算风致稳定性所需的表面压力极值分布模式、多塔比例系数和风振系数等参数,采用有限元数值模拟方法和自行编制的前、后处理程序验算了排烟冷却塔的局部、整体稳定性能和极限承载力.计算结果表明:烟道周边壳体局部稳定性安全因子低于规范最小值,必...     

深切峡谷底斜拉桥颤振稳定性能研究

以峡谷底斜拉桥——迫龙沟大桥为工程背景,结合地形试验结果和大桥具体位置确定了桥位处的设计风参数;分别检验了小风攻角和大风攻角下颤振稳定性能,阐明了颤振临界风速随风攻角改变的变化规律;分析了颤振导数和系统阻尼的变化特征,获得了不同结构状态下主梁断面颤振驱动机理。结果表明:峡谷底桥梁的设计基准高度可参照跨中位置确定,颤振检验风速可按不同风攻角区间分别确定;颤振临界风速和颤振检验风速随风攻角的增大均呈降低趋势,但由于下降速率不同有可能出现小风攻角下颤振不失稳而大风攻角下颤振失稳的现象;不同风攻角状态下或施加气动措施前后,颤振导数和系统阻尼与折减风速的变化特征相似,表明颤振驱动机理和颤振形态均保持不变。     

风荷载作用下输电塔-线体系不确定性分析

考虑输电塔-线体系结构参数的不确定性并进行倒塌分析,能够更准确地描述整体结构的倒塌过程。分析输电塔-线体系在风荷载作用下的倒塌过程对结构的材料和几何不确定性参数的敏感性;建立输电塔-线体系的倒塌准则,提出整体损伤指标,通过拉丁超立方抽样法建立关于结构参数的不确定模型,统计输电塔倒塌发生的节间及其倒塌概率。结果表明,6个不确定性参数中令结构倒塌临界风速变化幅度最大的是钢材的屈服强度;考虑结构参数不确定性对输电塔-线体系进行风致易损性计算时,结构的倒塌临界风速提高。     

基于蒙特卡洛模拟法的输电塔架结构可靠度分析

为进一步研究输电塔架结构可靠性问题,以可靠度基本理论为理论基础,利用MATLAB软件中多项式稳健拟合工具对考虑风荷载和覆冰荷载下的功能函数进行拟合,得到了塔架结构失效的功能函数。拟合结果表明,塔架的最大位移随着风速和覆冰厚度的增大而增大,且风速较覆冰厚度在塔架可靠度分析中具有更高的敏感性。然后,基于蒙特卡洛模拟法计算不同工况下输电塔架结构的可靠度。最后,分析了变量相关性,发现随着相关系数的增大,可靠指标减小,且两者呈线性关系。