三相导线三角形排布线路相间间隔棒防舞研究

采用数值模拟方法研究三相双分裂导线三角形排布线路相间间隔棒防舞方案设计。针对300m档距双分裂线路,数值模拟分析在风荷载作用下导线的舞动特征,设计4种相间间隔棒安装方案,并对各种方案的防舞效果进行模拟研究,得到设计三相导线三角形排布线路相间间隔棒防舞方案时需同时考虑导线垂直和水平振动模式的原则。基于此原则,设计400m和500m档距线路相间间隔棒布置方案,数值模拟进一步验证了其防舞效果。     

双分裂导线间隔棒防舞数值模拟研究

采用ABAQUS软件建立三角形及垂直排布三相双分裂线路有限元模型,对安装的间隔棒舞动防治效果进行模拟研究。模拟安装间隔棒前后线路在稳定风场及随机风场中的舞动响应;通过对比分析稳定风与随机风作用下导线位移响应及运动轨迹说明研究间隔棒防舞效果时考虑随机风场的必要性。基于随机风场中安装的间隔棒前后导线动力响应幅值,分析间隔棒对三角形、垂直排布双分裂线路舞动防治效果。     

一种新型防舞器及其机理研究

提出一种新型减振防舞器,利用单自由度模型研究其防舞机理。针对典型线路段,采用计算力学方法建立覆冰分裂导线和防舞器的有限元模型,结合新月形覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,对覆冰四分裂导线舞动与防舞器抑舞过程进行数值模拟,进而对该新型减振防舞器进行参数优化分析。数值模拟结果表明,该防舞器对垂直舞动的防止...     

覆冰输电导线舞动及防舞效果分析

根据拉格朗日运动方程推导了两端固定的安装了压重或失谐摆这两种防舞器的覆冰输电导线舞动的非线性微分方程组;提出了临界风速的计算方法;采用龙格—库塔方法在时域中直接求解舞动非线性微分方程组得到舞动振幅的时间历程。以某试验导线作为算例,研究结果表明:当输电导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动可以激发横风向舞动;当风速位于某一范围之内时导线舞动的振幅比较大;导线舞动振幅随导线垂度显著变化,并存在一个最不利垂度或最不利张力使导线舞动振幅达到最大;压重防舞可以减小但不能消除导线的舞动,而失谐摆防舞器可以完全消除导线的舞动。     

分裂导线舞动非线性有限元分析方法

采用具有三个平动自由度和一个扭转自由度的三节点等参单元离散覆冰导线,用欧拉梁单元离散间隔棒,考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线非线性有限元方程。用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程。编制了相应的计算程序,通过算例验证了方法和程序的正确性。进一步利用由风洞实验获得的覆冰四分裂导线的空气动力系数,模拟研究具有不同档距的覆冰四分裂线路的舞动,为舞动防止技术的研究提供参考。所给出的方法适用于任意多分裂导线的舞动研究。     

随机风场中覆冰四分裂导线防舞研究

针对提出的一种适用于四分裂导线的防舞装置,采用数值模拟方法研究其防舞效果。给出新月型覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,为数值模拟研究提供基本参数。采用数值方法模拟沿线路变化的多点互相关风速时程样本,进而确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷。数值模拟研究特征段线路安装防舞装置前后的运动过程,结果表明,该防舞装置可大大降低导线的运动幅值,对舞动具有有效的防止作用。     

真型试验线路六分裂导线舞动模拟

采用ABAQUS有限元软件建立真型试验线路塔线耦合体系有限元模型,对安装人工D形覆冰模型的六分裂导线的舞动进行数值模拟,得到导线舞动过程中的位移响应、舞动轨迹、舞动形态和频率以及导线的张力变化等。数值模拟与现场实测结果较吻合,验证了数值模型和舞动模拟方法的正确性。所建立的数值模型可进一步用于舞动特征及防舞装置的评估及优化研究,为试验方案的确定提供依据。     

大跨越输电线路舞动稳定性研究

推导了导线舞动的3DOF动力方程。3DOF动力方程不仅包括了导线的平面内和平面外运动,同时还包括了导线的扭转运动,能比较全面地反映导线舞动特性。以偏微分方程稳定性的判别为依据,提出了临界风速的概念用来判定导线舞动的稳定性。同时,引入了分裂导线刚度的计算分析方法,使得单导线和分裂导线的舞动方程在形式上取得了一致。为分析分裂导线的舞动提供了方便。     

四分裂导线尾流驰振数值模拟研究

利用风洞试验测量四分裂导线的空气动力系数,得到各子导线的空气动力系数随风攻角的变化曲线,表明尾流干扰对处于上风子导线尾流区的子导线的气动特性影响明显。给出利用ABAQUS有限元软件模拟分裂导线尾流驰振过程的方法,进而针对典型四分裂导线线路段,模拟得到包括整档舞动和次档距振动的尾流驰振现象,分析了整档舞动和次档距振动的特征,以及间隔棒不同布置方式和风速对尾流驰振的影响。     

三维瞬态风场下覆冰导线舞动响应研究

为研究三维瞬态风场下输电线路舞动响应特性,以覆冰四分裂导线为例,根据三维随机流场生成方法和脉动风速功率谱,逐点模拟覆冰分裂导线周边的脉动风速场,并运用考虑子导线扭转效应的分裂导线舞动非线性有限元法对新月形和D形覆冰输电线路在均匀流场、一维脉动风速场和三维瞬态风场下进行舞动分析,比较了三类流场下导线舞动响应的异同之处,在此基础上讨论风场湍流成分对舞动的影响机制。研究结果表明:三维瞬态风场的脉动特性使得导线在一个振动周期内吸收的能量不再保持恒定,造成舞动响应始终伴随有一定程度的随机振动,舞动幅值无法最终达到稳定状态;同时,风场瞬态效应能提高覆冰导线舞动最大振幅,特别是D形覆冰下能使其提高一倍以上。三维瞬态风场的脉动特性在输电线路设计过程中应引起足够的关注。     

结冰分裂导线舞动振幅分析

针对结冰分裂导线舞动问题,从功能的角度提出了一种舞动振幅的分析方法。导出了舞动振幅经历一个周期增量的表达式。所导出的舞动振幅增量的表达式说明了作用在结冰分裂导线上的气动力的各项在舞动振幅不同阶段的作用。得到的结论是:当舞动的振幅较小时,气动力中常数项与线性项的功是气动力总功中的主要部分;当舞动的振幅为中等时,气动力中常数项与线性项的功与非线性项的功在气动力总功中的比例相近;当舞动的振幅为较大时,气动力中非线性项的功在气动力总功中的比例大于常数项与线性项的功在气动力总功中的比例。     

结冰分裂导线舞动的气动扭转刚度判据

针对结冰分裂导线舞动问题,基于工程实际提出了以相线相碰作为结冰分裂导线舞动判据。从动力学方程组导出了此判据的表达式,由此表达式得到的结论是:气动力的耦合可能使得结冰分裂导线的气动扭转刚度很小,进而导致结冰分裂导线舞动。此结论与以往舞动理论不同的是:舞动不等同于动力失稳,即使结冰分裂导线处于动力稳定状态,仍可能发生舞动。此判据的特点是:表达式简单、力学意义明显,揭示了气动力的耦合在结冰分裂导线舞动中的作用。     

基于结点6自由度的分裂导线有限元模型

大跨越输电线路分裂导线较单导线更容易发生舞动现象,基于空间曲梁理论,建立了结点6自由度的导线有限元模型。假定间隔棒为刚性体,根据位移协调条件,建立了4分裂导线的有限元模型。通过虚功原理建立静力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法进行静力非线性求解。算例表明:采用曲梁模型研究输电线的平动位移是准确的。由于考虑了平动与扭转的耦合作用,扭转角的计算更加精确。输电线抗弯刚度对扭转角也有较大影响。分裂导线的参数分析表明,弧垂、分裂间距、边界条件等对抗扭刚度均有较大的影响,间隔棒的数量不能显著提高导线的抗扭刚度。     

覆冰输电线结构及载荷对舞动的影响

为深入研究导线结构形式对输电线路系统动力学特性影响,以及导线结构形式及气动扭转载荷对覆冰输电线路舞动规律及幅值的影响,采用ANSYS参数化设计语言编写了计算导线舞动的非线性有限元分析程序,计算得出了系统气动载荷作用下的时间历程曲线。发现：在相同的气象条件下,分裂导线的振幅明显大于单根导线,且分裂数越高,导线越容易在短时间内形成稳态的舞动,应尽量采用单根导线或减少导线分裂数;扭转气动力载荷对面内外舞动的规律及幅值影响不大,对扭转角的幅值有较大影响,因此可忽略扭转气动载荷对断线和倒塔的作用。     

安装间隔棒的双分裂导线微风振动分析

为了分析安装了间隔棒的双分裂导线微风振动强度,研究了利用有限差分法(FDM)分析微风振动的关键技术。基于能量等效原理,将实测的输电线自阻尼功率等效成为粘滞阻尼系数,将输入风功率等效成为微风激励力。推导了分裂导线-间隔棒体系动力微分方程,利用四阶有限差分格式求解动力方程得到导线的最大振幅;根据振幅和曲率的关系推导了输电线动弯应变幅值沿输电线的分布规律。通过某220kV双分裂导线算例分析:未安装间隔棒时,有限差分结果与能量平衡法分析结果吻合较好;安装了间隔棒的情况下,有限差分法能够反应间隔棒刚度、阻尼对分裂导线微风振动的影响,并且可以考虑由于子导线振动差异导致的相互拉扯效应。     

覆冰输电线路舞动气动阻尼识别

利用覆冰导线刚性节段模型外加弹簧及配重模拟覆冰输电线路竖向及扭转运动动力特性,制作了D形覆冰单导线、新月形覆冰单导线和分裂导线竖向-扭转二自由度气弹模型,通过调整模型竖向/扭转自振频率比及风速、风攻角,于风洞中激发了D形覆冰单导线气弹模型的纯竖向和竖扭耦合失稳舞动,以及新月形覆冰分裂导线气弹模型的竖扭耦合舞动,并记录了其响应时程,通过Hilbert变换进行了竖向舞动和扭转气动阻尼的识别,研究了风速、风攻角、竖扭频率比、覆冰断面、导线数量及布置形式对气动阻尼的影响。对D形覆冰导线纯竖向舞动时根据响应识别所得气动阻尼比与根据Den-Hartog机理计算所得理论气动阻尼比进行了比较。试验结果表明：舞动时气动阻尼比为负值,在试验风速范围内其绝对值随风速增长而增大;D形覆冰导线纯竖向舞动时识别所得气动阻尼比绝对值略小于理论气动阻尼比;导线分裂数量对气动阻尼具有影响;扭转响应对竖向舞动气动阻尼的影响则较为复杂。     

覆冰输电线非线性瞬时固有频率研究

为深入揭示覆冰输电线舞动所引起的非线性瞬时固有频率的变化规律,建立了四分裂覆冰输电线面内振动的非线性动力学偏微分方程,利用Galerkin方法将偏微分方程转换为常微分方程。用平均法分析了平衡点张力及舞动幅值对非线性瞬时固有频率的影响。发现舞动引起平衡点张力的变化改变了输电线的弹性系数,导致系统线性固有频率的改变;舞动幅值对高阶非线性瞬时固有频率有很大的影响;两者的作用导致固有频率的飘移,且飘移量与风速和档距相关。在防舞器动力学设计中应考虑舞动工况对固有频率的影响。