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。     

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。     

分裂导线扭转舞动分析的动力学建模

高压输电线路导线覆冰舞动分析的主要困难,是由导线的大幅运动与随导线几何位形而变化的非线性气动力之间的相互耦合产生的。对伴有大幅扭转运动的分裂导线的舞动,由于安装了间隔棒和防舞器,必须考虑导线结构产生的约束非线性和重力非线性。本文应用虚功原理建立了整个分裂导线结构总值形的基本虚功方程,分析推导了间隔棒和防舞器的非线性动态特性与非线性约束特性,在此基础上,最后得到了分裂导线结构舞动分析的动力学模型．所得结果为进一步分析计算分裂导线的舞动打下一个基础。     

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。     

三自由度体系覆冰导线舞动激发机理分析的矩阵摄动法

应用矩阵摄动法推导了三自由度体系覆冰输电导线离散自振频率下特征值实部一阶摄动解,在此基础上分析了舞动机理。相较于Den Hartog和Nigol机理所得到特征值实部单自由度解,一阶摄动解将分别多出一或二个附加项。由特征值实部摄动解结合模态振型可划分三种舞动激发类型。通过简化分析表明,当附加项主要对竖向起作用时,可将气动力类型分成六类用以分析附加项作用。以JD型六分裂覆冰导线为例,对Den Hartog系数均为负值的两类不同气动力类型下舞动激发特性进行了分析。结果表明,摄动解能较好反应实部真实变化。对于一、二类气动力,当附加项足够大时,舞动激发特性将表现出与按照Den Hartog机理所得完全不同的结果;与此同时亦将由于扭转气动力导数正负号的不同而产生巨大差异。     

覆冰导线动态气动力特性模拟与分析

为研究覆冰导线舞动时气动力的特性,从弱耦合角度出发,基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发,利用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。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数,并与静态模拟结果和试验结果进行比较;分析了舞动幅值、频率和扭转振动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;阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加,特别是升力系数成倍增加;振动频率增加,也使动态气动力系数增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载,其结果不安全,应考虑动态气动力系数对舞动的影响。     

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。     

随机风场中覆冰四分裂导线舞动数值模拟

摘 要: 采用数值方法研究覆冰四分裂输电导线在随机风场中的舞动问题。考虑风速随高度的变化和空间相关性,数值模拟得到随机风场,并利用典型覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角的变化,确定作用于覆冰导线上的空气动力载荷,模拟研究不同档距覆冰四分裂导线的舞动。结果表明,随机风场中小档距导线的舞动模式与稳定风情况一致,而大档距时则不同,可能出现更高阶的舞动模式。因此,在研究大档距覆冰导线舞动时,考虑风场随机性是必要的。     

电磁力对双分裂导线舞动的影响

基于一种计算导线间电磁力的数值方法,利用ABAQUS软件的用户自定义子程序UEL,编写计算子导线间电磁力的单元,实现考虑电磁力的双分裂导线舞动数值模拟方法。利用算例验证了方法和程序的正确性,进而对不同档距覆冰双分裂导线在不同电流强度下的舞动过程进行数值模拟,分析电磁力对线路舞动特征的影响。结果表明,档距较小时电磁力对线路舞动影响很小;档距较大时,电磁力对舞动的影响明显,甚至可能造成两子导线的碰撞。因而,在研究较大档距线路舞动时,有必要考虑电磁力的影响。     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟及参数分析

由于导线尾流相互干扰作用,覆冰分裂导线各子导线的空气动力特性存在差异。通过风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线各子导线的空气动力系数随攻角变化曲线,为覆冰导线舞动数值模拟提供参数。利用ABAQU S有限元软件,通过梁单元自由度释放得到模拟覆冰导线的索单元,用用户自定义单元实现空气动力载荷的施加。对典型线路段舞动的数值模拟结果表明,考虑由于覆冰导线尾流效应引起的各子导线空气动力特性的不同后,导线舞动幅值明显增大。对覆冰四分裂导线的舞动进行参数研究,获得风速、覆冰厚度和线路档距等参数对导线舞动的影响规律,为覆冰四分裂导线舞动防止技术的研究奠定理论基础。     

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。     

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。     

扇形覆冰导线气动力特性及驰振不稳定性研究

采用刚性节段模型高频天平测力风洞试验测试了不同紊流度下的8种扇形覆冰导线气动力,依据DenHartog驰振机理分析了扇形覆冰导线的横风向驰振不稳定性,讨论了覆冰厚度、覆冰角度、紊流度对平均气动力特性及横风向驰振不稳定性的影响。结果表明：覆冰厚度的增大增强了气动升力,不同覆冰角度模型平均气动力系数随风向角的变化规律差别较大,紊流度的增高有助于减小覆冰导线承受的平均气动力;8种扇形覆冰导线在不同风向角下均有发生横风向驰振的可能,覆冰角度对驰振不稳定风向角位置及范围有较大影响,紊流度的增加提高了可能的驰振临界风速,因此高紊流度对驰振有一定的抑制作用。     

覆冰四分裂导线空气动力系数数值模拟

利用Fluent流体动力学分析软件计算典型覆冰四分裂导线在特定风速下的绕流问题,所得各覆冰子导线空气动力系数随风攻角变化曲线与由风洞试验所得规律一致。基于数值模拟和风洞试验所得气动系数确定的Den Hartog系数与Nigol系数随风攻角的变化结果吻合。利用由数值模拟和风洞试验获所得气动参数,采用Abaqus有限元软件模拟典型线路段的舞动,通过舞动特性分析比较发现,利用该两组气动系数模拟得到的导线舞动特性一致,表明采用数值模拟方法确定覆冰导线的空气动力系数可用于模拟覆冰导线舞动。     

考虑尾流效应的新月形覆冰四分裂输电线舞动稳定性

针对新月形覆冰四分裂输电线各子导线气动参数不同的问题提出一种考虑尾流影响的临界风速计算方法。基于拟静态理论得到覆冰四分裂输电线的气动载荷,建立等效的3自由度覆冰四分裂输电线力学舞动模型。在初始风攻角处将气动系数泰勒展开。新月型覆冰四分裂导线的空气动力系数由风洞模拟试验测得。根据理论公式,使用MATLAB进行编程计算临界风速,将由理论确定的临界风速与根据Den Hartog和Nigol理论确定的临界风速进行对比分析。分析垂直、水平以及扭转振动频率和覆冰厚度对临界风速的影响。研究成果对于覆冰四分裂输电线路稳定性判断具有重要的理论指导意义。     

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。