大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力学模型

为了从理论上揭示大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力响应,针对大跨越高压输电导线分裂布置型式的线路覆冰情况,采用等效单根导线代替分裂导线,利用能量方法,建立了覆冰断线的冲击动力学模型。以某大跨越高压输电线路的一个典型耐张段为例,应用该模型计算了导（地）线覆冰断线和未覆冰断线工况下对铁塔造成的冲击响应,取得了满意的效果。研究表明：覆冰断线造成的冲击动力响应远大于未覆冰断线情况,覆冰断线冲击响应不容忽视。该模型可为大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力响应试验分析与数值计算提供理论依据     

基于电晕笼的特高压导线电晕损耗分析与研究

本文建立了特高压电晕笼内多分裂导线的平面及三维仿真模型，分别对两种模型下的多分裂导线表面电场进行了仿真分析，研究了特高压大电晕笼防护段尺寸对多分裂导线表面场强的影响，从而确定了大电晕笼防护段最佳尺寸，此外，根据电晕损耗经验公式估算了雨天线路的电晕损耗，估算结果与实测数据相比较表明，三维仿真模型比二维仿真模型更接近实际工况，估算结果误差小。     

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。     

大跨越导线在局部激励下微风振动的格林函数解

架空线路的微风振动是引起导线疲劳断股、断线的直接原因。随着线路跨距的增大,架空导线呈现出长柔性、小阻尼的结构特点,其微风振动也出现了许多刚性结构中未曾出现的新现象,如锁定区的多模态竞争、涡致波响应以及流体激励力的三维特性等,然而大跨越导线微风振动的本质机理尚不明确。为掌握大跨越架空导线的微风振动机理,建立了在局部横向简谐激励下无限长有阻尼张紧弦强迫振动的线性模型,推导了模型稳态响应的显式格林函数解,得到大跨越导线系统的简化解,讨论了阻尼比和频率比对导线系统响应的影响规律,并依据大跨越导线微风振动参数特性绘制了模型响应的时空演化特性图。研究表明,大跨越导线系统模型在局部横向简谐激励下的响应表现为向激励两端传播的空间衰减的简谐行波,行波特性与激励参数k和系统阻尼比ξ关系密切。     

输电线路分裂导线翻转自恢复特性研究

输电线路运维过程中观测到翻转现象，严重影响线路运行安全。依据架空导线悬链线模型，得出导线的沿线应力。将分裂导线翻转后的绞合区间简化为圆柱螺旋线，建立了分裂导线的翻转几何与力学模型，推导了分裂导线翻转后子导线长度和张力，给出了分裂导线翻转自恢复力矩的简化理论计算公式。基于有限元方法对案例线路进行翻转过程的准静态模拟，将有限元分析结果和理论计算得到的分裂导线翻转自恢复力矩进行对比分析，最大相对误差为8.44%,表明翻转自恢复力矩简化理论计算公式具有一定的准确性。进一步利用简化计算公式研究了分裂数、绞合角度、次档距、分裂间距、绞合位置等线路本体参数对分裂导线翻转自恢复能力的影响。结果表明，当输电线路分裂数越多、绞合角度越大、次档距越小、分裂间距越大、绞合位置越靠近翻转间隔棒时，线路翻转自恢复能力越强，线路发生翻转失效概率越低。该简化计算公式为输电线路设计提供了理论依据和参考。     

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。     

多分裂导线扭矩-扭转角关系及防翻转研究

提出一种新的多分裂导线扭矩-扭转角关系半解析模型，适用于大档距大扭转角以及翻转计算。该模型考虑间隔棒的竖向及水平向位移、子导线在扭转过程中的张力变化等多重因素，同时考虑分裂导线各截面的扭转角沿跨长呈非线性分布的特征。计算结果与有限元方法、试验结果进行了对比验证，表明导线的几何非线性对导线回复扭矩的影响十分显著，该文提出的半解析模型在小角度和大角度扭转情况下均具有较高的计算精度，并为判定导线是否翻转提供依据。详细分析了布置不同间隔棒数量工况下的扭矩-扭转角关系，从而考察了增加间隔棒数量对抑制翻转的有效性，发现只需少量增加间隔棒就能保证即使扭转角达到180°时扭转刚度依然为正，即可自行恢复，有效预防翻转；对于扭矩非常大的情形，若要保证扭转360°时扭转刚度依然为正，即导线出现扭绞现象后仍具备自行回复原位的能力，则需要布置较多的间隔棒。     

四分裂导线-间隔棒体系直流融冰时子导线不同步脱冰动力响应分析

为了研究覆冰导线在直流融冰过程下覆冰融化脱落问题，以LGJ-400/50输电导线为研究对象，应用ANSYS软件中LS-DYNA PrepPost模块采用非线性结构动力学模型，建立实际运行过程分裂导线体系有限元模型。在有限元分析过程中，考虑实际导线情况，采用SOLID45实体单元对导线进行分层建模，计算时采用生死单元法杀死覆冰单元，更加准确模拟融冰时的实际情况。目前对分裂导线脱冰研究大多将分裂导线等效成单导线进行计算，在实际融冰操作过程中，分裂导线体系存在不同步脱冰现象，需对不同子导线脱冰时的情况进行分析。结果表明，直流融冰下脱冰导线的跳跃高度比正常脱冰的跳跃高度小，导线脱冰跳跃高度及导线张力随融冰电流增加而减小；四分裂导线-间隔棒体系子导线不同步脱冰时，对角线两根子导线脱冰及下方两根子导线脱冰工况下，分裂导线体系较为稳定，其它工况子导线不同步脱冰时，四分裂导线-间隔棒体系存在横向摆幅，进而产生扭转风险，会造成导线磨损和断股事故发生。     

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。     

单根和双分裂导线风噪声的数值模拟研究

针对单根和双分裂导线风噪声采用混合计算方法进行数值模拟。基于导线的绞线结构进行建模,获得单导线风场和声场的分布特征,并与同直径的光滑圆柱结果进行对比,并针对水平和垂直布置双分裂导线风场和声场进行研究。研究表明:导线的阻力系数和总声压级均小于光滑圆柱,而斯特劳哈尔数大于光滑圆柱;在卓越频率段导线和光滑圆柱的风噪声呈现了明显的8字形指向性,而在远离卓越频率段呈现圆形指向,说明导线和圆柱风噪声是一种偶极子声源;导线和光滑圆柱风噪声的总声压级总体呈圆形、略呈8字形分布;垂直布置双分裂圆柱因相互之间无干扰,总声压级为两根单导线风噪声声压级之和;垂直布置的双分裂导线风噪声略小于水平布置双分裂导线风噪声。     

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。     

突然断线对输电塔线体系的冲击作用研究

突然断线使处于绷紧状态的输电线张力迅速释放,塔线体系将受到动力冲击作用,但设计规范仅按静态荷载来考虑断线荷载。以某输电线路为例,采用有限元方法建立塔线体系模型,进行断一根至六根子导线工况的模拟,并考虑跌落导线与地面的碰撞。分析发现,断子导线的根数越多,或者越接近断线点,直线塔绝缘子的摆动幅度越大,峰值轴力也越大。导线断线将产生两个极大的冲击作用,一个是导线断裂产生的冲击,另一个是跌落导线与地面碰撞产生的冲击。     

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。     

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。