大跨越输电塔-线在线路脱冰作用下的振动

输电线路覆冰后的脱冰动力分析十分复杂.以某1 000 kV大跨越为工程背景,借助非线性有限元方法建立塔-线耦合模型.为了考虑线路覆冰的弯曲刚度,采用梁单元模拟覆冰,采用单元生死法模拟脱冰,分析塔-线体系对线路脱冰的动力响应.结果表明,线路覆冰后体系的低阶振型基本没有变化,而自振周期变长了;地线脱冰后体系的振动响应衰减较快,而导线脱冰后体系的振动响应衰减较慢.同时,输电塔的位移响应,脱冰50%比脱冰100%时小,而对跨中电线的跳跃幅值,脱冰50%比脱冰100%时大.     

连续档架空输电线路非均匀脱冰动力响应分析

为分析输电线路非均匀脱冰动态特性,以实际220 kV两档输电线路为研究对象,利用ABAQUS有限元软件对线路非均匀脱冰典型工况进行了数值模拟,研究了脱冰方式、脱冰率和非脱冰档覆冰厚度等因素对脱冰跳跃和档间不平衡张力的影响,并通过单档脱冰试验验证了模拟结果的有效性.结果表明:单档完全脱冰时,相邻档覆冰厚度增加,脱冰档跳跃高度减小,但最大不平衡张力显著增大,两档覆冰厚度相近时,非脱冰档反向位移较大;单档局部脱冰时,脱冰率越大,两档跳跃幅值越大,且较大的脱冰率会使最大不平衡张力显著增加,脱冰率相同时,4种脱冰方式中两侧端部脱冰引起的动力响应最弱,是较为安全的除冰方式.     

覆冰脱落对输电塔线体系的动力冲击作用研究

当架空输电线路发生输电线覆冰脱落时,将会对导线、地线、绝缘子、杆塔构件以及整个输电塔产生动力冲击作用。采用有限元数值模拟方法,建立四塔五线的塔线体系模型,模拟覆冰和脱冰现象,获得输电塔线体系的脱冰响应。计算结果表明:覆冰脱落使得邻近的导线产生低频舞动,绝缘子发生大幅摆动,输电塔部分杆件出现较大的峰值应力。同时使输电塔基底剪力、基底弯矩等大幅增加,并且越靠近脱冰档的杆塔,受到的冲击作用越大。     

阻尼变化对脱冰冲击下输电线路动态特性影响

在初始脱冰冲击下,发生振动的输电线路不仅质量和刚度会随时间变化,而且阻尼也呈现出时变特性,导致系统的动态响应更加复杂,以往对此鲜有研究。通过考虑诱发脱冰效应,给出输电线路系统动力学方程,采用用户自定义"单元生死"子程序实现对系统时变特性的有限元模拟;采用瑞利阻尼模型,系统地研究阻尼率、阻尼取值方式和阻尼矩阵更新方式变化对发生自然脱冰的输电线路动态特性的影响。结果表明,阻尼率和阻尼取值方式变化对系统动态特性的影响明显,阻尼矩阵更新方式对其影响较小;考虑诱发脱冰效应和阻尼的时变特性后,输电线路脱冰振动的幅度显著增大,以往的模拟方法低估脱冰跳跃造成的危害,存在安全隐患,采用所提方法有助于保证输电线路安全。     

塔线体系覆冰脱落对输电塔的动力响应研究

输电线路的断线、覆冰和脱冰都会引起纵向不平衡张力,给输电线路安全运行带来重大威胁。本文采用ABAQUS有限元数值模拟方法 ,研究导地线覆冰脱落输电塔的动力响应及不平衡张力的动力系数,以期为输电塔的安全设计提供参考。     

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。     

导线覆冰脱落的数值模拟和参数分析

导线覆冰脱落产生的纵向不平衡张力会严重威胁到输电线路的安全。在塔线体系模型基础上利用冰单元的生死模拟导线覆脱冰,通过与以往的模型试验比较验证该模拟方法的适用性,进行建模参数的敏感性分析以确定合适的计算模型,最后进行导线脱冰的参数分析。计算结果表明,脱冰前输电塔的基底剪力和基底弯矩为零,脱冰后两者大幅增加,且越靠近脱冰档数据越大。当档距越大、覆冰越多、脱冰位置越靠中间和脱冰比例越大时,脱冰响应越显著;当导线的初始张力越大时,脱冰响应越小。     

输电导线不均匀脱冰的全过程模拟分析

对三跨输电导线体系建立了有限元模型并进行了导线找形,讨论了脱冰前后导线的动力特性,模拟分析了导线脱冰前的稳态响应、脱冰后的瞬态响应及稳态响应,对输电导线不均匀脱冰进行全过程模拟分析。研究发现:所提出的基于静力平衡的找形方法对于输电导线是一种高效的找形方法,覆冰前后导线自振频率变化很小。导线覆冰30mm后的导线张力和绝缘子串的张力分别是初始张力的3.9倍和4倍。不均匀脱冰对导线的最大张力影响不大,但会使绝缘子串张力显著增加,并产生导线不平衡张力,其瞬态幅值达2倍多的导线初始张力,对输电塔的安全性构成威胁。     

三相导线-相间间隔体系直流融冰热特性有限元及脱冰动力响应分析

为研究输电线路导线直流融冰非对称运行特性,以LGJ-400/50输电导线为研究对象,建立不同运行条件下的输电导线实体模型,采用COMSOL软件探究不同覆冰厚度对导线温度分布的影响,并对不同环境温度和不同风速对导线中心点温度变化进行分析,得到脱冰时刻导线温度作为初始条件施加,应用ANSYS LS-DYNA PrepPost非线性结构动力学模型,建立实际运行过程三相导线-相间间隔体系有限元模型,分析导线体系直流融冰非对称脱冰动力响应。结果表明,在采用不同融冰方案工况下,不同脱冰相数下导线体系最大脱冰跳跃高度不同,三相导线-相间间隔导线体系在融冰过程中相比单导线脱冰情况具有非对称性,依据间隔棒布置条件对导线体系脱冰动力响应影响规律,能够优化导线相间距进而保证直流融冰过程安全运行。     

架空输电导线不均匀脱冰跳跃高度计算

输电线覆冰在升温、自然风或人为外力作用下会发生覆冰整档或一档内部分位置脱冰，引起输电线跳跃，导致导线相间或导地线间闪络、线路跳闸、断股断线以及输电塔失稳倒塌等事故，严重威胁电力系统安全。参照实际750 kV输电线路工程，建立连续档分裂导线有限元模型，分析档数、档距、高差、覆冰厚度、风速、脱冰率和绝缘子串长度等因素对导线均匀和不均匀脱冰跳跃高度的影响；讨论均匀和不均匀两种脱冰方式下导线脱冰跳跃高度之间的联系，定义不均匀脱冰时发生脱冰的导线长度为换算档距；对比现有导线冰跳高度计算公式的准确性，提出不均匀脱冰跳跃高度系数。结果表明：当脱冰荷载相同时，不均匀脱冰引起的脱冰跳跃高度更大；不均匀脱冰时冰跳高度与换算档距下完全脱冰的冰跳高度存在一定比例关系；建立了导线均匀脱冰和不均匀脱冰跳跃高度计算公式，所提均匀脱冰跳跃高度计算公式的最大相对误差为11.8%,不均匀脱冰跳跃高度计算公式相对误差大于10%的结果仅占结果总数的13.2%,计算精度较高，有助于线路设计时确定相地或相间安全间隙。     

Dynamic characteristic of ice-shedding on UHV overhead transmission lines

The dynamic effect of ice-shedding can cause mechanical damage and electrical faults due to the clashing of conductors. The ice-shedding problem is more serious on UHV lines as the quantity of bundled conductors and the cross-sectional areas of the conductors are larger. Consideration of the ice-shedding problems is very important in determining the alignment of the conductors, the type of towers and the configurations of spans. In this paper, the actual dynamic responses of the conductor displacement and tension are acquired through physical testing, in which the natural ice formed on conductors is simulated by lumped loads hanging on the conductors, using full-size multi-span configurations. Various ice- shedding modes are considered. Furthermore, a multiple degrees of freedom dynamic model of the multi-span lines, suitable for analyzing ice-shedding, has been developed and gives good agreement between the computation and test results, which demonstrates the validity of both the use of lumped-loads in the tests and of the numerical simulation program, which may therefore be applied to both existing UHV transmission lines and the design of new lines.     

覆冰导线舞动的非线性数值仿真研究

导线的覆冰舞动严重威胁特高压输电线路的安全运行。本文利用能考虑扭转自由度的的两节点索单元,并结合分裂导     

重冰区输电塔-线体系脱冰振动的数值模拟

重冰区架空线路的脱冰振动可能造成金具损坏、导线断股、杆塔折损等机械事故,也可能造成闪络、烧断导线等电气事故。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了输电线路塔-线体系的脱冰振动精细化数值分析模型。以向家坝―上海800kV特高压直流输电线路为例进行了脱冰振动分析,分析了脱冰工况下导(地)线跳跃高度、最大水平张力、绝缘子内力和摆动位移、支座反力等变化规律。结果表明:导线脱冰振动将引起较大的竖向振动,导线最大水平张力增大了近20%,输电塔支座反力增大了约30%。基于上述模型,进行了12种工况下的参数分析,探讨了脱冰程度、绝缘子摆动刚度、阻尼比、不等跨、跨数、风荷载等参数对脱冰振动的影响规律。     

重冰区覆冰导线脱冰跳跃荷载分析

通过建立重冰区特高压线路连续7档导线-绝缘子脱冰跳跃分析模型,考虑阻尼、脱冰模式和覆冰厚度等因素影响,计算脱冰工况下导线跳跃高度、张力、挂点不平衡张力及垂直荷载等动力响应,研究不同因素对悬垂型杆塔动力响应的影响规律,确定重冰区特高压线路悬垂型杆塔不平衡张力及垂直荷载取值。阻尼比5%、单档100%脱冰时,脱冰跳跃产生的不平衡张力百分数均小于重冰区设计规定值,垂直荷载动力放大系数在1.28～1.40之间。20 mm、30 mm冰区导线上拔力占最大使用张力百分数取10%,40 mm、50 mm冰区取5%。     

导线覆冰脱冰有限元模拟方法的适用性分析

针对导线覆冰脱冰有限元分析中的附加冰单元法和改变密度法,采用相同算例进行方法的适用性分析,澄清以往学者在分析时冰参数选择的不合理之处,并提出计算时冰力学参数的合理建议值。研究表明:在应用附加冰单元法进行导线覆冰脱冰计算时,以往学者取10GPa作为冰弹性模量的取值是不合理的,根据算例结果,建议冰的弹性模量取不超过107Pa。当冰参数合理取值后的附加冰单元法与改变密度法具有等价性,均适用于导线覆冰脱冰的有限元分析。     

多跨覆冰导线脱冰振动模型风洞试验研究

覆冰导线脱冰可能造成金具、导线和杆塔等构件受力破坏,也可能会引起导线闪络、烧断等电力事故。设计了1∶50的三跨覆冰导线的缩尺模型,采用熔断集中荷载的方法模拟导线脱冰,共七种工况研究三跨导线中脱冰量、脱冰跨位置、覆冰厚度和风速等参数不同时,导线的冰跳高度、导线张力和绝缘子轴力变化规律。结果表明:边跨脱冰将引起比中间跨脱冰更大的竖向振动,跳跃高度增大了近7%,导线张力也有明显增大;在风荷载作用时,导线脱冰振动会受气动阻尼影响,跳跃高度和振动周期都有所减小,导线张力和悬垂绝缘子的轴力随着风荷载增大而增大。     

混合轴承多跨转子多频轴承传递力自适应控制

介绍了一种基于电磁执行器动力特性可控的混合轴承结构;用有限元法建立了多跨转子系统的动力学模型,分析了转子通过轴承给基础的传递力及传递力控制的原理;基于自适应最小均方算法,提出了一种基于误差信号子带滤波,由多个单频力控制器并联而成的变步长自适应轴承传递力控制器;以双轴多跨转子系统为例对轴承传递力主动控制器的有效性进行了理...     

索杆梁耦合结构分析模型及其应用研究

为了研究索杆滑动连接特性对索杆梁耦合结构受力的影响,定义了由一个通过滑动节点连接的三节点活动滑移索单元和多个两节点非活动滑移索单元组成的单元组,基于更新拉格朗日法推导了三节点直线型滑索单元几何非线性刚度矩阵,并建立了输电线路索杆梁耦合结构有限元模型。通过高压架空输电线路耐张段的非线性静力调索分析验证了耦合结构模型的可行性,探讨了耦合结构在导线发生断裂失效后的动响应变化规律及其传播特性。计算结果表明,导线静态张力与规范设计参数相差较小,可用于后续分析。考虑滑移的导线张力在导线断裂初期有短暂增加的趋势。导线断裂对邻近绝缘子和铁塔横担杆件的受力有明显的影响,且动响应的传播会导致邻近塔的导线张力增加。