500kV平武输电线路大跨越段导线舞动致损伤断股的教训

一、前言500kV 平武输电线路运行五年以起,基本上是安全的.偶而发现不定点的导线舞动和振荡,振幅不大,时间不长,破坏性不明显,事后又未发现问题,未引起足够重视.1987年2月中下旬,湖北地区发生了一次降温、导线结冰的过程。汉江等大跨越段脱冰激发导线舞动三天两夜,致使导线发生严重损伤、断股,应该引为教训.     

苏联10～750千伏架空线路导线舞动的分析

苏联《电站》杂志1987年第2期刊登了一篇分析架空线路导线舞动的文章。这篇文章对10～750千伏架空线路发生的333次导线舞动进行了分析,阐述了导线发生舞动的条件、导线舞动的现象及其后果,现摘译如下。 全苏电力科学研究院收集了在1982—1983、1983—1984、1984—1985年3个结冰季节中10～750千伏架空线路导线舞动的资料,并且进行了分析。分析这些资料有助于研究导线舞     

合理布置分裂导线的间隔棒以减小舞动

针对结冰分裂导线舞动问题,提出了合理布置间隔棒以减小分裂导线舞动的对策.先导出气动力在分裂导线半波舞动时一个周期内的功的表达式,再分析此功与子导线的位移在档内的分布及子导线的攻角在档内分布的关系.间隔棒使子导线的扭转角减小,使子导线的冰形趋于一致,使气动力的攻角趋于一致,而作用在子导线的上的气动力是攻角的函数,从而间隔棒使作用在子导线的上的气动力趋于一致,导致分裂导线舞动的可能性增大.最后得到的结论是:对于分裂导线的半波舞动,增大档内中部的次档的长度,可减小分裂导线的半波舞动.     

应用Matlab软件对架空输电线路覆冰舞动故障的分析

分析了导线覆冰舞动的形成因素,以扇形覆冰导线为例,应用Matlab软件对扇形覆冰导线在不同风速、攻角以及档距条件下导线的振幅相平面图进行数值模拟分析,得到覆冰导线在不同参数条件下发生舞动的时程曲线,并得出相应结论。通过对导线覆冰舞动机理及舞动特性进行分析与研究,对输电线路的安全稳定运行提供重要的理论依据。     

典型覆冰导线空气动力学特性数值和试验模拟

输电线路覆冰舞动是由覆冰导线气动力引起的,因此了解覆冰导线的空气动力学特性是研究其舞动的关键因素。为此,结合覆冰导线空气动力学特性的研究现状,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流计算模型和ADINA有限元软件对不同覆冰厚度的典型新月型、翼型、扇型和D型覆冰导线的升力系数、阻力系数及扭矩系数等空气动力学参数进行了系统研究。利用流场压力分布特性对空气动力学参数随攻角变化出现的尖峰突跳现象进行了分析。结果表明,数值模拟与试验结果具有较好的一致性,覆冰导线空气动力学参数仅与导线规格、覆冰厚度、覆冰类型和攻角有关,受测试风速影响较小。随着导线覆冰厚度的增加,覆冰导线空气动力参数曲线负斜率和变化率变大,即线路起舞阈值降低,发生舞动的可能性增大。     

大跨越导线动张力计算和模型实验

为正确认识塔线耦合力等效应理论基础的导线线端动张力,保障线路安全运行的工程需要,在考虑导线初始垂度和抗拉刚度情况下,建立了导线自由振动的非线性微分方程,用连续化超越函数解法,将导线自由振动曲线形式分为正对称和反对称两类模态分别进行模态分析,得出导线动张力成分仅由在平面内对称模态振动引起。将导线不平衡合力对各阶正对称模态幅值求导后为零,联立后求解,即可得到各阶正对称模态幅值,使叠加后的正对称模态与导线实际振动更逼近。将导线在平面正对称基本振型参数规一化后,推导出了导线线端动张力的近似计算公式。对某实际工程的近似公式计算结果与气动弹性模型实验数据对比分析的一致结论说明了动张力近似公式计算结果准确,导线振动过程中线内动张力与初始张力数量级相同。因此,可得出这样结论,导线在实际振动过程中,线端张力变化很大,尤其导线产生低频大振幅舞动时,应慎重考虑由此引起的导线首先失效隐患。     

基于图像匹配的输电导线舞动监测方法

输电导线舞动对电网的安全运行造成了严重威胁。为此,提出了基于图像匹配的输电导线舞动监测方法。通过输电导线视频监控装置获取导线舞动的视频信息,以输电导线舞动视频中截取的多帧连续图像为研究对象,选取导线间隔棒作为跟踪目标来创建轮廓特征模板,通过匹配导线间隔棒来定位导线位置和计算舞动偏移量。该方法首先提取出未发生舞动时导线上的间隔棒进行模板创建;再对输入的待分析图像进行预处理,从而确定模板待匹配区域;最后通过后续视频帧图像中的全图搜索进行轮廓特征匹配,通过匹配成功的导线间隔棒来确定导线位置。实例分析结果表明,该方法能够匹配跟踪到导线舞动位置,并计算出导线舞动的相对偏移量和偏移角度。     

四分裂新月形覆冰导线的气动绕流特性分析

对一种排列方式的四分裂新月形覆冰导线的气动特性进行了风洞实验测试和数值模拟计算,通过计算结果与实验结果的对比研究,确定了正确合理计算覆冰导线气动特性参数的方法。然后,对另一种工程实际中典型排列的四分裂新月形覆冰导线的气动特性进行了计算。最后,依据舞动机理对两种排列的四分裂覆冰导线的稳定性进行了讨论。结果表明:由于迎风前方导线对气流的屏蔽效应,使得尾流后方导线的气动特性受到影响,稳定性发生较大变化。其中排列方式、初始覆冰角度、覆冰厚度对屏蔽效果影响较大,而在工程中常用的间隔棒跨度的改变对屏蔽效果影响较小。     

分裂导线安装失谐摆防舞动效果探讨

观察某些线路的覆冰舞动,发现导线舞动时伴随有扭振发生,并且扭振频率与舞动频率一致,扭转振荡与垂直振动同步进行。因而,有人认为:导线舞动与导线扭振密切相关,当导线的扭振频率接近垂向振动的低阶频率时,舞动就不可避免地要发生。这就是所谓“扭转激发舞动”的理论。     

湍流度对覆冰导线气动力特性影响的试验研究

为研究风场湍流度对覆冰导线气动特性的影响,对D形和4种不同冰厚的新月形覆冰导线进行了风洞试验。分别在均匀流、5%和13%这3种均匀湍流场中,获得了0～180°攻角范围内单导线和6分裂导线的气动三分力系数,考察了2种不同形状覆冰时导线截面的气动力特性。同时,根据Den Hartog竖向和Nigol扭转舞动机理,讨论了覆冰导线的驰振不稳定攻角范围,为覆冰导线的舞动计算分析提供了有效参考。研究结果表明:湍流会降低新月形覆冰导线的气动稳定性,其中5%的湍流场对弛振稳定性的影响最为不利。然而对D形覆冰导线而言,湍流仅会略微改变气动力系数的幅值,不会影响其随攻角的变化规律;此外,湍流会提高D形覆冰导线的竖向弛振稳定性,而对扭转弛振稳定性几乎没有影响。     

基于Fluent的覆冰导线气动特性分析

为了研究覆冰导线在风荷载作用下的气动特性,笔者采用计算流体力学软件Fluent模拟覆冰导线周围的空气流场,并计算了不同覆冰厚度的导线在不同迎风攻角下的升力系数、阻力系数及扭矩系数,得到了覆冰厚度、风速等因素对覆冰导线气动参数的影响规律。结果表明,覆冰厚度对阻力系数、升力系数和力矩系数均有较大影响,但影响规律不尽相同。风速对阻力系数有较大影响,对升力系数和力矩系数的影响并不明显。计算所得的气动参数可为覆冰导线舞动研究提供参考。     

架空输电线舞动的计算机仿真

为建立导线舞动的计算机仿真模型,研究导线舞动以及制定防舞措施,利用目前比较全面反映导线舞动特性的三自由度(3DOF)线路舞动模型,同时通过计算流体力学研究了典型覆冰导线的空气动力特性并得出其空气动力特性典线。基于上述导线动力模型和空气动力典线,设计了导线舞动的仿真计算程序。利用该程序对4分裂导线(包括子导线间隔棒)建立模型并进行舞动的动态仿真,同时输出导线舞动仿真的三维图像,从中可以形象直观地看到舞动的发展过程,为舞动特性研究以及防舞装置、防舞措施的研究提供了一个有力工具。通过该程序的扩展模块还可对各种防舞装置的防舞效果进行动态仿真。     

不同初凝角下D形覆冰分裂导线气动力特性

通过刚性节段模型高频测力天平测力风洞试验,对D形覆冰二分裂和六分裂导线模型进行了13组不同工况的试验,测得了在不同初凝角下分裂导线整体和60°初凝角下各子导线的气动力系数,攻角范围为0°~360°,并以5°为各攻角间隔,基于邓哈托准则,对D形覆冰分裂导线的驰振稳定性进行分析。试验结果表明：初凝角对覆冰分裂导线气动力特性及驰振稳定性存在影响;在一定风攻角下,子导线尾流干扰对气动力特性影响显著,增大了导线的驰振不稳定性。所得试验结果为D形覆冰二分裂和六分裂导线的舞动分析及其防治技术提供了必要的气动力数据。     

覆冰导线空气动力系数数值分析

采用ANSYS12中的FLUENT模块模拟覆冰导线周围的空气流场,计算不同分裂导线在全迎风攻角下的升力系数、阻力系数及扭矩系数。首先通过将湖北省中山口三分裂导线的数值计算结果与风洞实验数据进行对比,验证了计算模型的精确度,然后运用该计算模型对部分多分裂导线的气动力参数进行计算分析,得到覆冰厚度、覆冰形状以及来流风速对气动力系数的影响,同时计算分析了导线间距与直径比对尾流的影响,得到的空气动力参数可为导线舞动研究提供载荷支持。     

覆冰导线风致振动的数值模拟

基于导线舞动的空气动力特性,依据流体动力学原理对覆冰导线绕流模型的流场进行了分析,得出不同风速、攻角下的空气动力系数,并探讨了风速、攻角等对舞动的影响。以索单元模拟输电导线,建立覆冰导线舞动的力学模型,采用Ansys软件对覆冰导线舞动进行模态分析,根据谐波叠加法研究了覆冰导线的风振响应,得出覆冰导线模型的前6阶振型并绘制导线对应振型的位移图,可为覆冰导线的优化设计提供依据。     

覆冰导线舞动方程的建立及求解策略

架空导线的覆冰舞动是导致线路跳闸的重要因素,严重威胁着电力系统运行的安全性与稳定性,如何准确地描述其位移与频率的舞动规律就成为亟待解决的问题.基于拉格朗日原理建立了包括垂直、水平以及扭转的3自由度的舞动运动方程,使用模态摄动法描述导线舞动时各微元的相对位置关系,考虑到覆冰导线大幅舞动的几何非线性,使用Newmark-β...     

薄覆冰导线气动力特性风洞试验研究

薄覆冰舞动是一种常见而又难以用传统理论来解释的现象,需采用风洞试验对薄覆冰导线的气动力特性进行研究。根据某工程舞动现场调查结果,设计了3种覆冰厚度导线模型做风洞试验,利用六分量高频天平测得在2种不同流场中准椭圆形覆冰导线模型的平均气动力。通过平均气动力系数的对比分析结果,指出Den Hartog系数不适合用来分析薄覆冰导线的舞动特性。在Den Hartog对导线舞动定性分析的理论基础上,提出了2个发生舞动的必要条件。通过试验结果的分析,得到薄覆冰导线可能发生驰振不稳定的风向角。     

交流输电导线覆冰增长及临界防冰电流的试验研究

输电线路导线覆冰荷载和导线覆冰后舞动产生的荷载均可能引起倒塔或导线断线事故,从而严重威胁电力系统的安全运行。为此在大型多功能人工气候室开展不同型号导线在不同气象条件下覆冰增长和临界防冰电流试验研究,得到不同条件下导线覆冰增长随时间变化的关系曲线,分析影响其覆冰增长和临界防冰电流的因素。研究结果表明运行电流可延缓导线的覆冰增长;同等覆冰条件下,直径小的导线覆冰增长较快;环境温度和风速对导线覆冰增长均有明显影响,且环境温度将决定导线表面的覆冰类型;导线运行电流达到一定值可使其不覆冰且临界防冰电流值与气象参数有关。研究结果可为进一步揭示导线覆冰机理提供参考。     

Stochastic modelling and stabilization of galloping transmission lines

Galloping of overhead transmission line causes low frequency high amplitude oscillations resulting in line outages due to flashover between the phases, or between the phases and the ground wire. It is known that galloping is the result of aerodynamic instability of the iced conductors. In the commonly used approach to the analysis of galloping, the aerodynamic effects are represented by a deterministic coefficient in the system model. However, because of randomness of the wind velocity and direction, and of the shape of ice accumulation on the conductor surface, the aerodynamic forces could be better represented by a random process. In this paper, a stochastic model has been presented for modelling the galloping transmission lines considering the randomness of aerodynamic forces. Stochastic calculus has been used to obtain sufficient conditions for stability and instability. It has been shown that exponential stabilization of the conductor oscillations could be obtained by applying a suitable amount of mechanical damping to the conductor. The value of critical damping for the fastest decay of oscillations has also been obtained.The stability criterion given in this paper is based on rigorous analysis of the stochastic model. This gives a conservative estimate of the damping constant which can be relied upon under the worst possible disturbances.     

覆冰导线非稳态空气动力参数模拟

在覆冰分裂导线舞动过程中,导线的扭转振动与横向振动耦合,产生非稳态运动。基于输电导线节段模型的耦合运动,推导输电导线的非稳态空气动力表达式,并对该表达式进行数值模拟,得到的非稳态空气动力参数用已有的风洞数据进行验证。非稳态空气动力参数模拟是对某些较难测试的风洞试验的一个有益的理论补充。