新月形覆冰导线气动力特性的数值模拟

运用FLUENT软件,数值模拟了新月形覆冰导线的气动力特性,并将模拟结果与风洞试验结果进行了对比。数值模拟结果表明风速和冰厚两个因素对气动力特性有较大的影响,比较准确地模拟出新月形覆冰导线的气动力负阻尼区,数值模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明,适当的数值模拟可以在一定程度上代替风洞试验,预测覆冰输电导线发生驰振的可能性和条件。     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SSTk-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

覆冰导线气弹模型舞动风洞试验研究

制作了D形和新月形两种典型覆冰断面的单根及分裂覆冰输电导线气弹模型,通过调整导线模型的弹簧刚度、悬挂点位置和配重质量获得不同竖向/扭转自振频率比,并调整风攻角和风速,在风洞中激发并记录D型单根覆冰导线和新月形二分裂、四分裂覆冰导线的舞动现象。D型单根覆冰导线在竖向/扭转自振频率比接近和远离时均能观察到舞动现象;而新月形二分裂、四分裂覆冰导线只在竖向/扭转自振频率比接近时发生舞动。试验结果表明:竖向/扭转自振频率比将影响导线舞动稳定性,相同覆冰断面的分裂导线与单根导线表现出不同的舞动稳定性特征,导线扭转响应对导线舞动的产生及舞动过程中的竖向运动响应均有较大影响。     

覆冰导线在斜风下的气动力特性试验和数值模拟

斜风作用下,输电线覆冰舞动往往为控制工况。基于斜风下的输电线气动特性是影响舞动的关键因素。文章主要研究新月形覆冰导线在斜风作用下的空气动力特性,新月形覆冰导线随着风向角的变化,及其三分力系数曲线变化。文章对斜风下覆冰导线三分力系数对传统的斜风分解法进行检验,运用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟和风洞试验两种不同方法,对覆冰导线在斜风下的气动力特性进行研究,把风洞试验的测得数据和数值模拟得到的结果进行比较得出,数值模拟和试验结果吻合的很好。     

三维新月形变截面覆冰斜拉索气动力特性研究

为研究变截面覆冰对斜拉索气动力特性的影响,应用FLUENT中的SST k-ω 模型对三维新月形变截面覆冰斜拉索绕流场进行数值模拟;将变截面覆冰斜拉索模型划分为6个节段,分别监测不同覆冰厚度节段的气动力,得到全攻角下各节段以及全索的阻力系数和升力系数;基于Den Hartog机制,获得驰振力系数,进而研究变截面覆冰斜拉索的驰振稳定性。结果表明:变截面覆冰形态对斜拉索的流场分布影响较大,其绕流场具有明显的三维流动特性;由于覆冰厚度的变化,变截面覆冰斜拉索各节段表现出不同的气动力特性和驰振稳定性;经过三维模拟计算,变截面覆冰斜拉索各节段及全索的部分驰振力系数小于0,拉索具有发生覆冰驰振的可能性,变截面覆冰对斜拉索的气动力特性影响较大。     

考虑气动阻尼效应的覆冰四分裂导线舞动特性研究

针对典型输电线路在风场作用下的舞动问题,提出了考虑气动阻尼效应的覆冰输电线路舞动动态分析方法。在ABAQUS有限元软件中建立了覆冰四分裂导线的有限元模型。进而利用用户定义的索单元,通过有限元方法施加了气动载荷,将空气动力施加到各子导线的索单元上。根据美国输电线路设计规范提出的ASCE No.74气动阻尼计算方法,进行了输电线路的舞动计算。根据数值模拟结果探讨了风速和线路档距对四分裂导线舞动幅值、轨迹的影响,并与不考虑气动阻尼效应的计算结果进行了比较。结果表明,气动阻尼对覆冰四分裂导线舞动有影响,且在大风速工况下对大档距线路舞动特性显著。本文认为在计算舞动时,气动阻尼的影响不可忽略。     

混合凇覆冰对导线表面场强影响研究

我国冬季混合凇冰灾频繁并严重威胁输电线路安全运行;覆冰后的导线表面会形成雨凇和雾凇的混合体,尖锐的冰柱会畸变冰面电场分布,进而使导线表面场强增大;为研究混合凇覆冰对导线表面场强的影响规律,在小型人工气候室内完成了对LGJ-185/25绞线混合凇覆冰后的参数测量,并根据混合凇形态建立电场分布模型,利用有限元法对导线覆冰后的表面场强进行计算。结果表明:混合凇形成的冰柱尖端会增大导线表面场强;随着覆冰程度的增加,导线表面场强会继续增大但速度却逐渐减慢并最终趋于饱和;所得结论可为混合凇频发地区的输电线路选型和设计提供理论依据。     

重冰区导线覆冰脱落对转角塔的动力冲击仿真研究

重冰区线路覆冰脱落(脱冰)影响输电线路安全运行在线路设计中充分考虑脱冰对线路的影响,制定安全合理的设计方案非常重要。针对此问题,采用有限元方法建立7塔8线的两个耐张段塔线体系动力学模型,研究在风载作用下,不同脱冰方式及转角时塔线体系脱冰对转角塔的冲击作用,分析了导线纵向位移、转角塔水平荷载及杆件内力的变化,发现不同时脱冰对铁塔危害更大,并且随着线路转角增大,线路脱冰对铁塔的冲击作用在减小,为重冰区转角塔设计提供了依据。     

覆冰导线舞动的非线性动力学及参数分析

为考察系统参数对覆冰输电线路舞动稳定性和动力响应的作用机制,基于Langrange方程,建立了考虑竖直向、水平向和扭转向三维非线性耦合效应的连续体分裂导线舞动模型。运用Rourh-Hurwitz判据准则在参数空间中标识了线路失稳时的临界条件,分析了不同阶主导振型作用下系统的稳定域及非稳定域。通过将系统参数视为状态变量的方式把原含参系统转化为不含参数的高阶扩张系统,应用不经中心流形定理降维的规范形理论推导了系统在临界点附近的Hopf分岔方程,并结合数值模拟方法检验了系统稳定条件和舞动响应理论解的准确性。在此基础上,讨论了不同主导振型作用下输电线路舞动响应随系统参数的变化规律。研究结果表明:初始攻角、来流风速和阻尼比等参数对覆冰导线稳定性与非线性分岔行为均有着重要影响。     

弹性支撑拱结构的动力特性研究

以三次B样条函数的线性组合作为拱结构位移振型函数,根据哈密顿原理推导出了弹性支撑拱结构的频率方程,考虑了拱脚处集中质量的附加惯性力等因素的影响,计算分析了竖向弹性支撑和旋转弹性支撑对拱结构动力特性的影响,提出了竖向临界刚度系数的概念。研究结果表明:竖向弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,当矢跨比为0.1左右时影响最为显著,同时还会改变拱结构振型序列特点;竖向临界刚度系数是拱结构动力特性的分界点,此时拱结构的基本频率和第二频率几乎相等,若竖向支撑刚度系数小于临界刚度系数,结构的第1阶振型是对称的,而第2阶振型是反对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列不同;若竖向支撑刚度系数大于临界刚度系数,结构的第1阶振型是反对称的,而第2阶振型是对称的,与刚性支撑拱结构的振型序列相同;旋转弹性支撑会使拱结构的基本频率减小,但并不改变其振型序列特点。     

电力架空导线在覆冰状态下的风振响应分析

为研究电力架空导线自然风作用下的振动响应特征以及其受覆冰、防振锤等因素的影响,以某地区典型大跨度输电导线为研究对象,基于随机过程理论的谐波叠加法建立了设定工况下的脉动风模型,并进一步获得了自然风荷载的数学模型。采用通用有限元软件ANSYS对导线进行动力响应分析,对比了在自阻尼情况下裸导线和覆冰导线的风振响应特征。最后,通过将防振锤简化为弹簧振子,对覆冰导线-防振锤体系进行动力响应模拟,验证了多点集中布置防振锤对于控制导线在顺风向与垂直风向的振动响应均有一定的效果。     

覆冰导线三自由度耦合舞动稳定性判定及气动阻尼研究

利用风洞内支架式三自由度频率可调的弹簧悬挂装置对D形覆冰六分裂导线节段气弹模型进行舞动试验,在不同气动力特性的风攻角下调整竖/扭自振频率比及风速,激发并记录纯竖向、纯扭转、竖扭耦合和扭转水平耦合等失稳舞动。分别基于实测响应和三自由度舞动响应非线性数值模拟结果识别导线的竖向和扭转气动阻尼并与Den Hartog或Nigol舞动理论计算值进行对比,研究导线气动阻尼与气动特性、自振特性及风速之间的关系。试验结果发现：由于Den Hartog或Nigol系数正负不同以及竖/扭频率比不同,导线气动负阻尼绝对值会随风速提高以指数形式增大或者是随风速提高先增大后减小至小于结构阻尼;用单自由度舞动理论来预测三自由度舞动存在较大缺陷且偏于不安全。基于特征值摄动法提出覆冰分裂导线竖向-水平-扭转三自由度耦合的舞动稳定性判断条件式,解释了无法用Den Hartog或Nigol单自由度稳定性判断条件式说明的舞动现象,并得到试验结果的验证。     

不同形式绝缘子串覆冰直流闪络特性的研究

在人工气候室内模拟不同气象条件对不同形式绝缘子串进行了覆冰直流闪络特性研究。根据试验结果分析了"V"形串布置方式和插花形布置方式绝缘子串在不同串长和不同污秽下与垂直串的覆冰直流闪络特性,结果表明"V"形串和"3+1"形插花方式绝缘子有利于提高绝缘子直流冰闪电压。     

覆冰作用下架空地线股线应力特性研究

为了研究架空地线的股线应力特点,首先基于有限元理论建立了架空地线的精细模型。在此基础上,建立了架空地线的应力分析方法和计算方法。最后,分别研究了架空地线在覆冰荷载作用下各股线的受力特性。算例研究表明:地线在覆冰荷载作用下其张力显著增加,外层股线在轴力作用下伸长并对内层钢芯产生挤压效应。无论是对于内层钢芯还是外层股线而言,其轴应力峰值较为接近。     

输电线路覆冰研究综述

输电线路覆冰是一种严重的自然灾害,可引发输电线路过荷载、导线舞动、绝缘子串闪络等事故,严重危害电力系统的安全运行.总结和分析了国内外输电线路典型覆冰事故、覆冰的种类与性质、影响覆冰的因素、绝缘子冰闪特性的研究以及输电线路覆冰机理的研究.分析结果表明:绝缘子覆冰闪络问题日渐突出;影响绝缘子覆冰的因素很多,其中电场对绝缘子覆冰的影响不容忽视.     

新月形变截面覆冰倾斜拉索气动特性

覆冰层改变了斜拉索的横截面形状,斜拉索的气动特性也随之发生变化。首先,在Pro/E中建立新月形变截面覆冰倾斜拉索的模型,覆冰范围为30~60mm。然后,模型导入ICEM中,进行网格划分。拉索均分为六个节段,采用结构化网格,拉索附近采用外O形网格。最后,利用Fluent软件计算划分好网格的模型,得到各个节段的气动力参数,并绘制各个节段及整索的气动力系数曲线。     

覆冰电线静力响应与动力特性分析

电线是一种典型柔性悬索结构。论文构建电线静力分析方法与步骤,并以某孤立挡架空电线为例,进行了电线的找形分析,对覆冰工况下的电线静力响应与动力特性进行了研究。研究表明:构建的电线静力分析方法与步骤正确可行,研究结果为工程的安全评价提供了理论依据。     

基于室外导线节段模型的输电线路覆冰与脱冰过程试验研究

输电线路通常需要跨越峡谷及山地等险峻复杂地形,线路脱冰动力响应的现场实测往往成本较大且精度难以保证.而室内缩尺模型试验则难以真实重现自然地貌及气象条件.为实现对某500kV高压输电线路覆冰、脱冰物理过程的高效低成本模拟,该文基于模态叠加法和动力相似关系自主设计自然条件下多分裂导线节段模型装置.采用弹簧系统提供可调的垂直...     

棒形悬式复合绝缘子覆冰操作冲击特性的研究

覆冰后的棒形悬式绝缘子电气强度明显下降,容易造成覆冰绝缘子串冰闪事故。分别研究了不同覆冰重量和水电导率对操作冲击U50%放电电压的影响,得出覆冰棒形悬式复合绝缘子的U50%放电电压随覆冰重量和水电导率的增加呈乘幂关系下降;冰闪电压随覆冰重量下降的速率呈逐渐变缓的趋势;棒形悬式复合绝缘子的正极性比负极性的操作冲击放电电压低。     

钢管塔有限元模型快速建模及覆冰动力特性分析

采用通用有限元分析软件SAP 2000,选取1个500kV双回路直线型钢管输电塔架,通过建立空间桁架模型、空间刚架模型和由杆单元及梁单元组成的混合有限元模型,较全面分析讨论节点构造和节点刚度等因素对塔架动力特性的影响,系统研究不同有限元模型对模态分析结果的影响,指出各种有限元模型在塔架动力特性分析中的特点和适用范围。在模型分析的基础上,对不同覆冰厚度下的钢管塔动力特性进行分析,为进一步研究钢管输电塔在覆冰条件下的地震及脉动风动力分析提供基础。研究表明：塔架整体覆冰对钢管塔架的动力特性影响明显,钢管塔截止频率随覆冰厚度的增加而减小;塔架自振频率的减小幅度随覆冰厚度的增加而逐渐增大,因此在进行覆冰条件下的钢管塔动力分析有限元计算时,应特别重视覆冰对钢管塔架的动力特性影响。