覆冰输电线路脱冰跳跃及抑制方法研究

采用ANSYS建立铁塔—导线—地线—绝缘子—相间间隔棒的三维塔线系统有限元模型,考虑相间间隔棒棒芯直径、脱冰相位置及数量、覆冰厚度、脱冰档档距和高差等影响因素,完成了不同工况下的连续5档塔线系统脱冰跳跃动力分析,得到了导线跳跃高度、挂点不平衡张力和垂向荷载、铁塔杆件内力,确定了不同因素对相间间隔棒抑制效果的影响规律。针对单相导线脱冰的情况,综合抑制效果和经济性考虑,对4种相间间隔棒布置方案进行优化比选,确定了可有效抑制导线脱冰跳跃动力响应的最优布置方案。     

塔线系统脱冰跳跃动力响应分析

采用有限元软件ANSYS建立铁塔-导线-地线-绝缘子的三维塔线系统有限元模型,考虑塔线耦合效应、脱冰相位置及数量、冰厚、档距和高差等影响因素,完成了不同工况下的塔线系统脱冰跳跃动力分析,确定了导线跳跃高度、挂点荷载及其动力放大系数和铁塔杆件内力的变化规律。对于2008年冰灾500 kV实际线路段的脱冰跳跃动力分析表明,在设计冰厚工况下,脱冰量较大时,导线脱冰跳跃会导致塔头杆件应力超限而发生破坏。对于上相脱冰情况,在脱冰档安装三角形相间间隔棒后,脱冰档跳跃高度和挂点不平衡张力明显降低,设计冰厚下铁塔处于安全状态。为防治塔线系统脱冰跳跃事故,应在事故多发段采用相间间隔棒,并根据脱冰跳跃挂点荷载计算值对铁塔塔头薄弱杆件进行适当加强。     

基于BP神经网络的导线脱冰跳跃高度预测模型

冰区导线脱冰振动会引起绝缘间隙减小,严重时甚至导致闪络和跳闸等电气事故.首先利用数值方法模拟得到各种参数条件下导线的脱冰动力响应,获得导线的最大脱冰跳跃高度.进而基于数值模拟结果和BP神经网络构建导线脱冰跳跃高度预测模型,将线路的导线分裂数、导线型号、档距、高差等结构参数以及初始应力、覆冰厚度和脱冰率等载荷参数作为输入...     

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.     

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%。     

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。     

架空输电线非同期脱冰跳跃动张力实验研究

利用架空输电线脱冰跳跃实验系统,通过模型实验来研究架空线非同期脱冰跳跃的动张力特性。实验设计了从一端往另一端、从两端往档中以及从档中往两端等三种"开拉链"式非同期脱冰方式,研究3种"开拉链"式的非同期脱冰形式对导线动张力的影响,结果表明:在相同的脱冰速度下,从档中往两端的非同期脱冰方式将在导线中产生较大的动张力波动。针对从一端往另一端的"开拉链"式非同期脱冰,研究了脱冰速度对导线动张力的影响,结果表明:脱冰时间间隔为数十毫秒量级时,脱冰速度越快导线动张力的波动越剧烈;脱冰时间间隔为数百毫秒量级时,架空输电线脱冰跳跃动张力以近似斜直线的形式衰减,并相对平缓地过渡到该导线的静态张力水平。     

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。     

同期脱冰架空输电导线的动张力特性实验研究

架空输电导线脱冰后,架空导线发生大幅度的非线性震荡,其震荡的位移和导线张力严重威胁架空线路的安全运行。基于档距为40 m的架空导线模型,通过模拟实验的方法对同期脱冰后的架空导线脱冰动张力特性进行研究。实验结果表明:导线最大动张力和最小动张力发生在脱冰震荡的前1—2周期内;同期整档脱冰时,导线动张力变化幅度随覆冰厚度增加而增大,但始终低于相同条件下的静张力的数值;同期局部脱冰的最大动张力随脱冰位置的不同而变化,当架空导线档距中央局部脱冰时,将会引起更大的动张力变化,其最大动张力数值会出现大于相同覆冰条件下的导线静张力情况。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

多跨输电线路脱冰动力响应研究

提出了输电线路脱冰动力响应有限元分析方法,采用3自由度等参抛物线索单元模拟导线及覆冰,空间杆单元模拟绝缘子串,建立了多跨覆冰输电线路有限元模型.使用生死单元技术杀死覆冰单元来模拟脱冰瞬间,使动力分析时间范围包含由覆冰至脱冰的荷载突变过程,采用考虑几何非线性的隐式时间积分算法,利用自适应时间步技术克服收敛困难,对线路脱冰...     

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。     

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。     

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。     

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。     

输电线覆冰舞动的简化分析方法

覆冰导线舞动对大跨越输电线路造成严重危害,目前对输电线舞动的研究多采用复杂的数值模拟方法.该文利用数值风洞技术对覆冰导线的气动特性进行了数值模拟,采用有限元程序ANSYS建立弹簧-输电线模型进行静力分析,在LSDYNA中采用非线性粘性阻尼器单元来模拟覆冰导线的气动特性,进行显式有限元计算,提出了输电线舞动研究的简化分析...