架空输电线路脱冰跳跃模拟试验研究

为了分析架空输电线在覆冰脱落各种工况下的跳跃位移,寻求合理的脱冰方式,设计了覆冰模拟系统、覆冰脱落控制系统和位移测试系统,在临汾电力学校的实际线路上对单档导线进行了7种不同的覆冰脱落工况模拟实验,得到了各种工况下的脱冰跳跃位移,并进行了有限元模拟.结果表明:为了使脱冰跳跃位移最小,对于单档导线应遵循先两端脱冰后中部脱冰的顺序,这与有限元模拟结果的规律一致.     

覆冰输电线路塔线体系的脱冰振动

云南省某 500 kV交流输电线路位于滇东北,在高海拔、重覆冰等恶劣条件下,存在严重的覆冰输电线脱冰振动问题。本文以该输电线路为例建立了考虑输电塔线体系偶联作用的有限元模型,并利用修改密度法进行了脱冰振动分析。分析表明,由于塔体吸收了振动能量,塔线体系的最大脱冰张力和位移均比线体系小,塔体还将将一部分能量传递给了没有脱冰的导线和地线,引起其相应的震动。根据振型特点确定的半跨脱冰会增大导线的振动位移,而对张力影响不大。     

覆冰塔线体系爆破除冰后的动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,对220kV单回输电线路覆冰塔线体系的脱冰响应进行了模拟.采用改变密度法模拟未脱落覆冰的惯性作用,而覆冰脱落则通过改变惯性加速度来实现;分析了线型、脱冰档位置、档内脱冰位置、脱冰率和导地线脱冰顺序等对塔线体系的动力学响应的影响.针对单根导地线脱冰、双分裂导线同时脱冰和分步脱冰给出安全的脱冰方案.结果表明,档距为300m时,单根导、地线单次脱冰应选用初始脱冰率小于20%和30%的端部脱冰方式;双分裂导线中部同时脱冰的初始脱冰率应不大于10%,端部同时脱冰不大于30%;同档内分步脱冰时需对已除冰的导线增加临时间隔棒,且脱冰率逐级降低,存在高程差的导线脱冰时需减小脱冰率.     

输电线路多分裂导线脱冰动力响应分析

为探究输电线路在脱冰工况下的动力响应状态并对现有的脱冰跳跃经验公式进行改进,运用有限元软件ABAQUS建立四分裂导线有限元模型;基于隐式动力学方法对输电线路脱冰动力响应进行有限元分析,并将分析结果与经验公式计算结果进行对比,对现有的经验公式进行评价和改进,探究部分子导线单独脱冰对输电线路脱冰动力响应的影响,以找出子导线脱冰的最不利工况。研究结果表明:当导线覆冰厚度较小时,导线悬挂点处的支反力随脱冰率单调增加;而当导线覆冰厚度较大时,支反力随脱冰率先增加后减小;在脱冰跳跃经验公式中引入脱冰率作为参数可以提高计算公式的准确性;当部分子导线单独脱冰时,下部子导线脱冰会增加分裂导线发生翻转的风险,从而增加导线磨损和断股的概率。     

输电导线融冰体系脱冰振动数学模型及振动试验

针对输电导线直流融冰短接操控系统融冰作业时，覆冰脱落引起悬臂组合机构产生位移和应力变化，进而导致结构失稳、动触头脱出及绝缘破坏等事故，开展脱冰振动特性分析及试验研究。首先，利用拉格朗日方程并结合假设模态法，考虑不同脱冰工况、参数属性及振动方向、结构内部耦合关系等因素，建立了融冰体系悬臂组合机构脱冰振动数学模型，并利用Matlab软件采用改进欧拉法对数学模型进行求解；其次，建立融冰体系有限元模型开展仿真分析，数学模型求解结果与同工况条件下有限元仿真分析结果比对，发现悬臂组合机构位移及应力最大相对误差分别为5.89%和4.62%;验证了建立数学模型时所作假设的合理性及数学模型的准确性；最后，在融冰体系上安装振动在线监测装置，开展融冰体系脱冰振动试验测试，进一步验证了数学模型的准确性。     

多跨覆冰输电线路脱冰振动分析

多跨输电导线系统包含绝缘子、导地线等部分,在脱冰和风荷载作用下的机制和现象均与单跨不同。本文基于大型通用有限元软件ANSYS,建立了多跨覆冰输电线路的振动分析模型。对多跨覆冰输电线路的振动分析表明,从一跨增加到五跨,脱冰跨的跨中位移跳跃幅值随着跨数的增加而增加。耐直耐工况中耐张绝缘子的轴力幅值最大,但是脱冰后的绝缘子轴力也是随跨度增大而变大。悬垂绝缘子的轴力幅值随跨度增加而减小,但是脱冰后的轴力随跨度增大而增大。脱冰跨导线的张力也是在耐直耐工况中幅值最大,然而耐直直直直耐工况中脱冰后最大。边跨导线张力随跨数增加而降低。     

分裂导线不同步脱冰动力响应研究

输电线路覆冰脱落会引起导地线大幅振动,对线路结构产生潜在的危害,在分裂导线中更容易发生子导线不同步脱冰的现象。首先开展了单导线脱冰试验,验证了输电线路有限元建模及覆冰载荷模拟方法的有效性。随后利用相同的方法建立了六分裂导线-间隔棒体系的有限元模型,研究了分裂导线在不同步脱冰时各子导线的脱冰跳跃高度、导线张力和导线束扭转角的影响因素及变化规律。结果发现:部分未脱冰子导线的最大动态张力超过了导线全覆冰时的静张力,在分裂导线脱冰跳跃研究过程中应重点关注。     

输电导线脱冰振动测量双目视觉方法

导线脱冰跳跃将导致导线之间的空气间隙减小,进而导致相间闪络和结构损坏.针对输电线路导线脱冰引起的导线振动问题,以立体视觉理论为基础建立了导线成像几何关系,并应用双目视觉原理建立了导线三维坐标测量的数学模型.经标准长度的双目视觉系统标定方法求解导线测量数学模型,恢复了导线三维几何信息.在试验检测中,建立了双目视觉测量系统,完成了导线脱冰振动的位移测量.测量结果证明了采用双目视觉原理检测输电导线脱冰位移的可行性.     

影响导、地线覆冰的因素及在线路设计中的运用

介绍了导、地线覆冰的形成、分类及其影响因素。导、地线覆冰会导致杆塔荷载过大,导线弧垂变大,脱冰时导地线因为跳跃发生鞭击等,为输电线路设计及安全提供参考。     

覆冰导线风动脱冰研究

用半椭圆雾凇覆冰模型对导线在风力作用下的机械脱冰机理进行了分析研究,获得了最大剪切力及最大扭转角的计算方法和公式,其计算结果表明:最大剪切力出现在导线端部,最大扭转角出现在导线中部,在风力自重作用下,导线覆冰可被剪破,并由端部开始,逐渐向挡中发展.     

输电线路机械除冰作业过程中抑制脱冰跳跃方法的研究

机械除冰作业时输电线路因外力冲击作用和覆冰突然脱落而发生大幅振动,会对线路结构产生潜在危害,从而阻碍了机械除冰技术的推广。为抑制机械除冰时电线的脱冰跳跃,通过分别采用绝缘绳或绝缘杆约束电线,分别保持约束点固定或可移动,及改变约束点位置等共组合产生了16种抑制方案;以某输电线路机械除冰试验为例,通过有限元仿真,研究了各种方案对机械除冰过程中除冰率、电线跳跃高度和最大张力的影响。结果表明,当采用绝缘绳施加在档距中点并固定约束点上跳位移的方案时,对抑制机械除冰中电线脱冰跳跃的综合效果最好,在工程中应优先选用。     

考虑时变气象参数的输电导线覆冰数值仿真

近年来输电线路覆冰灾害频发,给电网运行带来了极大威胁。现有研究大多未考虑时变气象条件对导线覆冰所产生的影响。为对线覆冰增长情况进行有效预测,给输电线路融冰除冰和舞动预警提供重要参考。本文基于导线覆冰机理和欧拉气液两相流模型,提出了考虑时变气象参数时变影响下的输电线路导线覆冰数值仿真方法。在此基础上建立了基于FLUENT和FENSAP-ICE软件的导线覆冰增长数值模拟框架,利用三维仿真模型,研究了温度、风速、空气中的液态水含量、水滴中值体积直径等时变气象参数和导线直径等因素对输电线路导线覆冰质量及覆冰形状的影响,结果表明导线覆冰形状受风速、过冷却水滴中值体积直径、空气中的液态含水量和导线直径影响较大,受温度影响较小。最终利用真实输电线路现场覆冰监测数据以及相应的气象数据对仿真计算方法的有效性进行了验证。预测结果与输电线路覆冰监测结果吻合度较好,考虑时变气象参数的方法比不考虑时变参数的方法更能有效地预测导线实时覆冰形状和质量,表明本文提出的导线覆冰仿真方法具有较好的精度。     

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SST k-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。     

覆冰输电线舞动的非线性流固耦合模拟

偏心覆冰输电线在横向风激励下发生的舞动,可以近似认为是在与风向垂直平面内的一种强烈失稳现象。文章应用二维流固耦合模型对横向风载下的输电线舞动现象进行研究,研究了覆冰输电线舞动的起动和发展过程,考察了输电线自身力学参数和环境参数对其覆冰舞动现象的影响。这些结果有助于更好地了解和研究偏心覆冰输电线的舞动现象。     

架空输电导线三维时变积冰计算

输电线路覆冰严重影响电网安全运行。现有输电线路积冰模型多忽略轴向积冰差异,且将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的讨论。本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了考虑时变积冰参数影响下的输电导线覆冰模型。依托ANSYS-Fluent ICING模块,对三维导线模型开展时变参数积冰计算,利用真实输电线路覆冰试验数据对计算方法的有效性进行了验证,计算结果与试验结果吻合度较好。在此基础上对比研究了单步与多步积冰算法,并着重分析了输电导线倾斜角度、导线直径对积冰形貌、积冰质量的影响。结果表明：多步积冰计算法较单步积冰计算法精度提高约8%。干覆冰条件下,随输电线倾斜角度增大,输电线上积冰形貌和积冰质量均没有明显变化;湿覆冰条件下,输电线倾斜角度对积冰有显著影响,当倾斜角度由0°增至60°,表面积冰覆盖面积减小、积冰形貌逐渐圆滑,但积冰质量降低约21%。对比不同直径导线积冰计算结果,大直径导线积冰量明显高于小直径导线。     

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。     

覆冰导线的空气动力参数数值模拟

覆冰导线的空气动力参数是导线舞动的关键因素.由于覆冰形状的多样性,风洞试验研究代价巨大,仅靠风洞试验提供覆冰导线的空气动力参数是不实际的,因此有必要采用数值模拟的方法.提出了基于面元法的覆冰导线空气动力参数的数值模拟方法,采用有粘性的绕流模型,编制计算程序对覆冰单导线随攻角变化的空气动力参数进行了数值模拟计算.该程序系统简单易用,能快速得到结果.通过比较,所得数值模拟结果与试验结果基本一致,一定程度上反映了覆冰单导线气动力的规律.该方法是一种实用、快速、有效的数值解法,为覆冰导线舞动计算与仿真的深入研究提供了一种有效的途径.     

输电线路雾凇覆冰分段爆破除冰方案研究

为研究分段爆破除冰法的安全性能,以及确定分段爆破除冰时合理的脱冰位置,本文在平凤线220 kV退役线路实地试验的基础上,使用有限元仿真软件ABAQUS分别对密度为0.2 g/cm³和0.4 g/cm³的软雾凇及密度为0.8 g/cm³的硬雾凇进行了脱冰工况模拟.结果表明：在对输电线路进行分段爆破除冰时,将导爆索敷设在线路两端,避开档中位置进行爆破除冰可以有效减小导线的跳跃高度,提高爆破除冰的效率以及安全性;同时当导线覆冰密度大于0.8 g/cm³且厚度超过70 mm时,使用分段爆破除冰会使导线跳跃高度超出安全范围且除冰率无法满足要求,因此需采用药量更小长度更短的导爆索,增加起爆次数,以确保在安全范围内进行爆破除冰.     

覆冰对某输电塔影响的研究

覆冰对输电塔的影响是通过整个输电线路上各方面因素共同作用的。不同的档距、高差、转角以及风载等因素都会使覆了冰的输电线路的稳定性遭到破坏,从而引起输电线拉断及铁塔倒塌。通过MSC．MARC软件建立了输电塔模型,根据覆冰载荷的计算机理,得到不同档距、转角及风速条件下,输电塔在各个冰厚载荷作用下所产生的等效应力以及输电线所受的拉力,并将各个冰厚载荷作用下的结果进行分析比较,总结出倒塔的主要原因。     

架空导线模拟覆冰脱落高精度时序控制系统研究

设计了一套用于架空导线覆冰脱落振荡实验的高精度脱冰时序控制系统,采用光耦驱动电路将控制电路与电磁铁电路隔离,减小了电磁铁通断所产生的感应电压的干扰,采用总线方式连接各脱冰控制装置,方便进行统一时序控制。脱冰时间延迟包含动作指令时延差和脱冰时延差两部分,分别设计时延测定实验方案,并采用示波器对各时延差进行测定。实际测量表明:指令时延差很小,脱冰时延差均不超过3.2 ms,满足毫秒级精度要求。