八分裂输电导线结冰风洞及气动力特性试验

通过八分裂输电导线的结冰风洞试验,揭示了导线的覆冰过程与规律,温度、风速及空气中的含水量都是影响导线覆冰量的重要因素。针对两类不同冰型,系统地进行了八分裂导线和覆冰八分裂导线的气动力特性试验,给出了八分裂导线的三分力系数。分析了上游导线对流场的干扰和尾流的作用对导线气动力特性的影响。试验结果反映了八分裂覆冰导线的气动力特性规律,为覆冰导线的舞动研究提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

架空输电线路分裂导线扭转刚度及舞动机理分析

分裂导线因具有比单导线大得多的扭转刚度而更容易发生舞动,分裂导线扭转刚度是分析其舞动机理的关键因素。为此,基于对分裂导线扭转过程中能量增量的分析,建立了分裂导线扭转刚度的计算公式,并开展了真型分裂导线扭转试验,试验结果与公式计算结果比较相符,验证了该公式的准确性和可行性;以该扭转刚度计算公式为基础,通过建立导线逐渐覆冰的计算模型,对比分析了分裂导线和单导线上导线覆冰形状的不同,并引入覆冰不均匀系数来表征导线表面覆冰的不均匀程度,通过计算表明,分裂导线的覆冰不均匀系数大于单导线,且随着覆冰厚度的增加,2者之间的差距更加显著,由此从理论上验证了分裂导线比单导线更容易发生舞动的结论。     

湍流度对二分裂新月形覆冰绞股导线气动力特性的影响研究

在研究覆冰输电导线风致舞动及其气动力特性时，必须考虑实际风场中的湍流强度。文中选取湿雪天气中易起舞的二分裂新月形覆冰绞股导线作为研究对象，通过风洞试验探究了湍流度变化对其气动力特性的影响。首先探讨了试验模型的绞股外形设计对于获取准确的气动力参数的重要性，然后制作了二分裂新月形覆冰绞股导线的刚性节段模型，并在不同湍流度下测量了该模型的气动三分力系数，并基于Den Hartog以及Nigol舞动机理对该模型的驰振稳定性进行了分析。结果表明：制作覆冰导线模型时设计绞股外形对于结果的准确性非常重要；湍流度不会影响研究对象的气动力系数随风攻角变化趋势，但会对其阻力系数与扭矩系数的幅值产生较大影响；同时，湍流度也会对所研究对象的弛振稳定性产生较大影响。     

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。     

分裂导线覆冰扭转特性分析及等值覆冰厚度计算

覆冰在线监测对输电线路防、融冰方案的制定具有重要作用,而分裂导线和单导线覆冰特性的差异使得两者覆冰厚度计算方法不同。由于导线扭转特性的不同,同一档距内分裂导线和单导线覆冰形态存在明显差异。比较偏心覆冰单导线和分裂导线档距中部的扭转角度可知,相同覆冰厚度时后者是前者的10.2%。为实现分裂导线等值覆冰厚度的实时监测,提出将分裂子导线的覆冰等效为单根导线的覆冰。根据力矩平衡关系,建立以悬挂绝缘子轴向拉力、倾角为输入参量的力学计算模型,并在雪峰山试验基地开展了耐张塔3分裂导线覆冰测量。结果表明:利用计算模型得到的综合荷载等值覆冰厚度和基于称重法得到的人工测量结果吻合较好,两者相对误差为7.8%,从而验证了模型的有效性。     

多种覆冰形状导线风荷载增大系数研究北大核心CSCD

根据导线风阻力的计算原理推导了覆冰导线风荷载增大系数。基于覆冰导线的气动力系数风洞试验结果,分别计算了不同覆冰厚度、不同覆冰种类的圆截面覆冰导线、新月形覆冰导线和D形覆冰导线的风荷载增大系数,给出了便于工程设计和校核使用的覆冰导线风荷载增大系数的取值用表。结果表明,3种覆冰形状导线的风荷载增大系数均受实际覆冰厚度与覆冰种类的影响,其值随覆冰厚度的增大而增大、随覆冰密度的增大而减小。理想圆截面覆冰导线的风荷载增大系数在覆冰密度较小时的部分工况大于规范取值,在覆冰密度较大时均小于规范取值。新月形和D形覆冰导线的风荷载增大系数还与对应风攻角下的阻力系数有关,两者的风荷载增大系数取值在多数风攻角下小于规范取值。     

分裂导线体型系数试验研究

为研究分裂导线屏蔽效应对体型系数的影响,选取不同型号的导线进行实际导线节段模型风洞试验,分析导线截面、风速、风攻角、分裂数和流场等因素对分裂导线气动特性的影响。试验结果表明：双分裂导线体型系数在偏转临界位置前随风攻角的增大而增大,当风攻角达到临界位置以后,风攻角的增大对双分裂导线体型系数基本无影响;四分裂、六分裂和八分裂导线的体型系数随风攻角的变化呈先增大后减小的趋势,在某个角度有一个体型系数最大值;10%紊流度条件下分裂导线的体型系数均比均匀流场下的结果大10%~15%;紊流场条件下当风速为30 m/s时,试验得到的四分裂、六分裂和八分裂JL/G1A630-45导线的体型系数较设计规范中的取值分别减小了27.60%、24.38%和22.51%。     

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.     

覆冰导线舞动特性及其引起的导线动态张力

建立了覆冰导线舞动的三自由度物理模型,采用Fluent软件对覆冰导线的空气动力参数进行了数值仿真,在此基础上利用Simulink仿真模块进行了覆冰舞动的动态模拟,得到了覆冰导线舞动的基本特性。根据舞动引起的导线长度变化,计算了舞动引起的导线张力变化,分析了舞动幅值、半波数及线路档距等参数对张力变化量的影响。结果表明:舞动达稳定状态时,垂直方向和水平方向振动波形近似为简谐波;舞动轨迹近似斜椭圆;导线水平张力、悬挂点竖向张力分量变化量都随着舞动幅值增加、档距缩短、弧垂增加而增大;单个半波的舞动导致的导线张力变化范围最大,最易使导线损伤;舞动半波数的奇偶性对张力变化百分比有较大影响。     

连续多跨输电线路动态风偏特征及计算模型

以500 kV某耐张段8跨线路为研究对象,考虑支座相对高差、绝缘子串长度、几何非线性效应和风致气动阻尼等因素的影响,建立了整个耐张段8跨导线有限元模型。运用谐波叠加法并考虑空间相关性,模拟沿导线各点的脉动风速,研究多跨线路动态风偏响应。通过分析绝缘子挂点风偏响应的功率谱,从共振项和背景项2个方面研究脉动风速对风偏动力放大效应的影响机制。最后比较了多跨线路有限元计算模型和静力单摆模型风偏计算结果。结果表明：（1）静力学单摆模型求得的静态风偏角大于多跨线路连续模型的计算值;（2）考虑气动阻尼效应后,风偏动态响应以背景项为主而共振项可以忽略,相应的动力放大因子为1.1～1.3。     

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。     

不同海拔下电晕笼分裂导线起晕电压的计算分析

为了研究海拔高度对电晕笼分裂导线起始电晕电压特性的影响,建立电晕笼钢芯铝绞线起始电晕电压的计算模型,并开展相应试验研究。采用模拟电荷法计算钢芯铝绞线的空间电场强度。依据极不均匀电场下自持放电判据,建立不同海拔高度电晕笼分裂导线电晕起始电压的计算模型。在超/特高压人工环境气候试验室内,以500 m海拔高度为间隔,系统开展19~4-000-m海拔高度范围内六分裂导线起始电晕电压的试验研究。试验获得超高压电晕笼不同海拔高度下6-LGJ—400/50、6-LGJ—500/45分裂导线的起晕电压。计算获得不同海拔高度、分裂间距、导线分裂数及绞线表面粗糙系数下的导线起晕电压曲线族,以及不同绞线半径及最外层铝绞线股数的表面粗糙系数计算结果。分析结果表明:计算模型能够较好地计算电晕笼内绞线的起晕电压;在350~500-mm分裂间距范围内,分裂导线起晕电压随着分裂间距的增大而降低,随着导线分裂数的增加而升高;绞线表面粗糙系数与绞线最外层铝线半径与绞线半径之比相关。