典型覆冰导线脉动气动力特性及风偏响应

为了研究冰风工况下导线的风偏响应特性,通过刚性模型高频天平测力风洞试验,测定D形和新月形覆冰导线气动力的平均值和脉动值,获得两类覆冰导线的气动力系数随风攻角的变化规律,验证了覆冰导线顺风向脉动风荷载的准定常假定.利用频域计算方法,研究两类覆冰导线的风偏特性.从覆冰导线气动力和风偏特性两方面对我国规范相关规定的合理性进行研究.结果表明,覆冰导线气动力受覆冰形状和风攻角的影响很大;D形覆冰导线在某些风攻角工况下的风偏响应接近大风工况下的裸导线;我国现行输电线路设计规范忽略覆冰形状和风攻角等因素对导线气动力的影响,对导线的阻力系数取单一值,这种规定不尽合理;采用规范风荷载计算得到的覆冰导线风偏响应在大多数工况下偏小.     

覆冰荷载下的架空输电线气动稳定性分析

偏心覆冰导线在风激励下极易诱发舞动,研究架空输电线在覆冰荷载下的气动稳定性具有重要意义.传统Den Hartog判别准则求出的是一种近似解,仅适用于攻角较小的情况。在该基础上,更为精确地推导了舞动临界风速与相应来流攻角的关系.算例结果表明,对于重覆冰地区的架空输电导线,在风荷载作用下,极易引起导线的动力失稳,进而引起整个塔线体系的动力失稳甚至倒塌.该气动稳定性分析结果将为线路设计提供技术支持.     

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。     

覆冰四分裂导线动态气动力特性分析

为研究覆冰分裂导线舞动时的气动力特性,基于Fluent软件的用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合.计算了新月形覆冰四分裂导线横向振动时的动态气动力系数,并与静态模拟结果进行比较;分析了舞动幅值和频率对动态气动力的影响.结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;舞动时,迎风侧子导线尾流偏移,对背风侧子导线的影响减小,使背风侧子导线的动态气动力系数比静态时明显增加;阻力、升力系数随舞动幅值和频率的增加而增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;工程中预测大档距导线舞动引起的断线临界风速和塔承受的荷载时,应考虑动态气动力系数对舞动的影响.     

基于蒙特卡洛方法的覆冰导线舞动跳闸概率计算

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,如何科学合理地根据气象信息来计算架空导线的覆冰舞动跳闸概率成为亟待解决的问题。为计算输电线路在冰冻气象下发生舞动所致的短路跳闸概率,首先收集冰冻气象区域的风速、冻雨量、温度及湿度等信息,采用Weibull分布拟合风速的概率密度分布函数并计算导线覆冰厚度;其次,基于牛顿法建立覆冰导线单自由度舞动模型,采用里茨—伽辽金法求得幅值解析表达式,使用该表达式结合风速的概率分布与覆冰厚度求得舞动幅值越限的概率分布函数;然后,通过分析三相导线发生非同步舞动时的相位关系,得到了某一舞动幅值下发生跳闸的概率;最后,利用蒙特卡洛方法模拟覆冰导线舞动跳闸的过程,得到了舞动越限跳闸概率的统计值。算例结果表明,该方法能由气象预报获得的气象信息对未来时段的舞动跳闸概率做出准确计算。     

输电线路舞动的有限元分析

利用梁单元模拟覆冰导线，通过动坐标迭代法和Newmark法进行静力、动力响应分析，给出了高压输电导线舞动的有限元分析方法，在此基础上编写了计算导线舞动的有限元程序，计算实例模拟了舞动的全过程，探讨了风速、攻角等对舞动的影响，其结果与文献算例能较好地符合，说明程序算法合理，对导线舞动的分析与预防有参考价值。     

三自由度模型覆冰输电导线舞动的数值仿真分析

基于考虑输电导线垂直、水平和扭转振动耦合的3自由度模型,利用数值方法,针对系统参数和环境参数对临界风速的影响以及可能的复杂舞动模式进行了分析.给出了覆冰厚度、初始覆冰角度、来流密度、导线初始张力、单位长度质量和横向阻尼比对临界风速的影响曲线.在讨论舞动可能出现的复杂运动时,发现随风速的变化,由于周期运动的分岔可导致概周期运动和混沌等复杂运动形式.     

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。     

正弦风场新月形覆冰导线动态气动力特性

为研究脉动风场对覆冰导线动态气动力特性的影响,利用Fluent软件的用户自定义函数和动网格技术,计算了正弦风场下新月形覆冰导线在垂直振动与扭转振动耦合下的动态气动力系数,并与相同舞动条件下定常风场模拟结果进行比较;分析了来流速度脉动频率和幅值对气动力的影响.结果发现:覆冰导线在正弦风场作用下的动态气动力系数平均值略高于定常风场下动态气动力的数值;脉动风频率对阻力系数和升力系数的平均值影响较小;脉动风幅值增加会导致动态气动力系数的平均值增大.因此工程中进行输电线路防舞设计时,应考虑脉动风场幅值对气动力系数的影响.     

光圆与非光圆绞突覆冰输电导线气动力特性分析

现有针对覆冰输电导线风致振动的模拟研究大多是将导线简化为理想光圆截面考虑其气动力特性的,对于实际导线绞突的截面特点考虑不足。采用Fluent软件研究覆冰光圆与非光圆绞突截面导线的气动力特性,分析二者气动力系数在不同风速、覆冰厚度、覆冰形状和导线直径时的特点和差异。结果表明：两种截面覆冰导线气动力系数差异较大,其中,阻力系数和扭转系数最大相对偏差可达100%,升力系数最大相对偏差可达-175%。采用非光圆绞突截面导线会增加周期内涡脱落的数量,使其波动更加剧烈。覆冰为新月形时,采用光圆截面导线会低估导线顺风向位移,高估横风向位移;覆冰为D形时,采用光圆截面导线比非光圆绞突截面导线下波动较为平缓且更有规律,会高估顺风向位移,低估横风向位移。鉴于两种截面覆冰导线在气动力、涡脱图和位移响应均存在较大差异,覆冰输电线系统精细化抗风设计时应考虑导线截面绞突特性对其气动力的影响。     

覆冰输电塔线体系风振响应数值模拟

输电塔线体系对风作用敏感,在冻雨区要考虑风和覆冰的共同作用.以常用输电塔5A-ZBC2为基础,综合已有资料,建立了输电塔线体系的覆冰模型.应用随机风振响应分析方法,分析了不同覆冰厚度和不同风速下的输电塔线体系的风振反应.结果表明:风速越大,随着覆冰厚度增加,塔顶位移最大值增大速度加快,脉动风作用效应明显;在较低风速下,随着覆冰厚度的增加,不平衡张力增大很不明显,而在较高风速下,随着覆冰厚度的增加,不平衡张力增加迅速;不均匀覆冰是导致输电线路不平衡张力迅速增加的主要原因;我国电力行业标准中关于纵向不平衡张力的取值偏于不安全,考虑覆冰和风荷载共同作用时应提高断线工况下不平衡张力设计值.     

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。     

酒杯塔塔线耦合体系覆冰导线舞动分析

采用非线性有限元分析方法研究了塔线耦合体系覆冰导线舞动的规律及特点,以及输电线舞动对酒杯塔受力及变形的影响发现绝缘子的布置型式对覆冰导线舞动的幅值及规律有很大的影响;由于塔线耦合的作用,左右跨的各相导线在具有相同覆冰厚度、形状以及受相同气动载荷情况下,所形成的舞动幅值及相位存在差异,从而导致输电线作用在塔上的力沿各方向分力不平衡,导致输电塔产生沿导线方向侧弯变形、与导线垂直方向侧弯变形以及横担的扭转变形;在导线舞动过程中输电塔的最大应力交替出现在塔头刚度较弱的部位.     

固原市六盘山地区输电线路设计覆冰厚度研究

通过对六盘山—原州330 k V输电线路走廊内覆冰厚度进行调查研究,并根据六盘山气象站的覆冰观测结果,探讨了电力线路覆冰厚度在空气湿度、风速、植被、山脉走向、线径及导线架空高度等相同的情况下与海拔之间的规律,对该地区的输电线路设计覆冰提出建议.     

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。     

覆冰三分裂导线气动力特性的数值模拟

采用有限体积法和SIMPLEC算法,求解雷诺数在亚临界区内的均匀黏性不可压缩流体的N-S方程,对风吹过平行布置的覆冰三分裂导线的气动力特性进行计算流体动力学（CFD）数值模拟.为克服数值模拟在高雷诺数下的数值不稳定性,在求解N-S方程时采用QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度.针对新月形和扇形2种典型覆冰三分裂导线,分析平行布置的三分裂导线各子导线尾流间的相互作用及其对气动力特性的影响.计算结果表明,新月形覆冰导线比扇形覆冰导线舞动的风攻角范围大,但前者的舞动振幅小于后者;分裂导线中处于尾流区的子导线的气动力系数均小于迎风面子导线的气动力系数,且扇形覆冰导线比新月形覆冰导线更为显著.     

覆冰四分裂导线舞动数值模拟方法

覆冰四分裂导线舞动问题严重威胁超高压线路的安全运行,对舞动的理论研究可有效推动防舞技术的发展。采用具3个平动自由度和1个扭转自由度的两节点索单元模拟分裂导线各子导线,利用空间梁单元模拟间隔棒,建立可考虑子导线尾流效应的舞动分析有限元模型。采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法对舞动进行非线性数值求解,利用MATLAB编制了相应的计算程序。运用该方法对典型算例的舞动进行数值模拟,结果表明:该方法可有效模拟覆冰四分裂导线的舞动特性,所编写的求解程序具有较高的计算精度和效率。     

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。     

风载荷对导线爆破除冰响应特性的影响

为了研究风载荷对导线爆破除冰的响应特性,进行了输电线路爆破除冰试验,并建立了试验线路的有限元模型,通过有限元软件模拟获得了作用于覆冰导线的风载荷和爆炸冲击载荷,用ABAQUS对试验工况进行了模拟验证.进一步对重冰区覆冰导线在不同风速条件下爆破除冰动力响应进行了仿真分析,得到了输电线路在风载荷和爆炸冲击载荷共同作用下导线...     

基于索单元的覆冰输电导线动力特性研究

采用三节点索单元研究了输电导线的动力特性问题。基于三节点索单元建立了坐标系,进一步建立了输电导线的弹性刚度矩阵、初位移刚度矩阵和初应力刚度并形成了导线的非线性总刚度矩阵。在此基础上建立了一致质量矩阵并建立了基于三节点索单元的输电导线动力特性计算方法。以某实际小垂度输电导线为工程背景,系统研究了覆冰作用下其动力特性的特点和规律。结果表明:覆冰厚度和导线跨度的增加均将导致导线质量的增加,从而显著影响输电导线的自振频率,但覆冰厚度和导线跨度的增加并不会改变导线的振型形状。