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。     

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。     

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。     

输电导线覆冰舞动机理及防治措施

通过大量文献分析总结了输电导线舞动的形成原因、舞动机理和防舞措施。结果表明: 输电导线的舞动主要取决于覆冰、风激励、线路结构和参数; 目前导线舞动机理主要有Den Hartog 垂直振动和O.Nigol扭转舞动机理, 但不能解释所有类型的舞动现象, 此外还有低阻尼系统共振和动力稳定性舞动理论; 防舞措施可采取避舞、抗舞和抑舞措施, 这可在一定程度上防止舞动危害, 而防止导线舞动的根本方法是解决导线覆冰问题。     

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。     

覆冰导线空气动力系数数值分析

采用ANSYS12中的FLUENT模块模拟覆冰导线周围的空气流场,计算不同分裂导线在全迎风攻角下的升力系数、阻力系数及扭矩系数。首先通过将湖北省中山口三分裂导线的数值计算结果与风洞实验数据进行对比,验证了计算模型的精确度,然后运用该计算模型对部分多分裂导线的气动力参数进行计算分析,得到覆冰厚度、覆冰形状以及来流风速对气动力系数的影响,同时计算分析了导线间距与直径比对尾流的影响,得到的空气动力参数可为导线舞动研究提供载荷支持。     

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。     

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。     

结冰导线舞动机制分析

应用稳定性理论并结合线路的实际工况分析了结冰导线的舞动机制。经研究发现:气动升力曲线初始斜率为负且其绝对值足够大时,结冰导线可能发生舞动;气动阻力曲线初始斜率为正且足够大时,结冰导线可能发生舞动;气动力矩曲线初始斜率为正且足够大时,结冰导线可能发生舞动; Den Hartog原理为此结论中的特例。据此结论和对动力学方程的分析得出:结冰导线发生舞动的原因是气动升力曲线初始斜率、气动阻力曲线初始斜率、气动力矩曲线初始斜率可以产生负阻尼或负刚度,从而使得结冰导线吸收风能。     

输电线路导线舞动的国内外研究现状

基于大量文献分析总结了输电导线舞动的形成因素、舞动机理、防舞措施及舞动试验研究方法。结果表明:导线的舞动主要取决于覆冰、风激励、线路结构和参数;Hartog垂直及Nigol扭转舞动机理目前应用较广泛但不能解释各种类型的舞动现象;采取避舞、抗舞和抑舞措施可有效防止舞动危害;风洞和试验线路的试验是舞动研究的2种重要方法。最后提出了导线舞动研究中尚待解决的问题和进一步研究方向。     

±1100kV特高压直流输电线路舞动理论计算研究

为了研究不同参数对输电线路舞动的影响规律,以昌吉—古泉±1100 kV特高压直流输电线路工程为基础,给出Den Hartog舞动模型的解析解,分别计算分析了档距、攻角、张力、导线单重对临界风速的影响。将理论计算结果与昌吉—古泉工程实际观测结果进行对比,二者基本一致,依据理论计算,可以判断输电线路是否达到易舞条件,预测输电线路的舞动情况,为电网运维人员合理制定调度决策提供支持。     

Study on Galloping Stability Mechanism of Conductor and Its Application to Anti-Galloping of Transmission Lines

Introduction There are three kinds of vibration for transmission conductor: aeolian vibration, sub-span oscillation and galloping. The aeolian vibration is a phenomenon of vibration with high frequency (approximate 5~120 Hz)and small ampli- tude (approximate below 3 times of conductor diameter) caused by Carmen turbulence. Sub-span oscillation means that the effect of wind tail flow causes the horizontal vibration (frequency 1~5 Hz, amplitude being 4~20 times of conductor diameter) of the sub…     

扰流防舞器与气动力阻尼片的防舞效果

利用计算流体动力学方法,分别计算了安装有扰流防舞器、悬挂式阻尼片和固接式阻尼片的覆冰输电导线的气动力系数,计算结果表明:安装有扰流防舞器的导线,其不同截面的气动力可以互相抵消,扰流防舞器能够有效抑制导线的舞动;安装有悬挂式阻尼片的导线,其邓哈托系数恒大于0,其尼戈尔系数大幅度增大,悬挂式阻尼片也是有效的防舞装置;安装有固接式阻尼片的导线,其邓哈托系数和尼戈尔系数未发生改变,固接式阻尼片不是有效的防舞措施。     

输电线路导线舞动及其防治

分析了输电线路导线舞动造成的危害形态和导线舞动发生的因素 ,认为一定的风速风向及导线迎风面覆冰增加是舞动的原因 ,加强观测确定舞动易发地区 ,并相应改进铁塔紧固方式加大导线间距 ,加装相间间隔棒均可减少导线舞动的损害。