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。     

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.     

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。     

架空输电导线不均匀脱冰跳跃高度计算

输电线覆冰在升温、自然风或人为外力作用下会发生覆冰整档或一档内部分位置脱冰，引起输电线跳跃，导致导线相间或导地线间闪络、线路跳闸、断股断线以及输电塔失稳倒塌等事故，严重威胁电力系统安全。参照实际750 kV输电线路工程，建立连续档分裂导线有限元模型，分析档数、档距、高差、覆冰厚度、风速、脱冰率和绝缘子串长度等因素对导线均匀和不均匀脱冰跳跃高度的影响；讨论均匀和不均匀两种脱冰方式下导线脱冰跳跃高度之间的联系，定义不均匀脱冰时发生脱冰的导线长度为换算档距；对比现有导线冰跳高度计算公式的准确性，提出不均匀脱冰跳跃高度系数。结果表明：当脱冰荷载相同时，不均匀脱冰引起的脱冰跳跃高度更大；不均匀脱冰时冰跳高度与换算档距下完全脱冰的冰跳高度存在一定比例关系；建立了导线均匀脱冰和不均匀脱冰跳跃高度计算公式，所提均匀脱冰跳跃高度计算公式的最大相对误差为11.8%,不均匀脱冰跳跃高度计算公式相对误差大于10%的结果仅占结果总数的13.2%,计算精度较高，有助于线路设计时确定相地或相间安全间隙。     

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。     

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...     

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。     

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。     

重冰区导线断线响应及荷载取值分析

通过建立连续7档导线—绝缘子有限元模型,考虑导线与地面接触、导线阻尼、分裂数和子间隔棒等因素的影响,分析了不同工况下导线的断线响应。有限元计算结果与试验结果基本一致,验证了分析模型的合理性。考虑地面接触前后断线张力计算结果基本一致。子导线未全部断裂时,有子间隔棒模型计算得到的断线张力远小于无子间隔棒模型。对于悬垂型杆塔,静力分析得到的20mm、30mm冰区断线张力取值略小于规程规定下限值,其余冰区计算值比规程规定下限值高约10%。动力分析时假定八分裂导线断4根子导线,悬垂型杆塔断线张力计算值小于规程规定值。     

Unbalanced tension analysis for UHV transmission towers in heavy icing areas

Unbalanced tension is one of the most important controlling loads for the design of transmission towers in cold regions. It can be caused in some cases including non-uniform accreted ice, broken wires, ice shedding and galloping. Firstly, for the comparison of the unbalanced tensions and the inclinations of the suspension strings, the FEA method and the constant conductor length method were applied. The results by two methods are approximately well agreed. With the consideration of some design parameters of the transmission line, a seven continuous span FEA model of conductors and insulators was established. Secondly, under different load cases, the tensions and the unbalanced tensions of conductors were analyzed for the UHV suspension tower and tension tower in heavy icing areas. It shows that the load modes and the eccentricity of the accreted ice, as well as the wind velocity only have little effect on the unbalanced tensions. The transforming density method and 10 m/s of wind velocity are proposed for the analysis of the unbalanced tensions. When there are no elevation difference and span difference, the unbalanced tension of the UHV suspension tower increases with the ice thickness, the span length and the icing rate, and the calculated values for different ice thickness are lower than those of regulations. With the increasing of the elevation difference and the span difference, the ratios of the unbalanced tensions with and without elevation difference as well as span difference increase. However, the ratios of the unbalanced tensions with and without elevation difference as well as span difference decrease with the ice thickness. For tension towers, variations of the elevation difference and the span difference have little effect on the unbalanced tensions. Lastly, the calculated values of the unbalanced tension percentages of UHV transmission towers were compared with those of applicable regulations, some suggestions on the unbalanced tension values were proposed.     

覆冰输电线路脱冰跳跃及抑制方法研究

将变截面梁用于一种板壳耦合结构的吸振,推导了功率流在各结构上的分配表达式,并对吸振效果进行了仿真。结果表明：梁在共振频率处对板和壳的吸振效果明显;安装位置对梁的吸振效果有决定作用,安装位置处板的响应幅值越大,梁的吸振效果越明显;提高梁的损耗因子有利于提升其吸振效果;本文有关线输入导纳的推导可为其他结构的功率流分析提供借鉴。     

高压输电线路覆冰倒塔非线性屈曲分析

本文以湖南地区挂靖线220KV输电线路覆冰倒塔为例,按原工程资料建立精细化输电塔-线体系有限元模型。依据三峡地区覆冰资料建立覆冰增长曲线,考虑水平垂直档距、高差、不均匀覆冰和风荷载影响,对覆冰和风荷载作用下输电塔-线体系进行非线性屈曲分析,计算出覆冰荷载以及风荷载与覆冰共同作用下输电塔结构的极限承载能力,分析了倒塔的主要原因。研究表明,过载和不均匀覆冰引起的不平衡张力以及风荷载是倒塔的主要原因,重冰区覆冰架空输电线路技术设计规程的荷载水平需要进一步提高。     

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。     

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。     

Dynamic characteristic of ice-shedding on UHV overhead transmission lines

The dynamic effect of ice-shedding can cause mechanical damage and electrical faults due to the clashing of conductors. The ice-shedding problem is more serious on UHV lines as the quantity of bundled conductors and the cross-sectional areas of the conductors are larger. Consideration of the ice-shedding problems is very important in determining the alignment of the conductors, the type of towers and the configurations of spans. In this paper, the actual dynamic responses of the conductor displacement and tension are acquired through physical testing, in which the natural ice formed on conductors is simulated by lumped loads hanging on the conductors, using full-size multi-span configurations. Various ice- shedding modes are considered. Furthermore, a multiple degrees of freedom dynamic model of the multi-span lines, suitable for analyzing ice-shedding, has been developed and gives good agreement between the computation and test results, which demonstrates the validity of both the use of lumped-loads in the tests and of the numerical simulation program, which may therefore be applied to both existing UHV transmission lines and the design of new lines.     

自立式双回路铁塔送电线路导线断裂后的结构动响应分析

为了研究机械性故障对自立式双回路铁塔输电线路结构的受力影响,建立了500kV架空输电线路耐张段的耦合体系模型,采用瞬态动力分析方法计算了高压交流输电线路耐张段一基塔在发生上横档一组导线突然断裂破坏后,邻近破坏处的导线、绝缘子、塔构件的瞬态动响应变化规律。分析结果表明,上横担一组导线断裂失效对邻近端导线张力峰值没有明显影响,对邻近端的绝缘子及铁塔横担构件的受力有较大的影响。研究成果可为输电线路结构设计提供理论依据。     

车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。