四分裂导线舞动特性及线路磨损规律

基于输电线路实际工程,分别建立了四分裂导线风场模型和输电塔-线-间隔棒耦合模型,研究分裂导线气动特性和舞动响应受覆冰形状、覆冰厚度、风速和风攻角等参数的影响规律,明确导线与金具碰撞磨损机理。研究结果表明：各分裂导线间的气动特性存在较大差异,阻力系数受各参数的影响显著,随着覆冰厚度和风速的增加阻力系数逐渐增大;覆冰形式和覆冰厚度对升力系数的影响较小,风速和风攻角的影响较大;导线舞动过程中与连接金具发生了摩擦连续碰撞和瞬时强烈碰撞,导线最大接触法向作用力随风速增加而增大,随覆冰厚度增加而降低。本研究揭示了四分裂覆冰导线舞动特性规律和碰撞磨损机理,可以为输电线路防舞动设计和安全运营提供指导。     

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。     

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.     

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...     

不均匀脱冰时阻尼改变对输电线跳跃高度的影响

运用试验和数值模拟的方法对实际输电线路进行了脱冰跳跃研究,得到了多种工况下输电线的脱冰跳跃位移时程曲线,在此基础上讨论了覆冰厚度、脱冰率、脱冰位置等因素对覆冰导线阻尼以及仿真准确性的影响规律.结果表明,不考虑覆冰输电线阻尼改变的脱冰跳跃仿真结果偏大,考虑阻尼改变的仿真结果更接近试验,有利于提高仿真精度;覆冰厚度增加、脱...     

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.     

适用于小样本数据库的输电线路导线覆冰预测灰色模型及应用

科学合理地对导线覆冰进行预警评估有助于及时地对冰冻灾害风险做出准确应对措施。提出一种适用于小样本数据库的多因素灰色预测模型GM(1,N),相比于传统神经网络模型,这种模型对建模数据库样本容量要求低,具有较高的建模与计算效率,并且可实时根据气象参数对导线覆冰程度进行预测,从而实现输电线路导线覆冰灾害风险预警的目的。基于所提模型进行案例分析,在工程应用场景中将覆冰程度划分为5个等级,研究发现：基于GM(1,N)灰色理论多因素预测模型对覆冰厚度预测的误差平均在8.1%,输电线路导线覆冰灾害风险预警准确率高达94%。此外,在覆冰厚度临界值附近的预测值增加一定的安全裕度值,可以降低将高风险等级判断为低一级的风险等级的概率。本文所提出的覆冰厚度预测灰色模型可以指导冰区输电线路的抗冰工作。     

输电线路覆冰形成机理分析

输电线路覆冰是受微气象、微地形及温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风速风向等因素影响的综合物理现象。按冰的形成机理,覆冰可分为降水覆冰、云中覆冰、凝华覆冰,其中以降水覆冰产生的雨凇冰最危险。     

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。     

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.     

输电塔-线体系覆冰作用非线性分析

在重冰区,高柔大跨越输电塔-线体系在覆冰、风载等作用下具有强烈的耦合特性和非线性特征。推导了绝缘子、索以及边界条件的刚度表达式,以向家坝-上海±800kV特高压直流输电线路为例,建立了输电塔、导线、绝缘子以及边界条件的简化数值分析模型。对大跨越输电塔－线体系进行了7种工况下的静力非线性分析。分析表明,在导线均匀覆冰及风荷载作用下,铁塔构件的P-△效应较小;在不均匀覆冰工况下,导线不平衡荷载对铁塔产生扭转效应,铁塔受压支座节点和最大悬臂处单元的轴向压力和弯矩具有较明显的P-△效应,应考虑荷载非线性的不利影响。     

风力发电机叶片的雾凇覆冰数值模拟

为了解风力发电机叶片覆冰情况,以某型300 kW风力发电机叶片为研究对象,根据切片-重构的思想,将叶片划分为有限个截面,基于叶片覆冰的物理过程,采用边界元法对风力发电机叶片的空气流场进行计算;采用拉格朗日法分析计算水滴在叶片表面的碰撞过程;通过迭代计算和冰形重构模拟覆冰增长过程,从而建立风力发电机叶片三维雾凇覆冰增长模...     

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。     

基于微地形的输电线路覆冰等级判别方法

微地形影响输电线路的覆冰程度,根据典型微地形因子对导线覆冰的影响程度及排序情况,提出一种基于微地形的输电线路覆冰等级判别新方法;建立基于微地形的输电线路覆冰等级判别模型及覆冰对比度模型,定量揭示微地形因子与线路覆冰的关系．现场数据统计分析和实例验证结果表明：该方法不仅能定量判别输电线路的覆冰等级,而且能区分同等级覆冰的电力线路覆冰程度,为输电线路的抗冰和防冰提供了理论依据．     

500kV变电站的直流融冰技术研究

输电线路覆冰会引起严重的线路过载、舞动等现象,造成断线、杆塔倒塌、大面积停电、限电等事故,给国民生产带来了严重影响。为了防止此种情况的出现,进行输电线路的直流融冰是一种很好的方法。介绍了直流融冰技术的原理和系统,提出了适用于500 kV变电站的交流输电线路的直流融冰技术方案,同时对直流融冰技术方案进行了分析计算。     

基于N-S方程的翼型结冰数值模拟

为了研究结冰对翼型气动性能的影响，采用计算流体力学的方法对NACA0012翼型前缘的结冰进行了预测。在流场计算中，对二维可压粘流的时均N-S方程进行离散求解；采用四步龙格一库塔法求解水滴轨迹运动方程；建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型并假定冰沿着与当地翼型表面法向一致的方向增长来预测结冰的形状。分析了网格数和冰层时间步长对最终冰形的影响和结冰对翼型气动性能的影响，最后将计算的结果与文献中的实验值和计算值进行比较，结果一致。     

输电塔覆冰倒塔的屈曲分析

以某60 kV线路中的一组自立式3560ZGu2输电塔塔架为计算对象,利用大型有限元软件SAP2000对不同呼称高度的覆冰输电塔结构进行了屈曲分析.计算出了输电塔屈曲的临界覆冰厚度以及输电塔覆冰屈曲的临界风速值,定量分析了最大垂直档距和地面类型的影响.研究表明,风荷载是输电塔失稳破坏的不可忽视的原因,随着呼称高度的增加...